Computervisualistik

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Der Name Computervisualistik (selten auch Rechnervisualistik) ist als Bezeichnung für den interdisziplinären Informatik-Studiengang, der derzeit nur in Magdeburg und Koblenz angeboten wird, geprägt worden. Der Name wurde in Anlehnung an die Computerlinguistik gewählt. Computervisualistik beschäftigt sich mit allen Formen der Bilderzeugung, Bildverarbeitung und Bildanalyse mit informatischen Mitteln. In diesem Artikel wird im Wesentlichen auf die deutsche Computervisualistik Magdeburger Provenienz eingegangen.

Inhaltsverzeichnis 1 Computervisualistik als Fachgebiet 2 Computervisualistik als Studienfach 2.1 Allgemeines (Magdeburger Version) 2.2 Grundstudium 2.3 Hauptstudium 3 Literatur 4 Weblinks

[Bearbeiten] Computervisualistik als Fachgebiet

Bilder spielen in der heutigen Informatik eine nicht gerade nebensächliche Rolle. Das ist insbesondere in den Bereichen Computergrafik und Bildverarbeitung, aber auch in den Gebieten Informationsvisualisierung und Computervision (bildverstehende Systeme) offensichtlich. All diese Teilgebiete der Informatik beschäftigen sich allerdings aus jeweils recht verschiedenem Blickwinkel mit Bildern. Es ist nun fast zehn Jahre her, dass an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg das Lehrangebot der Fakultät für Informatik erweitert und bundesweit erstmals ein Diplomstudiengang eingeführt worden ist, dessen Name „Computervisualistik“ lautet. Die Leitidee dieses Studiengangs ist es, den Studierenden einen vertieften, zugleich breiten Einblick in alle diejenigen Aspekte der Informatik zu vermitteln, die sich auf Bilder beziehen: also insbesondere (wenn auch nicht ausschließlich) die eben erwähnten Gebiete. Diese Spezialisierung hat Sinn, da der Einsatzspielraum von Computern beim Umgehen mit Bildern – nach zugegebenermaßen zunächst eher zögerlichen Anfängen – sich seit den 80er Jahren des 20. Jhd.s bemerkenswert rasant entwickelt hat. Es besteht mithin ein signifikanter Bedarf an wohlausgebildeten Fachkräften für entsprechende Computersysteme.

Der Studiengang stellt, zumindest als eines seiner strukturellen Kennzeichen (vgl. auch Schirra 2000), die eben erwähnten, durchaus verschiedenen bildbezogenen Lehrgebiete der Informatik nebeneinander in den Fokus der Lehre. Daher stellt sich die folgende Frage: Lässt sich dem Lehrkomplex Computervisualistik auch ein entsprechendes Fach im Bereich der Forschung zuordnen? Und damit ist gemeint: ein homogenes Forschungsgebiet, nicht ein aus mehreren, wenig zusammenhängenden Teilen zusammengewürfelter Komplex.

Die Antwort auf diese Frage besteht i.W. darin, dass ein solches Gebiet über eine vollständige Datenstruktur »Bild« charakterisiert ist, durch die die Variationen und Anwendungsbedingungen möglichst aller bildbezogenen Applikationen in der Informatik integriert, also aufeinander bezogen sind (vgl. Schirra 2005). Diese Datenstruktur muss sich zugleich als eine Formalisierung der bildwissenschaftlichen Argumentationen zum Begriff »Bild« erweisen, denn jene Argumentationen bilden letztlich genau den Maßstab für jeden Umgang mit Bildern überhaupt. Eine solche Datenstruktur lag noch nicht vor, da in der Informatik bislang unterschiedliche Aspekte als weitgehend unabhängig in getrennten Gebieten bearbeitet wurden.

Der Vorteil, den eine solche Integration aller relevanten Bestimmungsstücke des informatischen Umgangs mit Bildern für die Informatik hat, den also ein integrales Teilgebiet Computervisualistik gegenüber dem bislang bestehenden Nebeneinander mehrerer an unterschiedlichen Aspekten interessierten bildbezogenen Informatik-Teilen bietet, dieser Vorteil besteht darin, dass hier ein systematischer Zusammenhang zwischen den verschiedenen Teilfragestellungen, den jeweiligen Lösungsvorschlägen und den zugehörigen Randbedingungen geboten wird, aus dem heraus sich wesentlich besser Grenzen und Alternativen ableiten lassen. Es können so, mit anderen Worten, auf systematischere Weise bildbezogene Forschungsprogramme entwickelt werden. Dass diese Integrationsleistung gerade auch für die Ausbildung in einem Studiengang Computervisualistik – wie auch in den verwandten Studiengängen im Bereich der Medieninformatik – große Vorteile bietet, versteht sich wohl von selbst.

