Preisgekrönte 3D-Landkarte der DHBW Mannheim

Schnell ans Ziel gelangen, dafür sind Navigationssysteme ein Segen. Doch um das eigene Geografiewissen auszubauen oder zu verbessern, ist eine rein digitale Karte nur bedingt hilfreich. Schon der Finger auf dem Globus ist ein ganz anderes Erlebnis – noch eins obendrauf setzen Studierende der Elektrotechnik gemeinsam mit Prof. Dr. Andreas Kilthau. Sie entwickelten eine App, mit der sich 3D-Landkarten selbst herstellen lassen. Benötigt wird lediglich ein geeigneter PC mit Internetanschluss sowie ein 3D-Drucker.

Geografie erleben mit 3D-Reliefkarten

Es gibt zwar bereits freie Programme zum Erzeugen der Druckdaten für ein Geländemodell, neu ist aber die Kombination des reinen Höhenmodells mit zusätzlichen Geoinformationen. Und so wird auch das Kartenlesen selbst zum Kinderspiel. Die dreidimensionale Darstellung der Erdoberfläche ist anschaulicher als die Darstellung mit Höhenlinien und ermöglicht das Begreifen im wahrsten Sinne des Wortes. Eine wichtige Anwendung ist daher der Schulunterricht, möglich ist auch der Einsatz als tastbare Blindenkarte, in der Tourismuswerbung (z. B. zur Darstellung von Wanderwegen oder Skigebieten oder zur Planung von Radtouren) oder nur zu Dekorationszwecken.

Wertvolles Projekt aus der Corona-Zeit

Die Idee für das Projekt und eine Konzeptstudie gab es schon vor Corona. Während des Lockdowns mussten studentische Arbeiten zuhause durchgeführt werden und so wurde dann mit der Umsetzung dieses reinen Programmierprojekts begonnen. Im Studiengang Elektrotechnik ist die Informatik ein fester Bestandteil des Curriculums. Auf diese Art konnte das gelernte Wissen auch im Homeoffice angewendet werden – und aus der Not wurde eine Tugend.

Spaß und Puzzle-Enthusiasmus bei Besucher*innen auf der Bundesgartenschau 

Für Begeisterung und Aha-Effekte sorgte das Projekt auf der Bundesgartenschau 2023 in Mannheim: Hierfür wurde speziell für den DHBW-Stand zum ersten Mal eine große Landkarte aus insgesamt 18 Kacheln entworfen und die dafür benötigten Funktionen in die App aufgenommen. Die Karte hat eine Größe von etwa 120 x 60 cm, besteht aus 267 Einzelteilen und bildet das Stadtgebiet von Mannheim sowie einen Teil des Pfälzerwalds bis zum Odenwald mit 168 Siedlungen ab. Das Gewicht der Einzelteile beträgt 5 kg, die Druckdauer lag bei 21 Tagen ohne Pausen.

Der Fokus lag auf der Anwendung als wiederverwendbares Puzzle. Die Einzelteile sind daher größer, höher und damit stabiler als bei einer Karte, bei der die farbigen Einzelteile nur einmalig eingeklebt werden. Die Straßen, von Autobahnen bis zu Kreisstraßen, sowie die Hauptlinien der Bahn wurden als gleichfarbiges zusammenhängendes Verkehrsnetz gedruckt, damit nicht zu viele Puzzleteile entstehen.

Viele Besucher*innen sind am DHBW-Stand stehen geblieben, um die Karte zu betrachten, den eigenen Heimatort zu finden oder sich die Zeit mit Puzzeln zu vertreiben. Ortskenntnisse waren hierfür von Vorteil, aber nicht zwingend erforderlich. Einige packte so ein Ehrgeiz, dass sie sich sogar die Zeit nahmen, um die Karte fertig zu puzzeln.

App gewinnt beim Prusa Education contest

Die App mit dem Beispiel der 3D-Landkarte für die BUGA wurde beim Prusa Education contest der Firma Prusa Research als Wettbewerbsbeitrag eingereicht und hat einen Prusa i3 MK3S+ 3D-Drucker als Preis gewonnen. Die Druckdaten der 3D-Landkarte von Mannheim und Umgebung können zum Nachdrucken heruntergeladen werden.

Potenziale und weitere Projektziele

Viele Schulen besitzen 3D-Drucker für Kunststoff und könnten sich die 3D-Reliefkarten für den Erdkundeunterricht selbst herstellen, z. B. eine Deutschlandkarte mit den wichtigsten Städten und Regionen zum Einsetzen oder eine Karte in kleinem Maßstab mit der eigenen Schule. 3D-Drucker für Kunststoff kosten inzwischen nicht viel mehr als normale Drucker, damit ist auch die Erstellung von personalisierten 3D-Landkarten im privaten Rahmen möglich und eine Nachfrage nach einer solchen App sicher gegeben. Wer wetterfeste 3D-Landkarten bevorzugt, z. B. für einen Rathausplatz, könnte die Daten aus der App auch für einen Metall-3D-Drucker nutzen.

Das nächste Projektziel ist die Veröffentlichung der entwickelten App für eine freie Verwendung. Die anstehenden Schritte sind daher eine weitere Verbesserung der Funktionalität, weitere Tests und Fehlerbeseitigungen, die Bereitstellung von Vorlagen für bestimmte Kartentypen sowie die Erstellung einer Dokumentation.

Hintergrund-Informationen zur App

Quelle der Geodaten ist die offen zugängliche Datenbank OpenStreetMap. Alle in OpenStreetMap enthaltenen Informationen wie Straßen, Wälder, Städtenamen oder Höhenpunkte lassen sich durch Linien, Flächen, Texte oder Symbole darstellen. Straßen und Flüsse können z. B. durch Anhebung oder Absenkung des Geländes dargestellt werden. Es ist auch möglich die Kartenobjekte nacheinander mit unterschiedlichen Farben zu drucken und sie dann übereinander in die Karte einzusetzen. Es lassen sich mehrere Farben übereinander stapeln (z. B. Straßen über einer Siedlung in einem Wald). Das darzustellende Gebiet sowie der Maßstab und die Überhöhung (Verhältnis von Höhenmaßstab zu Längenmaßstab) sind frei wählbar. Die App erzeugt die Druckdaten; die Größe einer Landkarte wird dabei nicht durch den Bauraum des Druckers begrenzt, da sich die Karten aus mehreren Kacheln zusammensetzen lassen. Um eine weltweite Verwendung zu ermöglichen, ist die Sprache der App Englisch.