Virtuelle 3D-Rekonstruktionen historischer Gebäude

Für die virtuellen Rekonstruktionen eröffnen sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten überall dort, wo alte Bausubstanz nicht mehr im Originalzustand erhalten geblieben ist. Diesen ursprünglichen Zustand zu veranschaulichen, ohne den derzeitigen zu zerstören, liegt gleichermaßen im Interesse von Fachleuten und Laien. Zielgruppen für die virtuellen Gebäuderekonstruktionen sind daher in erster Linie touristische, Bildungs- und Forschungseinrichtungen. Bisher sind die virtuellen Rekonstruktionen oft Prestigeprojekte mit Bundes- oder Landesförderung. Auftraggeber sind meist Hochschulen und Universitäten mit Fachbereichen für Architektur (Darmstadt, Wiesbaden) oder Computergrafik (Magdeburg), aber seit einiger Zeit auch verstärkt Unternehmen aus dem Unterhaltungsbereich. Die Flut von CD-ROM Produktionen und Dokumentarfilmen in den letzten Jahren hat bestätigt, dass Geschichte unterhaltsam sein kann, wenn sie anschaulich dargestellt wird. Genau das will die 3D-Rekonstruktion – nämlich vergangene Welten virtuell wieder auferstehen lassen, und dabei nicht nur Fakten sondern Eindrücke wirken lassen. Zum spielerischen Umgang mit dieser eigentlich streng wissenschaftlichen Materie schreibt Wolfgang LIEBENWEIN: „Der homo ludens ist ja längst bemüht worden, um die Faszination an allen virtuellen Phänomenen zu erklären. Ihm könnte es durchaus gelingen, jenen Bier-Ernst zu vertreiben, der zumal die deutsche Wissenschaft bestimmt hat. Leichtigkeit und Farbigkeit mit Seriosität zu verbinden: das wäre eine hoch willkommene Bereicherung, welche die Kunstgeschichte durch das Zusammengehen mit CAD erlangen könnte.“78 [...]

Marktübliche 3D-Animationssoftware beschränkt sich nicht auf die Bewegung von Objekten, vielmehr kann fast jeder Parameter über die Zeit verändert werden – neben der Position also auch Rotation und Skalierung, Material-, Licht- und Kameraparameter. Die naheliegendste Methode wäre daher die Definition aller Parameter für jedes Einzelbild der Animation. Um den Arbeitsaufwand zu verringern, wird hier eine Methode namens Keyframing angewendet. Dabei wird die Animation in Schlüsselbilder (Keyframes) unterteilt, alle Bilder dazwischen werden von der Software interpoliert, d.h. aus den umliegenden Schlüsselbildern gemittelt. Dies ist bis heute eine der gebräuchlichsten Animationsmethoden geblieben. Moderne Verfahren, wie dynamische oder physikalische Animation, Character Animation und verhaltensbedingte Animation erleichtern das Erstellen natürlich wirkender Bewegungsabläufe, sind aber für die ArchitekturVisualisierung nicht relevant. In diesem Bereich geht es um die Darstellung statischer Modelle, animiert wird meist nur die Kamera, d.h. die Perspektive des Betrachters. Da sich diese Einschränkung sehr positiv auf die Rechenzeit auswirkt, sind auch interaktive Echtzeit-Anwendungen denkbar, bei denen die Bewegung durch die Benutzereingaben gesteuert wird. Auch in allen anderen Fällen eignen sich Animationen sehr gut, um virtuelle Architektur in Szene zu setzen. Für den Betrachter am besten vorstellbar ist eine virtuelle Begehung eines Gebäudes aus einer Perspektive, die er auch in der Realität einnehmen könnte, sogenannte Walkthrough-Animationen. Eine weitere Möglichkeit, die Dimensionen eines Bauwerkes wirkungsvoll zu veranschaulichen, sind virtuelle Rundflüge aus der Vogelperspektive. Die Wahl der Perspektive entscheidet, ob sich der Zuschauer als außenstehender Betrachter oder als Teil der Szene empfindet. [...]

technisch nicht umsetzbar, da ein geeigneter Verstärker für die Lichtimpulse fehlte. Erst mit der Entwicklung von lichtempfindlichen Halbleitern war eine Umsetzung in einer Kamera möglich, die ein abgetastetes Bild in elektronische Signale umwandelt. Zur Wiedergabe dieser Bildsignale eignete sich die in den 20er Jahren des 20. Jahrhunderts als Braunsche Röhre bekannt gewordene Kathodenstrahlröhre, der Vorläufer moderner Bildschirme.75 Mit dem Aufkommen digitaler Rechentechnik Anfang der 50er Jahre, wurden die Signale zum Ansteuern des Kathodenstrahls erstmals im Computer erzeugt. Bereits bei der im Abschnitt 2.2.1 erwähnten Vorführung am MIT von 1951 wurde eine durch ein Computerprogramm erzeugte Bildfolge auf einer Kathodenstrahlröhre angezeigt. In den folgenden Jahrzehnten entwickelte sich die Computeranimation in zwei verschiedene Richtungen. Bestimmte Anwendungen, wie beispielsweise Pilotentraining, erfordern möglichst in Echtzeit generierte Bilder, um eine Interaktion mit dem Benutzer zu ermöglichen. Um eine Bewegung flüssig darzustellen, müssen mindestens 18-20 Bilder pro Sekunde dargestellt werden. Solche Programme benötigten eine immense Rechenleistung und blieben daher in den Anfangsjahren fast ausschließlich militärischen Zwecken vorbehalten. Anwendungen, die dagegen auf eine Echtzeit-Darstellung verzichten konnten, nutzten zur Berechnung der Bilder brachliegende Rechenzeit der Universitäts-Rechenzentren. Da die Berechnung nicht so zeitkritisch ist, wie die Berechnung von Echtzeit-Animationen, konnte hier eine wesentlich bessere Darstellungsqualität erreicht werden. Die ersten computeranimierten Filme entstanden Anfang der 60er Jahre, mit Hilfe einer Kombination aus digitaler Rechentechnik und Film. Der Computer gab jedes berechnete Einzelbild auf einer Bildröhre aus, wo es dann mit einer Kamera abfotografiert wurde.76 Nachdem kostengünstige digitale Speichermedien verfügbar waren, konnten die erzeugten Bilder direkt aus dem Bildschirmspeicher ausgelesen werden. Während die Technik zuerst nur für wissenschaftliche oder militärische Zwecke genutzt wurde, kam die Computergrafik seit den 70er Jahren zunehmend in der Filmindustrie zum Einsatz.77 Filme wie beispielsweise George LUCAS’ „Star Wars“ (1977) zeigten die Möglichkeiten und Grenzen der neuen Technik und auch heute kommen die aufwändigsten und realistischsten Animationen aus dem Filmbereich. Für die Visualisierung [...]