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Ausgabe 3/2002 vom 6.05.02

Wetterphänomene dreidimensional darstellen

Flug durch die Wolken

Mit einem neuartigen Computerprogramm erzeugen Meteorologen der Freien Universität (FU) Berlin Filme, die Klimaereignisse dreidimensional veranschaulichen. Nachrichtenredaktionen und Wissenschaftsmagazine bedienen sich inzwischen der Technik, um politische und geographische Informationen zu illustrieren.

(AD) - Im Film ist alles möglich: In die Wolken eintauchen, eine Weile auf ihnen dahinschweben und die Aussicht genießen. Dann wieder beschleunigen und mit dem Wind weitersausen. Oder den Globus komplett von ganz oben betrachten und wenn etwas spannendes auftaucht, sofort dort hinfliegen, um es in Ruhe zu betrachten. In der Realität gibt es kein Fluggerät, das eine solche Bewegungsfreiheit in der Luft erlaubt. Und selbst in Computeranimationen waren viele Darstellungen bis vor kurzem nur mit großem Aufwand möglich. Schwierigkeiten machte stets die dritte Dimension: "Zum Beispiel hatten wir keine Möglichkeit, einem Hurrikan zu folgen und seine Mächtigkeit, Schönheit und Kraft aus allen Perspektiven zu bewundern", sagt Thomas Dümmel von der Freien Universität (FU) Berlin. Es habe keine Software gegeben, die in der Lage gewesen sei, aus aktuellen Satellitenbildern die dafür notwendigen dreidimensionalen Darstellungen zu berechnen. "Wir konnten lediglich zweidimensionale Betrachtungen von oben realisieren."

Vor sieben Jahren begann Dümmel deshalb an der FU Berlin mit seiner Arbeitsgruppe "Meteorologische Informations- und Kommunikationssysteme" damit, verfügbare Satellitenbilder von Klima und Erde aus der ganzen Welt zu sammeln und zusammenzufügen. Sein Ziel: Die Verwandlung der flachen Bilder in lebensnahe, dreidimensionale Wetterfilme auf Knopfdruck. Inzwischen kann Dümmel ganze Flüge durchs aktuelle Wettergeschehen weitgehend in Echtzeit unternehmen. Die von ihm entwickelte Software Terra3D berechnet die notwendigen Darstellungen in wenigen Sekunden. So können aus tagesaktuellen Satellitenbildern tagesaktuelle Wetterfilme werden.

Möglich sind aber auch anschauliche Darstellungen von langwierigen und komplizierten atmosphärischen Zusammenhängen. So kann Terra3D auf dem Computer- oder Fernsehbildschirm zum Beispiel darstellen, wie sich das Ozonloch in den zurückliegenden 25 Jahren entwickelt hat. Der nur wenige Sekunden dauernde Film zeigt mit wabernden, ineinanderfließenden Farbtönen das Wandern des Ozonlochs über der Antarktis. Mit zunehmender Größe wird es von grün über blau bis rot dargestellt. An einigen Stellen reißt die Ozonschicht auf, das rot umränderte Loch lässt den Betrachter quasi direkt auf die Antarktis fallen. Man sieht, wie hoch die Schneebedeckten Kuppen sind, die Landschaft erscheint dreidimensional.

Wie aufwändig die Berechnungen sind, die der Computer für solche Filme in wenigen Sekunden vornimmt, wird deutlich, wenn man den Vorgang genauer unter die Lupe nimmt: Ausgangspunkt für alle Visualisierungen Dümmels sind Bilder von fünf Wettersatelliten über dem Äquator. In einer geostationären Umlaufbahn beobachten sie die Erde aus 36.000 Kilometern Höhe. Alle halbe Stunde senden sie einige Schwarzweißaufnahmen an die Bodenstationen. Diese Aufnahmen zeigen die Erde dank der geostationären Umlaufbahn stets aus der gleichen Kameraperspektive. Per Computer kann nun diese Perspektive beliebig verändert werden. Dazu werden die Bilder neu berechnet, was im Ergebnis so wirkt, als habe sich der Kamerastandort verschoben. Zerlegt man diese rechnerische Verschiebung der imaginären Kameraeinstellung in genügend kleine Schritte, erzeugen die so entstandenen Bildern hintereinandergehängt den Eindruck eine Films, bei dem die Kamera über die Erde fliegt.

