Die 5A programmiert eine Schildkröte und entdeckt zufällig Game-Design
Der verrückte Weg der Schildkröte beginnt für die Schülerinnen und Schüler der 5A mit einem Problem: Wie kann man der Schildkröte möglichst präzise Anweisungen geben, damit sie den Salat findet?
Eine mögliche Lösung ist schnell gefunden:
„Gehe einen Schritt nach vorne, gehe noch einen Schritt nach vorne, gehe noch einen Schritt nach vorne, gehe noch einen Schritt nach vorne, drehe dich nach rechts, gehe einen Schritt nach vorne, gehe noch einen Schritt nach vorne.“
Das ist viel zu viel Text für den Matheunterricht und auch für die Schildkröte. Um die Anweisungen an die Schildkröte zu verkürzen, entwickelt die 5A ein Codesystem aus nur drei Symbolen:
F: Gehe einen Schritt nach vorne
+: Drehe dich nach links
-: Drehe dich nach rechts.
Statt einer langen ausgeschriebenen Anweisung, genügt jetzt der Code F F F F – F F damit die Schildkröte den Salat findet.
Geometrische Muster mit der Schildkröte
Das ursprüngliche Problem ist gelöst, aber halt, können wir unseren Code nicht viel kreativer einsetzen?
Die 5A möchte, dass die Schildköte, die auf ihrem Weg im Sand Spuren hinterlässt, geometrische Muster zeichnet.
Schnell entsteht ein Wettbewerb, die einen entwickeln Codes für die Schildkröte, die anderen zeichnen den Weg der Schildkröte ein. Oft sehen die Wege jedoch nicht so aus, wie beabsichtigt, da es echt schwer ist, sich in die Sichtweise der Schildkröte hineinzuversetzen. Ein falsches Symbol und der Weg der Schildkröte sieht ganz anders aus als geplant. Es zeigt sich, dass es langwierig ist, den Code per Hand in einen Weg zu übersetzen und es entstehen leicht Fehler.
Die Lösung ist eine Roboterschildkröte, die genau dem vorgegebenen Code der Schülerinnen und Schüler folgt. Der Code wird am Computer eingegeben und an die Roboterschildkröte gesendet, danach läuft (fährt) die Schildkröte den Weg exakt ab. Die von der programmierten Schildkröte gezeichneten Bilder werden noch ausgemalt und um den selbst geschriebenen Code ergänzt. Die Nahrungssuche der Schildkröte führte die 5A zur Lösung komplexer Aufgaben des räumlichen Vorstellungsvermögens, zur Vereinfachung von Anweisungen durch Symbole und zur effizienten Nutzung von Computern.
Der Code der Schildkröte kann noch mehr
Der von den Schülerinnen und Schülern entwickelte Code scheint simpel, eröffnet jedoch fantastische Anwendungsmöglichkeiten. Moderne Computerspiele überzeugen mit extrem realistischen Darstellungen der Natur, der Code der Schildkröte macht es möglich.
Statt den Code aus den Symbolen F, + und – per Hand zu entwickeln, kann man mit einfachen Regeln Codes erzeugen, die spannende Muster ergeben. Setzt man beispielsweise den Drehwinkel der Schildkröte auf 60° und gibt einem Computer die folgenden Regeln,
- der Anfangscode lautet: F – – F – – F,
- ersetze jedes F aus dem Anfangscode mit: F + F – – F + F,
- der entstandene Code ist der neue Anfangscode,
- wiederhole das Ganze so oft ich es dir sage,
entsteht nach einigen Wiederholungen ein Code, der, von der Schildkröte abgelaufen, wie eine Schneeflocke aussieht. Diese Schneeflocke wird nach ihrem Erfinder, Helge von Koch, Kochsche Schneeflocke genannt.
Eine zusätzliche Wiederholung der oben genannten Regeln liefert das folgende Bild. Das Besondere an der Kochschen Schneeflocke ist ihre sogenannte Selbstähnlichkeit. Egal an welche Stelle der Schneeflocke man heranzoomt, immer sehen die Strukturen gleich aus. Man nennt ein solches Gebilde auch Fraktal.
Wie hilft diese Beobachtung jetzt dabei Computerspiele zu gestalten? Viele Pflanzen sind, wie die Kochsche Schneeflocke, selbstähnlich. Berühmte Beispiele sind Farnblätter und der Romanesco-Kohl.
Da viele Pflanzen selbstähnlich sind, kann man den Computer mit einfachen Regeln füttern, die Schildkrötencodes erzeugen. Nun lässt man eine virtuelle Schildkröte die erzeugten Codes ablaufen, speichert die Spuren im virtuellen Sand als Bilder und baut diese in Computerspiele ein. Mit wenigen Klicks und dem Schildkrötencode der 5A entstehen so realitätsnahe Pflanzenbilder, die man in Computerspiele einbauen kann.
Vom Schildkrötencode erzeugte Pflanzenbilder:
