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OpenCodes
Die Welt als ein Datenfeld

Die Ausstellungen OpenCodes im ZKM, Karlsruhe, zeigen eine breite Palette digitaler Kunstwerke. Für einen Computer-Engineering-Experten wie mich sind viele (aber nicht alle) der zugrunde liegenden Ansätze, Algorithmen oder Implementierungen alltäglich. Die in den Kunstwerken ausgedrückten kreativen Prozesse sind dennoch faszinierend und inspirierend.

In diesem Projekt versuche ich, einen technischen Hintergrund der ausgestellten Installationen zu zeigen, indem ich eine Sammlung von Programmierbeispielen zu verschiedenen Aspekten der digitalen Werke präsentiere. Die Programmierung basiert auf der Sprache Python3. Python ist frei verfügbar für alle wichtigen Plattformen und ist ziemlich mächtig, aber trotzdem einfach zu verstehen und zu lernen.

Digitale Kunstwerke nutzen typischerweise technische Schnittstellen, um mit den Beobachtern - oder Nutzern - zu kommunizieren. Diese Schnittstellen übersetzen von digitalen Signalen - mit anderen Worten: Zahlen -, die von den vom Künstler gebauten Maschinen erzeugt werden - normalerweise eine Art Computer - für menschliche Sinne. Zum Beispiel ein Video-Bildschirm, ein digitaler Audio-Encoder, ein virtuelles oder augmentiertes Reality-System. Einige Schnittstellen übersetzen in die andere Richtung, indem sie menschliche Aktivitäten erfassen. Sie erzeugen Zahlen aus der physischen Bewegung unseres Körpers oder aus unserer Gehirnaktivität. Je vollständiger die Übersetzung und je besser die Qualität, desto "echter" ist unsere Interaktion mit den digitalen Objekten.

Aber es gibt auch eine Reihe von Arbeiten, die nicht digitale Schnittstellen direkt verwenden, sondern traditionelle Medien wie Papierdruck oder geschriebenen Text. Dennoch zeigen sie Aspekte unserer digitalen Umgebung - oft Ergebnisse von "künstlicher Intelligenz" (KI): Maschinen, die Dinge tun, wie wir es tun.

Damit KI funktioniert, müssen enorme Datenmengen in maschinelle Lernalgorithmen eingegeben werden, damit sie im Laufe der Zeit lernen, was wir ihnen nicht direkt in der traditionellen Form von imperativen Algorithmen (Programmen) beibringen können. Daten werden immer wichtiger, um die Werkzeuge des digitalen Zeitalters zu entwickeln. Es ist offensichtlich, dass der Begriff "Wissen ist Macht" eine brandneue Bedeutung in der heutigen Welt hat. Da Daten Wissen sind, ist es ein großes Risiko für die Demokratie, wenn Privateigentum auf Daten in großem Umfang beruht. Daran müssen wir ernsthaft denken. Die OpenCodes-Ausstellung hat einen starken Fokus auf Daten, insbesondere in der zweiten Phase mit dem Titel "Die Welt als ein Datenfeld". OpenCodes zielt auch auf Bildung auf die wichtigsten digitalen Themen: Daten und Code. Dieses Projekt zielt darauf ab, in dieser Ausbildung zu helfen.

Nicht alle unsere menschlichen Sinne können genauso gut mit digitaler Technologie verbunden werden. Für unsere primären Sinne des Sehens und Hörens funktioniert es jedoch ziemlich gut. Auch unser "symbolischer Sinn" (der nicht zu den typischen Sinnen gehört) ist ein sehr guter Kandidat: die geschriebene menschliche Sprache wurde schon vor den beiden von oben benutzt und Maschinen beginnen zu sprechen und zu verstehen, was wir sagen. Schnittstellen zu Geschmack, Geruch, Hautwahrnehmung und Balance sind bei weitem nicht gleichwertig mit den anderen.

Kunstwerke und Themen

Das Thema "Daten" wird durch die Installation von Weibel und Lölkes eingeführt: Die Welt als ein Feld von Daten. Die Daten stammen aus einer großen Anzahl öffentlich verfügbarer Feeds und werden in einem (mehr oder weniger) einheitlichen Stil angezeigt.

    Die Vielzahl von elektronischen Schnittstellen wie Smartphones, Computer und Bildschirme, die Menschen jeden Tag in Arztpraxen, zu Hause, in Büros, an der Börse, auf Flughäfen oder auf Bahnhöfen begleiten, ist ein überwältigender Beweis dafür, dass man in der Sonne navigieren kann, Mond und Sterne wurden längst durch Satelliten und andere technische Instrumente ersetzt. Menschen, die im digitalen Zeitalter leben, navigieren nicht durch die Position der Sterne und der Sonne; Sie folgen dort, wo sie von digitalen Geräten geführt werden, die Informationen vom Mobilfunkmast am Horizont empfangen und Satelliten im Weltraum umkreisen. Die Installation Die Welt als Datenfeld konfrontiert uns mit diesem Datenfeld, das uns bewusst übertrieben rund um die Uhr begleitet. Datenfelder sind allgegenwärtig. Alle Informationen, die sich aus unserer Interaktion im Netz und in der realen Welt ergeben, werden auf rund 40 Bildschirmen zusammengesetzt, die als Datenwolke im Atrium 8 des ZKM in der Luft hängen.

Refik Anadol verwendet EEG-Daten eines menschlichen Gehirns, um eine optische Visualisierung in Melting Memories zu erzeugen. Dies erfordert fortgeschrittene Visualisierungstechniken und demonstriert eine Vielzahl von Kontexten, in denen wir dieselben Daten verwenden können.

    Melting Memories präsentiert neue technologische Fortschritte, die es den Besuchern ermöglichen, ästhetische Interpretationen von motorischen Bewegungen in einem menschlichen Gehirn zu erleben. Die Arbeit entsteht aus den Experimenten des Künstlers mit den fortschrittlichen Technologie-Tools des Neuroscape Laboratory an der Universität von Kalifornien, San Francisco. Neuroscape ist ein neurowissenschaftliches Zentrum, das sich auf Technologieentwicklung und wissenschaftliche Forschung zur Gehirnfunktion von gesunden und beeinträchtigten Menschen konzentriert. Anadol sammelt Daten über die neuronalen Mechanismen der kognitiven Kontrolle von einem EEG (Elektroenzephalogramm), das Veränderungen in der Gehirnwellenaktivität misst und zeigt, wie das Gehirn im Laufe der Zeit funktioniert. Diese Datensätze bilden die Grundlage für die einzigartigen Algorithmen, die der Künstler für die mehrdimensionale visuelle Struktur benötigt.

Rybn verwendete einen ziemlich traditionellen Anzeigestil von Börsendaten, um ihre speziellen Codes für in ADM-XI verwendete Handelsalgorithmen einzuführen. Dies ist auch ein sehr gutes Beispiel für Grundlagen der Programmierung.

    ADM XI ist eine unabhängige Forschungsplattform für experimentelle algorithmische Handelstechnik, die das Dogma der neoklassischen Ökonomie in Frage stellt. Es schuf eine Sammlung von häretischen, irrationalen und experimentellen Betriebshandelsalgorithmen, die veröffentlicht werden, um auf einem von RYBN.ORG gehosteten und organisierten Marktplatz miteinander zu konkurrieren. Bei diesem Wettbewerb werden die Vorteile nicht mehr von Preisen und anderen wirtschaftlichen Instrumenten bestimmt, sondern von lebenden Organismen - Boden, Pflanzen, Bakterien; durch überirdische Gesetze - umwelt, astronomisch, astrologisch; und durch altes oder verbotenes Wissen - Esoterik, Magie, Geomantie. Alle Algorithmen folgen ihrer eigenen nicht-merkantilen und obsessiven Logik: einige versuchen, totales und irreversibles Chaos zu erzeugen; andere versuchen, die Marktpreise so zu beeinflussen, dass sie eine bestimmte geometrische Form haben.

Jörn Müller-Quade bietet mit Code Beautiful wie eine Uhr eine enge Verbindung von Mathematik und bildender Kunst. Nur wenige Zeilen Code werden benötigt, um Bilder von besonderer Schönheit zu erzeugen.

    Viele Menschen finden mechanische Uhren ansprechend. Ein solcher ästhetischer Reiz wird Computerprogrammen nicht zugeschrieben, obwohl sie in ähnlicher Weise mechanisch sind: feste vordefinierte Befehle werden ausgeführt, um ein Ergebnis zu erzielen. Die "Mechanik" von Computerprogrammen spielt sich in einer Zeit ab, die außerhalb der menschlichen Wahrnehmung liegt. Während viele Programme für uns wahrnehmbare Reaktionszeiten haben, werden Basisbefehle in dieser Zeit milliardenfach schneller ausgeführt. Diese Arbeit soll diese extremen Zeitskalen überbrücken und den mechanischen Charakter von Computerprogrammen erlebbar machen. Das Exponat besteht aus drei Einheiten: Auf der linken Seite befindet sich der Programmcode mit dem Schwerpunkt auf dem Befehl, der zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgeführt wird. In der Mitte wird das "Innenleben" des Prozessors mit seinen Registern, Ausführungseinheit und Speicher in der Ausführung eines Basisbefehls angezeigt. Auf der rechten Seite wird das Ergebnis visualisiert. Ein Bedienknopf verändert die Verarbeitungsgeschwindigkeit: Bei einer Verlangsamung werden einzelne Schritte erkennbar, das sichtbare Ergebnis ist jedoch verzögert. Bei hoher Geschwindigkeit erscheint das Ergebnis schnell, aber die einzelnen Schritte des Prozessors können nicht mehr beobachtet werden.

Algorithmische Strukturen, die dem lebenden Organismus ähnliche Merkmale erzeugen, werden in Game of Life von Christian Lölkes visualisiert.

Algorithmische Strukturen, die dem lebenden Organismus ähnliche Merkmale erzeugen, werden in Game of Life von Christian Lölkes visualisiert.

    In Conways Spiel des Lebens wird eine Populationssimulation von einem zellularen Automaten auf einem zweidimensionalen Spielfeld nach bestimmten Regeln durchgeführt. Die Regeln bestehen aus vier Spezifikationen, die abhängig von der Anzahl der Nachbarn (Standardwerte) angewendet werden: Geburt (eine leere Zelle hat genau drei Nachbarn), Leben bis zur nächsten Generation (eine lebende Zelle hat zwei oder drei Nachbarn), Tod durch Einsamkeit (eine Zelle hat weniger als zwei lebende Nachbarn) und Tod durch Überfüllung (eine Zelle hat mehr als drei lebende Nachbarn). Diese Zahlengruppe bietet die Grundlage für das Erscheinen, den Ablauf und die Beendigung periodischer Strukturen. Diese Simulation wird auch in anderen Bereichen eingesetzt, unter anderem in der Wirtschaft und in den Naturwissenschaften.

Ein komplexerer Algorithmus - das Sortieren von Daten - mit einfachen Grafiken wird mit dem musikalischen Ausdruck des algorithmischen Verfahrens in Sound of Sorting von Christian Lölkes kombiniert.

    Sortierprozesse sind wesentliche Bestandteile von Codes und Algorithmen in ihrer täglichen Verarbeitung von Daten. Sie ordnen den Datensätzen Ordnung, die auf Werten und Parametern basieren, die sie zuvor erhalten haben. Im Gegensatz zu Menschen, die solche Aufgaben langsamer, intuitiver und vor allem visuell lösen, sind Computer gefordert, Aufgaben mit maximaler Effizienz hinsichtlich Zeit, Speicherplatz und Ressourcen auszuführen. Zum Beispiel sortieren diese Prozesse Suchergebnisse nach Trefferquoten, Transportwegen nach Entfernung oder Workflows nach Abhängigkeiten voneinander. Jeder Prozess erreicht das gleiche Ziel mit unterschiedlichen Verfahren. Ordnet man dann jedem Datensatz einen Sound zu und spielt ihn ab, sobald der Sortierprozess diesen Datensatz bearbeitet, entstehen einzigartige Rhythmen und Melodien.

Das Cryptolab von Daniel Heiss hat Mathematik als Hauptthema: Algorithmen und Maschinen, die für Bitcoin Mining verwendet werden. Obwohl der Block-Ketten-Mechanismus komplex und (oft) energiehungrig ist, wird er häufig in kommerziellen Projekten verwendet.

