Von MonArch 2.0 zu MonArch 3.0

AKTUELLER ENTWICKLUNGSSTAND DES MONARCH-SYSTEMS

Autor: Michaela Kuhn | Stand: Mai 2021

MonArch ist ein Informationssystem, das auf die raumbezogene digitale Dokumentation räumlicher Objekte, wie Bauwerke oder geographische Flächen, spezialisiert ist. In diesem Artikel wird der aktuelle Entwicklungsstand des Systems vorgestellt. Dabei werden zunächst die aktuell verfügbare Version – MonArch 2.0 – und ihre vorhandenen Funktionen genutzt, um eine grundlegende Einführung in die Arbeit mit dem MonArch-System zu geben. Anschließend wird der Entwicklungsstand von MonArch 3.0, der weiterführenden Version, die Ende 2021 offiziell veröffentlicht werden wird, mit besonderem Fokus auf Änderungen im Vergleich zu MonArch 2.0 präsentiert. Anhand der Ergebnisse aus einem im Frühjahr 2021 abgeschlossenen Forschungsprojektes werden zudem an konkreten Beispielen mit echten Daten die verschiedenen neuen Möglichkeiten der Informationsverwaltung mit MonArch 3.0 näher beschrieben.

1. Digitale Modellierung mit MonArch

MonArch ist ein Informationssystem zur Dokumentation von Bauwerken, Denkmälern, archäologischen Stätten und Flächen, welches bereits seit mehreren Jahren operativ an verschiedenen Orten – beispielsweise den Kaiserthermen Trier, dem Brandenburger Dom oder den beiden Kirchen St. Sebald und St. Lorenz in Nürnberg – erfolgreich eingesetzt wird. Das System kann neben der Digitalisierung von Gebäuden des Kulturerbes ebenso für das Management zeitgenössischer oder zukünftig geplanter Bauten, insgesamt also für den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes, verwendet werden.

Der große Vorteil des MonArch-Systems ist dabei seine einfache Bedienbarkeit ohne von Anwenderinnen und Anwendern spezielle informationstechnische Vorkenntnisse zu fordern. Es verwendet intuitive Zugangspunkte, um selbst eine große Menge an gespeicherten Informationen leicht zugänglich zu machen und seinen Nutzerinnen und Nutzern so verbesserte Verwaltungs-, Verknüpfungs- sowie Recherchemöglichkeiten zu eröffnen.

Technisch gesehen liegen die Stärken des MonArch-Systems in seinen Datenbank-Genen. Es baut zudem vollständig auf Standardsoftware und erprobten Technologien auf und kann mit einer Vielzahl an Dateiformaten arbeiten, statt ein proprietäres Format zu verwenden. Da es als offenes System konzipiert wurde, erlaubt MonArch zusätzlich die Verknüpfung des eigenen Informationsstands mit externen Informationsquellen sowie einfache Erweiterungen oder Anpassungen an Kundenbedarfe.

2. MonArch 2.0 – Was ist aktuell möglich?

Als MonArch 2.0 wird die aktuell veröffentlichte Version des MonArch-Systems bezeichnet, welche seit Jahren von Nutzerinnen und Nutzern in der Praxis verwendet wird. Der MonArch-Client besteht dabei aus vier großen Bereichen:

  • Der Gebäuderepräsentation mittels einer Strukturhierarchie,
  • der Visualisierung von 2D-Karten,
  • der Zuordnung von Beschreibungsmerkmalen über eine Themenhierarchie und
  • der Verwaltung von Gebäudedaten in Form von Dokumenten.

2.1 Strukturhierarchie

In den meisten Fällen ist es sinnvoll und deshalb auch empfohlen, bei Einführung eines neuen Gebäudes (oder eines anderen räumlichen oder geographischen Objektes) mit der Strukturhierarchie zu beginnen. Diese kann vollkommen frei erstellt werden, d.h. weder Tiefe noch Detailgrad sind hier fest vorgegeben. Anders als in der nächsten MonArch Version (s. 3. MonArch 3.0 – Was ist neu?) sind Beziehungen nur in eine Richtung möglich: eine Spezialisierung mittels einer Teil-von-Beziehung.

Das Beispiel der Bartholomäuskapelle1 aus Paderborn in Abbildung 1 verdeutlicht, was unter einer solchen Beziehung zu verstehen ist. Dazu wird im ersten Schritt das gesamte Gebäude als oberstes Element der Strukturhierarchie definiert. Als nächstes folgen in diesem Beispiel Außen– und Innenbau – obwohl auch eine andere Partitionierung möglich wäre -, welche beide ein Teil ihres übergeordneten Strukturelements, also der gesamten Kapelle, sind. Ebenso sind Seitenschiff Süd, das Mittelschiff und die Apsis wiederum Teil des Innenbaus. Diese Unterteilung könnte nun bis zu einzelnen Bausteinen weitergeführt werden, kann aber auch bereits bei den einzelnen Säulen stehen bleiben.

Abbildung 1. Beispiel einer Strukturhierarchie.

Die verwendete Ordnungsstruktur nach Art eines Raumbuches ermöglicht es, in MonArch beliebige Informationen wie beispielsweise Materialspezifikationen oder zeitebenenspezifische Eigenschaften bestimmten Gebäudeteilen oder auch dem Gesamtgebäude zuzuordnen. Die gerade beschriebene Aufgliederung des Gebäudes dient also dazu, Ankerpunkte für die eigentlichen gespeicherten Informationen und Dokumente (s. 2.4 Verwaltung von Dokumenten) zu erstellen.

2.2 Visualisierung in 2D

Neben der Gebäuderepräsentation als Strukturhierarchie ist es zusätzlich möglich, 2D-CADZeichnungen in MonArch zu laden und mit Elementen eben dieser Hierarchie zu verknüpfen. Für die Bartholomäuskapelle wäre als Startpunkt beispielsweise eine Grundrisskarte geeignet. Die benutzten Karten können dabei beliebig detailgenau gezeichnet und Strukturelementen zugeordnet werden, allerdings unter der Voraussetzung, dass nur geschlossene Polygone in ihnen von MonArch als eigenständige Elemente betrachtet und in Folge mit Elementen der Strukturhierarchie verknüpft werden können.

