Mit der AR Sandbox wird das Lernen zu einem interaktiven Erlebnis:
Durch eine Kombination aus echtem Sand, Tiefensensorik und digitaler Projektion entsteht eine dynamische 3D-Landschaft, die sich in Echtzeit verändert.
Formt man Hügel, Täler oder Flussbetten, reagiert das System sofort – Höhenlinien, Wasser und virtuelle Effekte passen sich der neuen Umgebung an.
So wird greifbar, wie Topographie, Hydrologie und physikalische Prozesse funktionieren – spielerisch, anschaulich und technologisch beeindruckend.
Das Projekt zeigt, wie Augmented Reality und Interaktionstechnologie den Unterricht, die Wissenschaft und kreative Anwendungen auf innovative Weise bereichern können.
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Die technische Umsetzung der Augmented Reality Sandbox basiert auf der Kombination von Sensorik, Projektion und Echtzeitverarbeitung.
Kern des Systems ist eine Tiefenkamera (z. B. Microsoft Kinect oder Intel RealSense), die kontinuierlich die Höheninformationen der Sandoberfläche erfasst.
Die gewonnenen Tiefendaten werden an einen leistungsstarken Rechner übermittelt, der diese in Echtzeit analysiert und in ein Höhenprofilmodell umwandelt.
Auf Grundlage dieser Daten generiert die AR-Software ein virtuelles Höhenmodell, das mithilfe eines Projektors direkt auf die reale Sandfläche projiziert wird.
So entsteht eine nahtlose Verbindung zwischen physischer und digitaler Ebene: Veränderungen im Sand, etwa das Formen eines Berges oder Grabens, werden sofort erkannt und in der Projektion durch aktualisierte Höhenlinien, Farbverläufe oder animierte Wasserbewegungen visualisiert.
Zur Berechnung und Visualisierung werden grafik optimierte Shader-Programme eingesetzt, die die Echtzeitdarstellung dynamischer Elemente wie Wasserströmungen oder Farbgradienten ermöglichen. Für die Softwarearchitektur wurde eine modulare Lösung entwickelt, die Datenverarbeitung, Visualisierung und Interaktionslogik trennt. Dadurch kann das System flexibel erweitert werden, etwa durch zusätzliche AR-Overlays, physikalische Simulationen oder didaktische Schnittstellen für den Bildungsbereich.
Die Implementierung erfolgte in der Game Engine Unity, da sie eine stabile Plattform für Echtzeitgrafik, Sensorintegration und Projektion bietet. Über eine Schnittstelle wird der Tiefensensor ausgelesen, die ermittelten Höhenwerte werden als Heightmap verarbeitet und an die Shader übergeben.
Zur Steuerung des Projektors wird eine Kalibrierungssoftware verwendet, die die exakte Überlagerung von realer und virtueller Darstellung sicherstellt. Alle Komponenten sind in einem kompakten, transportablen Aufbau integriert, der sowohl für Lehrveranstaltungen als auch öffentliche Präsentationen geeignet ist.
Die technische Realisierung zeigt eindrucksvoll, wie durch die Verbindung von 3D-Sensorik, Echtzeitgrafik und Interaktionsdesign eine immersive Anwendung entsteht, die physische Interaktion und digitale Visualisierung auf innovative Weise kombiniert.