Rhizosphere 2026 An audiovisual exploration of life underground https://www.photopic.at/public_html/wp-content/uploads/2026/04/rhizosphere_teaser_hdd26.webm April 24, 2026 5:00 p.m. & 7:00 p.m. as part of the Long Night of Research at the House of Digitalization in Tulln Life Underground Tree trunks and canopies, plays of light and shadow, rustling leaves, birdsong, the crackling of foliage, insects, cool damp air, a musty smell, perhaps a mammal, and mushroom fruiting bodies pushing up through the forest floor. What we perceive as „the forest“ during a walk through the woods is largely limited to impressions above ground — shaped by what is visible, audible, and accessible. But if we turn our attention and our imagined gaze downward, a hidden, dense, living system reveals itself beneath our feet, beneath the moss, needles, and leaves. Forest soils are not a passive substrate in which plants are anchored — they are ecosystems in their own right. They harbor an enormous diversity of organisms that regulate the flow of energy and nutrients through tightly coupled networks. Mycorrhizal fungi in particular form mutualistic connections with roots, facilitating the uptake of nutrients and water and thereby improving the growth and survival of their partner plants. Art and Science Using algorithmic image and sound synthesis, Rhizosphere makes these hidden connections visible and audible by translating complex biological processes into an immersive audiovisual experience. The simulated organisms grow through the underground ecosystem to access nutrients, and must adapt to stressors such as drought or erosion in order to survive. Information about the state of these virtual organisms and events in their „habitat“ is translated into acoustic signals. These sounds are woven into a soundscape that invites the audience to immerse themselves in the subterranean cosmos. Historical drawings and examples of current research — such as that of SPUN — expand our simulation. Our goal is to bring the enormous complexity of hidden soil life and its fundamental importance for (the survival of) life on Earth to as broad an audience as possible, in an aesthetically engaging way. Visualization At the heart of the project are algorithms that model biological growth. Our simulation encompasses plant roots, fungal hyphae, and the surrounding soil with its distributions of moisture and nutrients, as well as the mutual influences between these components. We let the roots grow using Space Colonization Algorithms¹ and the hyphae using Slime Mold Simulations². Space Colonization Algorithms Space Colonization Algorithms​  model growth that orients itself toward resources in the immediate environment. The starting point is a simple „root embryo“ (the plant’s shoot axis) from which the system branches out step by step. Points distributed throughout the digital soil — sources of water and nutrients — guide the growth by attracting nearby root tips. When a root tip reaches one of these points, the area is considered colonized and loses its influence. Over time, a root network emerges that not only resembles real roots, but also vividly illustrates their search for favorable conditions. Slime Mold Simulations Slime Mold Simulations draw on a different growth principle: they mimic the behavior of slime molds, which respond to stimuli as a swarm-like system. A network of virtual „particles“ moves through space, leaves a trail, and orients itself toward existing trails and food sources. Where many particles travel, the trail is reinforced — the network is stabilized. Less-used connections dissolve over time. In this way, finely branched, efficient conductive structures emerge that are reminiscent of fungal networks, blood vessels, or transport grids. Soil These algorithms act as agents whose particular form depends heavily on the properties of the virtual environment they inhabit. This virtual substrate is given structure through Voronoi Noise³. The distribution of resources then occurs through custom-developed percolation and diffusion algorithms. This produces shifting patterns of nutrient content, moisture, and permeability. These influence the spread of the agents, but are in turn also altered by the agents‘ own colonization. The result is a complex and dynamic world of underground networks. Voronoi Noise Voronoi Noise provides the fundamental spatial pattern on which all further processes unfold. Starting from a set of distributed seed points, space is divided into zones in which the nearest seed point dominates. This produces polygonal fields whose size and shape depend on the positions of these points, and which are reminiscent of natural cellular structures. By generating these fields with different material properties and random variations, the substrate becomes both structured and heterogeneous. The agents thus encounter an environment with local characteristics to which they respond as they grow. The virtual substrate plays a central role in the exchange of information between agents. It is therefore ideally suited for artistic intervention. By manipulating the local properties of the substrate, the visual composition and its evolution over time can be influenced without having to specify the details of execution. The artistic input in the running simulations is limited to simple gestures, while the image generation is left to the algorithms. Sonification Rhizosphere begins with an above-ground spatial recording of the soundscape of a forest in spring. Just as the gaze dives into the hidden world of the forest floor, so too does the sound. To make audible what is essentially inaudible to our ears — such as the flow of substances or the growth of roots and hyphae — parameters from the aforementioned algorithms, as well as the spatial coordinates of the agents‘ growth, are sent as a continuous data stream to a second computer. This computer’s task is to translate this data stream into sound (sonification) and, in correspondence with the visualizations, to distribute it spatially (spatialisation). This creates a dynamic soundscape that flows through the space, further abstracting the modeled biological processes and extending their visualization. The sprouting and growing of roots and hyphae is made audible through microscopic, granular sound events. The flow of water and substances forms further sonic layers. Depending on the progress of the simulations, these layers may condense into shimmering and rushing noise. The sonic foundation consists of real soil recordings, captured using a device developed as part of the