Abbildung 2. Verknüpfung zwischen Strukturhierarchie und 2D-Visualisierung.

Abbildung 2 zeigt, wie alle grün hervorgehobenen Säulen in der Grundrisskarte mit dem Strukturelement Säulenreihe Mitte Süd verknüpft wurden. Dabei wurde jeder dieser Kreise als eigenständiges geschlossenes Objekt betrachtet und einzeln zugeordnet. Eine weitere Aufteilung in die fünf Säulen innerhalb dieser 2D-Karte selbst wäre mittels zusätzlicher Verknüpfungen möglich, ebenso könnte aber auch eine freie Anzahl weiterer Pläne wie beispielsweise eine detailreichere Zeichnung einer Säule mit besonderer Ausstattung oder eine Seitenansicht für den Außenbau in das System geladen werden. MonArch stellt dann stets diejenige Karte, die dem ausgewählten Strukturelement oder seinem nächsten übergeordneten Element zugeordnet wurde, dar.

Sowohl die Strukturhierarchie als auch ihre Visualisierung dienen in MonArch folglich auch der Navigation durch das Gebäude und der ihm zugeordneten Informationen. Bei Klick auf ein Strukturelement wird dessen gespeicherte Visualisierung geladen. Ebenso wird bei Klick auf ein Objekt in der Karte dessen verknüpftes Strukturelement in der Hierarchie markiert.

2.3 Themenhierarchie

Bis jetzt wurde zwar das Gebäude selbst aufgeschlüsselt und visuell dargestellt, allerdings wurden noch keine zusätzlichen Informationen in das System eingeführt. Deshalb gibt es als weitere Beschreibungsmöglichkeit in MonArch eine Themenhierarchie. Diese ist vom Funktionsumfang analog zur Strukturhierarchie aufgebaut. Anstatt jedoch ein konkretes Gebäude zu modellieren, kann sie als eine Art Vokabular angesehen werden, welches im nächsten Schritt (s. 3.4 Verwaltung von Gebäudedaten) verwendet werden wird, um gespeicherten Dokumenten Informationen in Form dieser Kennworte zuzuordnen.

Ein Ausschnitt aus einer möglichen Themenhierarchie ist in Abbildung 3 dargestellt. Der höchste sichtbare Punkt bezeichnet in diesem Beispiel das Thema Architektur, welches wiederum in die Unterthemen Typ und Säulenordnung aufgegliedert ist, wobei letztere aus griechischer, römischer, etc. Ordnung besteht. Auch hier gibt es keine Beschränkung bzgl. der Tiefe des Vokabulars.

Abbildung 3. Beispiel einer Themenhierarchie.

Neben der Erstellung einer eigenen Themenhierarchie bietet MonArch zusätzlich die Möglichkeit, externe Vokabulare in das System zu importieren. Diese können exklusiv verwendet werden, aber auch eine Verknüpfung selbst erstellter Begriffe mit importierten ist an dieser Stelle möglich.

2.4 Verwaltung von Dokumenten

Die eigentliche Verwaltung von Gebäudedaten bildet den letzten wichtigen Bestandteil des MonArch-Systems und wird in MonArch 2.0 über das Einpflegen digitaler Dokumente realisiert. Kunsthistorische Befunde, Ausschreibungsunterlagen oder eine fotografische Dokumentation der letzten Sanierungsmaßnahme, aber auch 2D-Plandokumente selbst können so beispielsweise einfach per Drag-And-Drop oder über einen Import-Dialog in das System geladen werden. Sowohl zu diesem Zeitpunkt als auch später können ihnen dabei Elemente der Themen- und Strukturhierarchie zugeordnet werden. Ein einzelnes Dokument ist also optional mit einem Teil, mehreren Teilen oder dem gesamten Gebäude sowie beschreibenden Begriffen verknüpft. Hierbei werden alle gängigen digitalen Formate unterstützt, die sich normalerweise auf dem Rechner darstellen lassen, vom Textdokument über Tabellen und digitale Bilder bis hin zu Videos, Sound, Graphiken oder sogar Links zu externen Informationsbeständen. Die gespeicherten Dokumente können zudem direkt aus MonArch heraus in entsprechend vorhandenen passenden Programmen am Rechner geöffnet werden (z.B. Excel für eine Tabelle oder Adobe Acrobat für PDFDokumente). Auch eine Vorschau in MonArch selbst ist für viele Formate (z.B. PDF oder Bilder) möglich, ebenso ein Berechtigungssystem, mit welchem beispielsweise hochauflösende Bilder für bestimmte Benutzergruppen des Systems nur in verringerten Auflösungen geladen werden.

Wie bereits erwähnt, dienen die beiden Hierarchien als Ankerpunkte für Informationen. Dies wird nun wirksam. Das Ergebnisfenster in MonArch beinhaltet zu jedem Zeitpunkt alle Dokumente, die der aktuellen Auswahl innerhalb dieser Hierarchien entspricht, d.h. bei Auswahl der beiden obersten Punkte wird entsprechend der gesamte Informationsbestand angezeigt. Die zuvor definierte Spezialisierung innerhalb der Struktur- und Themenhierarchie erlaubt dem Anwender und der Anwenderin nun das Ergebnis auf intuitive Weise zu verfeinern. Sobald eine Unterstruktur oder ein Unterbegriff der ursprünglichen Auswahl angewählt wurde, wird auch die Menge an Dokumenten entsprechend verringert. So ist es möglich, schnell nach beispielsweise allen Dokumenten zu Säulenreihe Mitte Süd der Bartholomäuskapelle zu suchen, die einen Schaden beschreiben.

Abbildung 4. Screenshot des MonArch 2.0 Clients.

Abbildung 4 stellt eine Komplettansicht des aktuell verfügbaren MonArch 2.0 Clients dar. In ihm befinden sich deutlich erkennbar links die beschriebene Strukturhierarchie, rechts die Themenhierarchie und mittig ein Visualisierungsfenster, das sich dynamisch an die aktuelle Auswahl des Strukturelements anpasst. Darunter befindet sich zudem das Ergebnisfenster, welches auf die Auswahl von Elementen in der Struktur- und Themenhierarchie reagiert – in diesem Beispiel werden gerade alle Dokumente des Langchors, welche zusätzlich mit dem Thema Naturstein markiert wurden, angezeigt.

