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DIPLOMARBEIT
TECHNISCHE UNIVERSITÄT KAISERSLAUTERN
FACHBEREICH ARUBI
STUDIENGANG RAUM- UND UMWELTPLANUNG
LEHRGEBIET
COMPUTERGESTÜTZTE PLANUNGS- UND ENTWURFSMETHODEN
SEBASTIAN ANTZ
METHODEN ZUR ZIELORIENTIERTEN ERSTELLUNG
VON 3D-STADTMODELLEN IM KOMMUNALEN KONTEXT
BETREUUNG
PROF. DR.- ING. BERND STREICH
DIPL.-ING. PETER ZEILE
1
TECHNISCHE UNIVERSITÄT KAISERSLAUTERN
FACHBEREICH ARUBI
STUDIENGANG RAUM- UND UMWELTPLANUNG
LEHRGEBIET
COMPUTERGESTÜTZTE PLANUNGS- UND ENTWURFSMETHODEN
Sebastian Antz
Matrikelnummer 351147
Versicherung der selbstständigen Anfertigung der Diplomarbeit
Hiermit versichere ich, dass ich diese Diplomarbeit selbstständig verfasst und keine
anderen Hilfsmittel und Quellen als die angegebenen benutzt habe.
Kaiserslautern im März 2009
________________________
Sebastian Antz
2
1 Methoden zur zielorientierten Erstellung von 3D-Stadtmodellen
im kommunalen Kontext ........................................................................... 6 1.1 Einleitung .......................................................................................................... 6 1.2 Ziel der Arbeit ................................................................................................... 7 1.3 Ablauf der Arbeit .............................................................................................. 7 1.3.1 Phase A – Die Theorie ............................................................................ 8 1.3.2 Phase B – Die Modellerstellung .............................................................. 8 1.3.3 Phase C – Die Bewertung ....................................................................... 9 2 Theoretische Grundlagen ................................................................... 9 2.1 Was versteht man unter „3D-Planung“ .......................................................... 9 2.2 Datengrundlagen und Datenbeschaffung .................................................... 10 2.2.1 DGM (Digitales Geländemodell) ........................................................... 11 2.2.2 Katasterkarte......................................................................................... 12 2.2.3 Luftbilder ............................................................................................... 13 2.2.4 Laserscan-Daten................................................................................... 14 2.2.5 Texturinformationen .............................................................................. 15 2.3 Detaillierung von 3D-Stadtmodellen ............................................................. 18 2.4 Einsatzfelder und Adressaten von 3D-Stadtmodellen ................................ 20 2.4.1 Stadtplanung ......................................................................................... 20 2.4.2 Vermessung .......................................................................................... 21 2.4.3 Tourismus ............................................................................................. 22 3
2.4.4 Denkmalschutz ..................................................................................... 22 2.4.5 Immobiliensektor ................................................................................... 23 2.4.6 Architektur ............................................................................................. 24 2.4.7 Katastrophenschutz .............................................................................. 25 2.4.8 Gewässerbau ........................................................................................ 25 2.4.9 Lärmschutz ........................................................................................... 26 2.4.10 Telekommunikation ............................................................................... 26 2.5 Vorgehensweise bei der Erstellung von 3D-Stadtmodellen ....................... 27 3 Praktische Umsetzung: Methoden im Vergleich ............................. 28 3.1 Die Datenbasis ................................................................................................ 28 3.1.1 Vorhandene Daten ................................................................................ 28 3.1.2 Generierte Daten .................................................................................. 29 3.1.3 Gebäude- Identifikationsnummern und Texturenbibliothek ................... 30 3.1.4 Bildbearbeitung ..................................................................................... 31 3.1.5 Datenbereinigung.................................................................................. 32 3.2 Google SketchUp............................................................................................ 33 3.2.1 Eigenschaften und Aufbau des Programms .......................................... 34 3.2.2 Erstellung eines 3D-Stadtmodells am Beispiel Neustadt a. d. W. Dokumentation der Arbeitsschritte ........................................................ 38 3.2.3 3.3 Autodesk Revit Architecture ......................................................................... 59 3.3.1 4
Workflow und Bewertung ...................................................................... 53 Eigenschaften und Aufbau des Programms .......................................... 60 3.3.2 Erstellung eines 3D-Stadtmodells am Beispiel Neustadt a. d. W. –
Dokumentation der Arbeitsschritte ........................................................ 62 3.3.3 Workflow und Bewertung ...................................................................... 73 4 Gesamtbewertung und Ausblick ...................................................... 81 4.1 Gesamtbewertung .......................................................................................... 81 4.2 Präsentationsmöglichkeiten und Ausblick .................................................. 83 4.2.1 Google Earth ......................................................................................... 83 4.2.2 Mapping und Rendering in Autodesk 3dsMax....................................... 87 4.2.3 Photosynth als Präsentationsmedium ................................................... 89 4.2.4 Autodesk Ecotect .................................................................................. 91 5 Fazit..................................................................................................... 92 6 Literaturverzeichnis und Internet-Referenzen ................................ 96 7 Abbildungsverzeichnis ................................................................... 102 5
1 Methoden zur zielorientierten Erstellung von 3D-Stadtmodellen
im kommunalen Kontext
1.1
Einleitung
Denkanstoß
für
diese
Arbeit
war
die
Tatsache,
dass
am
Lehrstuhl
„Computergestützte Planungs- und Entwurfsmethoden“ an der Technischen
Universität Kaiserslautern schon lange auf dem Gebiet der 3D-Stadtplanung
geforscht und gearbeitet wird, die angewandte Vorgehensweise jedoch bisher noch
nicht im Rahmen einer Ausarbeitung erläutert und dokumentiert wurde.
In
der
heutigen
Planung
kommt
der
Kommunikation
zwischen
den
Planungsbeauftragten und den sonstigen Beteiligten eine immer größere Bedeutung
zu. Da das öffentliche Interesse an den politisch und gesellschaftlich relevanten
Themen Stadtplanung und Stadtentwicklung ständig zunimmt und sich immer mehr
Bürger detailliert mit Planungsvorhaben auseinandersetzen und diese hinterfragen,
steigen auch die Anforderungen an die Art und Weise der Aufbereitung von
planungsrelevanten Daten.
Vielen Bürgern sind in diesem Zusammenhang die planerischen Abläufe sowie die
verwendeten Fachbegriffe wenig oder gar nicht bekannt und ein nicht zu
unterschätzender Teil der Bevölkerung tut sich durchaus schwer, eine reale 3DSituation planerisch aufbereitet als 2D-Plan wahrzunehmen und die Sachlage
richtiggehend zu begreifen [Besser, T., Schildwächter, R. 2000].
In einem dreidimensionalen Modell können die Planungsinhalte hingegen für
jedermann plausibel dargestellt werden und dem Interessierten bietet sich die
Möglichkeit, sich virtuell in die – ihm eventuell sogar bekannte – Vor-Ort-Situation
hineinzuversetzen. Somit wird die Intention einer Planung für eine breitere Masse
verständlich und unbeabsichtigte Missverständnisse, etwa bei Beteiligungsverfahren,
können in größerem Maße ausgeschlossen werden.
In diesem Kontext spielt sicher auch eine Rolle, dass die menschliche visuelle
Wahrnehmung in Zeiten, da 3D-Simulationen in Filmen, Werbung, Videospielen u. v.
m. aufgrund ihrer Allgegenwärtigkeit unseren Alltag mitbestimmen, sich in gewisser
Weise an Darstellungsformen dieser Art gewöhnt hat und deshalb zweidimensionale
Abstraktionen für viele nur schwer zu begreifen sind.
6
Auch aus diesem Grund wird in der aktuellen Fachliteratur darauf hingewiesen, dass
der Einsatz statischer Skizzen in der Planung als nicht mehr zeitgemäß gilt, da der
am
Planungsprozess
Beteiligte
eine
gewisse
Erwartungshaltung
an
die
Verständlichkeit der Darstellungsform eines Planungsvorhabens richtet [Mitchell
1999].
1.2
Ziel der Arbeit
Die vorliegende Arbeit setzt sich zunächst mit den theoretischen Grundlagen und
dem typischen Workflow einer 3D-Stadtmodellerstellung auseinander und erläutert
detailliert deren einzelne Schritte.
Im weiteren Verlauf werden die Programme zur Generierung von 3D-Stadtmodellen
Google SketchUp und Autodesk Revit Architecture bezüglich ihrer Tauglichkeit zur
Erstellung von 3D-Stadtmodellen verschiedener Detaillierungsstufen getestet.
Als Untersuchungsgebiet zur praktischen Anwendung der Programme dient ein Teil
des Sanierungsgebietes „Neustadt West“ in Neustadt an der Weinstraße in
Rheinland-Pfalz. Von der dortigen Bausubstanz wird zuerst mit Google SketchUp ein
komplettes 3D-Stadtmodell angefertigt. Zum Vergleich werden einige spezielle
Bauten ausgewählt, welche exemplarisch in Revit Architecture modelliert werden.
Die Zielsetzung des Projektes ist die vergleichende Bewertung verschiedener 3DPlanungsmethoden im Kontext der Erstellung von 3D-Stadtmodellen, wodurch die
Vor- und Nachteile der jeweiligen Vorgehensweisen herausgestellt werden. Hierbei
muss zuvor untersucht werden, welche Art von Modell in den verschiedenen
Planungsfällen
hinsichtlich
der
Detaillierungsstufe
sinnvoll
erscheint.
Der
abschließende Ausblick beleuchtet den aktuellen Stand auf dem Gebiet der 3DStadtmodellerstellung sowie die sich bietenden Entwicklungsmöglichkeiten.
1.3
Ablauf der Arbeit
Die Ausarbeitung zum Thema „Methoden zur zielorientierten Erstellung von 3DStadtmodellen im kommunalen Kontext“ ist hinsichtlich des Arbeitsablaufes in drei
Phasen gegliedert:
7
1.3.1 Phase A – Die Theorie
Im theoretischen Teil werden die wichtigsten Grundlagen zum weitreichenden
Themengebiet „3D-Stadtmodelle“ erläutert.
Der Begriff eines 3D-Stadtmodells wird definiert und die zur Modellerstellung
benötigte
Datenbasis
aufgezeigt.
Hier
liegt das
Hauptaugenmerk auf der
Beschaffung der Datengrundlagen zur Modellerstellung.
Weiterhin wird erörtert, welche potentiellen Einsatzfelder für 3D-Stadtmodelle
bestehen und welche Zielsetzungen von den Anwendern verfolgt werden. Die Frage
„Wer macht was mit Stadtmodellen?“ steht hier im Fokus.
Schließlich werden die zur Modellerstellung genutzten Programme, in erster Linie
„Google
SketchUp“
und
„Autodesk
Revit
Architecture“,
hinsichtlich
ihrer
Eigenschaften und Funktionen erläutert und die programmspezifischen Techniken
und Anwendungen herausgestellt.
1.3.2 Phase B – Die Modellerstellung
Im
Rahmen
der
Erstellung
eines
3D-Stadtmodells
für
das
Plangebiet
„Sanierungsgebiet Neustadt West“ in Neustadt an der Weinstraße sollten die Vorund Nachteile der zum Einsatz kommenden Software in der Praxis herausgestellt
und erläutert werden.
Hierzu wurde der angewendete Arbeitsablauf dokumentiert, um die in den einzelnen
Arbeitsschritten auftretenden Probleme zu erkennen, in Zukunft zu vermeiden und
den Workflow zur Erstellung eines 3D-Stadtmodelles so effizient wie möglich zu
gestalten.
Als Datenbasis zur Umsetzung des 3D-Modells „Sanierungsgebiet Neustadt West“
dienten sowohl die von der Stadtverwaltung Neustadt, Abteilung Bauleitplanung und
GIS, zur Verfügung gestellten Daten als auch die zusätzlich im Plangebiet erfassten
Informationen. Nach Abschluss der Datenerhebung wird auf Grundlage der
ermittelten Datenbasis durch den Einsatz der relevanten Software ein 3DStadtmodell generiert.
8
1.3.3
Phase C – Die Bewertung
Aufgrund der im Laufe der Modellerstellung erworbenen Erkenntnisse wird nun die
eingesetzte Software hinsichtlich ihrer Eignung im Kontext der jeweils relevanten
Parameter bewertet.
Aus den Resultaten werden gewisse Standards definiert, welche es in möglichst
einfacher Art und Weise gestatten sollen, auf Grundlage von Stadtgestalt sowie
vorhandener und zu erhebender Daten kostengünstig und wenig zeitintensiv ein 3DModell einer Stadt zu erstellen. Diese „Standards“ münden schließlich in einem
Workflow, welcher zukünftig als eine Art Leitfaden zur Erstellung von 3DStadtmodellen dienen kann.
Hierbei muss natürlich stets berücksichtigt werden, welche Zielsetzung hinter der
Modellerstellung steckt und welchem Zweck das Modell dienen soll.
2 Theoretische Grundlagen
2.1
Was versteht man unter „3D-Planung“
Sucht man in Online-Enzyklopädien nach dem Begriff „Computermodelle“, so erfährt
man schnell, dass Architekturmodelle heute häufig im Computer mittels CAD erzeugt
werden und in unterschiedlichen Bereichen zum Einsatz kommen. So dienen die
virtuellen Modelle in der Entwurfsphase vor allem zu Präsentationszwecken für die
Bauherren oder die Öffentlichkeit.
Definitionsgemäß
versteht
man
unter
einem
digitalen
3D-Stadtmodell
ein
dreidimensionales Computermodell einer Stadt, in welchem die einzelnen Objekte
der Stadt möglichst realitätsnah abgebildet werden. Zu jedem Objekt werden
Informationen gespeichert, die für eine gesicherte räumliche Rekonstruktion
erforderlich sind [Lorber 1996].
Wie bei realen Modellen, sind auch bei virtuellen dreidimensionalen Modellen
verschiedene Darstellungsarten und Detaillierungsgrade möglich. Diese reichen von
einfachen, so genannten „Klötzchenmodellen“, die lediglich einen Gebäudeblock
ohne Dachformen oder Fassaden zeigen, bis
hin zu fein ausdefinierten
9
„Innenraummodellen“,
welche
die
Gebäude
mit
Etagen,
Raumaufteilungen,
Fassadentexturen und weiteren Einzelheiten sichtbar machen.
Abhängig vom Detaillierungsgrad sind neben der virtuellen Begehung oder
Durchfliegungen durch das 3D-Modell auch Gebäudesimulationen verschiedener Art
möglich. So können etwa Schattenwürfe je nach Sonnenstand im Tagesverlauf und
zu unterschiedlichen Jahreszeiten aufgezeigt oder Belichtungssituationen im Inneren
der Gebäude schon vor Baubeginn überprüft werden. Auf diesem Wege liefern
solche Simulationen oftmals wichtige Erkenntnisse, welche dann gegebenenfalls in
die jeweilige Planung mit einfließen.
Im Falle der Rekonstruktion historischer oder zerstörter Gebäude am Computer
spricht man von „Digitaler Rekonstruktion“. Hier dienen noch vorhandene alte Pläne
und Zeichnungen oder Bilder als Rekonstruktionsgrundlage. Mittels virtueller
Architekturmodelle können auf diesem Wege historische Gebäude grafisch wieder
aufgebaut, in die heutige Stadtgestalt eingefügt oder auch komplette Straßenzüge
oder Städte in einem gewünschten historischen Zustand rekonstruiert werden.
2.2
Datengrundlagen und Datenbeschaffung
Bei der Beschaffung oder Generierung von Daten zur Erstellung eines 3DStadtmodells muss stets beachtet werden, welchen Ansprüchen das jeweilige Modell
künftig genügen soll. Als grundlegende Anforderungen gelten deshalb in erster Linie
[Poesch, Schildwächter, Zeile 2004]:
• unkomplizierte Anfertigung des Modells aus verfügbaren Daten
• möglichst hohe Genauigkeit
• ständige Aktualisierbarkeit und Modifizierbarkeit
• Möglichkeit des Datenaustauschs mit anderen gebräuchlichen Programmen
• Finanzierbarkeit
Bevor allerdings an die ersten Schritte der Modellerstellung zu denken ist, müssen im
Vorfeld die benötigten Realdaten gesammelt sowie, in den meisten Fällen, auch
noch bearbeitet und konvertiert werden.
10
Hierbei liegt das Hauptaugenmerk in der Regel auf den geometrischen Daten,
welche aus den Komponenten Punkt, Linie und Polygon bestehen. Unterschieden
wird hierbei in [Mach, Petschek 2006]:
• Vektordaten: (Höhen-) Linien oder Polygonzüge aus Erhebungen und
Messungen bestimmen als Bruchkanten in Form von Straßenbegrenzungen,
Mauern, Gebäudekanten oder ähnlichem die Umrisse der in einem Modell
vorhandenen Objekte.
•
Rasterdaten: Bestandteile von Rastergrafiken sind so genannte Pixel oder
Bildpunkte, denen, in Form eines Rasters gegliedert, je eine bestimmte Farbe
zugeordnet ist. Ausschlaggebend für die Qualität einer Rastergrafik sind also
die Breite und die Höhe der einzelnen Pixel sowie deren Farbtiefe. Für 3DStadtmodelle liefern grafische Daten, zum Beispiel im JPEG-, BMP-, GIF- oder
georeferenzierten TIF-Format Luftbilder, Auskünfte zu Höhenverhältnissen
oder nähere Informationen über das Erscheinungsbild des jeweils zu
modellierenden Gebietes.
• Sachdaten: Zusätzliche wichtige Auskünfte, außer jenen zur topografischen
Veranschaulichung, liefern so genannte Sach- oder Attributdaten. Diese
stellen eine Art Ergänzung zu den vorhandenen Geodaten dar und beinhalten
beispielsweise Ergebnisse aus statistischen Erhebungen und Analysen. Die
Informationen können hierbei sowohl numerische als auch alphanumerische
Aussagen zu bestimmten Gegebenheiten sein, welche den raumbezogenen
Geodaten zugeordnet werden.
2.2.1 DGM (Digitales Geländemodell)
Bei einem Digitalen Geländemodell (DGM) handelt es sich um einen Datenbestand
zur Beschreibung von Geländehöhen und –formen einer bestimmten Landschaft
durch räumlich angeordnete Flächen– oder Stützpunkte, etwa in Form von
Dreiecksnetzen oder Gittern. Im Gegensatz zu einem Digitalen Oberflächenmodell
(DOM) stellt ein DGM jedoch keine Objekte wie Gebäude, Vegetation oder
Möblierungen dar.
11
Inhaltlich umfasst ein DGM die digitale Speicherung der idealerweise vollständigen
Informationen über die Geländeoberfläche. Außerdem beinhaltet es Auskünfte zu
spezifischen geomorphologischen Eigenschaften eines Geländes. Ein DGM dient
beispielsweise der Anfertigung von Höhenlinienkarten oder der Berechnung von
Volumina und Neigungen. Auch die englischen Begriffe Digital Terrain Model (DTM)
und Digital Elevation Model (DEM) werden häufig verwendet.
Zur Erstellung eines 3D-Stadtmodells sollte ein DGM einer Stadt in einer möglichst
engmaschigen Rasterweite zur Verfügung stehen. Die vorliegenden Digitalen
Geländemodelle oder Digitalen Landschaftsmodelle der Landesvermessungsämter
eignen sich deshalb meist nur für Darstellungen im Außenbereich, da sie in einem
standardisierten Verfahren aufgezeichnet werden und deshalb die Höhe der
gemessenen Punkte nicht eindeutig zugeordnet werden kann. Ein DGM sollte nach
Möglichkeit im DXF- beziehungsweise DWG-Format vorliegen [Zeile 2004].
Abbildung 1: Digitales Geländemodell [eigene Darstellung]
2.2.2 Katasterkarte
Bei der Katasterkarte, die auch als Flurkarte oder Liegenschaftskarte bezeichnet
wird, handelt es sich um eine großmaßstäbliche Darstellung der Ergebnisse von
Katasteraufnahmen.