RTL FINANZIERT SOFTWARE
Seit sieben Jahren entwickelt die Arbeitsgruppe "Meteorologische Informations- und Kommunikationssysteme" der Freien Universität (FU) Berlin Programme zur Veranschaulichung von Wetterabläufen. Den Anfang machte mit TeleVis eine Software für zweidimensionale Darstellungen, die seit 1997 unter anderem im niederländischen Fernsehen Verwendung findet. Der Verkauf von TeleVis an das Unternehmen MeteoGraphics bildete das Grundkapital für das jüngste Projekt der Arbeitsgruppe: Terra3D für die dreidimensionale Visualisierung der Wetterkarte. Als wichtigster Projektpartner hat RTL Terra3D im Vorwege mitfinanziert. Seit anderthalb Jahren ist die Software marktreif und wird auf RTL sowohl im Wetterbericht als auch in der Nachrichtenredaktion genutzt. Weitere Kunden finden sich beim ZDF, der BBC und im Schweizer Fernsehen. Abgeschlossen ist das Projekt indes nicht. Dümmel und seine Arbeitsgruppe entwickeln Terra3D laufend weiter.
Hinzu kommt noch ein zweiter Faktor: Terra3D unterscheidet bei seinen Berechnungen die Erdoberfläche und die Darstellung der Atmosphäre. Ausgangspunkt für die Darstellung der Erdoberfläche sind stets gleichbleibende Geodaten. "Die Daten für den Erdball verändern sich ja nicht so schnell wie das Wetter. Wir können sie daher immer wieder verwenden", erläutert Dümmel diese getrennte Berechnung. Um für die Erde zu möglichst plastischen Bilder der Oberfläche zu kommen, nutzt er ein weltweites Höhenmodell. "Aktuelle Fotos können wie ein Handtuch über dieses Höhenmodell gestülpt werden" erklärt er. So lassen sich Berge und Täler schnell modellieren. Die Wetterereignisse, wie beispielsweise die Trichterform eines Hurrikans, werden dagegen aus aktuellen Satellitenfotos immer wieder neu berechnet.

Am Ende werden Erdoberfläche und gewünschtes Atmosphärenereignis einfach wie bei einem Sandwich übereinandergelegt. Dadurch lässt sich das Wetter nicht nur aus der Vogelperspektive betrachten, sondern man kann zwischen den Wolken schweben oder durch ein Ozonloch hindurch fliegen. Allerdings hat das System auch seine Probleme: So ist die Auflösung der Satellitenbilder mit einem Quadratkilometer je Bildpunkt zu gering, um einzelne Städte detailliert zu betrachten. "Für Wetterberichte im Fernsehen ist es aber allemal ausreichend", weiß Dümmel. Erst kürzlich hat er im Auftrag von RTL ein System entwickelt, das den Wind optisch darstellen kann. Dazu werden die Messwerte von Temperatur und Windstärke sowie -richtung von Wetterstationen auf die Satellitenbilder übertragen. Das Ergebnis sind je nach Temperatur unterschiedlich eingefärbte Luftmassen, die sich im Wetterfilm bewegen. Die herkömmlichen Pfeile haben damit ausgedient. Aber Terra3D dient nicht nur dazu, die Wetterkarte anschaulicher zu machen. Auch die RTL-Nachrichtenredaktion arbeitet mit dem Programm, um etwa politische oder geographische Informationen für jede Gegend der Welt schnell darstellen zu können. Beispiel Flugzeugabsturz: "Mit der Software kann in wenigen Sekunden demonstriert werden, wo der Flieger abstürzte. Und das zu jeder Uhrzeit, auch nachts, wenn kein Graphiker mehr arbeitet, der anderthalb Stunden für eine Visualisierung benötigen würde," berichtet Dümmel. Wissenschaftsmagazine wie "Abenteuer Forschung" vom ZDF und das BBC-Magazin "Horizon" benutzen ebenfalls von Terra3D erstellte Animationen. Für die Zukunft wünscht sich Dümmel, dass das Programm Einzug in Schulen hält, "um mehr Leben in den Erdkundeunterricht zu bringen". Die Entstehung des Islandtiefs, oder weltweite Temperatur- und Niederschlagsverteilungen sollen damit anschaulich und verständlich erscheinen. "Wir suchen dafür noch Partner, wie zum Beispiel Schulbuchverlage", wirbt der Meteorologe für seine Software.

 




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