MonArch 3.0 – Was ist neu?

Das MonArch-System befindet sich in ständiger Weiterentwicklung, weshalb rege Kommunikation zwischen dem Entwicklerteam und den MonArch Anwenderinnen und Anwendern existiert. Dies soll sicherstellen, dass das System immer bestmöglich an echte Anwendungsfälle angepasst ist und die Bedürfnisse der Benutzer und Benutzerinnen widerspiegelt. Die gerade entwickelte Version – MonArch 3.0 – wird gegen Ende dieses Jahres offiziell veröffentlicht werden. Die folgenden Abschnitte stellen nun die wichtigsten Neuerungen gegenüber dem aktuell verfügbaren System dar.

MonArch 3.0 wird hierbei jedoch nicht als komplett neues System konzipiert, sondern baut auf denselben vier Grundkomponenten wie MonArch 2.0 auf. Es erweitert das bereits bekannte System somit um neue Funktionalitäten und bleibt zudem kompatibel mit seinen Vorgängerversionen. Außerdem wird die Möglichkeit der Migration vorhandener Daten – ohne Datenverlust – immer gegeben sein, um Benutzerinnen und Benutzern des aktuellen Systems den Übergang auf die neue Version jederzeit möglichst einfach und fließend zu gestalten.

3.1 Strukturgraph und Strukturtypen

Die in Abschnitt 2.1 Strukturhierarchie beschriebene Gebäuderepräsentation wurde in MonArch 3.0 zu einem Strukturgraphen erweitert. Dies ermöglicht Anwenderinnen und Anwendern den Einsatz mehrfacher und verschiedenartiger Beziehungen zwischen den Strukturelementen, anstatt auf eine einfache Teil-von-Beziehung beschränkt zu sein, wie am Beispiel der Bartholomäuskapelle in Abbildung 1 beschrieben wurde: Hier wurden jedem Gebäudeteil alle Elemente untergeordnet, die einen Teil von ihm darstellten, wie z.B. der Innenbau der gesamten Kapelle oder wiederum das Mittelschiff dem Innenbau.

MonArch 3.0 baut dies nun weiter aus, so dass ein einzelnes Strukturelement also nicht nur eine Teil-von-Beziehung zu einem weiteren Element besitzen kann, sondern auch Querbeziehungen zu mehreren verschiedenen Strukturelementen. Ein Pfeiler, welcher Mittelschiff von Seitenschiff trennt, kann somit einmalig im Strukturgraph modelliert und beiden Bereichen zugeordnet werden, obwohl er weder Teil des Seiten- noch des Mittelschiffs ist, aber dennoch zu beiden gehört. Als Folge wird der Pfeiler zweimal im Strukturgraph angezeigt, ist aber nur einmal im System vorhanden. Weitere Eigenschaften oder Verknüpfungen zu Dokumenten und Visualisierungen können ihm entsprechend sicher und konsistent zugeordnet werden.

Zusätzlich ist es in MonArch 3.0 möglich, Strukturelementen einen Strukturtypen zuzuordnen und sie somit weiter zu klassifizieren. Obwohl viele Gebäudeteile durch ihre Bezeichnung selbst für die Anwenderinnen und Anwender klar erkennbar sind, ermöglicht eine zusätzliche Typisierung eine gezielte Suche nach Gebäudeteilen einer bestimmten Art. Dazu können einfache Typen wie Fenster, Wand oder Tür zählen, aber auch verschiedene Materialschichten, Konstruktionselemente oder Teile der Ausstattung. Diese Zuordnung erlaubt auch späteren Benutzerinnen und Benutzern des Systems, die möglicherweise nicht an der Benennung der Gebäudeteile beteiligt waren, schnell alle Gebäudeteile eines bestimmten Typs wiederzufinden. Auch in einer Vernetzung mehrerer MonArch-Systeme, in welcher möglicherweise nicht alle Strukturgraphen einer genau gleichen Benennungsvorschrift folgen, erlaubt die Verwendung eines Strukturtyp Vokabulars eine erfolgreiche übergreifende Suche durch die Bauwerke aller vernetzten
Systeme.

3.2 Visualisierung in 2D und 3D

Neben der bereits bekannten Visualisierung mittels 2D-CAD-Zeichnungen unterstützt MonArch 3.0 zusätzlich nun auch 3D-Modelle wie z.B. Blender, Rhino oder IFC (BIM), welche – ebenso wie 2DKarten weiterhin – in das System importiert werden können. Einzelne Elemente eines geladenen Modells können daraufhin mit dem Strukturgraphen beliebig verknüpft werden und erlauben somit auch an dieser Stelle eine beidseitige Navigation durch das repräsentierte Gebäude. Analog zu geschlossenen Polygonen in 2D müssen dazu Elemente im 3D-Modell selbst als einzelne Objekte definiert sein, um in MonArch als Objekte ausgelesen werden zu können. Detailgrad und Größe
des Modells hängen auch hier vom Anwender selbst und seinen individuellen Bedürfnissen ab.

Als weitere Neuerung ist in MonArch 3.0 außerdem eine Weltkarte enthalten, mit welcher Gebäude auf einer Karte ähnlich dem weitbekannten Google Maps markiert werden können. Auch hier existiert eine beidseitige Verknüpfung zwischen Karte und Strukturgraph: Bei Klick auf ein Element des Strukturgraphen zoomt die Karte auf das entsprechende Gebäude und zentriert an dieser Stelle. Umgekehrt führt ein Klick auf eine Markierung innerhalb der Karte auf die Auswahl und gleichzeitig sofortige Visualisierung mittels 2D und/oder 3D des selektierten Gebäudes.

3.3 Themengraph

Auch die Themenhierarchie wurde in MonArch 3.0 analog zum Strukturgraphen zu einem Themengraph erweitert. Dies führt dazu, dass ein Thema nicht nur einem einzelnen anderen Thema untergeordnet werden darf, sondern mehrere übergeordnete Themen besitzen kann. So ist es nun beispielsweise möglich, das Thema Sandstein sowohl Klastischem Sedimentgestein als auch Naturstein unterzuordnen, sodass mit Sandstein markierte Dokumente vom System bei Abfragen nach jedem dieser drei Begriffe als Ergebnisse zurückgegeben werden.