Im Überlappungsbereich von Informatik und Bildwissenschaft arbeiten Computervisualisten mit informatischen Methoden an bildwissenschaftlichen Themen. Die Computervisualistik bietet sich in diesem Sinne an als der zentrale Anlaufpunkt für jeden, der ein bildbezogenes Problem informatisch behandelt wissen möchte, oder auch: der erklärt haben möchte, auf welche Weise eine vorgeschlagene informatische Lösung eines bildbezogenen Problems jenes Problem eigentlich löst.

Daher kann (und sollte) sie, metaphorisch gesprochen, vor allem auch als kompetenter Ansprechpartner aus der Informatik für die sich gerade herausbildende allgemeine Bildwissenschaft und deren Klärungsbedarf am wachsenden Phänomen der digitalen Bilder in unserer Gesellschaft dienen.

[Bearbeiten] Computervisualistik als Studienfach

[Bearbeiten] Allgemeines (Magdeburger Version)

Das Magdeburger Computervisualistik-Studium ruht auf drei Säulen:

A. Methodik (65%): die algorithmische Behandlung bildhafter Datenstrukturen in der Informatik (samt mathematischer, informatischer und elektronischer Grundlagen)

B. Reflexion (20%): allgemeine Visualistik, d.h. psychologische, philosophische, pädagogische, politische und ästhetische Aspekte des Umgangs mit Bildern

C. Applikation (15%): eine exemplarische Anwendungsdomäne, etwa Medizin, Werkstoffwissenschaft, Bildinformationstechnik, Konstruktion und Fertigung

Die Informatik mit ihren einzelnen Fachgebieten liefert sozusagen das „Handwerkszeug" der Computervisualistik: insbesondere stehen neben den Grundlagen spezifische bildthematische Inhalte im Vordergrund. Im Bereich Computergraphik geht es vor allem um das Erzeugen von realistisch wirkenden Bildern meist fiktiver Gegenstände. Diese Bilder können photorealistisch sein, d.h. so, als würde es sich um eine photographische Reproduktion einer wirklichen Ansicht handeln. Aber auch andere gestalterische Mittel können eingesetzt werden, so dass Graphiken etwa im Stil von Kohlezeichnungen oder Kupferstichen entstehen. Ein zweiter, für die Computervisualistik bedeutsamer Bereich der Informatik ist das Fach 'Mensch-Computer-Interaktion', in dem gerade auch Überlegungen zur „Lesbarkeit" einer Graphik eine wichtige Rolle spielen. Neben zum Teil ergonomisch ausgerichteten Untersuchungen zur Verwendung von Fenstern, Graphiken, Menüs, Piktogrammen und anderen Darstellungen auf dem Bildschirm gehört hierher die Forschung zu immersiven Systemen, populärer auch als „virtual reality" bezeichnet. Das Interesse der Computervisualisten richtet sich dabei vor allem auf Auswirkungen und Anforderungen an graphische Benutzungsoberflächen, die sich aus dem Einsatz besonderer Techniken zur Bedienung von Computern, etwa head-mounted display oder Datenhandschuhe, ergeben. Diese beiden Gebiete mögen hier als ausführlichere Beispiele genügen. Erwähnt seien aber als weitere, spezifisch computervisualistische Themen der Informatik (ohne Anspruch auf Vollständigkeit) noch Bildverarbeitung (Methoden der Bildverbesserung, auch Bilddatenkompression), Mustererkennung und Bildverstehen (Verfahren zur automatischen Extraktion von syntaktischen bzw. bedeutungstragenden Aspekten, letzteres wird auch als „Rechnersehen“ oder „Computervision“ bezeichnet), algorithmische Geometrie (Effizienzbetrachtungen) und Multimedia-Datenbanken.

Die Säule Allgemeine Visualistik hat im Diplomstudiengang Computervisualistik die Funktion, die Studierenden einerseits mit den theoretischen und praktischen Grundlagen des (nicht-informatischen) Umgehens mit Bildern und den entsprechenden Handlungskontexten aus verschiedener Perspektive vertraut zu machen; dazu zählen sowohl analytische Gesichtspunkte, wie sie beispielsweise in Psychologie oder Philosophie behandelt werden, wie auch konstruktive Aspekte, wie etwa im Fach Industriedesign. Andererseits soll zugleich die Kommunikationskompetenz der Studierenden durch den intensiven argumentativen Umgang mit Nicht-Ingenieuren gefördert werden. Es ist angestrebt, dass Computervisualisten in der Lage sind, bei ihrer späteren Tätigkeit schnell zu erkennen, welche Aspekte der Allgemeinen Visualistik jeweils relevant sind und wo entsprechendes Vertiefungsmaterial zu finden ist. Durch die vermittelten Grundlagen sollen sie sich jenes Material ohne extremen Aufwand aneignen und auf die aktuelle Situation anwenden können. Darüber hinaus soll das Studium im Gebiet Allgemeine Visualistik die Motivation schüren, diese Vertiefung auch tatsächlich durchzuführen und sich nicht in den Elfenbeinturm des Ingenieurtechnokraten zurückzuziehen.