    Mining ist der Prozess, mit dem kryptografische Währungen wie Bitcoin generiert werden. Das Ausführen einer Bitcoin-Transaktion erfordert, dass Hash-Werte, die bestimmten Anforderungen entsprechen, mit Bruteforce-Methoden gefunden werden. Nachdem dieser Hashwert erkannt wurde, wird der Blockchain ein neuer Transaktionsblock hinzugefügt. Der erste Miner, der einen bestimmten Hashwert findet, wird ebenfalls mit einer bestimmten Menge neu erzeugter Bitcoins belohnt. Die kombinierte Rechenleistung aller Bergleute, die am Bitcoin-Netzwerk teilnehmen, ist jetzt um ein Vielfaches größer als die der TOP500-Supercomputer der Welt. In »KryptoLab« findet die Suche nach digitalem Gold live auf verschiedenen Hardware-Arten statt. Hier lässt sich auch die rasante Entwicklung der Hardware vom einfachen Arbeitsplatzrechner bis zum hochspezialisierten ASIC-Miner aus China nachvollziehen. Bei einem eigens für die Ausstellung entwickelten One-Shot-Mining können die Besucher auf Knopfdruck ihr Glück versuchen, selbst einen Block abzubauen und vielleicht 12,5 Bitcoins als Belohnung zu gewinnen. Die Chancen, dies zu tun, sind jedoch viel niedriger als die Chancen, im Lotto zu gewinnen. Die von den Bergleuten in »KryptoLab« generierten Werte werden den Besuchern in einer Reihe von Workshops im Rahmen der Ausstellung zur Verfügung gestellt, so dass Besucher selbst mit diesem abstrakten Medium interagieren können.

James Bridles Autonomous Trap ist eine Vorschau auf zukünftige selbstfahrende Autos und die Probleme, die wir erwarten können. Die grundlegende Herausforderung des autonomen Fahrens besteht im Wesentlichen darin, aus der riesigen Datenmenge, die von den Sensoren des Autos erzeugt wird, Sinn zu machen. Die Maschine muss verstehen, was sie sieht.

Codebeispiele

Alle Codebeispiele befinden sich im Quellordner. Dateien, die mit .py enden, sind reine Python3-Dateien. Öffnen Sie sie mit einem Editor oder einer IDE wie idle3. Es gibt auch 3 Notizbücher, die mit .ipynb enden, die Python3 in einem bequemeren Format zum Lernen sind. Das Tool jupiter-notebook wird benötigt, um sie zu öffnen.

Credits gehen an eine größere Anzahl von Leuten, die ihre Ideen auf öffentlich verfügbaren Plattformen (wie dieser) teilten, so dass ich Codefragmente mit meinen eigenen Ideen einbinden oder anpassen konnte.

Wir beginnen mit einer allgemeineren Exkursion zu Daten und ihrer möglichen "Interpretation". Als nächstes gehen wir in die Grundlagen der Programmierung mit Python. Themen sind Variablen, Datentypen, Funktionen und Schleifen.

Daran schließen sich einige einfache 2D-Grafiken an, da Grafiken die dominanteste Schnittstelle sind. Der Grafikbereich wird dann weiter erweitert, indem Farben, grundlegende Bildverarbeitung, Animationen und Filme eingeführt werden. Wir verbinden komplexere Bildverarbeitung mit der autonomen Falle und erstellen schließlich einen Film des schönen Julia-Sets

Wir untersuchen die Prinzipien von Game of Life und Sound of Sorting in kurzen Beispielen. Trotz der fortgeschrittenen Programmiermechanismen sollte der Code ziemlich einfach sein.

Verschlüsselungs-Dienstprogramme werden verwendet, um eine sehr einfache Blockkette zu erstellen, die sogar zum Signieren von Objekten verwendet werden kann, die mit diesen Übungen erstellt wurden.

Wir lernen, wie man Daten vom Aktienmarkt und anderen Quellen wie Newsfeeds bekommt und zeigt.

Fortgeschrittene Themen umfassen Musik, Webcam und Filmgenerierung mit Sound.