Zudem sind Querbeziehungen zwischen Themen des eigenen Vokabulars oder zu Themen aus externen Vokabularen möglich. Statt der strikten Spezialisierung können damit auch weitere Beziehungstypen des SKOS2 (Simple Knowledge Organisation System) Datenmodells, eines weit genutzten Standards für die Erstellung von Vokabularen, modelliert werden. Mittels einer Äquivalenzbeziehung können so z.B. zwei Begriffe aus verschiedenen Vokabularen, die beide das Thema Sandstein beschreiben, gleichgesetzt werden, so dass bei Suchanfragen nach einem der beiden Themen stets auch Ergebnisse, die dem äquivalenten Thema zugeordnet wurden, angezeigt werden.

3.4 Verwaltung von Gebäudedaten

Bereits in MonArch 2.0 können Gebäudedaten in Form von Dokumenten aller gängigen Dateiformate verwaltet werden. Dies ist auch in MonArch 3.0 weiterhin in derselben Weise möglich (wie in Abschnitt 2.4 Verwaltung von Dokumenten beschrieben). Zusätzlich können allerdings auch Informationen in weiteren neuen Formen aufgenommen werden. Dazu zählen unter anderem Strukturobjekte, Referenzen, Inventar, Ausstattung, Wissensobjekte, Maßnahmen sowie Personen. Diese zusätzliche Erweiterung erlaubt eine noch gezieltere Suche durch den Informationsbestand, da nun auch nach Objekten gesucht werden kann, für die dies bis jetzt noch nicht möglich war (z.B. Strukturobjekte) bzw. die bis jetzt noch nicht im System dargestellt werden konnten (z.B. Personen). In MonArch 3.0 kann die Ergebnismenge also sogar Strukturelemente oder Themen selbst enthalten, d.h. die Suche inkludiert nun auch Elemente, die bisher nur zur Verankerung der gespeicherten Dokumente dienten.

Eine weitere Neuerung betrifft die Eigenschaften aller Gebäudedaten. Ab MonArch 3.0 ist es möglich, jedem gespeicherten Dokument, Inventar, Wissensobjekt, etc. aber auch Strukturelement, Strukturtyp und Thema selbst einzelne Attribute zuzuordnen. Diese können beliebig definiert werden, beispielsweise als Änderungsdatum, als Check für die Statusüberprüfung einer Maßnahme, als Zahl für eine monetäre Beschreibung oder einfach als Freitext. Es existiert keine Einschränkung bzgl. Anzahl, ebenso werden keine Standard-Attribute aufgezwungen, sondern können für jede Auslieferung des Systems eigens angelegt und verwaltet werden. Folglich wurde insbesondere die Funktion von Strukturelementen und Themen in MonArch 3.0 so erweitert, dass sie nicht mehr nur als Ankerpunkte für anderweitig gespeicherte Informationen dienen, sondern auch selbst Träger eines Teils dieser Informationen sind.

Angenommen also, alle Gebäudeteile, die einen Schaden aufweisen, sollen schnell ausgegeben werden, um einen Überblick über notwendige Restaurierungsmaßnahmen zu schaffen. Dies ist in MonArch 3.0 nun möglich, da hier nach Strukturobjekten gesucht werden kann. Zur Aktivierung der Ergebnissuche genügt es – analog zur Suche nach digitalen Dokumenten – das gewünschte Schadensthema im Themengraph auszuwählen sowie ein Gebäude oder möglicherweise auch nur den Teil eines Gebäudes im Strukturgraph zu selektieren. Ebenfalls analog zu digitalen Dokumenten enthält das Ergebnisfenster für Strukturobjekte nun alle Gebäudeteile, die im System enthalten sind und den beiden Suchkriterien entsprechen. Jedes gefundene Objekt kann daraufhin bearbeitet werden, d.h. die für Gebäudeteile zuvor festgelegten Attribute können an dieser Stelle mit Werten gefüllt bzw. vorhandene Werte geändert werden. Zusätzlich erlaubt MonArch über die gefundenen Strukturobjekte direkt zurück in den Strukturgraphen zu navigieren. Wurde also ein bestimmtes Gebäudeteil bei der Suche nach schadhaften Elementen gefunden und soll näher betrachtet werden, so klappt sich der Strukturgraph automatisch bis zum ausgewählten Element aus und selektiert es. Aufgrund dessen wird wiederum das Visualisierungsfenster aktualisiert, d.h. vorhandene 2D-Zeichnungen und 3D-Modelle wechseln automatisch zum gerade neu ausgewählten Gebäudeteil. Ebenso laden die Ergebnisfenster alle digitalen Dokumente, Referenzen, Ausstattung, etc., die diesem Objekt zugeordnet wurden.

Abbildung 5. Screenshot des MonArch 3.0 Clients in der klassischen MonArch 2.0 Ansicht.

Vom Grundprinzip her ist der MonArch 3.0 Client also wie der MonArch 2.0 Client aufgebaut. Abbildung 5 stellt dies noch einmal dar. Neben den bereits beschriebenen Neuerungen in den vier Grundkomponenten des Systems wurde zudem allerdings eine weitere neue Funktionalität eingeführt, welche es ermöglicht, den MonArch 3.0 Client an verschiedene Anwendungsfälle noch spezifischer anzupassen. Die Ansicht in Abbildung 5 wurde entsprechend als “klassische” Ansicht bezeichnet, da sie 1:1 den ursprünglichen Client mit allen seinen Features widerspiegelt, aber auch die Konfiguration anderer Ansichten ist in MonArch 3.0 jetzt möglich.

3.5 Kontextansichten

Im Verlauf von Kooperationsprojekten und in Gesprächen mit Nutzerinnen und Nutzern wurde deutlich, dass die vielen unterschiedlichen Benutzergruppen intuitive Zugänge zu einem Gebäude benötigen, die sich voneinander stark unterscheiden. Kunsthistoriker und Kunsthistorikerinnen interessieren sich beispielsweise stark für die Ausstattung eines Gebäudes und wünschen sich eine genauere Aufschlüsselung nach einzelnem Inventar und Wandfassaden, wohingegen einen Archäologen oder eine Archäologin nicht die Wandbemalung, dafür aber das Material und Alter der einzelnen Bausteine interessiert. Anwender und Anwenderinnen aus dem Bereich des Dombaus wiederum interessieren sich für Elemente der konstruktiven Gebäudestruktur wie Strebewerk und Gewölbe. Jeder dieser Anwendungsfälle erstellt eine anders gegliederte Strukturhierarchie und benötigt ein anderes Vokabular an Themen, dennoch gibt es oftmals auch Überschneidungen. Besonders die hinterlegten Dokumente sollten dabei keinesfalls mehrfach in verschiedenen Systemen verwaltet werden. Was benötigt wird, ist folglich also ein einzelnes System, welches alle Daten konsistent und sicher beinhaltet, für verschiedene Anwender und Anwenderinnen nach außen hin aber in einer jeweils angepassten Form auftritt.

Als Folge dieser Überlegungen wurde in MonArch 3.0 die Möglichkeit zur Nutzung und Verwaltung sogenannter „Kontexte“ eingeführt. Sie dienen der Zusammenfassung von Objekten nach verschiedenen Gesichtspunkten und ermöglichen damit die Filterung des kompletten Systems gemäß dieser Aspekte, z.B. nach einem raumbezogenen Kontext, einem Monitoring Kontext, einem Ausstattungskontext oder einem temporal einschränkenden Kontext. Diese Filterung geschieht nur in der Ansicht selbst, somit gibt es keinen Informationsverlust, auch wenn nicht alle Daten für jeden Anwender sichtbar sind. Anders als Themen befinden sich Kontexte auf einer höheren Ebene des Systems, da sie nicht den gespeicherten Informationen selbst (also Dokumenten, etc.) zugeordnet werden, sondern den organisierenden Meta-Elementen um diese Informationen herum (also der Struktur- und Themenhierarchie). Hierbei gilt immer: Ein Kontext kann mit beliebig vielen Elementen verknüpft werden, ebenso kann ein Element mit beliebig vielen Kontexten verknüpft werden. Zudem können die Kontexte selbst in eine Richtung weiter aufgegliedert werden und erstellen damit ihre eigene Kontext-Hierarchie.

Tabelle 1. Mögliche Anwendungsfälle für Kontexte.

Zusätzlich wird in MonArch, wie die möglichen Anwendungsfälle in Tabelle 1 darstellen, zwischen räumlichen und thematischen Kontexten unterschieden. Beide befinden sich dabei in einer separaten Kontext-Hierarchie und können nach Bedürfnissen der Anwender im Client sichtbar oder unsichtbar sein (s. Abbildung 7 und Abbildung 8). Ein räumlicher Kontext kann des Weiteren nur Strukturelementen, ein thematischer Kontext entsprechend nur Themen zugeordnet werden.

Aus der Kombination von Kontexten und den in MonArch 3.0 neu eingeführten Querbeziehungen eröffnen sich bisher unbekannte Möglichkeiten, ein Bauwerk zu repräsentieren. Da ein Gebäudeteil nun mehrmals verlinkt werden kann, die übergeordneten Strukturelemente aber möglicherweise verschiedenen Kontexten angehören, lässt sich durch Auswahl eines bestimmten Kontextes die Sicht auf den gesamten Strukturgraph verändern. Ein temporaler Kontext schränkt beispielsweise die Struktur eines Gebäudes auf dessen Stand innerhalb eines bestimmten zeitlichen Rahmens ein. So werden bei Filterung auf die Spätgotik z.B. einige Strukturelemente ausgeblendet, da sie erst später an das Gebäude angebaut wurden. Wieder andere Elemente, wie eine Steinfigur, wurden dagegen möglicherweise inzwischen aus dem Gebäude entfernt und befinden sich nun in einem Museum. In MonArch 3.0 kann das Strukturelement dennoch in den Graphen an passender Stelle eingefügt werden, ohne die Repräsentation des aktuellen Gebäudes zu verfälschen, da es dem Kontext der Spätgotik zugeordnet wurde und somit nur bei Auswahl dieses Kontextes sichtbar ist.

Analog dazu können auch Themen mit einer Kontexthierarchie angereichert werden, wodurch eine Fokussierung des gesamten MonArch-Systems auf einen bestimmten Aspekt ermöglicht wird. Zusammengefasst blendet die Auswahl eines Kontextes also bestimmte Elemente der Graphen aus und filtert dadurch die Ansicht auf ein modelliertes Gebäude, wodurch weiterführend aber auch eine zusätzliche und anders angeordnete Struktur entstehen kann.

4. Der MonArch 3.0 Client mit Daten aus dem NGK-Projekt

Im Folgenden werden die vier Grundkomponenten und mit ihnen verbundenen Funktionalitäten des MonArch 3.0 Client noch einmal mittels echter Daten aus dem Projekt „Nürnberger Großkirchen“ (NGK3), welches 2021abgeschlossen wurde, in größerem Detail vorgestellt. Besonderer Fokus liegt dabei abermals auf den verschiedenen Sichten auf den Client (s. 3.5 Kontextansichten), welche im hier vorgestellten Beispiel durch den Unterschied zwischen einer Ansicht basierend auf vordefinierten Kontexten und einer Ansicht mit einer dynamischen Auswahl an Kontexten näher betrachtet werden.

Wie bereits ausführlich beschrieben lässt sich jeder MonArch-Client zuerst in die vier Grundkomponenten des Systems unterteilen: Links der Strukturgraph (im folgenden Strukturhierarchie genannt), mittig dessen Visualisierung, rechts der Themengraph (im folgenden Themenhierarchie genannt) und darunter das Ergebnisfenster. Diese grundlegende Unterteilung bildet den Kern eines jeden MonArch-Systems, kann aber von Benutzern und Benutzerinnen nach Belieben durch ein einfaches Verschieben der einzelnen Fenster verändert werden. Zudem ist MonArch für die Benutzung mit mehreren Bildschirmen sehr gut geeignet, da sich jedes der vorhandenen Fenster aus dem Client lösen und in einem eigenen Fenster in beliebiger Größe darstellen lässt.

Neben den neuen sowie aus MonArch 2.0 bekannten Funktionalitäten gibt es im vorgestellten System natürlich auch viele Standard-Funktionen wie Sortierungsmöglichkeiten, Neu-Laden- und Deselektionsbuttons sowie Aufklapp- und Zuklappfunktionen für die Hierarchien, auf welche nicht näher eingegangen werden wird. Auch das Hinzufügen, Bearbeiten und Löschen neuer Objekte ist mittels gegebener Buttons, die auf Selektionen reagieren, möglich. So werden beispielsweise Bearbeitung- oder Löschbuttons erst anklickbar, wenn ein Element des aktuellen Fensters ausgewählt wurde. Die Standard-Funktionen befinden sich in der Toolbar eines jeden Fensters.

4.1 Struktur- und Themenhierarchie in der klassischen Ansicht

Abbildung 6 stellt den MonArch 3.0 Client noch einmal in der klassischen Ansicht, welche aus MonArch 2.0 bekannt ist, dar. Noch nicht vorhanden in MonArch 2.0 war jedoch die Möglichkeit, diese Ansicht innerhalb eines einzigen Clients zu wechseln. Dazu befindet sich links unten eine Liste aller vorhandenen Perspektiven – hier die klassische und dynamische Ansicht (s. 4.4 Struktur- und Themenhierarchie in der dynamischen Ansicht). Beide greifen dabei auf denselben Informationsstand zurück, unterscheiden sich aber in der Wiedergabe dieser Informationen an den Benutzer oder die Benutzerin. Dazu werden zum einen verschiedene Kontexte als Filter auf den Struktur- und Themengraph angewendet. Außerdem enthalten sie möglicherweise anders angeordnete oder komplett verschiedene Fenster, um eine spezifische Funktionalität einer bestimmten Anwendergruppe zugänglich zu machen, welche eine andere nicht benötigt. Im Vergleich zwischen Abbildung 6 und Abbildung 8 wird dies deutlich, da Abbildung 8 weitaus mehr Auswahlfenster beinhaltet, wie beispielsweise die Strukturtypen, räumliche Kontexte oder den Tab für analoge Dokumente im Ergebnisfenster.

In der klassischen Ansicht von Abbildung 6 werden sowohl Struktur- als auch Themenhierarchie vorgefiltert. Das bedeutet, in beiden Fällen wurde ein bestimmter Kontext hinterlegt und nur Strukturelemente und Themen, die mit diesem Kontext verknüpft sind, werden dargestellt. Bei der Erstellung neuer Elemente werden sie ihm zudem automatisch zugeordnet. In diesem Beispiel handelt es sich um einen MonArch 2.0 Kontext, welcher der ursprünglichen Ausprägung der NGK Daten im MonArch 2.0 System entspricht. Dies beinhaltet eine Unterteilung der Strukturhierarchie in ein für 2D als praktikabel empfundenes Modell und alle Themen, die in MonArch 2.0 eingepflegt wurden. Analog könnte ohne großen Aufwand eine dritte Perspektive eingeführt werden, z.B. eine archäologische Ansicht oder eine Ausstattungsansicht, in welcher die beiden Hierarchien auf entsprechend passende weitere Kontexte filtern.

Abbildung 6. Eigenschaftenfenster eines Dokuments innerhalb der klassischen Ansicht.

4.2 Eigenschaften von Ergebnissen

Im Mittelpunkt von Abbildung 6 befindet sich ein offenes Eigenschaftenfenster eines digitalen Dokuments. Ein solches Fenster existiert für jedes Objekt innerhalb des Systems, also ebenso für Strukturelemente, Themen, Strukturtypen und alle Ausprägungen von Ergebnisobjekten, aber auch für Kontexte. Es kann stets über einen einfachen Doppelklick auf ein Element oder einen Klick auf den Bearbeitungsbutton des jeweiligen Fensters geöffnet werden. Im Fall von digitalen Dokumenten wird daraufhin zuerst eine Vorschau des Dokuments, in diesem Fall ein Bild, geladen. Falls weitere Attribute definiert wurden, was – wie in Abschnitt 3.4 Verwaltung von Gebäudedaten erläutert wurde – in MonArch 3.0 nun möglich ist, können sie unter Eigenschaften bearbeitet werden. Strukturelemente und Themen geben für Ergebnisobjekte wie das hier geöffnete digitale Dokument zudem einen Überblick über vorhandene Verknüpfungen mit den beiden Hierarchien sowie die Möglichkeit, sie an dieser Stelle zu verändern. Ebenso können neue Verknüpfungen per Drag-And-Drop des Dokuments auf ein Strukturelement oder Thema hinzugefügt werden. Der Tab Datei beinhaltet für digitale Dokumente den Speicherort der hinterlegten Datei.

Neben der Vorschau im Eigenschaftenfenster ist es auch möglich, digitale Dokumente direkt aus MonArch mit einem für das Dateiformat passenden und auf dem Rechner vorhandenen Programm zu öffnen. Dies ist mittels des Ordner-Buttons, welcher sich sowohl im Ergebnisfenster als auch der Dokumentansicht befindet, möglich. Zwei weiterer Buttons im Ergebnisfenster erlauben zudem den schnellen Import eines einzelnen Dokuments oder aller Dokumente eines Ordners – die Dokumente werden dabei stets der aktuellen Auswahl in Struktur- und Themenhierarchie zugeordnet. Ebenso können neue Dokumente per Drag-And-Drop entweder auf ein Strukturelement oder Thema oder auch direkt in das Ergebnisfenster gezogen werden.

Weiter erkennbar im Ergebnisfenster in Abbildung 6 ist der Tab Detail, welcher sich neben der gerade ausgewählten Galerie-Ansicht befindet. Bei einem Wechsel des Fensters auf die detaillierte Sicht werden die Dokumente tabellarisch dargestellt, wodurch mehrere ihrer Attribute auf den ersten Blick auslesbar sind. Dies wiederum eröffnet Benutzern und Benutzerinnen äquivalent zu standardisierten Dateisystemen eine größere Auswahl an Möglichkeiten, die Ergebnisse sichtbar anhand eines bestimmten Kriteriums zu sortieren. Eine Vorschau von Bildern und Dokumenten in der Galerieansicht selbst, wie sie auch in MonArch 2.0 vorhanden ist (s. Abbildung 4), ist außerdem bereits in Planung und wird demnächst umgesetzt werden.