12
Sie beinhaltet als bildlicher Teil des Liegenschaftskatasters unter anderem Angaben
zu
Flurstücksgrenzen,
Flurstücksnummern,
Gebäuden
und
Nutzungen
oder
Resultaten aus Bodenschätzungen. Aufgrund ihres flächendeckenden Nachweises
der Lage und Abgrenzung gilt die Katasterkarte als amtliches Verzeichnis der
Grundstücke und ist somit für den Grundbuchnachweis entscheidend.
Abbildung 2: Katasterkarte Neustadt mit eingezeichnetem Plangebiet [Stadtverw. Neustadt a.d.W. 2008]
2.2.3 Luftbilder
Als
Luftbildfotografie
versteht
man
das
Anfertigen
von
Luftbildern
oder
Luftaufnahmen im Rahmen von Befliegungen. Im Allgemeinen wird bei der
Luftbildfotografie
zwischen
so
genannten
Geneigtaufnahmen
und
Senkrechtaufnahmen unterschieden. Um ein bestimmtes Gebiet zu erfassen, wird
dieses in gleichlaufenden Streifen aufgenommen, die jeweils eine Überlappung
aufweisen müssen. Diese Streifen werden dann zusammenfügt und entweder als
Einzelbilder oder mittels Stereoskopie ausgewertet. Bei der stereoskopischen
Auswertung
werden
aus
zwei
Bildern
mit
verschiedenen
Blickwinkeln
Höheninformationen im Sinne dreidimensional definierter Punkte abgeleitet [Mach,
Petschek 2006].
Hinsichtlich der Erstellung von 3D-Stadtmodellen ergeben sich aus der Nutzung
geeigneter Luftbilder vielerlei Chancen. Neben den Daten für die Anfertigung eines
13
DGM können Luftbilder weiterhin Anhaltspunkte zum Aufbau von Baukörpern,
Dachformen oder Dachtexturen enthalten. Ebenso kann eine Luftaufnahme zur
Erstellung der Texturen eines DGM genutzt werden.
Qualitativ weisen Luftbilder häufig große Unterschiede auf, welche sich in erheblicher
Weise auf ihre Verwertbarkeit auswirken. Als Negativeinflüsse gelten neben den
physikalischen Komponenten wie beispielsweise Kontrast oder Auflösung ebenso
visuelle Irritationen wie die Verdeckung wichtiger Bildbereiche durch Schatten oder
Vegetation oder ungleiche Lichtverhältnisse [Zeile 2004].
Da Informationen aus Luftbildern generell unabdingbar für die Modellerstellung sind,
sollte im Vorhinein Klarheit über die Verfügbarkeit adäquater Luftaufnahmen
herrschen.
Abbildung 3: Luftbild des Plangebietes in Neustadt an der Weinstraße [Live Search Maps 2009]
2.2.4 Laserscan-Daten
Laser-Scanning
oder
Laserabtastung
bezeichnet
die
Vermessung
von
dreidimensionalen Körpern wie Geländeoberflächen oder Objekten auf der
Erdoberfläche. Die Vermessung erfolgt hierbei vollkommen berührungslos, indem ein
Laserstrahl das Relief des jeweiligen Geländes abtastet. Der Vorteil gegenüber der
Fotogrammetrie besteht darin, dass beim Laser-Scanning eine bedeutend größere
14
Zahl von 3D-Punkten eines zu untersuchenden Objektes in einem wesentlich
kürzeren Zeitraum erfasst werden kann.
Die aus dem Verfahren resultierende digitale Punktwolke kann dann in einem CADProgramm weiterbearbeitet werden. Alternativ kann durch Triangulation der
einzelnen Punkte ein 3D-Volumenkörper zur weiteren Verwendung in CAD- oder
Rendering-Programmen erzeugt werden [Zeile 2004].
Unterschieden wird beim Laser-Scanning zwischen drei verschiedenen Verfahren:
Beim Terrestrischen Laser-Scanning (TLS) wird ein Objekt mit einem feststehenden
Gerät Punkt für Punkt abgetastet, um die relevanten Daten zu erzeugen.
Das
Airborne
Laser-Scanning
(ALS)
als
flugzeuggestütztes
Scanverfahren
funktioniert ähnlich wie die Luftbildüberfliegung und dient der Aufnahme von
Gelände- und Objekthöhen. Hierzu befindet sich eine Sensoreinheit an Bord eines
Flugzeuges oder Helikopters, welche aus einem Laserdistanzmesser zum Scannen,
einem GPS-Empfänger und einem Navigationssystem besteht. So kann die
Erdoberfläche punktgenau abgetastet werden, wobei direkt eine 3D-Punktwolke
generiert wird, deren Punktdichte und somit Qualität vom verwendeten Scanner und
der Flughöhe abhängig ist. Merkmale dieses Verfahrens sind größtenteils
automatische Messabläufe, komplette Datenaufzeichnung und computerbasierte
Auswertungen [Leibniz Universität Hannover 2004].
Das Mobile Laser-Scanning (MLS) funktioniert ähnlich wie das Airborne LaserScanning. Hier werden Entfernungen von Fahrzeugen aus gemessen und so die
benötigten Punktwolken erstellt. Das MLS bietet somit die Möglichkeit, Gebiete zu
erfassen, die hinsichtlich des Kosten- und Zeitfaktors für TLS zu klein und für ALS zu
groß sind [TopScan 2008].
Für die vorliegende Arbeit waren zwar Laserscan-Daten vorhanden, konnten jedoch
aus qualitativen Gründen nicht verwendet werden.
2.2.5 Texturinformationen
Der englische Begriff „texture“ bedeutet soviel wie „die Beschaffenheit von
Oberflächen“. Übertragen auf den Bereich der Computergrafik sind Texturen digitale
15
Bilder, die auf Polygone bzw. Objekte projiziert werden. Dies erweckt den Eindruck,
als bestehe die Objektoberfläche aus der jeweiligen Textur [Steudtner, H. 2003].
Das Verfahren des Projizierens der digitalen Bilder auf dreidimensionale Körper
nennt man „Textur-Mapping“. Vorteilhaft hierbei ist, dass das oft sehr aufwendige und
zeitintensive Modellieren von kleineren Details an Gebäuden erspart werden kann,
diese aber trotzdem sichtbar sind.
In
3D-Stadtmodellen
dient
die
Fassadentexturierung
der
Steigerung
des
Realitätsgrades. Dies bewirkt vor allem, dass auch Menschen, die in der Materie nur
wenig
oder
gar
nicht
bewandert
sind,
sich
aufgrund
eines
gewissen
Wiedererkennungswertes im Modell zurechtfinden.
In erster Linie werden Texturen für 3D-Stadtmodelle nach ihrer Entstehung und ihrer
visuellen Wahrnehmbarkeit unterschieden. So gelten Texturen mit generalisierten
Mustern oder Farbabstraktionen als synthetische Texturen, die auf Grundlage
vorliegender Fotos meist mit einem Zeichenprogramm angefertigt oder aus
Texturbibliotheken zusammengefügt werden. Als Fototextur wird hingegen eine
Textur bezeichnet, die fotografisch aufgenommen wurde und noch als Fotografie
wahrgenommen wird. Wichtig hierbei ist, dass die Aufnahmen orthogonal
ausgerichtet sind, da sie sonst vor Gebrauch aufwändig manuell entzerrt werden
müssen.
Welche Texturarten letztlich gewählt werden, richtet sich nach der Intention, die
hinter der Modellerstellung steht. Zur Abbildung der Realität gibt es keine
Alternativen zu Fototexturen, während ein realistischer Eindruck auch durch
synthetische Texturen erzeugt werden kann. Dies gilt etwa für Modelle, die nach
thematischen Gesichtspunkten aufgebaut sind [Buchholz, Döllner, Nienhaus 2006].
16
Abbildung 4: Begriffsbestimmung der Fassadentexturen [Buchholz, Döllner, Nienhaus, 2006]
Heute ist es auch möglich, Fassadenfotos vollautomatisch aufzunehmen. Hierzu
dient ein Verfahren ähnlich dem Mobile Laser-Scanning, das auf dem City-Grid
System basiert. Es handelt sich dabei um ein multisensorales Aufnahmesystem,
welches sich auf einem Fahrzeug befindet und in der Lage ist, in kurzer Zeit
komplette Straßenzüge zu vermessen, archivieren und texturieren. Eine digitale
Kamera und ein Laserscanner nehmen im Stop-and-go-Verfahren Stereobilder und
Punkte der Fassaden auf und speichern anschließend die erstellten Punktwolken,
geometrischen Informationen und Texturen in einer Datenbank ab [Zeile 2004].
17
Abbildung 5: Fotoaufnahme und bearbeitete Fassadentextur [eigene Darstellung]
2.3
Detaillierung von 3D-Stadtmodellen
Im Vorfeld der Erstellung eines 3D-Stadtmodells ist es eminent wichtig, die
Erwartungen an das Projekt genau zu kennen und frühzeitig eine detaillierte
Zielsetzung bezüglich der Ausdefinierung des jeweiligen Modells abzustimmen und
auszuformulieren. So können Missverständnisse und damit verbundener unnötiger
Arbeits- und Kostenaufwand vermieden werden.
Da lange Zeit keine einheitlich gültigen Standards zur Klassifizierung von 3DStadtmodellen verfügbar waren, ergaben sich in der kommunalen Planungspraxis
häufig Probleme hinsichtlich der Ausführung und dem Verständnis von Sinn und
Nutzen der 3D-Stadtmodelle. Um hier Abhilfe zu schaffen, entwickelte die aus der
„Initiative Geodaten Struktur NRW“ hervorgegangene „Special Interest Group 3D
(SIG 3D)“ Standards zur Erstellung, Nutzung, Editierung, Visualisierung etc. von 3DStadtmodellen und Regionalmodellen [ikg.uni-bonn.de 2009a]. Als mittlerweile
allgemein gültiger Standard gilt die Klassifizierung von 3D-Stadtmodellen nach den
so genannten „Level of Details (LOD)“. Hierbei werden 3D-Stadtmodelle, je nach
ihrem Detaillierungsgrad, in vier Levels eingestuft, wobei jedem dieser Levels
bestimmte Anforderungen zugeordnet sind. So handelt es sich beispielsweise bei
Modellen des LOD 1 lediglich um einfache Kubaturmodelle, wohingegen detaillierte
Innenraumodelle dem LOD 4 zugeordnet werden [Poesch, Schildwächter, Zeile
2004].
18
LOD 0 – Regionalmodell
• Geländemodell (DGM) mit
Luftbildtextur
LOD 1 –Stadt-/ Standort-/ oder
„Klötzchenmodell“
• Modellierung der Gebäudeblöcke
• keine ausdefinierten Dachformen
LOD 2 – Stadt-/ Regionalmodell
• differenzierte Dachformen (Typ
und Ausrichtung)
• einfache Fassadentexturen und
Vegetationsattribute
LOD 3 – Stadt-/ Architekturmodell
• detailliert ausdefinierte und
texturierte Architekturmodelle
• realitätsgetreue Dachformen
• Vegetationsmerkmale
• Straßenmöblierung
LOD 4 – Innenraummodelle
• „begehbare“ Architekturmodelle
• ausdefinierte Etagen,
Innenräume, Möblierungen, etc.
• komplette Texturierung
Abbildung 6: In der Praxis anerkannte Parameter der LOD- Stufen (LOD 1-3 in Google SketchUp, LOD 4 in
Revit Architecture) [eigene Darstellung]
19
2.4
Einsatzfelder und Adressaten von 3D-Stadtmodellen
Die Erwartungen an ein 3D-Stadtmodell richten sich stets nach der Intention der
Auftraggeber, Nutzer und des Erstellers. In der Regel soll ein Modell im kommunalen
Kontext intern sowie auch extern vielfältig einsetzbar sein. Besonders interessant im
Bezug auf den externen Gebrauch erscheint die Chance, mittels Aktivitäten im
Tourismus-, Marketing- oder Immobilienbereich durch die Veräußerung von Teilen
der
Lizenzen
einen
gewissen
„return
of
invest“
erreichen
zu
können.
Einzelhandelsbetriebe etwa, die sich im Modell wieder finden, könnten die Präsenz
zu Werbezwecken in eigener Sache nutzen.
Die künftige Nutzung des Modells entscheidet letztlich auch über die jeweilige
Detailgenauigkeit. So ist beispielsweise im Bereich des (Stadt-) Marketings ein
gewisser Wiedererkennungswert unabdingbar, weshalb hier mindestens LOD 3Modelle mit realitätsgetreuen Fassadentexturen notwendig sind. Zur Ableitung von
stadtplanerisch relevanten Informationen wie der Bebauungsdichte o. Ä. kann
hingegen ein LOD1- Standortmodell genügen.
Desweiteren ist bei der Arbeit an einem Projekt unbedingt darauf zu achten, dass das
Modell in einer ständig erweiterbaren und aktualisierbaren Form vorliegt und die
Möglichkeit besteht, die Daten auch mobil und online zu nutzen. In diesem
Zusammenhang werden folgend verschiedene Zielgruppen aufgeführt, die als
Anwender für 3D-Stadtmodelle in Frage kommen. Eine Differenzierung erscheint hier
schwierig, da sich viele Disziplinen in ihren Aufgabenbereichen überschneiden.
2.4.1 Stadtplanung
Im Bereich der Stadtplanung bieten sich hinsichtlich der Kommunikation zwischen
den
Planungsbeteiligten
Planungsdaten
durch
vielfältige
den
Einsatz
Möglichkeiten.
Die
entsprechend
visuelle
aufbereiteter
Präsentation
von
Bestandssituationen oder Planungsszenarien fördert die Transparenz der einzelnen
Phasen eines Planungsprozesses und dient der besseren Verständlichkeit. Da
unterschiedliche Planungsvarianten oder Entwürfe und die daraus resultierenden
Änderungen
20
im
Stadtbild
zeitnah
diskutiert
werden
können,
werden
Entscheidungsfindungen
beschleunigt
und sind für die Teilnehmer leichter
nachvollziehbar [Achleitner, Schmidinger, Voigt 2003].
Bei Überlegungen hinsichtlich der Erstellung von 3D-Stadtmodellen spielt jedoch der
finanzielle Aspekt stets eine große Rolle. So wird von Fall zu Fall genau abgewogen,
ob eine dreidimensionale Visualisierung in Anbetracht der Kosten-Nutzen-Relation
sinnvoll erscheint.
Im Rahmen der Flächennutzungsplanung beispielsweise wird aufgrund der Größe
des Plangebietes meist ein LOD-1-Modell benutzt. Auf Grundlage eines einfachen
Kubaturmodells können die relevanten Informationen, wie zum Beispiel Baustruktur
oder Baudichte, abgeleitet werden und durch die Integration weiterer Daten auch
Analysen bezüglich Bewohnerdichte, Nutzungsarten o. Ä. durchgeführt werden. Die
Erstellung
eines
detaillierten
LOD-3-Modells
erscheint
bei
einer
solchen
Gebietsgröße hingegen unwirtschaftlich [Lorber, Luser 1997].
Wird ein dreidimensionaler Flächennutzungsplan (FNP) stets aktualisiert, können
frühzeitig Veränderungen und die sich daraus ergebenden Probleme im Stadtbild
erkannt werden. Auf diese Weise kann seitens der zuständigen Stellen zeitnah
reagiert und der 3D-FNP in der Folgezeit zudem zur Erfolgskontrolle eingesetzt
werden.
3D-Stadtmodelle
als
Kommunikationsinstrumente
spielen
im
Rahmen
der
Bauleitplanung vor allem bei der Beteiligung der Öffentlichkeit und der Träger
öffentlicher Belange eine wichtige Rolle. Durch die Integration von Planungszielen in
die Ist-Situation von 3D-Stadtmodellen können einzelne Planungsphasen erläutert
werden. Die zur Debatte stehenden Planungsalternativen können, auch unter
Nutzung des Internets, in Echtzeit miteinander verglichen und bewertet werden. Dies
eröffnet auch Bürgern ohne planungsspezifische Kenntnisse die Möglichkeit, sich zu
informieren und aktiv an der Planung zu beteiligen.
2.4.2 Vermessung
Theoretisch besteht die Möglichkeit, dass die für ein 3D-Stadtmodell erhobenen
Daten von Vermessungsämtern genutzt werden. Allerdings gilt für die Ämter ein
hoheitlicher Auftrag, nach welchem nur sie selbst oder ein befugtes Planungsbüro
21
die Vermessungen durchführen dürfen. Die rechtliche Situation muss deshalb im
Einzelfall
geprüft
Vermessungsämter
werden.
zur
Zur
Verwertung
Verfügung
von
stehen,
Daten,
müssen
die
die
seitens
der
notwendigen
Genehmigungen eingeholt werden.
2.4.3 Tourismus
Im Tourismusbereich nehmen heutzutage nicht nur 3D-Stadtmodelle sondern neue
Medien allgemein eine wichtige Position ein. Das Internet dient als wichtige
Informationsbörse für Reisende, da diese sich hier im Voraus informieren und ein
ihren Ansprüchen und Interessen entsprechendes Reiseziel auswählen.
Hinsichtlich 3D-Stadtmodellen ist zu beobachten, dass diese, wenn auch in
unterschiedlichen Detailstufen, sowohl beim Outdoortourismus als auch bei Kulturoder Städtereisen zur Anwendung kommen. Während die Modelle bei Aktivitäten im
Außenbereich hauptsächlich der Navigation dienen, werden sie im Kontext von
Städtereisen zur Orientierung und gezielten Information bezüglich bestimmter,
eventuell kulturhistorisch bedeutsamer Objekte benutzt. Deshalb ist gerade im Sektor
der Städtereisen drauf zu achten, dass die Modelle über eine ausreichende
Detailschärfe (mindestens LOD 2) verfügen und touristisch bedeutende Objekte mit
spezifischen Hintergrundinformationen verknüpft sind. Dies bedeutet, dass zu den
sogenannten
„points
of
interest“
touristisch
relevante
Hinweise
wie
Veranstaltungstermine, Eintrittspreise oder Öffnungszeiten stets aktuell abfragbar
sind. Weiterhin kann anhand von Funktionen wie Routenplanung, virtueller
Stadtrundgang oder der visuellen Übermittlung historisch bedeutsamer Informationen
mittels Überblendungstechniken die Informationsdichte erhöht und somit das
Interesse an einem Reiseziel gesteigert werden [Lancelle 2004].
2.4.4 Denkmalschutz
Auf dem Gebiet des Denkmalschutzes und der Denkmalpflege bedient man sich der
Funktionen von 3D-Stadtmodellen, wenn entweder noch bestehende historische
Bausubstanz aufgenommen und zu Präsentationszwecken aufbereitet oder nicht
22
mehr bzw. nur noch in Teilen vorhandene Bauwerke oder Denkmäler rekonstruiert
werden.
Grundlage für die Rekonstruktion historischer Bauwerke ist die Verfügbarkeit
möglichst vollständiger und exakter historischer Datenbestände. Ausgehend von
einer
solchen
Basis
können
historische,
gegenwärtige
und
zukünftige
Bestandssituationen sehr genau dargestellt und analytisch miteinander verglichen
werden. Bei ungenauer oder nicht vollständiger Datenlage besteht allerdings die
Gefahr, dass durch Interpretationen des Modellerstellers Elemente hinzukommen,
die im Original nicht enthalten waren.
Für 3D-Rekonstruktionen historischer Bestände greift man meist auf 3D-Modelle der
Stufen LOD-3 oder LOD-4 zurück, da hier großer Wert auf Detailgenauigkeit gelegt
wird und die Modelle häufig zu Präsentationszwecken (vgl. auch 2.4.3. Tourismus)
eingesetzt werden. Kritisch betrachtet wird hierbei jedoch oftmals der nicht zu
unterschätzende Zeit- und Kostenaspekt.
2.4.5 Immobiliensektor
Im Immobilienmarketing spielen 3D-Stadtmodelle besonders bei der Kommunikation
zwischen Immobilienmaklern und potentiellen Käufern oder Investoren eine Rolle.
Neben harten und weichen Standortfaktoren wie Wohnqualität oder -umfeld sind
speziell Informationen über Materialien, Farben, Ausstattungen o.
Ä. von
gesteigertem Interesse. Um diese Details in adäquater Art und Weise darstellen und
präsentieren zu können, werden 3D-Modelle der Stufe LOD 3 oder LOD 4 benötigt.
Durch die frühzeitige Kommunikation anhand von 3D-Modellen können bereits in der
Planungsphase viele Fragen beantwortet, Wünsche berücksichtigt und so die
Baukosten verringert werden.
Werden 3D-Stadtmodelle auch nie Ortstermine oder direkte Verhandlungsgespräche
ablösen können, dienen sie durch Darstellungen von Vorher-Nachher-Szenarien
oder virtuellen Rundgängen durch das Umfeld des betreffenden Objektes zur
Information, Meinungsbildung und Entscheidungsfindung.
23
Abbildung 7: Gebäudemodell mit detaillierter Fassadengestaltung [eigene Darstellung]
2.4.6 Architektur
Architekturwettbewerbe sind wichtige Bestandteile eines jeden Bauvorhabens und
dienen den befugten Instanzen zur Information bei ihren Abwägungsentscheidungen
hinsichtlich der Vergabe von Aufträgen. Wichtige Voraussetzung für eine erfolgreiche
Bewerbung ist hierbei, dass sich die Planung einerseits in die Umgebungsbebauung
einfügt und andererseits architektonisch überzeugt.
Bisher erstellten die Bewerber individuell ihre Präsentationsmodelle. Hierbei wurden
meist komplett unterschiedliche Techniken angewandt, was bei den Ergebnissen zu
großen qualitativen Abweichungen führte. Durch die Nutzung eines äquivalenten 3DStadtmodells können zumindest hinsichtlich der Darstellung der Umgebungssituation
des zu planenden Objektes einheitliche Voraussetzungen geschaffen werden. Dies
bedeutet
eine
faire
Chance
für
alle
Kandidaten
und
objektive
Beurteilungsmöglichkeiten für die Entscheidungsträger. In der Praxis bietet sich
durch die Nutzung von 3D-Modellen beispielsweise die Möglichkeit, durch
Überblendungen verschiedener Entwürfe vor demselben Hintergrund deren Vor- und
Nachteile in kurzer Zeit zu durchleuchten gegeneinander abzuwägen.
24
Die
sich
aus
dem
Gebrauch
von
3D-Stadtmodellen
im
Rahmen
von
Architekturmodellen ergebende Chancengleichheit wird laut Umfragen auch von den
beteiligten Planungsbüros befürwortet. So bewerteten laut Forschungsbericht des
Projektes „Planung des öffentlichen Raumes - der Einsatz von neuen Medien und
3D Visualisierungen am Beispiel des Entwicklungsgebietes Zürich-Leutschenbach“
der HSR Rapperswil und ETH Zürich [Petschek, Lange 2004] zwischen 55% und
65%
der
Befragten
den
Einsatz
von
3D-Simulationen
im
Rahmen
von
Architekturpräsentationen mit „sehr gut“.
2.4.7 Katastrophenschutz
Beim Katastrophenschutz werden in erster Linie GIS-Systeme zur Erhebung,
Auswertung und Visualisierung relevanter Daten eingesetzt.
Auf 3D-Stadtmodelle wird in diesem Bereich zurückgegriffen, wenn für wichtige und
somit besonders schützenswerte Objekte des öffentlichen Lebens wie beispielsweise
Krankenhäuser, Energieversorgungsunternehmen oder Verwaltungsgebäude von
den zuständigen Institutionen detaillierte Lageinformationen der Vor-Ort-Situation
benötigt werden. Dies gilt etwa für die Erstellung von Einsatzplänen seitens der
Rettungskräfte. Hierbei macht es Sinn, Modelle der Stufe LOD-2 oder LOD-3 zu
benutzen, da Details wie Fassadentexturen helfen, sich im Modell schnellstmöglich
orientieren zu können.
2.4.8 Gewässerbau
Im Fachbereich des Gewässerbaus kommen 3D-Modelle bei der Analyse von
Wasserabflüssen und der Planung von Retentionsräumen zur Gefahrenabwehr bei
Hochwasserereignissen zur Anwendung. Ziel hierbei ist stets, ein denkbares
Jahrhunderthochwasser ohne Gefahr für Bevölkerung und Bausubstanz und daraus
entstehende Schäden ableiten zu können.
Mit Hilfe eines digitalen Geländemodells (DGM, vgl. 2.2.1.) können in kurzer Zeit
Abflussgrößen ermittelt und so die benötigten Retentionsräume dimensioniert werden
[Endres 2008]. Da jedoch auch die jeweils bestehende Baustruktur und der
25
Versiegelungsgrad Auswirkungen auf das Fließverhalten des Wassers haben
erscheint es sinnvoll, zur Simulierung von Hochwasserereignissen auf ein
Blockmodell der Stufe LOD-1 zurückzugreifen.
Aufgrund der Tatsache, dass Hochwasserereignisse auf Entwicklungen und
Veränderungen im gesamten Gewässersystem zurückzuführen sind, sollte auch über
ein grenzübergreifendes Beobachtungs- und Analysesystem, basierend auf einem
LOD-1-Modell mit DGM und Gebäudeblöcken, nachgedacht werden.
2.4.9 Lärmschutz
Im Bereich der Lärmminderungsplanung werden 3D-Stadtmodelle der Stufe LOD-1
zur Erstellung von Lärmmodellen verwendet. Hierzu werden zu untersuchende
Lärmquellen in das Modell eingefügt und die Ausbreitung der Emissionen, je nach
Stärke, mithilfe verschiedener Farbtöne dargestellt.
Umso exakter die Schallintensität am Emissionsort gemessen wird, desto detaillierter
kann die Schallausbreitung, auch bezüglich Veränderungen während eines
bestimmten
Zeitraumes,
veranschaulicht
werden.
Durch
die
Zuordnung
verschiedener Reflexionseigenschaften zu einzelnen Objekten im Modell werden die
Erhebungen noch genauer.
2.4.10 Telekommunikation
3D-Modelle haben bei der Konzeption von Telekommunikationsnetzen eine große
Bedeutung. Durch die Integration bereits bestehender Sender in das Modell kann
durch die Simulation von Topographie, Gebäuden oder Straßenverläufen die
Ausbreitung von Funkwellen und somit die Netzverfügbarkeit an bestimmten Orten
im Modell mittels integrierter Sender überprüft werden. Auf diese Weise werden
wichtige Erkenntnisse für die Planung von Sendemasten zur Erreichung einer
möglichst kompletten Netzabdeckung und zur Vermeidung von „Funklöchern“
gewonnen.
Als wichtigste Indikatoren für die Funkwellenausbreitung gelten neben Material, Form
und Rauigkeit der Gebäude- und Geländeoberflächen vor allem die jeweiligen
26
Dachformen der vorhandenen Gebäude, da hier die Funkwellen in unterschiedlicher
Form reflektiert und abgelenkt werden. Deshalb sollten hier Modelle mit
ausdefinierten Dachlandschaften, sprich mindestens der Stufe LOD-3, verwendet
werden
2.5
Vorgehensweise bei der Erstellung von 3D-Stadtmodellen
Die Erstellung eines 3D-Stadtmodells lässt sich im Allgemeinen in vier Arbeitsphasen
unterteilen.
In der ersten Phase müssen die vorhandenen Datengrundlagen hinsichtlich ihrer
Eignung für das Projekt untersucht werden. Hierbei ist darauf zu achten, dass die
Daten in möglichst aktueller Form und in geeigneten Dateiformaten vorliegen.
Arbeitsphase zwei dient der Bearbeitung der Daten, so dass sie in der Folge als
Rohdaten für das Modell verwendet werden können. So muss die vorliegende
Katastergrundlage meist vor Verwendung „gesäubert“ werden. Dies bedeutet, dass
alle nicht relevanten Inhalte, wie etwa Beschriftungen o. Ä. entfernt werden, um
später Irritationen zu vermeiden und nicht zuletzt die Datenumfang zu reduzieren.
Zudem müssen die Bilder der Gebäude, die zuvor in möglichst vielfältiger Form vor
Ort aufgenommen wurden, geordnet abgelegt werden, um später einen einfachen
Zugriff zu gewährleisten. Hierzu dient etwa die Einrichtung einer so genannten
„Fassadenbibliothek“, in welcher die Bilder geordnet nach der jeweiligen „GebäudeID“ abgelegt werden. Diese Vorgehensweise wird zu einem späteren Zeitpunkt noch
ausführlich erläutert.
Um diese Bilder schließlich im Modell als Fassadentexturen nutzen zu können,
müssen sie zuvor in einem Bildbearbeitungsprogramm wie beispielsweise Adobe
Photoshop auf die geeignete Größe zugeschnitten und entzerrt werden.
Die dritte Phase ist die eigentliche Phase der Modellerstellung. Hier wird mit
geeigneter Software, in der vorliegenden Arbeit also Google SketchUp und Autodesk
Revit 3D, das 3D-Modell angefertigt. Auf Grundlage der gemessenen Gebäudehöhen
sowie der vorliegenden Kataster- oder Flurkarten werden die Baukörper erstellt und
mithilfe der Auswertung von Luftbildern die Dachformen modelliert. Anschließend
27
folgt das Mapping der Gebäudeflächen. Hierzu dienen die zuvor bearbeiteten
Texturen oder die im Programm verfügbaren Materialien aus der jeweiligen
Materialsammlung. Diese werden jedoch meist nur für Bodenbeläge oder, wenn die
Luftbildaufnahmen nur in einer unzureichenden Qualität vorliegen, auch für
Dachflächen genutzt.
3 Praktische Umsetzung: Methoden im Vergleich
Wie bereits in Punkt 1.2 geschildert, wurden am Beispiel des Plangebietes
„Sanierungsgebiet Neustadt West“ zwei unterschiedliche Programme auf ihre
Tauglichkeit zur Erstellung von 3D-Stadtmodellen hin getestet. Hierbei wurde
insbesondere der jeweils typische Workflow dokumentiert und bewertet.
3.1
Die Datenbasis
Die Datenbasis zur Generierung eines 3D-Stadtmodells besteht stets aus Daten, die
bereits vorhanden sind und meist vom Auftraggeber zur Verfügung gestellt werden,
und Daten, die vor Ort erhoben werden müssen. Zudem besteht die Notwendigkeit,
einen Großteil der Daten vorbereitend zu bearbeiten, um sie schließlich zur
Erstellung eines 3D-Stadtmodelles verwenden zu können.
3.1.1 Vorhandene Daten
Bei den meisten Projekten, welche im Bereich der 3D-Stadtplanung durchgeführt
werden, spielen städtische Instanzen wie Stadtverwaltung, Stadtplanungsamt,
Bauamt, Stadtmarketing o. Ä. in verschiedener Weise eine Rolle. Oftmals agieren sie
als Auftraggeber oder Initiator für ein 3D-Modell der jeweiligen Stadt oder wirken
zumindest projektbegleitend mit. Deshalb ist es häufig der Fall, dass von diesen
Stellen wichtiges Datenmaterial zur Verfügung gestellt werden kann.
Exemplarisch einige Basisdaten, die oftmals bei den städtischen Stellen verfügbar
sind:
28
• ein Digitales Geländemodell (DGM) des betroffenen Gebietes, falls es die
topografischen Verhältnisse vor Ort erfordern,
• eine digitale Flurkarte, um hieraus die Gebäudegrundrisse ableiten zu können,
• Luftbilder in möglichst hoher Auflösung zur Analyse der Struktur der
Dachlandschaft,
• Straßenvermessungspunkte und Kanaldeckelmesspunkte.
3.1.2 Generierte Daten
Um die Datenbasis zur Modellerstellung zu komplettieren, war es notwendig, vor Ort
zusätzliche Informationen aufzunehmen.
Um die planungsrelevanten Gebäude später möglichst realitätsgetreu modellieren zu
können, wurde von einem jeden Gebäude die Höhe von der Oberkante der Straße
bis zur Unterkante der Dachtraufe sowie, wenn es die räumliche Situation zuließ, des
Dachfirstes mit einem Laser-Distanzmessgerät („Laserdisto“) gemessen.
Zudem wurden zur Orientierung während der Modellierphase sowie zur späteren
Texturierung der Gebäude im zukünftigen Modell von jedem Gebäude möglichst
genaue und abwechslungsreiche Bilder aufgenommen. Diese wurden anschließend
im JPG-Format in der nach Gebäude-Identifikationsnummern geordnet und in der
Texturenbibliothek abgelegt (vgl. 3.1.3).
Abbildung 8: Einsatz des Laser-Distanzmessers [eigene Darstellung]
29
3.1.3 Gebäude- Identifikationsnummern und Texturenbibliothek
Aufgrund der immensen Fülle von Daten und Informationen, die zur Erstellung eines
3D-Stadtmodells notwendig sind, empfiehlt es sich, diese systematisch zu
organisieren und katalogisieren. Dies ermöglicht im späteren Projektverlauf einen
direkten Zugriff auf einzelne Daten und vermeidet unnötigen Zeitaufwand für
langwierige Suchvorgänge.
Besonders die Identifikation einzelner Gebäude und der zugehörigen Datenbestände
spielt hier eine wichtige Rolle. Eine durchgehende Nummerierung oder die
Zuordnung zu jeweiligen Straßennamen ist zwar nahe liegend, doch kann dies
gerade bei unübersichtlichen Situationen, etwa im dicht bebauten innerstädtischen
Bereich, zu Irritationen führen.
Die Lösung stellt hierbei die so genannte „Gebäude-ID“ dar, welche für das Projekt
„Bamberg 3D“ konzipiert wurde. Hierbei wird jedem Gebäude eine eigene
Identifikationsnummer zugewiesen, welche sich aus 13 Zeichen zusammensetzt.
Verwendet werden hierzu die Gemarkungsnummer, die aus vier Zeichen besteht und
für jede deutsche Gemeinde vorhanden ist, eine vierstellige Zahl aus dem
Straßenschlüssel der jeweiligen Gemeinde sowie die Hausnummer des Objekts
[Zeile 2004].
Die erhobenen Daten wie Gebäudehöhen und Fassadenfotos werden nach
Gebäude-ID abgelegt und können auf diese Weise einfach und schnell separat
abgerufen werden. Nach diesem Schema funktioniert auch die so genannte
Texturenbibliothek, in welcher sämtliche Fassadenfotos, den Gebäuden zugeordnet,
enthalten sind. Dies ermöglicht etwa beim Mapping einen raschen Zugriff auf die
relevanten Texturen. Wird eine solche Datenbank auch nach Fertigstellung des
Modells gepflegt und aktualisiert, kann ein bestehendes 3D-Stadtmodell stets auf
aktuellem Stand gehalten werden und verliert somit nicht an Wiedererkennungswert.
30
Abbildung 9: Gebäude-ID, hier für das Objekt „Neustadt – Amalienstraße – 31“ [eigene Darstellung]
3.1.4 Bildbearbeitung
Um eine Textur auf die Oberfläche eines Gebäudemodells aufbringen („mappen“) zu
können, muss es sich bei der vorliegenden Fotografie um eine Orthogonalaufnahme
handeln (vgl. 2.2.6 Texturinformationen).
Während dies bei freistehenden Einzelgebäuden einfach zu bewerkstelligen ist, da
man sich bei der Fotoaufnahme frei im Gelände positionieren kann, kommt es im
dichter bebauten innerstädtischen Bereich aufgrund der räumlichen Enge oftmals zu
Komplikationen, da hier keine orthogonal ausgerichteten Aufnahmen durchführbar
sind.
Aus diesem Grund bedient man sich bei der Vorbereitung von Texturen zur
Integration in 3D-Stadtmodelle der Funktionen von Bildbearbeitungsprogrammen wie
Adobe Photoshop, mit dem die vorhandenen Aufnahmen zugeschnitten und entzerrt
werden. Außerdem können Fassadentexturen besonders breiter oder hoher
Gebäude, welche aufgrund der räumlichen Enge im Umfeld dieser Bauten nicht am
Stück aufgenommen werden konnten, aus mehreren einzelnen Texturen konstruiert
werden. Störende Elemente, wie parkende oder vorbeifahrende Autos, Vegetationen,
Spaziergänger o. Ä., welche zum Zeitpunkt der Aufnahme gegenwärtig und nicht
vermeidbar waren, können mit den verfügbaren Retuschewerkzeugen eliminiert
werden. Bei Gebäuden mit sich wiederholenden Fassadenelementen kann durch die
Aneinanderreihung ein und derselben Aufnahme auch eine komplette Textur
31
generiert werden, welche dem Betrachter im Modell trotzdem einen realen Eindruck
vermittelt.
Abbildung 10: Fassadenfoto vor und nach der Bearbeitung mit Adobe Photoshop [eigene Darstellung]
3.1.5 Datenbereinigung
Um die vorliegenden Daten bei der Erstellung eines 3D-Stadtmodelles nutzen zu
können, müssen diese im Vorfeld genau untersucht und meist bearbeitet werden. So
beinhalten beispielsweise Digitale Geländemodelle oder Katasterpläne, welche von
den zuständigen städtischen Behörden angefertigt wurden, vielerlei Daten, die für die
Anfertigung
eines
3D-Stadtmodells
irrelevant
sind
und
unnötigerweise
Arbeitsspeicherkapazitäten beanspruchen oder zu visuellen Irritationen führen.
Daher
empfiehlt
es
sich,
solche
Daten
vor
Beginn
der
eigentlichen
Modellierungsarbeit zu bereinigen. Dies bedeutet einerseits, alle für den Zweck einer
3D-Modell-Erstellung irrelevanten und somit überflüssigen Inhalte zu löschen und
andererseits
sämtliche
notwendigen
Informationen
für
den
Bearbeiter
nachvollziehbar zu ordnen.
Im Hinblick auf die für die vorliegende Arbeit zur Verfügung gestellten Daten heißt
dies beispielsweise, dass in der Plangrundlage bis auf die relevanten Informationen
32
Gebäudegrundrisse,
Straßen-
Grundstücksgrenzen
sämtliche
und
Bahngleiskörperbegrenzungslinien
weiteren
Inhalte
gelöscht
wurden.
und
Die
arbeitsrelevanten Informationen hingegen wurden systematisch in einzelnen Layern
abgelegt,
denen
zur
einfacheren
Nachvollziehbarkeit
verschiedene
Farben
zugeordnet wurden. So kann der Bearbeiter im Laufe des Projektes leichter zwischen
planungsrelevanten und sonstigen Objekten differenzieren.
Abbildung 11: DGM in Google SketchUP- links unbereinigt, rechts bereinigt [eigene Darstellung]
3.2
Google SketchUp
Das Programm SketchUp ist schon seit vielen Jahren auf dem Markt. Sein
Bekanntheitsgrad steigerte sich allerdings erst mit dem Kauf durch den SoftwareRiesen Google Inc., worin auch die Namensänderung zu „Google SketchUp“
begründet liegt, und dem Hype um den virtuellen Globus Google Earth. Google
SketchUp sollte ab diesem Zeitpunkt vor allem als Software zur Erstellung von 3DModellen für Google Earth zu fungieren. Heute ist die Software in einer Basisversion
für den privaten Gebrauch kostenfrei erhältlich, eine Pro-Version mit weiteren
Funktionen und der Möglichkeit der Integration einer Vielzahl von Plug-ins ist über
die Homepage des Herstellers erhältlich [chip.de 2009].
Da Google SketchUp im Gegensatz zu anderen 3D-Planungsprogrammen auch für
Laien vergleichsweise einfach und rasch zu erlernen ist, wird es in Fachkreisen auch
als „Volks-AutoCAD“ bezeichnet.
33
Abbildung 12: Einfache Modellierung eines Gebäudes in Google SketchUp [eigene Darstellung]
3.2.1 Eigenschaften und Aufbau des Programms
Bei Google SketchUp handelt es sich um eine Software zur Erstellung
dreidimensionaler Modelle, welche anschließend mittels verfügbarer Bildexport- oder
Animationsfunktionen zu Präsentationszwecken aufbereitet werden können. Der
Name des Programms bezieht sich aufgrund der Form, in welcher die Modelle
dargestellt werden, bewusst auf die traditionelle Handskizze. Die Software wird in
vielen Bereichen eingesetzt. So zählen neben Architektur und Design auch das
Bauingenieurwesen, die technische Konstruktion, die digitale Unterhaltung oder
Bildung und Lehre zu den Anwendungsfeldern [sketchup.google 2009a].
Abbildung 13: 3D-Gebäude- und Konstruktionsmodell in Google SketchUp [Google 3D-Galerie 2009]
34
Abbildung 14: 3D-Modell „Lavalandschaft“ zur digitalen Unterhaltung in Google SketchUp [Google 3DGalerie 2009]
Google SketchUp eignet sich zur Erstellung von 3D-Modellen zur Integration in den
virtuellen Globus Google Earth. Das Programm gestattet einen effizienten Modellbau
und bietet die Möglichkeit, fertige Modelle mittels einer Integrationsfunktion direkt in
Google Earth einzufügen. Somit können in SketchUp angefertigte Arbeiten schnell
und unkompliziert den Nutzern von Google Earth vorgestellt werden.
Die „Google 3D-Galerie“, bei der es sich um ein durchsuchbares Online-Archiv für
3D-Modelle handelt, bietet dem Nutzer die Gelegenheit, entweder eigene Modelle in
die Galerie hochzuladen und somit für andere Nutzer zugänglich zu machen oder
sich Modelle aus der Galerie herunterzuladen und selbst zu nutzen beziehungsweise
weiterzuverarbeiten. Als besonders nützlich stellte sich bei der Arbeit an 3DStadtmodellen die Tatsache heraus, dass die Google 3D-Galerie neben kompletten
3D-Modellen wie Gebäuden, Stadien, Maschinen u. v. m. auch Einzelobjekte enthält,
welche während der Modellarbeit problemlos in das eigene aktuelle Projekt eingefügt
werden können. So findet man in der Galerie mittlerweile eine Vielzahl von 2D- oder
3D-Modelltypen
wie
zum
Beispiel
menschliche
Figuren,
differenzierte
Vegetationstypen oder geometrische Formen [sketchup.google 2009b].
35
Abbildung 15: Modelle von Menschen als Silhouette, in Farbe und mit Texturen [Google 3D-Galerie 2009]
Abbildung 16: Modelle verschiedener Baumarten [Google 3D-Galerie 2009]
Google SketchUp verfügt über vielfältige Möglichkeiten bezüglich der optischen
Aufbereitung von 3D-Modellen. So können zum Zweck von Präsentationen oder des
Informationsaustausches 2D-Ansichten aus bestimmten Positionen im Modell
exportiert oder mithilfe verfügbarer Plug-ins gerendert werden, so dass sie in einem
gängigen Bilddateiformat (JPEG o.ä.) für jedermann einsehbar sind. Des Weiteren
können mit geringem Aufwand Schattenstudien zu verschiedenen Tag-, Nacht- oder
Jahreszeiten simuliert werden oder Rundgänge durch ein bestehendes Modell
durchgeführt und aufgenommen werden.
36
Abbildung 17: Simulation des Schattenwurfs an der Ecke Karolinen-/ Bergstraße im Mai zur Mittagszeit
[eigene Darstellung]
Abbildung 18: Simulation des Schattenwurfs an der Ecke Karolinen-/ Bergstraße im Oktober zur
Mittagszeit [eigene Darstellung]
37
3.2.2 Erstellung eines 3D-Stadtmodells am Beispiel Neustadt a. d. W. Dokumentation der Arbeitsschritte
Im Folgenden werden die einzelnen Arbeitsschritte der Erstellung des 3DStadtmodells des Sanierungsgebietes „Neustadt West“ mit dem Programm Google
SketchUp erläutert.
Für die vorliegende Arbeit wurden von der Stadtverwaltung Neustadt an der
Weinstraße, Abteilung Bauleitplanung und GIS, wesentliche Daten zur Verfügung
gestellt.
Aufgrund der räumlichen Lage der Stadt Neustadt an der Weinstraße und der
dortigen topografischen Verhältnisse wurde bereits vor Beginn der Arbeit deutlich,
dass das Modell nicht auf einer flachen Ebene erstellt werden kann, sondern ein
möglichst realitätsgetreues Geländemodell als Basis dienen muss. Ein digitales
Geländemodell im DWG-Format, welches annähernd das komplette Plangebiet
umfasst,
war
bei
der
Stadtverwaltung
Neustadt
als
Ergebnis
früherer
Vermessungsarbeiten bereits vorhanden und konnte somit zur Modellarbeit genutzt
werden.
Auch
die
benötigten
Kataster-
und
Flurpläne
wurden
von
der
Stadtverwaltung Neustadt a. d. W. in digitaler Form zur Verfügung gestellt, ebenso
der
Straßenschlüssel
der
Stadt
Neustadt
zur
Erstellung
von
Gebäude-
Identifikationsnummern und Texturenbibliothek (vgl. 3.1.3).
Nach der Analyse des Datenbestandes erfolgte dessen Bearbeitung (vgl. 3.1.5). Der
im DWG-Format vorliegende digitale Katasterplan wurde in Google SketchUp
importiert und dann bereinigt. Sämtliche für das Projekt nicht relevanten Inhalte
wurden aus der Plangrundlage gelöscht, die projektrelevanten Inhalte hingegen
farblich gekennzeichnet und in separate Layer abgelegt. Schaltet man nun im
weiteren Arbeitsverlauf in den Ansichtsmodus „Farbe nach Layer“, können die Inhalte
einfach unterschieden und dementsprechend bearbeitet werden.
38
Abbildung 19: Plangrundlage nach Import in Google SketchUp [eigene Darstellung]
In der bearbeiteten Plangrundlage wurden folgende Layer angelegt:
• relevante Gebäude (rot)
• sonstige Gebäude (türkis)
• Straßen (dunkelgrau)
• Bahngleise (hellgrau)
• Grundstücke (lila)
Abbildung 20: Plangrundlage nach Bereinigung Google SketchUp [eigene Darstellung]
39
Auch das vorliegende DGM musste bearbeitet werden, da der vermessene Bereich
nicht die Fläche des gesamten Planungsgebietes abdeckt. An den betroffenen
Stellen wurde das DGM in idealisierter Form erweitert, wobei die vorhandenen
Steigungen und Gefälle übernommen und fortgesetzt wurden. Wie bei der
Plangrundlage waren auch im verfügbaren DGM viele irrelevante Informationen
enthalten. Diese wurden entfernt und alle relevanten Konstruktionselemente in einem
Layer abgelegt.
Bei der Erweiterung des digitalen Geländemodells müssen in einem ersten
Arbeitsschritt die Außenkanten des DGM nacheinander kopiert und nach außen
verschoben werden. Hierzu benutzt man das „Kopieren-/Verschieben“-Werkzeug.
Danach werden die zuvor verschobenen sowie die bestehenden Außenkanten einer
jeden Seite des DGM markiert. Sobald die relevanten Kanten markiert sind, verbindet
die Funktion „Aus Konturen“ des Werkzeugs „Sandkiste“ die beiden Kanten unter
Fortführung
der
bestehenden
Steigungs-
und
Gefällesituationen.
Die
nun
entstandene Erweiterung liegt im „gruppierten“ Zustand vor und enthält keine
Konturen oder Kanten. Mit den Befehlen „Rechtsklick + In Einzelteile auflösen“ und
„Rechtsklick + Kanten abmildern/glätten“ kann die Erweiterung nun an das
bestehende DGM angepasst werden.
Abbildung 21: DGM nach Import in Google SketchUp und nach Bereinigung [eigene Darstellung]
40
Abbildung 22: Verschieben einer Außenkante des DGM [eigene Darstellung]
Abbildung 23: „Sandkasten“-Funktion „Aus Konturen“ zur DGM-Erweiterung [eigene Darstellung]
41
Abbildung 24: Teilweise erweitertes DGM und Funktion „Kanten abmildern/glätten“ [eigene Darstellung]
Abbildung 25: Teilweise erweitertes DGM mit Kanten und komplett erweitertes DGM [eigene Darstellung]
Eine wichtige Arbeit im Hinblick auf einen weiteren unkomplizierten Arbeitsverlauf ist
die geordnete Katalogisierung der vor Ort erhobenen Daten wie Gebäudehöhen und
-aufnahmen. Die Messwerte und Fotos werden hier, wie bereits in 3.1.3 erläutert,
anhand der jeweiligen Gebäude-ID geordnet abgelegt. Zudem werden mit der
Bildbearbeitungssoftware Adobe Photoshop aus den Gebäudeaufnahmen die später
benötigten Fassadentexturen erstellt (vgl. 3.1.4).
Nach Abschluss dieser vorbereitenden Arbeiten kann anhand der gemessenen
Gebäudehöhen
und
der
in
der
bearbeiteten
Plangrundlage
ersichtlichen
Gebäudegrundrisse mit der Modellierungsarbeit begonnen werden. Hierzu werden
42
die Gebäudegrundflächen mit dem Werkzeug „Änderung + Drücken/Ziehen“ in die
jeweils zuvor gemessene Höhe gebracht, sodass die gewünschten Gebäudeblöcke
entstehen. Nach Durchführung dieses Arbeitsschrittes an allen Gebäuden im
Plangebiet entsteht als Ergebnis ein erstes Klötzchenmodell (vgl. 2.3, LOD-Stufe 1).
Abbildung 26: Erstellung eines Gebäudeblockes [eigene Darstellung]
Abbildung 27: LOD-1-Modell in Google SketchUp [eigene Darstellung]
Der nächste Arbeitsschritt dient der Analyse der Dachlandschaft im Planungsgebiet
und der sich daraus ergebenden Modellierung der relevanten Dachformen. Da keine
43
den
Anforderungen
entsprechenden
Luftbilder
des
Betrachtungsgebiets
zur
Verfügung standen, wurden die Aufnahmen aus dem Microsoft Internet–Atlas „LiveSearch-Maps“ zur Analyse der Dachstrukturen der diversen Gebäude genutzt.
Mithilfe der „Vogelperspektive“-Funktion können sowohl Dachausrichtung als auch
Dachbeschaffenheit eines jeden Gebäudes differenziert betrachtet und ausgewertet
werden. Die Erkenntnisse fließen anschließend gemeinsam mit den Fotoaufnahmen
in die Modellierung der Gebäudedächer ein.
Abbildung 28: Klassisches Luftbild des südlichen Teils des Betrachtungsgebiets und Ansicht
"Vogelperspektive" des Bereichs Karolinen-/Talstraße [Live Search Maps 2009]
Zur Gestaltung der Dachformen wird ein weiterer Layer „Dächer“ angelegt, um später
zwischen den Elementen der Gebäudekörper und jenen der Dachlandschaft
differenzieren zu können. Je nach Form und Ausrichtung des Daches wird dieses
zuerst mit dem „Zeichnen“-Werkzeug „Linie“ und dem „Änderung“-Werkzeug
„Verschieben/Kopieren“ erstellt. Danach werden, wenn nach Abgleich mit den
Luftbildern auf „Live Search Maps“ und den Aufnahmen der jeweiligen Gebäude
vorhanden, Giebel, Gauben oder Balkone ausdefiniert. Da es in diesen Bereichen
der Gebäude kaum möglich war, mit dem Laserdisto genaue Abstände und Höhen
zu messen, wurden diese von der Gesamtgebäudehöhe und der Geschosszahl
abgeleitet. Im Falle besonders filigran gestalteter Giebel, die meist an älteren
Gebäuden zu finden sind, kamen häufig die weiteren „Zeichnen“-Instrumente zum
Einsatz.
44
Abbildung 29: Erstellung eines Daches [eigene Darstellung]
Abbildung 30: Detaillierte Dachgauben [eigene Darstellung]
Nach Fertigstellung des 3D-Stadtmodelles auf ebener Fläche müssen die Gebäude
in das zuvor bearbeitete und erweiterte digitale Geländemodell integriert werden.
Hierzu
werden
aus
den
Konstruktionselementen
einzelner
Gebäude
oder
zusammenstehender Gebäudekomplexe „Gruppen“ erstellt. Beim so genannten
„Gruppieren“ werden sämtliche Elemente eines Objektes markiert und mit dem
Befehl „Rechtsklick + Gruppieren“ zu einer „Gruppe“ zusammengefügt. Das somit
entstandene Objekt kann nun im Ganzen bewegt werden, ohne dass zuvor wieder
alle Konstruktionselemente einzeln markiert werden müssen.
45
Abbildung 31: Gruppieren eines Objekts [eigene Darstellung]
Nach dem Gruppieren der einzelnen Objekte können diese anschließend mithilfe des
„Änderung“-Werkzeuges „Verschieben/Kopieren“ entlang der blauen Y-Achse nach
oben an den ihnen zugedachten Platz im DGM gezogen werden. Unter exakter
Berücksichtigung der dortigen Steigungs- beziehungsweise Gefällesituation und der
jeweiligen Gebäudehöhen muss nun jedes einzelne Objekt genau an das digitale
Geländemodell angepasst werden. Hierbei ist wichtig, dass die Gebäudehöhen stets
in der Mitte des Gebäudes aufgenommen wurden. So können die Objekte in
abfallendem oder ansteigendem Gelände mittig angepasst werden und an einer
ihren Seiten im DGM „versenkt“ werden.
Abbildung 32: "Aufsetzen" eines Objektes auf das DGM [eigene Darstellung]
46
Sobald sich alle Objekte an der ihnen zugedachten Position im DGM befinden, kann
mit der Texturierung, dem sogenannten „texture- mapping“, der Objektoberflächen
begonnen werden. Hierzu können sowohl Fototexturen als auch künstliche Texturen
verwendet werden, die nach Abgleich mit der jeweiligen Fotoaufnahme des
betroffenen Gebäudes ausgewählt werden (vgl. 2.2.5). Mittels einer Material-Auswahl
können
unterschiedliche
Farbtöne
oder
künstliche
Materialien
aus
einer
Materialbibliothek gewählt werden oder Bildmaterial in das Modell eingefügt werden.
Um eine Fototextur auf ein Objekt im Modell mappen zu können, muss diese zuerst
in das Modell importiert werden. Hierzu bestehen in Google SketchUp zwei
Möglichkeiten:
Zum einen können Bilder mittels der Materialien-Auswahl in das Modell importiert
werden. Hierzu aktiviert man das Werkzeug „Farbeimer“, wodurch automatisch das
Fenster „Materialien“ geöffnet wird. Dort öffnet man mit dem Befehl „Material
erstellen“ ein weiteres Fenster, in welchem man nun die Funktion „Texturabbildung
verwenden“ aktiviert und mithilfe des Befehls „Nach Materialbilddatei suchen“ das
gewünschte Bildmaterial importieren kann.
Abbildung 33: Importieren einer Fototextur mittels Materialienauswahl (1) [eigene Darstellung]
47
Abbildung 34: Importieren einer Fototextur mittels Materialienauswahl (2) [eigene Darstellung]
Zum anderen besteht die Möglichkeit, Bildmaterial mit der „Importieren“- Funktion in
das Modell zu integrieren. Mit dem Befehl „Datei + Importieren“ öffnet man ein
Fenster, in dem man die gewünschte Bilddatei auswählt. Hierbei ist darauf zu achten,
dass die Einstellung „Als Textur verwenden“ aktiviert ist, da das Bildmaterial später
nur in dieser Form auf die jeweilige Objektoberfläche gemappt werden kann.
Abbildung 35: Importieren einer Fototextur [eigene Darstellung]
Nach dem Import der Fototextur wird diese zunächst auf die Objektoberfläche
aufgesetzt. Danach muss die Textur an die Größe der Objektoberfläche angepasst
werden. Die Textur wird hierbei markiert, dann mittels Rechtsklick der Befehl „Textur
48
+ Position“ ausgeführt. Unter Zuhilfenahme der so aktivierten „Reißzwecken“ kann
die Textur durch Verzerren nun so positioniert werden, dass sie genau den
Größenverhältnissen des betroffenen Objektes entspricht. Sobald sich die Textur in
der richtigen Position befindet, wird das Positionieren mit dem Befehl „Fertig“
beendet. Hilfreich ist hierbei, den Layer „Dächer“ auszublenden, da sonst Elemente
wie überstehende Dachvorsprünge bei der Positionierung der Bildtexturen stören und
eine rasche Anpassung der Texturen behindern können.
Abbildung 36: Aufsetzen der Fototextur auf die Objektoberfläche [eigene Darstellung]
Abbildung 37: Positionieren der Fototextur (1) [eigene Darstellung]
49
Abbildung 38: Positionieren der Fototextur (2) [eigene Darstellung]
Außer der (Front-) Fassaden der Objekte müssen auch die Seiten, Rückseiten sowie
die Dächer und Giebel der im Modell vorhandenen Objekte texturiert werden.
Da jedoch die Luftbildaufnahmen, welche zum Mapping der Dachlandschaft dienen
können, nur in unzureichender Qualität vorlagen, wurden für die Dächer drei
verschiedene Farbtöne aus der Materialsammlung ausgewählt. Die Entscheidung für
diese Farben fiel nach Abgleich mit den vorhandenen Luftbildern sowie mit den
Aufnahmen aus „Live-Search-Maps“. Bei der Texturierung einer Objektoberfläche mit
einer bestimmten Farbe wird mit dem „Farbeimer“-Werkzeug der Farbton aus der
Materialsammlung ausgewählt und auf die Objektoberfläche aufgebracht.
Abbildung 39: Texturieren einer Dachoberfläche mittels Farbe [eigene Darstellung]
50
Zuvor wurde auch die Überlegung angestellt, auf synthetische Texturen aus der
Google
SketchUp
Materialbibliothek
zurückzugreifen.
Da
diese
jedoch
in
vergangenen Arbeiten in Verbindung mit den verwendeten realen Fotoaufnahmen
einen
zu
künstlichen
Eindruck
machten,
fiel
die
Entscheidung
auf
die
wirklichkeitsgetreuer wirkenden Farben.
Für diejenigen (Rück-) Seiten der Gebäude, für die aufgrund der vor Ort- Situation
keine Fotoaufnahmen erstellt werden konnten, mussten ebenfalls Lösungen
gefunden werden. Hier stehen zweierlei Möglichkeiten zur Verfügung.
Einerseits können die vorhandenen Aufnahmen mittels Bildbearbeitungssoftware (im
Projekt Adobe Photoshop) so verändert werden, dass sie visuell nahe an das
Erscheinungsbild der jeweiligen realen Gebäudefläche heranreichen. Hierzu bedient
man sich der Zuschneide- oder Retuschewerkzeuge, um aus den bestehenden
Aufnahmen (-teilen) eine neue Textur zu generieren (vgl. 3.1.4). Andererseits werden
auch oftmals verschiedene Farbtöne benutzt, die stets von dem vorhandenen
Bildmaterial abgeleitet werden. Auch so kann im Modell ein durchaus realer Eindruck
erweckt werden. Gleiches gilt für die farbliche Ausgestaltung der Giebel und Gauben,
für welche keine Fototexturen zur Verfügung stehen bzw. genutzt werden können.
Hier werden die Giebel möglichst detailgetreu modelliert und, nach Abgleich mit den
realen Fotoaufnahmen, geeignete Farbtöne zur Texturierung ausgewählt.
Abbildung 40: Giebel als nicht brauchbares Foto und modelliert im Modell [eigene Darstellung]
51
Nach der Texturierung des gesamten Modells entsteht schließlich ein durchaus
realer Eindruck des Betrachtungsgebiets. Da ein Projekt wie das hier vorliegende im
Anschluss oftmals auf verschiedene Art und Weise vorgestellt und der Öffentlichkeit
präsentiert wird, verfügt Google SketchUp über diverse Funktionen zur visuellen
Aufbereitung eines erstellten Modells. Eine solche Funktion ist das Rendering-Plugin
„Podium“, welches Oberflächen, Texturen, Ansichten, Hintergrundfarben und
Schatten
von
SketchUp
zum
Erstellen
fotorealistischer
Bilder
verwendet
[sketchup.google.com 2009c].
Abbildung 41: Rendering ohne Texturen mit dem Plug-in Podium – dunkel [eigene Darstellung]
52
Abbildung 42: Rendering ohne Texturen mit dem Plug-in Podium - hell [eigene Darstellung]
3.2.3 Workflow und Bewertung
Im Laufe der Arbeit am 3D-Sadtmodell „Sanierungsgebiet Neustadt West“ mit Google
SketchUp konnten wichtige Erkenntnisse gewonnen werden. Auf Grundlage dieser
Erfahrungen soll nun ein möglichst effizienter Workflow formuliert werden.
Bereits zu Beginn des Projektes zeigte sich, dass bereits vorhandene Daten meist
nicht in dem Zustand verwendet werden können, in dem sie von den jeweiligen
Stellen zur Verfügung gestellt werden. Bei der Bearbeitung dieser Daten, sei es bei
der Bildbearbeitung (vgl. 3.1.4) oder beim Bereinigen der Plangrundlagen (vgl. 3.1.5)
ist mit höchster Sorgfalt vorzugehen, da diese Daten die Basis für das später
entstehende 3D-Modell darstellen. Jeder Fehler, der beim Umgang mit diesen Daten
entsteht, zieht sich durch das gesamte Projekt und kann immer wieder zu
zeitraubenden Verbesserungsarbeiten führen.
53
Dies gilt in besonderem Maße für die Anlage der einzelnen Layer. Die Tatsache,
dass in Google SketchUp die Zuweisung der Konstruktionselemente und der daraus
entstehenden Objekte in die jeweils angelegten Layer manuell getätigt werden muss,
erfordert
vom
Anwender
stets
große
Achtsamkeit.
Werden
hier
Konstruktionselemente im „falschen“ Layer abgelegt, verursacht dies beim späteren
Verschieben von Objekten oder beim Ein- und Ausblenden einzelner Layer
zwangsläufig zu Komplikationen.
Dies bedeutet, dass die zu einem bestimmten Zeitpunkt erstellten Elemente nur dem
ihnen zugedachten Layer zugeordnet werden, wenn dieser „aktiviert“ ist. Vergisst der
Anwender also, vor der Arbeit an einer Ebene den jeweiligen Layer zu aktivieren,
werden die Elemente in dem zum Zeitpunkt der Erstellung aktiven Layer abgelegt.
Beispiel: Der Bearbeiter hat einen Layer „Gebäude“ angelegt, in welchen sämtliche
Konstruktionselemente zur Erstellung der LOD-1-Modelle der vorhandenen Gebäude
abgelegt werden und einen Layer „Dächer“, welchem alle Elemente der Dachformen
zugeordnet werden sollen. Arbeitet er nun beispielsweise zunächst im aktiven Layer
„Gebäude“ an den Grundrissen oder Außenwänden eines Gebäudes und bearbeitet
anschließend die Dachstruktur, ohne zuvor den Layer „Dächer“ zu aktivieren, werden
weiterhin alle Konstruktionselemente im Layer „Gebäude“ abgelegt. Beim eventuellen
Verschieben der einzelnen Objekte oder Layer oder beim Ein- und Ausblenden der
einzelnen Layer führt dies zwangsläufig zu Problemen.
Abbildung 43: Komplikationen beim Ausblenden des Layers "Dächer" [eigene Darstellung]
54
Während der Arbeit am vorliegenden Projekt mit Google SketchUp erwies sich die
„Kombinationen-Funktion“ als sehr hilfreich, da zeitsparend. Nahezu alle Funktionen
in Google SketchUp können den sogenannten „Kombinationen“ verknüpft werden.
Somit müssen die einzelnen Werkzeuge vor Gebrauch nicht immer wieder aktiviert
werden, sondern können nach Betätigung der ihnen zugewiesenen Kombinationen
über
die
Tastatur
direkt
genutzt
werden.
Im
Menü
unter
„Fenster
+
Systemvoreinstellungen + Kombinationen“ können diese Verknüpfungen erstellt
werden. Im Gegensatz zu anderen Programmen, bei denen nur Kombinationen aus
mindestens zwei Tasten wählbar sind (meist Verbindungen mit der „Steuerung“Taste, etwa Strg+c für das Kopieren von Objekten), kann in Google SketchUp ein
Befehl auch mit nur einer Taste verknüpft werden. Die in den Werkseinstellungen
vorgegebenen Kombinationen sind jederzeit im Menü modifizierbar, so dass
benutzerspezifische Einstellungen möglich sind.
Ebenfalls als sehr nützlich erwies sich, besonders bei der Erstellung des vorläufigen
LOD-1-Modelles, die für Google SketchUp patentierte Extrusionsfunktion. Mit diesem
Werkzeug können die Grundflächen des Gebäudes ohne langwieriges Markieren der
einzelnen Konstruktionselemente schnell und einfach extrudiert, d. h. entlang der
blauen Y-Achse bis zur gewünschten Höhe gezogen werden.
Als nächster Arbeitsschritt folgte die Modellierung der Dachlandschaft. Da hier im
Rahmen der vorhergehenden Datenerhebungen aufgrund der räumlichen Situation
vor Ort oft nur die Traufhöhe der Gebäude gemessen werden konnte, mussten die
Firsthöhen teilweise geschätzt werden. Als Anhaltpunkte dienten hier neben
Traufhöhe und Geschosszahl der Gebäude auch die Fotoaufnahmen. Vor allem aber
stellte sich heraus, dass sich der Internet-Atlas „Live Search Maps“ von Microsoft
sehr gut zur Analyse der verschiedenen Dachformen und –strukturen eignet. Die
Dächer der jeweiligen Gebäude können hier von allen Seiten begutachtet werden
und somit die ungefähren Maße von Baukomponenten wie Gauben o. Ä. einfacher
abgeleitet werden (vgl. 3.2.2). Leider sind die Aufnahmen in Live Search Maps noch
nicht für alle Gemeinden verfügbar. Für diese Bereiche bleibt als einzige Alternative,
auf
eventuell
vorhandene
Luftaufnahmen
zurückzugreifen
oder
eine
Luftbildüberfliegung in Auftrag zu geben, was jedoch mit hohen Kosten verbunden
ist. Mittlerweile ist es im Rahmen einer Luftbildüberfliegung auch möglich,
Schrägbildaufnahmen zur Analyse von Gelände, Baustruktur oder Beschaffenheit der
55
Dachlandschaften anzufertigen. Diese sogenannten „Pictometry-Schrägaufnahmen“
entsprechen hinsichtlich des Betrachtungswinkels den Aufnahmen, die in Live
Search Maps unter dem Modus „Vogelperspektive“ (vgl. 3.2.2) eingesehen werden
können, verfügen aber meist über eine höhere Auflösung [pictometry.com 2009].
Abbildung 44: Ansicht der Dachlandschaft aus vier verschiedenen Einstellungen [Live Search Maps 2009]
Bei der nun folgenden Integration des fertigen Modells in das angepasste Digitale
Geländemodell wurden die Gebäude einzeln gruppiert und dann mit dem DGM
verbunden. Auch hier ist hohe Präzision gefordert, da sonst schwerwiegende Fehler
unterlaufen können. Wird ein Modell nicht ordnungsgemäß mit dem DGM verbunden
wird, „schwebt“ es anschließend über dem DGM. Zum anderen besteht die Gefahr,
dass ein Objekt zu tief im DGM „versenkt“ wird. Dies bedeutet, dass das Objekt im
Modell letztendlich eine geringere Traufhöhe aufweist als sein reales Pendant.
Im Laufe dieses Arbeitsschrittes warf sich außerdem die Frage auf, ob es nicht
einfacher und zeitsparender sei, das Modell direkt auf dem DGM zu erstellen. Zwar
ist das Gruppieren der Gebäude rasch zu bewerkstelligen, doch ist die Integration
der Objekte in das DGM doch recht zeitintensiv. Andererseits wäre im
56
Umkehrschluss eine Konstruktion des Modells direkt auf der DGM-Oberfläche sehr
viel komplizierter und mit einem vielfach höheren Zeitaufwand verbunden. In diesem
Fall müssten die Gebäude bereits schon in der LOD-1-Stufe an das DGM angepasst
werden. Dies würde bedeuten, dass einfache Arbeitsabläufe wie die Nutzung der
zuvor
bereits
erläuterten
Extrusionsfunktion
nicht
durchführbar
wären
und
stattdessen sämtliche Konstruktionselemente separat von Hand erstellt werden
müssten.
Beim Texturieren der Objektoberflächen ist im Vorfeld darauf zu achten, dass alle
Flächen korrekt ausgerichtet sind („Frontseite“). Zeigt nämlich bei einer zu
texturierenden Fläche deren Unterseite nach oben („Rückseite“), können weder
Fototexturen noch synthetische Texturen aus der SketchUp-Texturensammlung
gemappt werden. Diese fehlerhafte Ausrichtung von Objektoberflächen kann
eintreten, wenn lange im „Farbe nach Layer“-Modus gearbeitet wurde und dieser
dann zum Texturieren deaktiviert wird. Die betroffenen Flächen können jedoch mit
dem Befehl „Flächen umkehren“ gedreht und somit korrekt ausgerichtet werden.
Abbildung 45: Ausführung des Befehls "Flächen umkehren" [eigene Darstellung]
Im Rahmen der vorbereitenden Bildbearbeitung ist bezüglich der „power of two“
darauf zu achten, dass die später als Fototexturen verwendeten Bilddateien nicht zu
groß sind. Bei der Arbeit mit zu großen Bilddateien kommt es sonst bei steigender
Anzahl eingefügter Texturen zu deutlichen Verzögerungen im Arbeitsablauf aufgrund
unnötiger Belastung des Modelles und Inanspruchnahme der Rechnerkapazitäten.
57
Erfahrungswerte aus der Arbeit an früheren 3D-Stadtmodellen belegen, dass
Bilddateien mit einer Auflösung von 72dpi (Punkte pro Zoll) und einem Bildmaß von
maximal 512x512 Pixel deutlich ausreichen, um die Objekte realitätsgetreu
darzustellen,
ohne
dabei
die
Kapazitäten
übermäßig
zu
beanspruchen
[sketchup.google.com 2009d].
Des Weiteren ist es ratsam beim Positionieren der Fototexturen mithilfe der
„Reißzwecken“ den Modus „Fixierte Reißzwecken“ zu deaktivieren. So kann jeder
der vier Pins frei bewegt werden, was sich besonders bei der Anpassung an Ecken
oder Rundungen, etwa im Bereich von Dächern und Giebeln oder am unteren Ende
des Objektes, am Übergang zum DGM, als sehr hilfreich erwiesen hat.
Abbildung 46: Deaktivieren der "fixierte Reißzwecken"-Funktion [eigene Darstellung]
Im Allgemeinen ist festzustellen, dass sich Google SketchUp gut zum Erstellen von
3D-Stadtmodellen eignet. Aufgrund der einfach gestalteten Anordnung des
Arbeitsbereichs ist kein langes Suchen nach bestimmten Funktionen und
Werkzeugen vonnöten. Unter den Grundfunktionen befinden sich nahezu alle Tools,
die man zum Erstellen eines vorläufigen Modells benötigt. Die grundlegenden
Funktionen sind relativ einfach und rasch zu erlernen, eine lange Einarbeitungszeit
oder Schulungen mit mehreren Sitzungen sind kaum notwendig.
Besonders herauszuheben sind hinsichtlich der Funktionen etwa das patentierte
Extrusionswerkzeug oder der die Werkzeuge zum Verzerren der Texturen, die das
Modellieren sehr vereinfachen und Arbeitszeit einsparen.
58
Auch die Möglichkeiten zur Texturierung oder zur Simulation von Schattenwürfen,
Rundgängen o. Ä. in kürzester Zeit sprechen für Google SketchUp. Was in anderen
3D-Programmen oftmals nur durch den Export und die Bearbeitung in einem anderen
Programm möglich ist, kann hier unmittelbar erledigt werden.
Allerdings erfordert Google SketchUP gerade zu Beginn der Arbeit aufgrund der
bereits erläuterten „Layer-Problematik“ ein höchstes Maß an Konzentration.
Geschehen hier durch Unachtsamkeiten Fehler, müssen diese im Verlauf der Arbeit
immer wieder bereinigt werden, was einen hohen Zeitaufwand mit sich bringt.
Ebenfalls nachteilig und zeitintensiv ist die Tatsache, dass einzelne Flächen
manchmal ohne Zutun des Bearbeiters mit ihrer Rückseite nach oben zeigen und
deshalb manuell in die richtige Ausrichtung gebracht werden müssen. Diese beiden
Ansatzpunkte stellen durchaus Potentiale dar, an denen zu arbeiten wäre, um das
Programm weiter zu optimieren.
3.3
Autodesk Revit Architecture
Die Gebäudeplanungssoftware Revit Architecture wurde speziell für „Building
Information Modeling“ (BIM) konzipiert. Definitionsgemäß steht die Bezeichnung
„Building Information Modeling“ für eine Methode, die eine optimierte Planung,
Erstellung und Bewirtschaftung von Gebäuden ermöglichen soll. Beim BIM werden
sämtliche projektrelevanten Daten miteinander verknüpft. So können im Verlauf einer
Projektarbeit zu jedem Zeitpunkt eventuelle Änderungen auf alle Elemente im Projekt
übertragen werden [softguide.de 2009].
Als Vorteile des BIM gelten im Allgemeinen:
• ständige Verfügbarkeit aller aktuellen und relevanten Daten,
• besserer Informationsaustausch zwischen den Planungsbeteiligten,
• ständige Aktualisierung und Synchronisierung der Daten eines Gebäudes
• qualitativ bessere Daten, da gemeinsame Datenbasis.
Diese Eigenschaft war auch ausschlaggebend bei der Namensgebung für das
Programm. So leitet sich „Revit“ von den Begriffen „Revise Instantly“, zu deutsch
„sofort ändern/ korrigieren“, ab.
59
Da bei der Arbeit mit Autodesk Revit ein parametrisches Gebäudemodell erstellt wird,
können jederzeit Änderungen am jeweiligen Projekt vorgenommen werden.
Sämtliche Modifizierungen werden unter Berücksichtigung ihrer Abhängigkeiten
automatisch aktualisiert. Dies führt zu einer höheren Effizienz im Sinne einer Zeitund Kostenersparnis, da nicht immer alle relevanten Projektkomponenten separat
bearbeitet und angeglichen werden müssen.
In der vorliegenden Arbeit soll nun erörtert werden, inwiefern Autodesk Revit
Architecture
als
Gebäudeplanungssoftware
auch
zur
Erstellung
eines
3D-
Stadtmodells geeignet ist. Hierbei war von Beginn des Projektes an ersichtlich, dass
nur ein geringer Teil der Funktionen des komplexen Programms zum Tragen
kommen würden. Deshalb fokussierten sich die Überlegungen frühzeitig auf folgende
Fragestellungen:
• Welche Funktionen kommen bei der Modellerstellung zum Tragen?
• Inwiefern können die betreffenden Funktionen aufgrund der Funktionsvielfalt in
Revit effizient eingesetzt werden?
• Besteht die Möglichkeit, ein komplettes 3D-Stadtmodell, vergleichbar mit dem
SketchUp-Modell „Sanierungsgebiet West, Neustadt a. d. W.“, zu generieren?
3.3.1 Eigenschaften und Aufbau des Programms
Autodesk Revit Architecture als Programm zur Gebäudedatenmodellierung kann in
allen Phasen eines Planungsprojekts zur Anwendung kommen. Neben der Erstellung
von Zeichnungen oder Modellen können auch Bauteiltabellen oder Dokumentationen
angefertigt werden. Dies ermöglicht neben der eigentlichen 3D-Modell-Erstellung
eine detaillierte Dokumentation des Projekts, in welche ohne großen Aufwand
frühzeitig Angaben zu Projektumfang oder Zeit- und Budgetplanung einfließen
können.
Das Prinzip von Revit Architecture basiert auf der Nutzung von 2D- wie auch 3DModellierungen eines sogenannten „bauteilorientierten Gebäudemodells“. Während
der Arbeit an einem Projekt kann ständig zwischen 2D- und 3D-Ansichten
gewechselt werden. So kann man im Bereich der 2D-Ansichten sowohl in
60
Grundrissansichten verschiedener Ebenen als auch in Schnitten oder Front- Rückund Seitenansichten arbeiten [autodesk.de 2009].
Der
größte
Unterschied
zwischen
Revit
Architecture
und
anderen
3D-
Modellierungsprogrammen wie etwa AutoCAD liegt in der Tatsache, dass Revit mit
parametrischen Gebäudeelementen arbeitet. Diese parametrischen Komponenten
verfügen über Angaben hinsichtlich ihrer Beziehungen zu anderen Objekten im
jeweiligen Projekt. Wird also eine beliebige Änderung in einem Planungsprojekt
ausgeführt, wird diese automatisch für das Gesamtmodell übernommen. Das
bedeutet, dass alle projektbezogenen Entwürfe und Dokumentationen stets in
aktueller und kompletter Form vorliegen. So können von jedem Arbeitsfortschritt im
Verlauf eines Projekts 3D-Ansichten generiert werden und so der jeweilige Status
quo anschaulich dargestellt werden.
Revit Architecture verfügt zudem über eine umfangreiche Objektbibliothek. Aus
dieser können während der Arbeit an einem Projekt verschiedenste Objekte wie
Pflanzen, Türen oder Fenster, sowie komplette geometrische Körpermodelle, wie
Dächer oder Dachgauben, in das aktuelle Modell importiert und unmittelbar integriert
werden.
Revit unterstützt, wie viele andere 3D-Planungsprogramme auch, hinsichtlich des
Datenaustauschs die branchenüblichen Standardformate (.rvt, .dwg, .dxf, .dwf). Dies
eröffnet Möglichkeiten, ein Modell in einem dieser Programme anzufertigen und zu
einem späteren Zeitpunkt extern in anderen Programmen weiter zu bearbeiten. So
weist Autodesk auf seiner Homepage explizit auf diese Export- und Import-Optionen
hin: „Importieren Sie konzeptionelle Massenmodelle aus Form-Z, Rhino, Sketchup
und AutoCAD oder anderen Anwendungen auf ACIS- oder NURBS-Basis und
verwandeln Sie diese in Revit-Körper. Wählen Sie anschließend Flächen für Wände,
Dächer, Fußböden und Fassadensysteme“ [autodesk.de 2009b].
Als eine in der Praxis gängige Methode gilt hier beispielsweise die Modellierung
eines Projektes in Revit, AutoCAD, SketchUp o.Ä. mit anschließender Texturierung in
Autodesk 3ds Max. Auch hierauf wird von Autodesk hingewiesen: „Mit dem
Rendering-Mechanismus
mental
ray
können
Sie
(…)
hochwertige
Entwurfspräsentationen anfertigen. Falls Sie eine feinkörnigere Kontrolle über die
gerenderte Szene wünschen, verwenden Sie das Format Autodesk FBX zum
61
Importieren Ihres Entwurfs in Autodesk 3ds Max. Sie erhalten eine unerreichte
Flexibilität und Kontrolle darüber, wie Sie Ihre Arbeit darstellen und präsentieren.
Weitere Informationen zur Entwurfsvisualisierung“ [autodesk.de 2009c].
Da die Erläuterung der zahlreichen Funktionen des Programms jedoch den Rahmen
dieser Arbeit sprengen würde, werden nachfolgend nur diejenigen Funktionen
beleuchtet, die zur Erstellung eines 3D-Stadtmodells notwendig sind. Anschließend
soll ein möglichst effizienter Workflow für die 3D-Stadtmodell-Erstellung in Revit
Architecture entwickelt und ausformuliert werden.
3.3.2 Erstellung eines 3D-Stadtmodells am Beispiel Neustadt a. d. W. –
Dokumentation der Arbeitsschritte
In diesem Abschnitt werden die einzelnen Arbeitsschritte zur Erstellung eines
exemplarischen 3D-Gebäudemodells aus dem Planungsgebiet „Sanierungsgebiet
West“ Neustadt a. d. W. in Autodesk Revit Architecture dokumentiert. So sollen die
Vorgehensweise sowie eventuell auftretende Probleme analysiert und ein effizienter
Workflow entwickelt und erläutert werden.
Vor Beginn der eigentlichen Modellierungsarbeit müssen in Revit Architecture
sogenannte „Arbeitsebenen“ angelegt werden. Diese gestatten später das Arbeiten
in den 2D-Grundrissen der jeweiligen Ebenen, die Erstellung von Schnitten etc. Wird
in Revit Architecture ein neues Projekt geöffnet, stehen einige vorgefertigte
Arbeitsebenen zur Verfügung, die nun entsprechend des zu modellierenden Objekts
modifiziert werden müssen. Um Gebäudemodelle für ein 3D-Stadtmodell zu
generieren, erwies es sich als sinnvoll, mindestens folgende Ebenen anzulegen:
• Ebene „0“, „Fundament“ o. Ä. mit einer Höhenangabe von 0 Metern,
• Ebene „Traufe“, deren Höhe der im Rahmen der vorbereitenden Arbeiten (vgl.
3.1.2.) gemessenen Traufhöhe entspricht,
• Ebene „First“, deren Höhe der im Rahmen der vorbereitenden Arbeiten (vgl.
3.1.2.) gemessenen Firsthöhe entspricht.
Zusätzlich sollten, wenn am betroffenen Gebäude vorhanden, Ebenen für Trauf- und
Firsthöhen von Dachgiebeln oder -gauben sowie für Anbauten wie Garagen o. Ä.
angelegt werden.
62
Zur Einrichtung der Arbeitsebenen, welche auf zwei Arten vorgenommen werden
kann, muss im Projektbrowser eine der vier wählbaren Gebäudeansichten („Süd,
West, Nord, Ost“) geöffnet werden. Mit der Funktion „Ändern“ können die Höhen und
Bezeichnungen der bestehenden Ebenen modifiziert werden. Durch Aktivierung der
Ebenenbezeichnungen oder -höhen können diese benannt und die jeweiligen
Höhenangaben zugeordnet werden.
Abbildung 47: Modifizierung bestehender Arbeitsebenen mit „Ändern“-Funktion [eigene Darstellung]
Außerdem können weitere Ebenen mittels der Funktion „Ebene“ in Verbindung mit
dem Werkzeug „Linie auswählen“ unter Eingabe der jeweiligen Werte in das
Eingabefenster „Versatz“ in der Optionsleiste angelegt werden. Nach Aktivierung der
„Ebene“-Funktion wird hier als „Versatz“ die gewünschte Höhe eingetragen. Wird nun
mit dem Werkzeug „Linie auswählen“ eine bestehende Ebene hervorgehoben, wird
eine weitere Ebene als gestrichelte Linie im zuvor bestimmten Abstand dargestellt.
Durch einen Klick wird die Einrichtung der neuen Ebene bestätigt und
abgeschlossen. Bei mehrteiligen Gebäuden oder Gebäudekomplexen mit mehreren
verschiedenen Trauf- und/oder Firsthöhen empfiehlt es sich, für diese separate
Ebenen einzurichten.
63
Abbildung 48: Einrichtung neuer Arbeitsebenen [eigene Darstellung]
Nach
Einrichtung
der
Arbeitsebenen
können
nun
im
Projektbrowser
die
Grundrissansichten der einzelnen Ebenen aktiviert werden. Zur Modellierung der
Außenwände eines Objektes muss zur Ansicht des Grundrisses derjenigen Ebene
gewechselt werden, deren Höhenwert 0 Meter beträgt. Diese Arbeitsebene entspricht
in der Realität der Fläche (meist Oberkante Bordstein), von welcher aus im Rahmen
der Datengenerierung die Höhenwerte der Gebäude aufgenommen wurden.
Abbildung 49: Relevante Arbeitsebenen (links) und Ansichtsauswahl (rechts) [eigene Darstellung]
Nachdem die Funktion „Wand“ aktiviert wurde, kann nun mithilfe der Typenwahl ein
bestimmter Wandtyp ausgewählt werden. Hierbei ist zu beachten, dass den
Wandtypen stets Wandstärken zugewiesen sind, welche bei der Modellierung
64
berücksichtigt werden müssen. Wählt man beispielsweise den Wandtyp „Basiswand
Standard 20.0“, so beträgt die Wandstärke 20 cm. Dies hat zur Folge, dass, wenn die
Grundrissbemaßungen
aus
der
vorliegenden
Plangrundlage
eins
zu
eins
übernommen werden, der Grundriss des fertigen Objektes später um einen der
Wandstärke entsprechenden Wert größer ausfällt als der des realen Gebäudes. Aus
diesem Grund muss bei der Modellierung der Außenwände eines Objekts stets die
jeweilige Wandstärke abgezogen werden.
Abbildung 50: Funktion „Wand“ und Wahl des Wandtyps [eigene Darstellung]
Zur Festlegung der Höhe der Außenwände kann in der Optionsleiste mit der Auswahl
„Höhe“ diejenige Ebene bestimmt werden, bis zu welcher die Höhe der Wand reichen
soll. Durch die Wahl der Höhe „Traufe“ wird festgelegt, dass die in diesem
Arbeitsschritt angefertigten Wände von der untersten Ebene (Höhe 0 Meter) bis zur
Ebene auf Höhe der Traufkante reichen. Mit dem Werkzeug „Zeichnen“ können nun
die Außenwände entsprechend ihrer Länge gezogen werden. Die genauen
Längenmaße werden auch hier manuell eingegeben.
65
Abbildung 51: Bestimmung von Höhen und Längen der Außenwände [eigene Darstellung]
Nach Abschluss der Modellierung der Außenwände kann das Ergebnis durch
Aktivierung der 3D-Ansicht begutachtet werden. Im nächsten Arbeitsschritt werden
die Dachgiebel in das Beispielprojekt importiert, anschließend entsprechend der
realen Maße modifiziert und unter Beibehaltung des 3D-Ansichtsmodus in das
bestehende Objekt integriert.
Revit Architecture verfügt hier über eine Objektbibliothek, aus welcher vorgefertigte
Objekte, sogenannte „Familien“, in ein Projekt importiert und integriert werden
können (vgl. 3.3.1). Mit dem Befehl „Datei + Aus Bibliothek laden + Familie laden“
wird die Objektbibliothek geöffnet und die gewünschten Objekte können ausgewählt
werden.
Abbildung 52: 3D-Ansichtsmodus (links) und Öffnen der Objektbibliothek (rechts) [eigene Darstellung]
66
Nach der Auswahl des zu integrierenden Objektes wird dieses in das Projekt
importiert. Die Objekte, welche aus der Bibliothek importiert werden können, liegen
jedoch zunächst in den Bemaßungen vor, die ihnen ursprünglich zugewiesen
wurden. Deshalb ist es unumgäglich, die importierten Objekte zunächst hinsichtlich
ihrer Größe anzupassen. Hierzu wird die Funktion „Elementeigenschaften“ aktiviert,
in der sämtliche Informationen über das zuvor markierte Objekt einsehbar und
modifizierbar sind. Hier ist es nun möglich, unter der Eigenschaft „Bemaßungen“ die
jeweilige Höhe und Breite des Elements zu bestimmen und es somit in die
gewünschte Form zu bringen. Danach wird das Objekt mittels der „Ändern“-Funktion
in die passende Position verschoben und dort platziert. Verfügt ein Objekt, wie das
vorliegende, über mehrere gleichartige Elemente (hier Dachgiebel), können diese
kopiert und anschließend verschoben sowie platziert werden. Mit der „Ändern“Funktion wird das betreffende Objekt markiert, unter Betätigung der „Steuerung“Taste kopiert und an die gewünschte Stelle verschoben.
Abbildung 53: Auswahl und Import eines Objekts aus der Bibliothek [eigene Darstellung]
67
Abbildung 54: Modifizieren des Objekts mittels der „Elementeigenschaften“ [eigene Darstellung]
Abbildung 55: Platzieren und Vervielfältigen des Objekts [eigene Darstellung]
Im nächsten Arbeitsschritt wird nun ein Dach auf das bisher erstellte Gebäude
gesetzt. Hierzu wird die Funktion „Dach“ mit der Option „Dach über Grundfläche“
aktiviert. Mithilfe des Eingabefensters in der Optionsleiste kann der Dachüberstand
bestimmt und mit der Option daneben die Dachneigung reguliert werden. Die Option
„Bestimmt Neigung“ wird vor Erstellung derjenigen Dachflächen angewählt, die eine
Neigung aufweisen. Bei Flachdächern wird die Option nicht benötigt. Nun werden mit
der Funktion „Wände auswählen“ diejenigen Wände hervorgehoben, über denen das
Dach entstehen soll. Die Traufkanten der Dachflächen werden daraufhin als farbige
Linien in einem dem Dachüberstand entsprechenden Abstand angezeigt. Sind diese
Linien angelegt, wird mit der Funktion „Dach fertigstellen“ die Arbeit am Dach
68
beendet. In der 3D-Ansicht kann das Ergebnis nun begutachtet werden. Ruft man
danach eine der Gebäudeansichten auf, können dort anhand der Ebenen in
Verbindung mit den zugehörigen Höhenangaben die Höhenverhältnisse im Modell
überprüft und gegebenenfalls angepasst werden.
Abbildung 56: Erstellen eines Dachs [eigene Darstellung]
Abbildung 57: Fertigstellung und 3D-Ansicht des Dachs [eigene Darstellung]
Da nun im vorliegenden Beispiel die Grundmauern sowie das Dach zwar
fertiggestellt, aber noch nicht miteinander verbunden sind, geschieht dies mithilfe der
Option „Fixieren. Mit der „Ändern“-Funktion wird zunächst die betroffene Wand
markiert. Danach wird die Option „Fixieren“ in Verbindung mit „Wand oben
69
verbinden“ aktiviert und anschließend das Dach markiert. Die jeweils ausgewählte
Wand wird so automatisch mit dem Dach verbunden.
Abbildung 58: Verbinden von Dach und Außenwänden [eigene Darstellung]
Anschließend werden die zunächst noch in das Dach hineinragenden Dachgiebel mit
der Dachfläche „verbunden“. Somit sitzen sie nur noch auf der Dachfläche und ragen
nicht mehr in sie hinein, sind aber immer noch mit dieser verbunden. Hierzu werden
zunächst der jeweilige Dachgiebel und die Dachfläche, mit welcher der Giebel
verbunden werden soll, markiert. Danach wird die Option „Geometrie verbinden“
gewählt, woraufhin die Gauben mit dem Dach „verschnitten“ werden. Mit der
Funktion „Ändern“ wird der Arbeitsschritt abgeschlossen. Anhand der nun sichtbaren
Abschlusskanten auf der Dachfläche erkennt man, dass die Gauben nun mit dem
Dach verbunden sind.
70
Abbildung 59: Verbinden von Dachgauben und Dachfläche (1) [eigene Darstellung]
Abbildung 60: Verbinden von Dachgauben und Dachfläche (2) [eigene Darstellung]
Abschließend werden die Modelle mit entsprechenden Fototexturen belegt. Dies
dient jedoch nur dem Zweck der Präsentation und Veranschaulichung, da Modelle
aus Revit Architecture nicht mitsamt ihren Texturen exportiert werden können. Das
bedeutet, dass die texturierten Modelle gerendert werden müssen, um die Texturen
sichtbar zu machen. Diese Ansichten werden dann direkt im gewünschten
Bilddateien-Format exportiert und können zu Präsentationszwecken aufbereitet
werden.
71
Die Texturierung der Modelle erfolgt in Revit Architecture mittels der sogenannten
„Abziehbild“-Funktion. Im Menu unter „Einstellungen“ wird durch die Option
„Abziehbildtypen…“ die Texturenauswahl geöffnet. Mit dem Befehl „Neues Abziehbild
erstellen“ können die benötigten Fototexturen ausgewählt und, wenn nötig, benannt
werden. Die Textur wird nun auf die ihr zugedachte Fläche gemappt und dann mit
der „Ändern“-Funktion markiert. In der Optionsleiste können anschließend manuell
die exakten Werte von Höhe und Breite der zu texturierenden Fassade eingegeben
werden, so dass die Textur genau der Fassade angepasst wird. Die Option
„Proportionen sperren“ muss bei diesem Vorgang allerdings deaktiviert sein.
Abbildung 61: Auswahl der Fototextur [eigene Darstellung]
Abbildung 62: Anpassen der Fototextur [eigene Darstellung]
72
Abschließend muss die nun zur Verfügung stehende Ansicht gerendert werden, um
die gewünschten Ansichten exportieren zu können. Mithilfe der Funktion „Rendern +
Dialogfeld rendern“ werden die Rendering-Einstellungen geöffnet. Hier können
Qualitäts- und Ausgabeeinstellungen vorgenommen sowie Beleuchtungs- oder
Hintergrundeffekte aktiviert werden. Mit dem Befehl „Rendering“ wird der Vorgang
gestartet. Die so entstehenden Bilder können schließlich exportiert und etwa zu
Zwecken der Projektdokumentation oder zu Präsentationszwecken verwendet
werden.
Abbildung 63: Rendering einer Gebäudeansicht [eigene Darstellung]
3.3.3 Workflow und Bewertung
Während der Arbeit mit Autodesk Revit Architecture konnten eine Reihe von
Erkenntnissen hinsichtlich der Eignung des Programmes zur Erstellung von 3DStadtmodellen gewonnen werden.
Schon früh wurde hierbei deutlich, dass nur ein kleiner Bruchteil der vielfältigen
Programmfunktionen für die Erstellung eines 3D-Stadtmodells zum Tagen kommen
würde. Die Funktionen von Revit sind auf die Generierung von kompletten
Gebäudemodellen ausgelegt, welche – auch aufgrund der vielfältigen Möglichkeiten
zur innenarchitektonischen Planung – der Detaillierungsstufe LOD 4 entsprechen.
Zudem verfügt das Programm über Möglichkeiten, ein Modell mit sämtlichen
planungsrelevanten Kalkulationen, wie Kostenplanungen, Projektdokumentationen,
Baumateriallisten o. Ä. auszustatten. Die 3D-Gebäudemodelle, welche zur Erstellung
73
eines 3D-Stadtmodells im Verständnis der vorliegenden Arbeit benötigt werden,
entsprechen der Detaillierungsstufe LOD 3 und verfügen somit nur über eine
texturierte „Außenhülle“ in Form von Außenwänden und Dachflächen sowie
gegebenenfalls vorhandenen Dachaufbauten (vgl. 2.3). So galt es, mit den hierfür
relevanten Funktionen einen möglichst effizienten Workflow zu entwickeln und
Möglichkeiten
auszuloten,
nicht
vorhandene
Funktionen
durch
die
externe
Weiterbearbeitung in anderen Programmen zu kompensieren.
Bereits zu Beginn der Arbeit ergab sich ein erstes Problem, da in Revit Architecture
nach einem Datenimport nur solche Objekte aufgelöst werden können, die maximal
10.000 Elemente beinhalten. Da die zuvor bereits bereinigte Plangrundlage jedoch
wesentlich mehr Elemente aufwies, war es nicht möglich, die Beispielobjekte aus
dem
Plangebiet
„Sanierungsgebiet
Neustadt
West“,
wie
geplant,
auf
der
vorbereiteten Plangrundlage zu modellieren. Dies bedeutet konkret, dass zwar eine
Modellerstellung auf Basis von vorhandenen Plangrundlagen im entsprechenden
Dateiformat möglich ist, diese jedoch maximal 10.000 Elemente beinhalten darf. Auf
die Praxis bezogen heißt dies, dass Einzelgebäude, Gebäudekomplexe oder auch
kleinere Gebäudegruppen auf zuvor importierten Plangrundlagen erstellt werden
können, nicht aber 3D-Modelle ganzer Straßenzüge, Stadtteile oder kompletter
Städte. Aus diesem Grund wurden die Beispielobjekte separat modelliert. Zur
weiteren Bearbeitung, wie der Integration in Plangrundlage oder Digitales
Geländemodell, muss hier auf die Funktionen anderer Programme zurückgegriffen
werden.
Abbildung 64: Fehlgeschlagener Import der Plangrundlage, da > 10.000 Elemente [eigene Darstellung]
74
Erster Arbeitsschritt bei der Erstellung eines 3D-Modells ist die Einrichtung der
Arbeitsebenen. Hier erwies sich im vorliegenden Projekt als sinnvoll, sich hinsichtlich
der Ebenen an den im Rahmen der Datengenerierung vor Ort (vgl. 3.1.2)
aufgenommenen Höhenwerten zu orientieren. So wurden für alle Objekte Ebenen
auf Höhe von 0 Metern, auf Höhe der Dachtraufe und auf Höhe des Dachfirstes
eingerichtet. Bei Gebäuden, die entweder aus mehreren Gebäudeteilen mit
verschiedenen Trauf- oder Firsthöhen bestehen oder Anbauten, Dachgiebel oder
Gauben aufweisen, sollten auch für diese Elemente Ebenen angelegt werden. Zwar
ist es auch möglich auf nur einer Ebene zu arbeiten und die Höhe von Außenwänden
und sämtlicher weiterer Elemente manuell einzugeben, doch entfällt so die Option in
einer der verfügbaren Gebäudeansichten die Höhenverhältnisse im Projekt zu
kontrollieren und gegebenenfalls zu regulieren.
Abbildung 65: 3D-Ansicht und Seitenansicht [eigene Darstellung]
Bei der Konstruktion der Außenwände mittels der Funktion „Wand“ wird auf die
vorhandenen Traufhöhenwerte, welche den Wandhöhen der Gebäude entsprechen,
zurückgegriffen. Die Wandlängen ergeben sich aus den Gebäudegrundrissen der
vorliegenden (Kataster-) Plangrundlagen und werden bei der Konstruktion ebenso
wie die jeweiligen Wandhöhen manuell eingegeben. Die manuelle Eingabe der Werte
garantiert eine sehr hohe Konstruktionsgenauigkeit. Vorsicht ist hier bei der Auswahl
des „Wandtyps“ geboten. Den in Revit Architecture verfügbaren Wandarten sind stets
bestimmte Wandstärken zugeordnet, die sich an der technischen Beschaffenheit der
jeweiligen Mauerwerke in der Realität orientieren. Dies führt dazu, dass eine Wand
75
den eingegebenen Längenwert immer um den der Wandstärke entsprechenden Wert
übertrifft. Um dies zu vermeiden, müssen die Wandstärkenwerte vor der Konstruktion
der Außenwände von den eigentlichen, sich am Gebäudegrundriss orientierenden,
Wandlängen subtrahiert werden.
Abbildung 66: "Wandstärken-Problematik" [eigene Darstellung]
Bei der Erstellung von Gebäudeteilen wie Dachgiebeln o. Ä. kann in Autodesk Revit
Architecture auf vorgefertigte Objekte, sogenannte „Familien“ zugegriffen werden.
Diese können aus einer Objektbibliothek in das laufende Projekt importiert und dort
integriert werden. Die Auswahl in der Revit-Objektbibliothek reicht hier von komplett
modellierten Dächern bis zu Bepflanzungen oder Inneneinrichtungsgegenständen.
Nachdem ein solches Objekt, im Beispielmodell handelt es sich um Dachgiebel,
importiert wurde, kann es hinsichtlich seiner Beschaffenheit und Form mittels der
„Elementeigenschaften“ bearbeitet werden. Auch hier werden die Eigenschaften
durch manuelle Eingabe der relevanten Werte modifiziert. Auf diese Weise wird das
Objekt dahingehend verändert, dass es anschließend hinsichtlich der Proportionen in
das bestehende Objekt eingefügt werden kann. Wie andere 3D-Planungsprogramme
verfügt auch Revit Architecture über eine „Kopieren und Verschieben“-Funktion.
Diese kommt zum Einsatz, wenn – wie im vorliegenden Beispielobjekt – mehrere
Gebäudeteile gleicher Beschaffenheit vorhanden sind. Nachdem ein erstes
Gebäudeteil nach Modifizierung der Elementeigenschaften fertiggestellt ist, wird es
mittels der „Ändern“-Funktion markiert und kann unter Betätigung der „Steuerung“Taste kopiert und direkt an der ihm zugedachten Position im Gesamtobjekt platziert
76
werden. Durch diese Funktion ist es nicht notwendig, alle diese Elemente separat zu
importieren und zu modifizieren, was eine deutliche Zeitersparnis mit sich bringt.
Die Erstellung des Daches wird anschließend mittels der Funktion „Dach + Dach
über Grundfläche“ ausgeführt. Hierbei werden in der Ebene „Traufhöhe“ diejenigen
Wände angewählt, über welchen das Dach entstehen soll. Mittels vorheriger Eingabe
eventueller Dachüberstände werden diese automatisch bei der Modellierung
berücksichtigt. Ebenfalls wird durch Aktivierung der Option „Bestimmt Neigung“
festgelegt, welche Dachflächen eine Neigung aufweisen. Die Neigungsverhältnisse
eines Daches können jedoch auch noch im Nachhinein in den Elementeigenschaften
des Daches modifiziert werden. Problematisch ist hierbei, wenn keine Informationen
über die Neigungsverhältnisse eines Daches vorliegen. In diesem Fall wird das Dach
unter Berücksichtigung der Dachform und der vorgegebenen Neigungsverhältnisse
modelliert und anschließend in der Gebäudeansicht an die der Ebene „Firsthöhe“
zugewiesene Höhe angepasst.
Abbildung 67: Anpassung der Dachhöhe in einer Seitenansicht [eigene Darstellung]
Beim Texturieren der Objekte zeigte sich die Problematik, dass in Revit Architecture
mittels der „Abziehbild“-Funktion zwar Fototexturen auf Flächen im Modell gemappt
werden können, diese allerdings nicht in sichtbarer Form exportiert und in anderen
Programmen weiterverarbeitet werden können. Die texturierten Modelle können
jedoch gerendert und die so entstehenden Ansichten als Bilddateien exportiert und
zu Präsentations- oder Dokumentationszwecken weiterverwendet werden. Zur
77
Simulation von Schattenwürfen, Hintergrundszenarien, Belichtungen etc. im Rahmen
eines Renderings bestehen in Revit Architecture vielfältige Möglichkeiten.
Abbildung 68: Ansicht vor und nach dem Rendering in Revit Architecture [eigene Darstellung]
Um die in Revit Architecture erstellten Modelle jedoch in einer Form texturieren zu
können, die es ermöglicht, die Modelle mit sichtbaren Texturen zu exportieren und
weiter zu verwenden, muss das Mapping extern vorgenommen werden. So wird
beispielsweise von Autodesk auf die Kompatibilität mit dem über sehr gute MappingFunktionen verfügenden Programm Autodesk 3ds Max hingewiesen. Doch auch mit
anderen gängigen Programmen wie SketchUp o.Ä. ist Revit Architecture kompatibel
und es besteht die Möglichkeit, Revit-Modelle dort weiter zu bearbeiten.
Als Fazit ist zu festzuhalten, dass sich das Programm Revit Architecture, das
eigentlich zur Erstellung von Architekturmodellen konzipiert ist, durchaus auch für
3D-Stadtmodelle eignet. Jedoch ist zu berücksichtigen, dass man aufgrund einiger
notwendiger Funktionen, wie etwa dem Importieren einer kompletten Plangrundlage
oder dem Texturieren des gesamten Modells, auf weitere Programme angewiesen
ist.
Um
bereits
fertiggestellte
aber
noch
nicht
texturierte
3D-Modelle
extern
weiterzubearbeiten, müssen diese zunächst in ein kompatibles CAD-Dateiformat wie
.dwg, .dxf o. Ä. konvertiert und in dieser Form abgespeichert werden. Danach
können die Modelle in ein vorgesehenes Programm importiert und nach Bedarf
modifiziert werden.
78
Bewährt haben sich in diesem Zusammenhang folgende Methoden:
Das Modell kann zunächst in das Programm Google SketchUp importiert werden.
Anschließend wird es dort mit den verfügbaren Funktionen in ein bestehendes Modell
integriert, texturiert oder in anderer Form verändert.
Abbildung 69: Importiertes Revit-Modell vor und nach dem Mapping in SketchUp [eigene Darstellung]
Auch das Programm Autodesk 3ds Max bietet, besonders im Hinblick auf das
Mapping und Rendering von 3D-Modellen, die zuvor in externen Programmen
angefertigt
wurden,
vielseitige
Möglichkeiten.
Hier
wurden
bereits
in
der
Vergangenheit positive Erfahrungen gesammelt. Exemplarisch ist das Projekt „Alter
Markt
Landstuhl“
des
Lehrstuhls
Computergestützte
Planungs-
und
Entwurfsmethoden (CPE) an der Technischen Universität Kaiserslautern aus dem
Jahr 2008. Hier wurde ein 3D-Modell für eine geplante Platzgestaltung in Google
SketchUp erstellt, das anschließende Mapping und Rendering in Autodesk 3ds Max
durchgeführt.
79
Abbildung 70: Gerenderte Ansicht des Projekts „Alter Markt Landstuhl“ (1) [Antz, Kratz, Zeile 2008]
Abbildung 71: Gerenderte Ansicht des Projekts „Alter Markt Landstuhl“ (2) [Antz, Kratz, Zeile 2008]
80
4 Gesamtbewertung und Ausblick
Nach Abschluss der Modellierungsarbeiten fließen die gewonnenen Erkenntnisse
nun in eine Gesamtbewertung ein. Die Ergebnisse bezüglich der Eignung der
verwendeten Programme Google SketchUp und Autodesk Revit Architecture zur
Erstellung von 3D-Stadtmodellen werden gegenübergestellt und die jeweiligen Vorund Nachteile erläutert.
Bei der Erstellung eines 3D-Stadtmodells steht jedoch nicht nur die Konstruktion im
Mittelpunkt. Auch die anschließende Aufbereitung und Präsentation der Ergebnisse
spielen eine wichtige Rolle und sind mit ausschlaggebend für das Verständnis und
die Akzeptanz der Thematik „3D-Stadtmodelle im kommunalen Kontext“. Die sich
hier bietenden Chancen werden im Ausblick aufgezeigt.
4.1
Gesamtbewertung
Im Hinblick auf die im vorliegenden Projekt zur Anfertigung der 3D-Modelle
verwendeten Programme Google SketchUp (vgl. 3.2) und Autodesk Revit
Architecture (vgl. 3.3) ergibt sich hinsichtlich des Workflows ein gravierender
Unterschied: Während in Google SketchUp ein komplettes 3D-Stadtmodell erstellt
werden kann, ist man bei der Arbeit mit Revit Architecture auf weitere Programme
angewiesen.
So kann bereits zu Beginn der Modellarbeit in Google SketchUp eine komplette,
vorher entsprechend bearbeitete Plangrundlage importiert, aufgelöst und weiter
bearbeitet werden. In Revit Architecture können hingegen nur Objekte mit maximal
10.000 Elementen aufgelöst werden. Dies bedeutet, dass sehr wohl Grundrisse
einzelner Gebäude (-gruppen) importiert und als Plangrundlage benutzt werden
können, nicht aber etwa die Katastergrundlagen größerer Gebiete, wie es für das
Betrachtungsgebiet „Sanierungsgebiet Neustadt West“ notwendig gewesen wäre.
Hinsichtlich der Konstruktion unterscheiden sich die beiden Programme ebenfalls
grundlegend. In Google SketchUp arbeitet der User ständig in einer 3D-Ansicht und
erstellt das komplette Modell in diesem Modus. In Revit Architecture wird dagegen oft
zwischen verschiedenen Ansichten, etwa dem 3D-Modus und Seiten- oder
Grundrissansichten gewechselt. Während in SketchUp die Konstruktionselemente
81
stets mithilfe der verfügbaren Werkzeuge erstellt werden, sind in Revit Architecture in
nahezu allen Arbeitsschritten die betreffenden Längen-, Höhenwerte etc. manuell
einzugeben. Wichtig ist die Funktion „Elementeigenschaften“, anhand derer einzelne
Objekte auch noch im Nachhinein modifiziert werden können.
Bei der differenzierten Ausgestaltung eines Modells mit Elementen wie Dachgauben,
Vegetation
u.
Ä.
kann
in
beiden
Programmen
auf
eine
Objektbibliothek
zurückgegriffen werden, die über verschiedene 3D-Objekte verfügt. Diese können in
das jeweils aktuelle Projekt importiert und integriert werden. Unterschiede bestehen
allerdings auch hier. Hinter der „Google 3D-Galerie“ (vgl. 3.2.1), welche 3D-Objekte
für SketchUp-Modelle beinhaltet, steht eine Community, in die sich jeder SketchUpUser einloggen kann. Die Mitglieder dieser Community haben die Möglichkeit, ihre
SketchUp-Modelle in die Google 3D-Galerie hochzuladen. Hierdurch werden die
Modelle kostenlos der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt und jeder User kann sie
für sein eigenes Projekt verwenden. Dies führt dazu, dass die 3D-Galerie zwar sehr
vielfältige Objekte beinhaltet, deren Qualität jedoch oftmals fragwürdig ist. Die
Objektbibliothek von Autodesk Revit Architecture hingegen ist kein Online-Archiv,
sondern beinhaltet lediglich eine bestimmte Anzahl an 3D-Objekten. Dieses Archiv
kann nur von den Nutzern, die miteinander oder in einem Netzwerk an einem
gleichen Modell arbeiten, erweitert werden. Außerdem besteht die Gelegenheit,
Objektbibliotheken vom Hersteller zu beziehen, was jedoch mit Kosten verbunden ist.
Das Mapping und Rendering von 3D-Modellen ist in beiden Programmen möglich.
Während diese Funktionen in Revit Architecture in erster Linie dazu dienen, mittels
der verfügbaren „Rendering“-Funktion 2D-Ansichten des aktuellen Modelles zu
exportieren und für Präsentationen o. Ä. zu verwenden, können in Google SketchUp
texturierte Modelle auch inklusive Texturen exportiert werden.
In Bezug auf die Erstellung eines 3D-Stadtmodells für ein Planungsgebiet wie das
Sanierungsgebiet Neustadt West, ist Google SketchUp letztendlich zu favorisieren.
Ausschlaggebend hierfür ist die Tatsache, dass ein Modell der Detaillierungsstufe
LOD 3, welches den gestellten Anforderungen genügt, komplett in Google SketchUp
erstellbar ist (vgl. 3.2.2). Von der Modifizierung der Plangrundlage bis hin zum
Mapping und Rendering des kompletten Modells können sämtliche Arbeiten in einem
Programm getätigt werden. Bei der Bearbeitung mit Autodesk Revit Architecture
hingegen ist man auf die Funktionen anderer Programme angewiesen. Die
82
Anschaffung dieser Programme verursacht in Verbindung mit den notwendigen
Personalschulungen und Einarbeitungszeiten zusätzliche Kosten und ist besonders
im Hinblick auf die momentane wirtschaftliche Lage und die damit verbundene
finanzielle Situation der meisten Städte und Gemeinden, die in der Regel als
Auftraggeber auftreten, von Nachteil.
4.2
Präsentationsmöglichkeiten und Ausblick
Hinsichtlich der Möglichkeiten zur Aufbereitung eines 3D-Stadtmodelles zu
Präsentationszwecken, stehen vielfältige Möglichkeiten zur Verfügung. Einige
Optionen werden nachfolgend anhand des mit Google SketchUp erstellten 3DStadtmodells des Plangebietes „Sanierungsgebiet Neustadt a. d. W. West“ erläutert.
Zu den bereits erwähnten Alternativen zählen sowohl Simulationsvarianten, wie
Sonnenstudien oder virtuelle Rundgänge durch ein Modell, als auch gerenderte
Ansichten von 3D-Modellen. Im Bereich des Renderings ist wiederum zwischen
unterschiedlichen Herangehensweisen zu differenzieren. Einerseits verfügen viele
Programme über Renderingfunktionen oder entsprechende Plug-ins, andererseits
besteht die Möglichkeit des Exports der Modelldaten in externe (Rendering-)
Programme zur weiteren Bearbeitung. Zudem existiert mit dem virtuellen Globus
Google Earth ein Medium, das es ermöglicht, 3D-Stadtmodelle, sofern sie im
adäquaten Dateiformat (.kmz) vorliegen, zu integrieren und auf diese Weise allen
Nutzern dieses Programms vorzustellen.
4.2.1 Google Earth
Bei Google Earth handelt es sich um eine kostenlos erhältliche Software, die einen
virtuellen Globus darstellt. In Google Earth werden Satelliten- und Luftaufnahmen
verschiedener Qualität und Auflösung in Verbindung mit Geodaten und digitalen
Geländemodellen präsentiert. Der User bewegt sich auf diesem Globus, kann Ziele
ansteuern und virtuell besuchen. Hierbei kann er Informationen über bestimmte Orte,
Sehenswürdigkeiten,
Verkehrsdaten,
Wetterinfos
etc.
erhalten.
Dieser
Informationsaustausch wird dadurch ermöglicht, dass jeder User die in Google Earth
vorhandenen Objekte mit Informationen unterlegen kann. Besonders seit Beginn der
83
Zusammenarbeit mit der Webseite „Panoramio.com“ und der damit verbundenen
Möglichkeit, Benutzerfotos einzustellen, textlich zu erläutern und zu verlinken, hat der
Informationsgehalt von Google Earth stark zugenommen.
Im Rahmen der vorliegenden Ausarbeitung war jedoch in erster Linie von Interesse,
dass 3D-Modelle mit dem Programm Google SketchUP (vgl. 3.2.) in Google Earth
integriert und mit relevanten Informationen bestückt werden können. Dies bietet die
Chance, ein Modell weltweit zu präsentieren, und birgt etwa im Stadt- und
Regionalmarketing, im Tourismus oder anderen Bereichen Potentiale, die auf diesem
Weg erschlossen werden können.
Nachfolgend die Vorgehensweise bei der Integration des 3D-Stadtmodelles
„Sanierungsgebiet Neustadt a. d. W. West“ aus Google SketchUp in Google Earth:
Im ersten Arbeitsschritt wird das Modell in Google SketchUp sowie das Programm
Google Earth geöffnet. In Google Earth wird der Ort, an dem das Modell letztlich
platziert werden soll, angesteuert.
Abbildung 72: Plangebiet als Luftbild in Google Earth und als 3D-Modell in SketchUp [eigene Darstellung]
Mithilfe der Funktion „Aktuelle Ansicht übernehmen“ wird der relevante Bereich aus
Google Earth in Google SketchUp importiert. Der Ausschnitt aus Google Earth, in
SketchUp schwarzweiß dargestellt, enthält Luftbildaufnahmen des Ortes verbunden
mit
den
Höheninformationen
des
in
Google
Earth
vorhandenen
Digitalen
Geländemodells. Mit der Funktion „Gelände umschalten“ wird das aus Goolge Earth
importierte digitale Geländemodell aktiviert.
84
Abbildung 73: Import der Google Earth-Daten [eigene Darstellung]
Abbildung 74: Aktivierung des Google Earth-DGM in Google SketchUp [eigene Darstellung]
Mittels der Funktion „Verschieben“ wird das 3D-Modell an die Google EarthGrundlage angepasst. Da zwischen den Höhendaten aus Google Earth und den zur
Modellerstellung
verfügbaren
digitalen
Geländemodellen
meist
geringe
Abweichungen bestehen empfiehlt es sich, das 3D-Modell mit einem „Sockel“ zu
unterbauen. Diese Maßnahme verhindert, dass später einzelne Objekte über der
Google Earth-Oberfläche schweben und nicht mit dem Gelände verbunden sind.
85
Abbildung 75: Anpassung des Modells (mit Sockel) an die Google Earth- Grundlage [eigene Darstellung]
Anschließend wird das fertige Modell mit der Funktion „Modell platzieren“ in Google
Earth integriert und am zuvor ausgewählten Ort platziert. Das Modell erscheint in
Google Earth nun im Menü unter „Temporäre Orte“. Mit dem Befehl „Unter Meine
Orte speichern“ wird das Modell gespeichert und kann vom Nutzer nun je nach
Bedarf aktiviert werden. Mit dem Befehl „Ort speichern unter“ wird das Modell als
.kmz-Datei abgelegt. Durch das Öffnen dieser Datei wird Google Earth automatisch
gestartet und das Modell erscheint an der ihm zugewiesenen Position.
Abbildung 76: Integration des Modells und Ansicht in Google Earth[eigene Darstellung]
86
Abbildung 77: Ansicht des 3D-Stadtmodells "Sanierungsgebiet West" in Neustadt a. d. W. in Google Earth
[eigene Darstellung]
4.2.2 Mapping und Rendering in Autodesk 3dsMax
Das Computergrafik- und Animationsprogramm Autodesk 3ds Max (ehemals 3D
Studio Max) wird bei der Produktion von Filmen, Computerspielen oder Comics
benutzt. Gleichermaßen wird es aber auch in Berufsfeldern wie Design, Architektur
oder Stadtplanung eingesetzt. 3ds Max verfügt über vielfältige Funktionen in den
Bereichen Licht- und Beugungseffekte, Mapping, Rendering etc. Bei der Erstellung
und Aufbereitung von 3D-Stadtmodellen kommen insbesondere die Mapping- und
Renderingfunktionen zur Anwendung.
87
Abbildung 78: Rendering in 3ds Max [eigene Darstellung]
Abbildung 79: Rendering mit Texturen in 3ds Max [eigene Darstellung]
88
4.2.3 Photosynth als Präsentationsmedium
Photosynth ist eine kostenlose Fotoverwaltungssoftware von Microsoft Live Labs.
Zielsetzung war zu Anfang, möglichst viele Aufnahmen populärer Orte in einem 3DRaum zu sammeln, durch den sich der User virtuell bewegen kann. Das Programm
verfügt über einen besonderen Algorithmus, der spezielle Elemente eines Bildes, wie
etwa Kanten, Gegenstände, Kamerapositionen etc. in eine Punktwolke konvertiert.
Durch die Identifikation von Überschneidungen in den einzelnen Punktwolken
generiert Photosynth anschließend aus den Einzelaufnahmen eine 3D-Szene
[photosynth 2009].
Hieraus
ergab
sich
die
Überlegung,
ob
Photosynth
nicht
auch
als
Präsentationsplattform für 3D-(Stadt-)Modelle infrage käme. Nach einigen Tests
wurde
der
Bereich
Hetzelanlage
aus
dem
Google-
SketchUp-
Modell
„Sanierungsgebiet Neustadt a. d. W. West“ als Beispielobjekt ausgewählt.
Um geeignete Aufnahmen zu erhalten, wird mithilfe der Funktion „Kamera
positionieren“ ein Standpunkt im Modell ausgewählt, von dem aus dann in
regelmäßigen Abständen 2D-Grafiken aufgenommen und aus SketchUp exportiert
werden.
Diese
werden
anschließend
in
Photosynth
eingelesen
und
zusammengefügt. Aufgrund der äußerst zufrieden stellenden Ergebnisse und der
zunehmenden Popularität von Photosynth sollte das Programm auch zukünftig in die
Überlegungen hinsichtlich der Präsentation von 3D-Modellen einbezogen werden.
89
Abbildung 80: Ansicht eines Modellbereichs im Photosynth- 3D-Raum [eigene Darstellung]
Abbildung 81: Vollbild- Ansicht eines Modellbereiche im Photosynth- 3D-Raum [eigene Darstellung]
90
4.2.4 Autodesk Ecotect
Das 3D-Simulationsprogramm Ecotect dient der Einbeziehung umwelt- und
energieeffizienzrelevanter Aspekte in die Planung. Anhand von Szenarien, welche
mithilfe der Simulation von Schall- oder Lichtausbreitung und anderer relevanter
Parameter erstellt werden, können wichtige Erkenntnisse gewonnen werden. Die
hieraus resultierenden Ergebnisse fließen in die Entscheidungsfindung im Rahmen
eines Planungsprozesses ein und können richtungsweisenden Charakter haben
[archit.uni-karlsruhe.de 2009].
In Bezug auf das vorliegende Projekt war von Interesse, inwiefern man derartige
Simulationen auf das angefertigte 3D-Stadtmodell „Sanierungsgebiet Neustadt a. d.
W. West“ anwenden kann. Exemplarisch wird hier ein Szenario erstellt, welches die
aus der Sonneneinstrahlung resultierende Energie in Wattstunden (Wh) simuliert, die
unter zuvor festgelegten Bedingungen (Zeit, Dauer, etc.) an Orten im Modell
vorhanden ist. Die Analyse eines solchen Szenarios kann etwa im Bereich der
Solartechnik aufschlussreiche Informationen liefern.
Abbildung 82: Darstellung der Sonneneinstrahlung in Autodesk Ecotect [eigene Darstellung]
91
Abbildung 83: Analyse des 3D-Stadtmodells "Sanierungsgebiet Neustadt West" in Autodesk Ecotect
[eigene Darstellung]
5 Fazit
Die Akzeptanz sowie das Interesse für das Thema 3D-Stadtmodelle sind im Laufe
der letzten Jahre merklich gestiegen. Während anfangs bei der Erstellung von 3DSatdtmodellen beispielsweise meist auf topografische Elemente verzichtet wurde,
sind diese in heutigen Modellen kaum noch wegzudenken: Nur eines von vielen
Indizien für die qualitative Weiterentwicklung der Modelle und der Arbeit auf dem
Gebiet der 3D-Planung im Allgemeinen. Folgerichtig vermehrten sich auch die
Anwendungsbereiche, in denen 3D-Stadtmodelle zum Einsatz kommen. Dienten sie
früher lediglich der Rekonstruktion und Präsentation von Bestandsszenarien, spielen
sie heute in vielen planungsrelevanten Bereichen eine bedeutende Rolle.
Exemplarisch zu nennen wären hier etwa Stadt- und Regionalmarketing, Tourismus,
Denkmal- oder Katastrophenschutz.
Durch die Erläuterung verschiedener methodischer Herangehensweisen zur
Erstellung von 3D-Stadtmodellen werden in der vorliegenden Arbeit die vielseitigen
Möglichkeiten im Bereich der 3D-Modellerstellung aufgezeigt. Ein effizienter
92
Workflow ist hierbei wesentlicher Bestandteil eines erfolgreichen Projektes, da sonst
ein unverhältnismäßig hoher Zeit- und Kostenaufwand betrieben werden muss. Der
Vergleich der beiden Programme Google SketchUp und Autodesk Revit Architecture
belegt, dass aufgrund der ausgeprägten Kompatibilität hinsichtlich der verwendeten
Dateiformate ein problemloser Datenaustausch möglich ist und somit die Funktionen
mehrerer Programme zur Erstellung eines 3D-Stadtmodells genutzt werden können.
Abbildung 84: Workflow zur Erstellung von 3D-Stadtmodellen [eigene Darstellung]
93
Als Programm, welches auf die 3D-Modellerstellung für Google Earth ausgelegt ist,
verfügt Google SketchUp über alle Funktionen, die für die Anfertigung eines 3DStadtmodells notwendig sind. Das Modell kann komplett in einem Programm erstellt
werden. Auf externe Funktionen muss man lediglich zur weiteren Aufbereitung des
Modells, etwa zu Präsentationszwecken, zurückgreifen.
Autodesk
Revit
Architecture
hingegen
ist
für
die
Erstellung
komplexer
Architekturmodelle konzipiert. Das Programm beinhaltet viele Funktionen, die 3DStadtmodelle der Detaillierungsstufe LOD 2-3 nicht gebraucht werden. Hierbei
handelt es sich um Instrumente zur Ausdefinierung von Architekturelementen, zur
Innengestaltung von Modellen oder Funktionen zur Dokumentation und Kalkulation
von Bauprojekten. Hier gilt es, die für die zur Erstellung eines 3D-Stadtmodells
relevanten Funktionen zu bestimmen, effizient anzuwenden und nicht vorhandene
Instrumente durch die Nutzung adäquater Programme zu kompensieren.
Aus beiden Ansätzen kann, so zeigt die Arbeit, trotz unterschiedlicher Methoden ein
praktikabler Workflow entwickelt werden. Doch, so zumindest die Vermutung, wird
die Entscheidung im Gros der Fälle auf Programme wie Google SketchUp fallen, da
hier alle Arbeitsschritte in einem Programm erledigt werden können und dies nicht
zuletzt aus wirtschaftlichen Gründen ausschlaggebend sein wird.
Über die eigentliche Modellerstellung hinaus reichen die Möglichkeiten, welche sich
durch die weitere Aufbereitung und Nutzung von 3D-Stadtmodellen bieten. Ein
wesentlicher Aspekt, besonders im Hinblick auf den bestehenden Wettbewerb in den
Sektoren, in denen 3D-Modelle zum Einsatz kommen, stellt die angemessene
Präsentation der Ergebnisse dar. In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene
Alternativen aufgezeigt, um Projekte der breiten Öffentlichkeit vorzustellen. Neben
den mittlerweile schon als klassisch zu bezeichnenden Methoden, 3D-Modelle durch
Renderings grafisch aufzuwerten oder durch die Integration in Google Earth für
jedermann einsehbar zu machen, bergen auch neue Anwendungen wie Photosynth
viel versprechende Potentiale.
Ebenso entwickeln sich im Bereich der Simulation interessante Ansätze. So werden
3D-Stadtmodelle
in
Programmen
wie
Autodesk
Ecotect
zur
Generierung
realitätsnaher Szenarien verwendet, deren Analyseergebnisse schließlich in die
Entscheidungsfindung bei Planungsprozessen einfließen können.
94
Nach Abschluss des Projektes ist vorausblickend festzustellen, dass die 3DStadtplanung auch zukünftig weiter in den Fokus der Betrachtungen rücken wird. Es
entstehen ständig neue Einsatzfelder und mit der technischen Weiterentwicklung
steigt der Realitätsbezug der Darstellungen. Diese Chancen gilt es zu nutzen; sowohl
im Bereich der Planung als auch auf Seiten der kommunalen Entscheidungsträger.
95
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101
7 Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Digitales Geländemodell [eigene Darstellung] ..................................... 12 Abbildung 2: Katasterkarte Neustadt mit eingezeichnetem Plangebiet [Stadtverw.
Neustadt a.d.W. 2008] .............................................................................................. 13 Abbildung 3: Luftbild des Plangebietes in Neustadt an der Weinstraße [Live Search
Maps 2009] ............................................................................................................... 14 Abbildung 4: Begriffsbestimmung der Fassadentexturen [Buchholz, Döllner,
Nienhaus, 2006] ....................................................................................................... 17 Abbildung 5: Fotoaufnahme und bearbeitete Fassadentextur [eigene Darstellung] . 18 Abbildung 6: In der Praxis anerkannte Parameter der LOD- Stufen (LOD 1-3 in
Google SketchUp, LOD 4 in Revit Architecture) [eigene Darstellung] ...................... 19 Abbildung 7: Gebäudemodell mit detaillierter Fassadengestaltung [eigene
Darstellung] .............................................................................................................. 24 Abbildung 8: Einsatz des Laser-Distanzmessers [eigene Darstellung] ..................... 29 Abbildung 9: Gebäude-ID, hier für das Objekt „Neustadt – Amalienstraße – 31“
[eigene Darstellung] .................................................................................................. 31 Abbildung 10: Fassadenfoto vor und nach der Bearbeitung mit Adobe Photoshop
[eigene Darstellung] .................................................................................................. 32 Abbildung 11: DGM in Google SketchUP- links unbereinigt, rechts bereinigt [eigene
Darstellung] .............................................................................................................. 33 Abbildung 12: Einfache Modellierung eines Gebäudes in Google SketchUp [eigene
Darstellung] .............................................................................................................. 34 Abbildung 13: 3D-Gebäude- und Konstruktionsmodell in Google SketchUp [Google
3D-Galerie 2009] ...................................................................................................... 34 Abbildung 14: 3D-Modell „Lavalandschaft“ zur digitalen Unterhaltung in Google
SketchUp [Google 3D-Galerie 2009] ........................................................................ 35 Abbildung 15: Modelle von Menschen als Silhouette, in Farbe und mit Texturen
[Google 3D-Galerie 2009] ......................................................................................... 36 Abbildung 16: Modelle verschiedener Baumarten [Google 3D-Galerie 2009] .......... 36 Abbildung 17: Simulation des Schattenwurfs an der Ecke Karolinen-/ Bergstraße im
Mai zur Mittagszeit [eigene Darstellung] ................................................................... 37 Abbildung 18: Simulation des Schattenwurfs an der Ecke Karolinen-/ Bergstraße im
Oktober zur Mittagszeit [eigene Darstellung] ............................................................ 37 102
Abbildung 19: Plangrundlage nach Import in Google SketchUp [eigene Darstellung]
................................................................................................................................. 39 Abbildung 20: Plangrundlage nach Bereinigung Google SketchUp [eigene
Darstellung] .............................................................................................................. 39 Abbildung 21: DGM nach Import in Google SketchUp und nach Bereinigung [eigene
Darstellung] .............................................................................................................. 40 Abbildung 22: Verschieben einer Außenkante des DGM [eigene Darstellung] ......... 41 Abbildung 23: „Sandkasten“-Funktion „Aus Konturen“ zur DGM-Erweiterung [eigene
Darstellung] .............................................................................................................. 41 Abbildung 24: Teilweise erweitertes DGM und Funktion „Kanten abmildern/glätten“
[eigene Darstellung] .................................................................................................. 42 Abbildung 25: Teilweise erweitertes DGM mit Kanten und komplett erweitertes DGM
[eigene Darstellung] .................................................................................................. 42 Abbildung 26: Erstellung eines Gebäudeblockes [eigene Darstellung] ..................... 43 Abbildung 27: LOD-1-Modell in Google SketchUp [eigene Darstellung] ................... 43 Abbildung 28: Klassisches Luftbild des südlichen Teils des Betrachtungsgebiets und
Ansicht "Vogelperspektive" des Bereichs Karolinen-/Talstraße [Live Search Maps
2009] ........................................................................................................................ 44 Abbildung 29: Erstellung eines Daches [eigene Darstellung] ................................... 45 Abbildung 30: Detaillierte Dachgauben [eigene Darstellung] .................................... 45 Abbildung 31: Gruppieren eines Objekts [eigene Darstellung] ................................. 46 Abbildung 32: "Aufsetzen" eines Objektes auf das DGM [eigene Darstellung] ......... 46 Abbildung 33: Importieren einer Fototextur mittels Materialienauswahl (1) [eigene
Darstellung] .............................................................................................................. 47 Abbildung 34: Importieren einer Fototextur mittels Materialienauswahl (2) [eigene
Darstellung] .............................................................................................................. 48 Abbildung 35: Importieren einer Fototextur [eigene Darstellung] .............................. 48 Abbildung 36: Aufsetzen der Fototextur auf die Objektoberfläche [eigene Darstellung]
................................................................................................................................. 49 Abbildung 37: Positionieren der Fototextur (1) [eigene Darstellung]......................... 49 Abbildung 38: Positionieren der Fototextur (2) [eigene Darstellung]......................... 50 Abbildung 39: Texturieren einer Dachoberfläche mittels Farbe [eigene Darstellung] 50 Abbildung 40: Giebel als nicht brauchbares Foto und modelliert im Modell [eigene
Darstellung] .............................................................................................................. 51 103
Abbildung 41: Rendering ohne Texturen mit dem Plug-in Podium – dunkel [eigene
Darstellung] .............................................................................................................. 52 Abbildung 42: Rendering ohne Texturen mit dem Plug-in Podium - hell [eigene
Darstellung] .............................................................................................................. 53 Abbildung 43: Komplikationen beim Ausblenden des Layers "Dächer" [eigene
Darstellung] .............................................................................................................. 54 Abbildung 44: Ansicht der Dachlandschaft aus vier verschiedenen Einstellungen
[Live Search Maps 2009] .......................................................................................... 56 Abbildung 45: Ausführung des Befehls "Flächen umkehren" [eigene Darstellung] ... 57 Abbildung 46: Deaktivieren der "fixierte Reißzwecken"-Funktion [eigene Darstellung]
................................................................................................................................. 58 Abbildung 47: Modifizierung bestehender Arbeitsebenen mit „Ändern“-Funktion
[eigene Darstellung] .................................................................................................. 63 Abbildung 48: Einrichtung neuer Arbeitsebenen [eigene Darstellung] ...................... 64 Abbildung 49: Relevante Arbeitsebenen (links) und Ansichtsauswahl (rechts) [eigene
Darstellung] .............................................................................................................. 64 Abbildung 50: Funktion „Wand“ und Wahl des Wandtyps [eigene Darstellung] ........ 65 Abbildung 51: Bestimmung von Höhen und Längen der Außenwände [eigene
Darstellung] .............................................................................................................. 66 Abbildung 52: 3D-Ansichtsmodus (links) und Öffnen der Objektbibliothek (rechts)
[eigene Darstellung] .................................................................................................. 66 Abbildung 53: Auswahl und Import eines Objekts aus der Bibliothek [eigene
Darstellung] .............................................................................................................. 67 Abbildung 54: Modifizieren des Objekts mittels der „Elementeigenschaften“ [eigene
Darstellung] .............................................................................................................. 68 Abbildung 55: Platzieren und Vervielfältigen des Objekts [eigene Darstellung] ....... 68 Abbildung 56: Erstellen eines Dachs [eigene Darstellung] ...................................... 69 Abbildung 57: Fertigstellung und 3D-Ansicht des Dachs [eigene Darstellung] ......... 69 Abbildung 58: Verbinden von Dach und Außenwänden [eigene Darstellung] .......... 70 Abbildung 59: Verbinden von Dachgauben und Dachfläche (1) [eigene Darstellung]
................................................................................................................................. 71 Abbildung 60: Verbinden von Dachgauben und Dachfläche (2) [eigene Darstellung]
................................................................................................................................. 71 Abbildung 61: Auswahl der Fototextur [eigene Darstellung] ..................................... 72 104
Abbildung 62: Anpassen der Fototextur [eigene Darstellung] .................................. 72 Abbildung 63: Rendering einer Gebäudeansicht [eigene Darstellung] ..................... 73 Abbildung 64: Fehlgeschlagener Import der Plangrundlage, da > 10.000 Elemente
[eigene Darstellung] .................................................................................................. 74 Abbildung 65: 3D-Ansicht und Seitenansicht [eigene Darstellung] ........................... 75 Abbildung 66: "Wandstärken-Problematik" [eigene Darstellung] .............................. 76 Abbildung 67: Anpassung der Dachhöhe in einer Seitenansicht [eigene Darstellung]
................................................................................................................................. 77 Abbildung 68: Ansicht vor und nach dem Rendering in Revit Architecture [eigene
Darstellung] .............................................................................................................. 78 Abbildung 69: Importiertes Revit-Modell vor und nach dem Mapping in SketchUp
[eigene Darstellung] .................................................................................................. 79 Abbildung 70: Gerenderte Ansicht des Projekts „Alter Markt Landstuhl“ (1) [Antz,
Kratz, Zeile 2008] ..................................................................................................... 80 Abbildung 71: Gerenderte Ansicht des Projekts „Alter Markt Landstuhl“ (2) [Antz,
Kratz, Zeile 2008] ..................................................................................................... 80 Abbildung 72: Plangebiet als Luftbild in Google Earth und als 3D-Modell in SketchUp
[eigene Darstellung] .................................................................................................. 84 Abbildung 73: Import der Google Earth-Daten [eigene Darstellung] ......................... 85 Abbildung 74: Aktivierung des Google Earth-DGM in Google SketchUp [eigene
Darstellung] .............................................................................................................. 85 Abbildung 75: Anpassung des Modells (mit Sockel) an die Google Earth- Grundlage
[eigene Darstellung] .................................................................................................. 86 Abbildung 76: Integration des Modells und Ansicht in Google Earth[eigene
Darstellung] .............................................................................................................. 86 Abbildung 77: Ansicht des 3D-Stadtmodells "Sanierungsgebiet West" in Neustadt a.
d. W. in Google Earth [eigene Darstellung]............................................................... 87 Abbildung 78: Rendering in 3ds Max [eigene Darstellung] ....................................... 88 Abbildung 79: Rendering mit Texturen in 3ds Max [eigene Darstellung] .................. 88 Abbildung 80: Ansicht eines Modellbereichs im Photosynth- 3D-Raum [eigene
Darstellung] .............................................................................................................. 90 Abbildung 81: Vollbild- Ansicht eines Modellbereiche im Photosynth- 3D-Raum
[eigene Darstellung] .................................................................................................. 90 105
Abbildung 82: Darstellung der Sonneneinstrahlung in Autodesk Ecotect [eigene
Darstellung] .............................................................................................................. 91 Abbildung 83: Analyse des 3D-Stadtmodells "Sanierungsgebiet Neustadt West" in
Autodesk Ecotect [eigene Darstellung] ..................................................................... 92 Abbildung 84: Workflow zur Erstellung von 3D-Stadtmodellen [eigene Darstellung] 93 106
DANKSAGUNG
Ich danke an dieser Stelle meinen Eltern Sylvia und Helmut Antz, die mich während
meiner gesamten Studienzeit unterstützt haben sowie Christine Strasser, die mir
immer den nötigen Rückhalt gegeben hat.
Für hilfreiche Ratschläge, die mir im Verlauf der Anfertigung dieser Arbeit geholfen
haben, danke ich in besonderer Weise:
Prof. Dr.-Ing. Bernd Streich, der den Studenten in seinem Lehrgebiet ermöglicht,
eigene Ideen einzubringen und selbstständig umzusetzen.
Meinem Diplomarbeitsbetreuer Herrn Dipl.-Ing Peter Zeile, der mir während der
Arbeit stets mit Rat und Tat zur Seite stand und mich mit vielen hilfreichen
Anregungen und Ideen zum Thema versorgte.
Der Stadtverwaltung Neustadt an der Weinstraße, Abteilung Bauleitplanung und GIS
in Person von Dipl.-Ing. Christian Blarr, der die nötigen Plangrundlagen zur
Verfügung stellte.
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