Das Anwendungsfach ergänzt das Studium, indem von Beginn an die Kooperationsproblematik im späteren Tätigkeitsfeld der Computervisualisten beispielhaft behandelt wird. Absolventen des Diplomstudiengangs Computervisualistik sollen in ihrer Tätigkeit als Experten für das informatische Bearbeiten von bildhaftem Material auftreten. Das heißt, dass sie von Experten anderer Gebiete, die Probleme mit dem Verarbeiten von Bilddaten haben, zur angemessenen Lösung dieser Probleme im Sinne einer Dienstleistung engagiert werden können. Die Kommunikation zwischen den beiden Expertengruppen mit ihren meist recht unterschiedlichen Begrifflichkeiten, Ausbildungswegen, wissenschaftlichen Erfahrungen, Sichtweisen auf Probleme und vor allem auch Vorstellungen über das jeweils andere Gebiet stellt dabei bekanntlich einen besonders komplexen „Flaschenhals" dar, der effektive Lösungen erschwert. Dieser Problemtyp muss frühzeitig bewusst gemacht werden. Ein typisches Anwendungsgebiet ist die Medizin mit ihrem reichen Arsenal an modernen bildgebenden Verfahren einerseits und einer langen Tradition bildhafter Darstellung andererseits. Als Beispiel sei hier ein interaktiver elektronischer Anatomieatlas angeführt, der den Nutzern (etwa einer Medizinstudentin oder einem Arzt, der etwas nachschlagen möchte) besser an ihr jeweiliges Interesse angepasste Bilder präsentiert. Entwurf und Konstruktion eines solchen Systems, eventuell unter Verwendung von klinischem Material (Röntgenaufnahmen, Tomographiesequenzen etc.) stellen eine der möglichen Aufgaben eines Computervisualisten/einer Computervisualistin im Anwendungsfach Medizin dar.

[Bearbeiten] Grundstudium

Das Grundstudium ist dem anderer Informatik-Studiengänge sehr ähnlich. Es werden Grundlagen aus den Bereichen der Kerninformatik gelehrt, wobei der Schwerpunkt auf Mathematik und Informatik liegt. Pflichtveranstaltungen des Grundstudiums, die sich je nach Studienort leicht unterscheiden, sind:

• Mathematik
• Praktische Informatik (Einführung in Algorithmen und Datenstrukturen)
• Theoretische Informatik (Algorithmische Geometrie)
• Logik
• Computergraphik
• Bildverarbeitung
• Softwareergonomie
• Technische Informatik
• Medientechnik

Hinzu kommt in Koblenz-Landau ein interdisziplinärer Bereich und in Magdeburg ein Anwendungsfach und Fachgebiete des Bereichs der allgemeinen Visualistik.

Der interdisziplinäre Bereich im Grundstudium an der Universität Koblenz-Landau sieht folgende Fächer vor:

• Kunst und Design (inklusive Praktikum)
• Bildungstheoretische Aspekte der Computervisualistik
• Psychologie des Visuellen

Der Bereich der allgemeinen Visualistik an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg sieht diese Bereiche im Grundstudium vor:

• Design (gestalterische Grundlagen und Industriedesign)
• Erziehungswissenschaft (möglicher Abschluss durch ein Filmprojekt)
• Philosophie
• Politikwissenschaft
• Psychologie (Wahrnehmungspsychologie und kognitive Psychologie)

Weiterhin kann man an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg ein Anwendungsfach aus den folgenden Bereichen wählen:

• Bildinformationstechnik
• Konstruktion und Fertigung
• Medizin
• Werkstoffwissenschaft

Das Anwendungsfach wird in der Regel über den kompletten Verlauf des Studiums beibehalten.

[Bearbeiten] Hauptstudium

Pflichtveranstaltungen des Hauptstudiums sind unter anderem (unterscheiden sich leicht je nach Studienort):

• Rechnersehen KO
• Computergrafik (Rendering, Beleuchtungsmodelle und weitere Vertiefungen) MD, KO
• Softwaretechnik KO, MD
• Rechnernetze KO
• 3D Computer Vision MD
• Datenbanken (auch Multimedia-Datenbanken) MD, KO
• Simulation MD
• Intelligente Systeme MD
• Technische Informatik MD, KO

Außerdem kann man aus einer Fülle von Wahlpflichtveranstaltungen frei auswählen, zum Beispiel:

• Algorithmische Geometrie MD
• Biometrik MD
• Computerspiele MD
• CAD KO, MD
• Computerkunst (3D-Modellierung & Animation, Bildbearbeitung, Digitales Zeichnen ...) KO
• Datenbanken (z.B. Database Tuning) MD, KO
• Fotografie MD, KO
• Genetische Algorithmen MD, KO
• Künstliche Intelligenz MD, KO
• Simulation (z.B. Advanced Discrete Simulation) MD
• Virtual und Augmented Reality KO (Virtuelle Realität, Erweiterte Realität)
• Animation und Simulation KO
• Photorealistische Computergrafik KO
• Medizinische Bildverarbeitung KO
• Softwareergonomie KO

Im Hauptstudium erweitert sich der Bereich der allgemeinen Visualistik an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg:

• Berufs- und Betriebspädagogik
• Design (Interfacedesign, Produkt- und Umweltdesign)
• Erziehungswissenschaft (Schwerpunkt auf Filmprojekten und Computerspielanalyse möglich)
• Philosophie (Ethische Aspekte der Bildkommunikation)
• Politikwissenschaft
• Psychologie (Sozialpsychologie, Umweltpsychologie)

Weiterhin müssen die Studierenden im Verlauf ihres Studiums ein Praktikum (an der Uni-Koblenz ist dies die Mitarbeit an einem Projektpraktikum an der Universität) absolvieren, eine Studienarbeit und eine Diplomarbeit anfertigen und verteidigen. Den Studierenden der Computervisualistik wird also, neben einer grundlegenden Informatik-Ausbildung, das nötige Wissen und vor allem ein Gespür für diverse Aufgabenstellungen vermittelt, die Bildhaftes und Visuelles zum Thema haben.

Einen Studiengang Computervisualistik gibt es derzeit an zwei deutschen Hochschulen. An der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg wird Computervisualistik seit dem Wintersemester 1996/1997 angeboten, mit Abschluss als Diplom-Ingenieur oder Master of Science. Seit dem Wintersemester 1998/1999 gibt es einen Computervisualistik-Studiengang an der Universität Koblenz-Landau, mit Abschluss als Diplom-Informatiker. Zum Wintersemester 2006/2007 wurde das Studium umgestellt, so dass nun mehr die Grade Bachelor und Master Science vergeben werden.

[Bearbeiten] Literatur

• Foundation of Computational Visualistics; Jörg R. J. Schirra, Deutscher Universitätsverlag; 2005; ISBN 3-8350-6015-5 (www.jrjs.de/Work/Papers/P05/P05-3/index.html)
• Computervisualistik (Die Bildwissenschaft der Informatik); Jörg R. J. Schirra; In: K. Sachs-Hombach (Ed.): Bildwissenschaft. Disziplinen, Themen, Methoden. Frankfurt/M.: Suhrkamp, 2005, 268-280; ISBN 3-518-29351-6 (www.jrjs.de/Work/Papers/P05/P05-2/index.html)
• Ein Disziplinen-Mandala für die Bildwissenschaft - Kleine Provokation zu einem Neuen Fach - ; Jörg R. J. Schirra, in: IMAGE: Journal of Interdisciplinary Image Science. Vol. I: Bildwissenschaft als interdisziplinäres Unternehmen. Eine Standortbestimmung. 2005, Köln: Herbert-von-Halem-Verlag ISSN 1614-0885 (www.jrjs.de/Work/Papers/P05/P05-3/index.html)
• A New Theme for Educating New Engineers: Computational visualistics ; Jörg R. J. Schirra, in: Global Journal of Engineering Education, Vol. 4, No. 1, 73-82. (June 2000) ISSN 1328-3154 (www.jrjs.de/Work/Papers/P00/P00-2/index.html)
• Computational Visualistics, Media Informatics, and Virtual Communities; Jochen Schneider, Thomas Strothotte & Winfried Marotzki; Deutscher Universitätsverlag; 2003; ISBN 3-8244-4550-6
• Von Bildern und neuen Ingenieuren: Aspekte des Studiengangs Computervisualistik; Jörg R.J. Schirra, Thomas Strothotte; In: A. Dress, G. Jäger (eds.) Visualisierung in Kunst und Mathematik: Technik - Bilder - Visionen. Braunschweig/Wiesbaden: Vieweg, 1998, 189-205; ISBN 3-528-06912-0 (www.jrjs.de/Work/Papers/P98/P98-1/index.html)

[Bearbeiten] Weblinks

• Computervisualistik (an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg)
• Computervisualistik (Bachelorstudiengang an der Universität Koblenz-Landau)
• Computervisualistik (Masterstudiengang an der Universität Koblenz-Landau)
• Projekt Computervisualistik (Projektseite des ersten Fachbetreuers in Magdeburg
• Projekthomepage eines Studenten - Aufgabenbeispiele