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1 2 3 Hochschule für Gestaltung Schwäbisch Gmünd Bachelorarbeit Wintersemester 2014 /15 Interaktionsgestaltung 7 Betreuung: Prof. Jens Döring Prof. Marc Guntow Ulrich Jakob Thilo Seifert Mario Wahl 4 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 2 Recherche 3 Analyse Exposé 08 Landschaftsarchitektur 16 Problemstellung 32 Zeitplan 12 Interviews 18 bisherige Möglichkeiten 34 Erkenntnis 24 Game Engine 36 Leistungsphasen 26 Interfacearten 46 Werkzeuge (Software) 28 Darstellungsarten 48 Interaktion & Darstellung 54 5 4 Konzeption 5 Umsetzung 6 Anhang Stakeholder 58 Applikation 72 Quallenverzeichnis 01 Zielgruppen 60 Scribbles 74 Resume 02 Persona 62 Wireframes/Entwürfe 76 Impressum 03 Anforderungen 66 Gestaltung 80 Programmstruktur 68 3D Umsetzung 104 Datentransfer 112 Name & Logo 114 6 7 1 Einleitung Exposé Zeitplan 8 Exposé Gardenstate Das Thema unseres Bachelorprojekts ist die konzeptionelle Entwicklung und prototypische Umsetzung eines Bearbeitungs und Visualisierungswerkzeugs für Landschaftsarchitekten. Herkömmliche Werkzeuge für Landschaftsarchitekten sind neben Stift und Architektenpapier vor allem AutoCAD und Vektorworks. CAD Software ist allerdings entwickelt worden für den Entwurf von detaillierten technischen Konstruktionen im Bereich der Architektur oder des Maschinenbaus. Unsere geplante Anwendung soll dem Nutzer dank eines Head-Mounted Displays in Kombination einer 3D-Engine den Eindruck verschaffen unmittelbar vor einem realitätsgetreuen Modell zu stehen. Durch die Bewegungen des Nutzers um einen Tisch herum oder in einem leeren Raum ändert sich auch die Ansicht auf das Modell. Durch eine möglichst einfache Steuerung kann der Nutzer außerdem großflächigere Manipulationen direkt vornehmen. Zum Beispiel das Aus- tauschen von Baumarten oder das simulieren von verschieden Tages- und Jahreszeiten, sowie wechselnde Witterunsverhältnisse und Vegetation zur Überprüfung und Präsentation des geplanten Entwurfs. Unser Interesse für dieses Thema begründet sich darin, dass wir von einem befreundetem Landschaftsarchitekten wissen, dass diese häufig mit zweidimensionalen Plänen in der Draufsicht arbeiten. Diese Vorgehensweise bringt visuelle Nachteile mit sich, da beispielsweise Höhen und die daraus resultierenden Schatten nicht ersichtlich werden. Zudem hat Thilo Seifert aus unserer Gruppe im dritten Semester für Invention Design an einem Projekt mitgewirkt, welches sich auch mit Objekten im dreidimensionalen Raum befasste. Die Erfahrungen in diesem Projekt wollen wir aufgreifen, um die Interaktion im dreidimensionalen Raum zu optimieren. Wir möchten ein Werkzeug entwickeln, das Landschaftsarchitekten bei der Planung und Visualisierung im dreidimensionalen Raum unterstützt. 9 Wir wollen dem Nutzer das Digitale Bild des zu planenden Geländes über eine Oculus Rift präsentieren. Vorteile dieser Technik sind, dass man sich physisch um das Geschehen herum bewegen und somit das Projektgelände live erkunden kann. Ein HMD wie die Oculus Rift kann den Nutzer deswegen so gut in eine virtuelle Realität (Immersion) versetzen, da sie die visuellen Reize der wirklichen Umwelt abschirmt und vom Nutzer fern hält. Was für unser Projekt einen großen Vorteil bietet, hat aber auch einen klaren Nachteil. Die Interaktion mit dem angezeigten Modell und im speziellen eine Manipulation einzelner Objekte, wie beispielsweiße Bänke, Sträucher, etc. durch herkömmliche Peripheriegeräte wird deutlich umständlicher. Hierfür muss eine geeignete Interaktionsmethode entwickelt werden. Außerdem besteht das Problem, dass man sich nur bedingt frei bewegen kann, da das visuelle Feedback fehlt. Die Unreal 4 Engine, die wir mit der Oculus Rift kombinieren wollen, bietet die Möglichkeit komplexe 3D Szenarien live zu rendern. Somit könnte der Nutzer gewünschte Manipulationen direkt durchführen. Die Engine ist sehr leistungsstark, und mit entsprechender