Biomorph

Eine überirdische räumliche Aufnahme der Geräuschkulisse eines Waldes im Frühling steht zu Beginn von Rhizosphere. Wie der Blick taucht auch der Sound in die verborgene Welt des Waldbodens ein. Um das für unser Ohr eigentlich Unhörbare – wie Stoffflüsse oder das Wachsen von Wurzeln und Hyphen – hörbar zu machen, werden Parameter der oben genannten Algorithmen sowie räumliche Koordinaten des Wachstums der Agenten als kontinuierlicher Datenstrom in Echtzeit an einen zweiten Computer gesendet. Dieser Computer hat die Aufgabe, diesen Datenstrom in Klang zu übersetzen (Sonifikation) und, den Visualisierungen entsprechend, im Raum zu verteilen (Spatialisation). Dadurch entsteht eine dynamische, den Raum durchströmende Klanglandschaft, die die modellierten biologischen Vorgänge noch weiter abstrahiert und deren Visualisierungen erweitert. Das Sprießen und Wachsen der Wurzeln und Hyphen wird durch mikroskopische, granulare Klangereignisse hörbar gemacht. Wasser- und Stoffflüsse bilden weitere klangliche Ebenen. Je nach dem Fortschreiten der Simulationen, können sich diese Ebenen in Flirren und Rauschen verdichten. Das klangliche Fundament bilden echte Bodenaufnahmen, die mithilfe eines im Rahmen des Schweizer Citizen Science-Projekts Sounding Soils entwickelten Aufnahmegeräts aufgezeichnet werden. Die vor allem durch die Bodenfauna entstehenden Klänge bilden gemeinsam mit der am Beginn zu hörende Waldaufnahme eine Art akustische Klammer.

Voronoi Noise liefert das räumliche Grundmuster, auf dem sich alle weiteren Prozesse entfalten. Ausgehend von einer Menge verteilter Keimpunkte wird der Raum in Zonen aufgeteilt, in denen jeweils der nächstgelegene Keimpunkt dominiert. Es entstehen polygonale Felder, deren Größe und Form von der Lage dieser Punkte abhängen und die an natürliche Zellengefüge erinnern. Indem diese Felder mit unterschiedlichen Materialeigenschaften und Zufallsvariationen erzeugt werden, wird das Substrat zugleich gegliedert und heterogen. Die Agenten treffen so auf eine Umgebung mit lokalen Charakteristika, auf die sie beim Wachsen reagieren. Das virtuelle Substrat spielt beim Austausch von Informationen zwischen den Agenten eine zentrale Rolle. Somit ist es ideal geeignet, um gestalterisch einzugreifen. Durch Manipulationen der lokalen Eigenschaften des Substrats können die Bildkomposition und ihre Entwicklung über die Zeit beeinflusst werden, ohne dabei die Details der Ausführung festlegen zu müssen. Der künstlerische Input beschränkt sich in den laufenden Simulationen auf einfache Gesten, während die Bildgenerierung den Algorithmen überlassen wird.

Diese Algorithmen agieren als Agenten, deren jeweilige Ausformung stark von den Eigenschaften der virtuellen Umgebung abhängt, in der sie angesiedelt sind. Diesem virtuellen Substrat wird mittels Voronoi Noise(1) eine Struktur verliehen. Die Verteilung der Ressourcen erfolgt anschließend durch selbst entwickelte Percolation- und Diffusions-Algorithmen. So bilden sich wandelnde Muster aus Nährstoffgehalt, Feuchtigkeit und Permeabilität. Diese beeinflussen die Ausbreitung der Agenten, werden aber auch durch deren Kolonisierung selber verändert. Dadurch entsteht eine komplexe und dynamische Welt unterirdischer Netzwerke. 1 Angelehnt an “Cellular Noise” aus dem Book of Shaders von Patricio Gonzalez Vivo und Jen Lowe: thebookofshaders.com/12/

Slime-Mold-Simulationen greifen ein anderes Wachstumsprinzip auf: sie bilden das Verhalten von Schleimpilzen nach, die als schwarmartiges System auf Reize reagieren. Ein Netz aus virtuellen „Partikeln“ bewegt sich durch den Raum, hinterlässt eine Spur und orientiert sich an vorhandenen Spuren und Nahrungsquellen. Wo viele Partikel unterwegs sind, verstärkt sich die Spur – das Netzwerk wird stabilisiert. Weniger genutzte Verbindungen lösen sich mit der Zeit wieder auf. Auf diese Weise entstehen fein verzweigte, effiziente Leitungsstrukturen, die an Pilzgeflechte, Blutgefäße oder Verkehrsnetze erinnern.

Space Colonizing Algorithmen modellieren Wachstum, das sich an den Ressourcen im nahen Umfeld orientiert. Ausgangspunkt ist ein einfacher „Wurzelkeim“ (die Sprossachse der Pflanze) von dem sich das System schrittweise verzweigt. Im digitalen Boden verteilte Punkte – Wasser- und Nährstoffquellen – lenken das Wachstum, indem sie nahegelegene Wurzelspitzen anziehen. Erreicht eine Wurzelspitze einen dieser Punkte, gilt der Bereich als erschlossen und verliert seinen Einfluss. So entsteht mit der Zeit ein Wurzelwerk, das nicht nur an reale Wurzeln erinnert, sondern auch deren Suche nach günstigen Bedingungen anschaulich macht.

Kern des Projektes sind Algorithmen, die biologisches Wachstum modellieren. Unsere Simulation umfasst Pflanzenwurzeln, Pilzhyphen und das sie umgebende Erdreich mit seinen Feuchtigkeits- und Nährstoffverteilungen sowie die gegenseitigen Einflüsse dieser Komponenten. Dabei lassen wir die Wurzeln mit Space Colonizing Algorithmen(1).und Hyphen mit Slime Mold Simulationen(2) wachsen. 1 Angelehnt an “Space colonization (2D) experiments in JavaScript” von Jason Webb: jasonwebb.github.io/2d-space-colonization-experiments/ 2 Angelehnt an “Slime-Simulation” von Sebastian Lague:github.com/SebLague/Slime-Simulation

Mittels algorithmischer Bild- und Klangsynthese macht Rhizosphere diese verborgenen Verbindungen sichtbar und hörbar, indem es komplexe biologische Prozesse in eine immersive audiovisuelle Erfahrung übersetzt. Die simulierten Organismen durchwachsen das unterirdische Ökosystem, um Nährstoffe zu erschließen und müssen sich an Stressfaktoren wie Trockenheit oder Erosion anpassen, um zu überdauern. Informationen über den Zustand dieser virtuellen Organismen sowie Ereignisse in ihrem „Lebensraum“ werden in akustische Signale übersetzt. Diese Sounds werden zu einer Klanglandschaft verwoben, die das Publikum dazu einlädt, in den unterirdischen Kosmos einzutauchen. Unser Ziel ist es, so die enorme Komplexität des verborgenen Bodenlebens und seine fundamentale Bedeutung für das (Über-)Leben auf der Erde einem möglichst breiten Publikum auf ästhetisch ansprechende Weise näher zu bringen.