4.3 Funktionen der Kartenansicht

In Abbildung 7 wurde, weiterhin in der klassischen Ansicht, auf die Kartenansicht gewechselt. Diese wurde in dieser Perspektive neben einer 2D-Visualisierung als zusätzliche geographische Ansichtsoption eingebaut. Wie aus der Strukturhierarchie ersichtlich beinhaltet der Datenbestand des NGK-Projektes Gebäude der Stadt Nürnberg. Der Großteil der neun modellierten Bauten wurde außerdem bereits in der Karte markiert. Im Navigationsmodus, welcher an dieser Stelle standardmäßig aktiviert ist, ist es folglich möglich, mittels eines Mausklicks auf eine dieser Markierungen ihr verknüpftes Gegenstück in der Strukturhierarchie anzuwählen, wodurch auch hier weiterführend sowohl Ergebnisfenster als auch weitere Visualisierungen, z.B. die in dieser Ansicht verwendete 2D-Visualisierung, sofort an das ausgewählte Strukturelement angepasst werden. Analog wird durch die Auswahl eines anderen Gebäudes in der Hierarchie dessen entsprechende Markierung in den Mittelpunkt der Kartenansicht verschoben und anvisiert.

Abbildung 7. Kartenansicht innerhalb der klassischen Ansicht.

Um eine zusätzliche Markierung für die Kirche St. Sebald4, die bis jetzt noch nicht auf der Karte markiert wurde, hinzuzufügen, genügt es, mittels des Markierungsbuttons über der Kartenansicht in den Verknüpfungsmodus zu wechseln. Ein Klick auf der Karte führt nun zu einer Verknüpfung mit dem gerade ausgewählten Element der Strukturhierarchie. Analog kann eine Markierung über den Löschmodus wieder per einmaligem Mausklick darauf entfernt werden. Weitere Funktionen – die ebenso auch in den beiden anderen Visualisierungsfenstern (2D, 3D) vorhanden sind – beinhalten eine Abwahl aller vorhandenen Selektionen, Navigations- und Zoommöglichkeiten
sowie einen Neu-Laden-Button.

4.4 Struktur- und Themenhierarchie in der dynamischen Ansicht

Wie in Abbildung 8 erkennbar, wurde hier von der klassischen (s. 4.1 Struktur- und Themenhierarchie in der klassischen Ansicht) in die dynamische Ansicht gewechselt. Letztere wurde so benannt, weil in ihr sowohl räumliche als auch thematische Kontexte sichtbar sind und die jeweils darunterliegenden Hierarchien dynamisch beeinflussen. Im Vergleich zu Abbildung 7 besteht die Themenhierarchie in Abbildung 8 nicht nur aus mehreren sondern auch teilweise anderweitig bezeichneten Themen, obwohl in beiden Ansichten auf denselben Informationsstand zurückgegriffen wird. Zusätzlich zur dynamischen Filterung wurde an dieser Stelle eine weitere vordefinierte Filterung – wie aus der klassischen Ansicht bekannt – eingebaut. Ebenfalls in Abbildung 8 sichtbar ist ein zweiter Themengraph namens Themen: MonArch. Diese Hierarchie filtert ebenfalls fest auf einen bestimmten vorgegebenen Kontext, reagiert allerdings im Gegensatz zu Themen: NGK nicht auf eine Auswahl der darüber liegenden thematischen Kontexte. Zusammengefasst ist es also nicht nur möglich, zwischen dynamischen und festkodierten Ansichten zu wechseln, MonArch 3.0 kann auch eine Kombination aus beiden enthalten – in einer Hierarchie oder einer beliebigen Anzahl an Hierarchien, die alle einzeln nach dem Bedarf des jeweiligen Anwenders konfiguriert werden können.

Abbildung 8. 3D-Visualisierung innerhalb der dynamischen Ansicht.

Auf der linken Seite des Clients in Abbildung 8 befindet sich analog dazu eine Liste aller vorhandener räumlicher Kontexte, welche die Strukturhierarchie gerade auf den ausgewählten Kontext Klassische Strukturhierarchie (2D) filtert. Dieser definiert die ursprüngliche Strukturierung der Gebäude, welche sich in MonArch 2.0 für 2D Visualisierungen etablierte und in der klassischen Ansicht als vordefinierter Filter verwendet wird (s. 4.1 Struktur- und Themenhierarchie in der klassischen Ansicht).

Angewählt wurde in der Hierarchie bereits die Kirche St. Lorenz5, so dass alle 3D-Modelle, die an St. Lorenz selbst und ihre untergeordneten Strukturelemente angehängt wurden, im Fenster der 3D-Visualisierung gleichzeitig dargestellt werden. Auch im Hinblick auf Kontexte eröffnen sich dabei neue Möglichkeiten. Im 13. Jahrhundert befand sich an derselben Stelle der heutigen St. Lorenz Kirche eine Kapelle, welche für dieses Projekt ebenfalls in 3D modelliert wurde. Der Kontext Historischer Kontext: Romanische Kapelle, um 1250 enthält nur diese Kapelle, wodurch sie und alle sie betreffenden Informationen einfach und ohne Ablenkungen durch den großen derzeit existierenden Kirchenbau verwaltbar und visualisierbar sind. Die dynamische Ansicht erlaubt allerdings auch eine Mehrfachauswahl an Kontexten, wodurch sowohl St. Lorenz als auch die romanische Kapelle gleichzeitig dargestellt werden können – sowohl in der Strukturhierarchie als auch in der 3D-Visualisierung, so dass die genaue Position der Kapelle im heutigen Bau detailliert in 3D betrachtet werden kann.

4.5 Strukturobjekte und -typen

Unterhalb der Strukturhierarchie wurde in der dynamischen Ansicht zusätzlich eine Auswahl für Strukturtypen inkludiert, welche einzelnen Gebäudeteilen über ihr jeweiliges Eigenschaftenfenster oder per Drag-And-Drop zugeordnet werden können. Diese Typisierung erweist sich in MonArch 3.0 erst als sinnvoll, wenn sie auch für eine Suche nach Strukturelementen genützt wird, weshalb in dieser Ansicht ebenfalls ein Ergebnisfenster für die in 3.4 Verwaltung von Gebäudedaten beschriebenen Strukturobjekte vorhanden ist. In Abbildung 9 wird zum Beispiel auf alle Strukturobjekte, die der Nordseite einer Pfeilerachse des Binnenchors von St. Lorenz zugeordnet sind, gefiltert, was Ergebnisse wie eine Wärmestelle, eine Eisentür und die Nordwestseite des Pfeilers zurück gibt. Eine räumlich derartig eingegrenzte Suche nach Objekten ist jedoch nur praktikabel, wenn das Wissen, wo sie sich innerhalb des Gebäudes befinden, bereits vorhanden ist. Wenn stattdessen schnell einer der vielen Altäre in St. Lorenz gefunden werden soll, ist es statt eines suchenden Durchklickens der Strukturhierarchie oder eines Gangs durch das 3D-Modell weitaus sinnvoller, das gesamte Gebäude und den Strukturtyp Altar anzuwählen. Das Ergebnisfenster listet daraufhin alle als Altar markierten Strukturelemente auf und ermöglicht so eine weitaus schnellere Anwahl des gesuchten Objekts.

Abbildung 9. Verknüpfung von 3D-Modell und Strukturhierarchie innerhalb der dynamischen Ansicht.

Neben Strukturobjekten und digitalen Dokumenten wurden in dieser Ansicht außerdem Ergebnisfenster für analoge Dokumente und Wissensobjekte in das System integriert. Das letzte Fenster (Alle) sammelt zudem die Ergebnisse einer Suche und zeigt alle ohne weitere Filterung nach Ergebnistyp an. Wie in 3.4 Verwaltung von Gebäudedaten beschrieben, sind zusätzlich auch weitere Typen wie z.B. Inventar, Personen oder Referenzen möglich, die für dieses Projekt allerdings als nicht notwendig empfunden wurden und deshalb in keiner der beiden Perspektiven sichtbar sind.

4.6 Funktionen der 3D- (und 2D-) Visualisierung

Analog zur Kartenansicht (s. 4.3 Funktionen der Kartenansicht) gibt es auch in der 3DVisualisierung verschiedene Modi. In Abbildung 9 wurde bereits tiefer in das 3D-Modell von St. Lorenz navigiert und im Binnenchor die Nordseite von Pfeilerachse 3 ausgewählt. Dies geschah über einen Klick auf diesen Bereich im 3D-Modell, woraufhin sich die Strukturhierarchie aufklappte und das verknüpfte Element markierte. Diese Richtung der Navigation wird in großen Modellen umso wichtiger, da eine visuelle Selektion eines bestimmten Teils weitaus schneller und intuitiver vonstattengeht als eine eventuell unkoordinierte Suche nach demselben Element in der Strukturhierarchie, vor allem wenn Gebäudeteile lediglich durchnummeriert wurden wie hier z.B. Pfeilerachse 1, Pfeilerachse 2, usw.

Um nicht bei jedem Klick aus Versehen eine Selektion auszulösen, gibt es in der 3D-Visualisierung insgesamt vier verschiedene Modi (die 2D-Visualisierung besitzt dieselben Modi). Diese sind durch die vier Pinsel-Buttons über der 3D-Ansicht auswählbar. Aktuell ist der zweite von links, der Navigationsmodus, markiert, in welchem bei Klick auf ein Objekt des 3D-Modells das entsprechende Element der Strukturhierarchie markiert wird, und umgekehrt. Standardmäßig aktiviert ist der Selektionsmodus, in welchem bei jedem Klick das gewählte Objekt wie in Abbildung 9 farblich markiert, sonst aber keine weitere Aktion ausgeführt wird. Dieser Modus hilft also, wenn man sich einen Überblick über das 3D-Modell und dessen Detailgrad schaffen will. Im Verknüpfungsmodus wird bei jedem Klick im 3D-Modell das angewählte Objekt dem gerade selektierten Element der Strukturhierarchie zugeordnet. Der Löschmodus dagegen entfernt auf Mausklick hin alle Verknüpfungen eines Objekts.

5. Ausblick

MonArch 3.0 enthält bereits eine Vielzahl an Funktionen, welche in MonArch 2.0 nicht vorhanden waren, sowie die Kernfunktionalitäten eines jeden MonArch-Systems. Dennoch sind weitere Anpassungen und Optimierungen nötig, bevor das System für die Anwender und Anwenderinnen verfügbar gemacht werden kann. Deshalb ist derzeit geplant, MonArch 3.0 nach einigen weiteren Monaten der Entwicklung in einer ersten vollständigen Version ab Herbst 2021 zu veröffentlichen.

Auch zukünftige Erweiterungen sind bereits jetzt in Planung und werden nach Herausgabe und Evaluierung des neuen Clients, voraussichtlich in 2022, in die Entwicklungsphase gehen. Dazu zählt zum einen die Implementierung eines Web-Clients, um Nutzern und Nutzerinnen die Möglichkeit zu eröffnen, MonArch unabhängig von Betriebssystemen und ohne eigene Installation verwenden zu können. Ebenfalls geplant ist der Einbau von Funktionen, um MonArch als GIS (Geographic Information System) nutzen zu können. Die Integration der Kartenansicht war ein erster kleiner Schritt in diese Richtung. Als letzter Punkt in Planung befindet sich aktuell eine Punktwolken-Kompatibilität für MonArch, um die vorhandenen Visualisierungen in 2D und 3D inklusive aller hier bereits existenter Funktionen um Punktwolken zu erweitern.


[1] https://de.wikipedia.org/wiki/Bartholom%C3%A4uskapelle_(Paderborn)

[2] https://de.wikipedia.org/wiki/Simple_Knowledge_Organisation_System

[3] https://openmonarch.org/projekte/ngk/

[4] https://de.wikipedia.org/wiki/St.Sebald(Nürnberg)

[5] https://de.wikipedia.org/wiki/St.Lorenz(Nürnberg)

Von MonArch 2.0 zu MonArch 3.0.pdf

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