Werkbericht und Grundlagen
Computer Aided Architectural Design
Ansgar Halbfas, Rolf Kretschmer - ©1998

Beispiele für eine Entwurfsvisualisierung

hier:
Neuplanung für die
ehemalige Kaserne in
Stuttgart,
Stadtteil Hallschlag

Render-Methoden

Bei lokalen Beleuchtungsmodellen wird die direkte Wechselwirkung zwischen Objekten und der Lichtquelle berechnet - Schatten, Reflektionen und Refraktionen (Brechungen) müssen bei den lokalen Modellen durch entsprechend projezierte 2D-Mappings simuliert werden (projektive Schattierung).

Globale Beleuchtungsmodelle erfassen eine 3D-Szene in ihrer Gesamtheit und brechnen die gegenseitigen Wechselwirkungen, die zwischen den Objekten stattfinden - Ray Tracing ist der erste Ansatz zu einem globalen Beleuchtungsmodell, da Schatten, Spiegelungen und Refraktionen bezogen auf die gesamte Szene berechnet werden. Zusätzlich erwartet man von globalen Beleuchtungsmodellen, dass auch der Lichtanteil berücksichtigt wird, der von den Oberflächen in Form von diffus reflektiertem Licht an die Umgebung abgegeben wird (das Objekt wird zu einer sekundären Lichtquelle).

Beispiel für globales Beleuchtungsmodell: Radiocity Rendering. Basierend auf einem Algorithmus, welcher die Verteilung des Lichts in einem geschlossenen Raum simuliert.
Faktoren im globalen Beleuchtungsmodell sind unter anderem: physikalische Lichttemperatur, Luftzusammensetzung und Struktur der Atmosphäre bei Aussenrenderings, Art und Weise der Lichtstreuung einer Lichtquelle (Bauart der Leuchte).
Die globalen Beleuchtungsmodelle berechnen unabhängig der Kameraposition die Lichtverhältnisse und speichern die Information in direktem Bezug zum CAD-Gittermodell.

Wireframe
<gittermodell>

Hidden Line
<verdeckte linien>

flat
<jede fläche wird mit einer opaken farbe belegt>

Shaded Rendering
<shading=schraffierung, schattierung>

Goraud Rendering
<funktioniert wie das flat rendering, mit der option auf "smooth shading" <geglätte kanten> in abhängikeit des Winkels, den zwei Flächen zueinander haben. das smooth shading interpoliert die pixel, also die dargestellte farbe innerhalb der fläche, wenn an den kanten eine andere farbe berechnet wird, als für die fläche>

Phong Rendering
<erzeugt smooth shaded bilder <also bilder, mit geglättet dargestellten kanten> wie die goraud render-methode mit einer anderen rechenmethode, bei der die normalen jedes punktes einer fläche in relation zu den normalen der angrenzenden fläche interpoliert werden. bei dieser methode können glanzlicher auf gekrümmten flächen erzeugt werden. diese funktion benötigt mehr rechenzeit>

  Preview Z-Buffer
<erzeugt bilder nach der phong-rendering methode. hinzu kommt die möglichkeit, Schatten, Reflektionen, Texturen und Bumps <Unebenheiten> zu rendern. Nicht möglich ist die Darstellung von Transparenz. Diese Rendering Methode ist ein Kompromis zwischen relativ kurzer Rechenzeit und einer "realistischen" Szene>

Full Z-Buffer
<erweitert die funktionen des preview z-buffer Renderings um Transparenz und Anti-Aliasing der Kanten; Weichzeichnen der Kanten durch Abstufungen in der Pixel-Farbe>

Preview Raytrace
<funktioniert ähnlich dem preview z-buffer Rendering, bestimmt die Erscheinung einer Oberfläche jedoch durch Ray-Tracing <Strahlenverfolgung der Lichtstrahlen und ihrer Reflektionen>

Full Raytrace
<funktioniert ähnlich dem full z-buffer Rendering, und erzeugt fotorealistische Bilder, die alle Möglichkeiten der Oberflächeneigenschaften und Lichtverhältnisse berücksichtigen. Diese Methode arbeitet wie das preview raytrace Rendering nach der Methode der Strahlenverfolgung von Lichtstrahlen und ihren Reflektionen auf den Oberflächen. Zusätzlich wird das gerenderte Bild in seiner Gesamtheitheit an den Kanten nach der Anti-Aliasing-Methode geglättet>

Quick Draw 3D
<Rendering Methode unter Zuhilfenahme von Betriebssystemerweiterungen, die allen Programmen zur Verfügung stehen. So zum Beispiel auch Netscape für die Darstellung von VRML>

  VRML
<Virtual Reality Modelling Language - Ein Datenformat, mit dem vor allem über das Internet, also plattformunabhängig 3D-Daten ausgetauscht werden können. Zugleich ein Format, das sowohl vorgegebene Blickwinkel, wie auch eigene Navigation des Betrachters ermöglicht.>

Texturen

Beispiele hier:
abstrakte Texturen mit Graustufen-Maps für Transparenz, Bump u.a. Effekte; weitere abstrakte Texturen aus Printmedien o.ä.; Fassadentexturen, Material-Texturen (hier: Beton und Bruchstein)

Antialiasing
anhand nebenstehender Abb. sind die Wirkungsweisen von Anti-Aliasing-Routinen sichtbar.

CAD-Beispiel
Messestand für die
Mannesmann Rohr

CAD-Beispiel
Bilder aus dem interaktiven Spiel RIVEN

Weitere Ausführungen zu den Themen Anti-Aliasing, Ray Tracing, Shader, Farbe, Reflektion, Transparenz, Bump ( Graustufen-Amplitude), Alpha-Kanal, Map/Textur, Lichter (Distance, Cone (Kegel), Punktlicht, Projektor, Glow), Schatten (raytraced/mapped), prozeduale Shader, Textur-/Map-Shader, Arten der Texturierung (flach, kubisch, zylindrisch und kügelförmig) siehe weiterführende Literatur bzw. mündliches Referat im Rahmen der Veranstaltung "CAD ist mehr als CAD".

last updated: 20-Jan-1998