Malerei, Medienkunst Stefan Pommer ist selbständiger Maler, Illustrator Grafikdesigner und im Bereich digitaler Kunst tätig. Nach dem Abschluss der HTL1 für Grafik und Kommunikationsdesign in Linz studierte er Malerei an der Universität für angewandte Kunst Wien bei Adolf Frohner und Gerhard Müller. Seit 2005 verbindet er Bild, Klang und Programmierung in interaktiven Multimedia-Arbeiten und VJ-Projekten. 2011 gründete er das Grafik- und Illustrationsbüro Photopic e.U.. Seine künstlerische Forschung kreist um mikrobielle Ökologie und Naturprozesse, die er seit 2019 im Projekt Biomorph weiterentwickelt. Er lebt und arbeitet in Niederösterreich. Systembiologie, Sound Art Flo Panhölzl ist Biologe und arbeitet zudem an der Realisierung digitaler Soundprojekte. Nach dem Abschluss der HTL für Nachrichtentechnik und Informatik in Braunau gründete er gemeinsam mit Freunden das experimentielle Soundsystem Tok und war einige Jahre quer durch Europa – mit Zwischenstationen bei der Vöest Linz – unterwegs. Nach einigen Jahren in einer sehr technischen und industriellen Welt wandte er sich der Permakultur und in weiterer Folge der Biologie zu. Nach dem Studium der Ökologie und Evolutionary Systems Biology an der Universität Wien forscht er dort aktuell als Praedoc am Centre for Microbiology and Environmental Systems Science zu Giant Viruses. Am liebsten verbindet er die technische und die naturwissenschaftliche Welt in künstlerischen Projekten wie Rhizosphere.

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. https://www.photopic.at/public_html/wp-content/uploads/2026/03/Bildschirmaufzeichnung-vom-2026-03-12-14-56-16.mp4 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. https://www.photopic.at/public_html/wp-content/uploads/2026/03/Bildschirmaufzeichnung-vom-2026-01-26-23-24-10.mp4 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. https://www.photopic.at/public_html/wp-content/uploads/2026/03/Bildschirmaufzeichnung-vom-2026-01-02-02-27-34.mp4

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. English version https://www.photopic.at/public_html/wp-content/uploads/2026/03/Bildschirmaufzeichnung-vom-2025-09-19-00-08-49.mp4

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. Für die technische Umsetzung wurde das im Zuge des Projekts Biomorph-DK 2024 entwickelte Framework PMD adaptiert und erweitert. PMD ist eine Sammlung von Abstractions und Externals für die grafische Programmierumgebung Puredate und deren Gem-Bibliothek.Der bestehende PMD-Workspace und das Bildebenen-System wurden überarbeitet und unterstützen die Darstellung extremer Bildformate, wie das des LED-Screens im Haus der Digitalisierung in Tulln (22080 x 1440 Pixel). Weiters wurden zahlreiche neue GLSL Shader und Puredata Externals entwickelt, um die biologische Simulation und das Rendering zu ermöglichen. English version 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. English version