Hardware lässt sich ein sehr hoher Detailgrad erzielen. Jedoch wissen wir momentan noch nicht genau wo die Grenzen liegen und ob sich beispielsweise großflächige Vegetation wirklich in gewünschtem Detailgrad umsetzen und darstellen lassen. Eine andere Überlegung ist, mit Hilfe von Augmented Reality beispielsweise durch einen Tablet PC einen physikalischen Tisch mit dem gewünschten Inhalt zu erweitern. Somit könnte man das Szenario gleichzeitig über das Device betrachten und auch steuern. Unsere Bachelorarbeit wendet sich an Landschaftsarchitekten und andere Berufsgruppen die mit ihnen korrespondieren wie beispielsweiße Architekten, Städteplaner oder private Bauherren. Unsere Arbeit soll helfen in der Konzeptionsphase ein visuelles Anschauungsmaterial sowohl für den Kunden als auch den Architekten selbst zu liefern und möglichst unkompliziert kleinere Änderungen direkt vorzunehmen. Wir wollen unser Projekt prototypisch umsetzen. Je nach Zeitaufwand, der vor Projektbeginn noch schwierig einzuschätzen ist, werden eventuell einige Funktionen nur exemplarisch dargestellt. Der Prototyp soll den potenziellen Nutzern und den Besuchern der Semesterausstellung einen realistischen Einblick in die Möglichkeiten von Planungs- und Visualisierungswerkzeugen der Zukunft geben. 10 Wie bereits angemerkt, gab es im Rahmen des Kurses Inventiondesign im Wintersemester 2012/2013, bereits das Projekt Vulture. Dieses beschäftigte sich mit der Manipulation von 3D-Objekten. Der Anwendungsbereich hierbei lag bei der Architektur und Städteplanung, jedoch beschränkte sich die Anwendung lediglich auf das positionieren von Gebäuden und die Manipulation von Lichtverhältnissen. Die Darstellung basierte auf optischer Verzerrung, die in der richtigen Perspektive dreidimensional zu erkennen war. Die Interaktion hierbei erfolgte durch ein iPad. Ein weiteres Projekt an der HfG war die Masterarbeit “dive” aus dem Jahre 2014. Es handelte sich hierbei um ein Plug-In für gängige CAD-Anwendungen und sollte Gestalter dabei unterstützen, digitale Modelle schneller und verständlicher visualisieren zu können. In Verbindung mit einem Head-Mounted Display, der Oculus Rift und zwei Webcams wurde es dem Nutzer ermöglicht, digitale Modelle im realen Raum so zu erfahren, als wären sie im gleichen Maße real existent wie die Umgebung. Desweiteren werden mithilfe der Augmented Reality Technologie bereits ähnliche Ansätze wie unsere verfolgt. So wird zum Beispiel ein 2D-Objekt auf dem Tisch mit Hilfe der iPad-Kamera getrackt und dreidimensional dargestellt. Man kann sich um das Objekt herum bewegen und durch das iPad ebenfalls damit interagieren. Anwendungen mit der Oculus Rift spezialisieren sich im architektonischen Bereich bisher nur auf die Visualisierung von häuslichen Inneneinrichtungen und virtuellen Rundgängen. Da die Oculus Rift grundsätzlich für die Spielebranche entwickelt und eingesetzt wird, bekommt sie durch unser Vorhaben ein neues Einsatzgebiet. Mithilfe der 3D-Engine erreichen wir qualitativ hochwertigere Renderergebnisse als es mit den bisherigen Augmented Reality Anwendungen möglich war. Wegen der Eigenschaft Bilder live zu rendern werden physikalische Gegebenheiten schnell dargestellt. Durch die Oculus Rift wird der Landschaftsarchitekt in den dreidimensionalen Raum versetzt und bekommt ein Gefühl vom letztendlichen Ergebnis. Wir wollen die anzuzeigenden Bilder mittels der Game Engine in Echtzeit rendern und über das Head-Mounted Display (HMD) der Oculus Rift darstellen. Durch ein Trackingverfahren werden die Bewegungen des Benutzers als Kameraperspektive für die Game Engine genutzt. Neben der Verbindung von den verschiedenen Hard- und Softwareelementen liegt die Herausforderung darin, eine Eingabemöglichkeit zur Steuerung der Bearbeitungswerkzeuge in der Anwendung zu entwickeln. Die 3D Engine wollen wir nutzen, um unter anderem relevante Witterungs- und Sonnenstandsveränderungen simulieren zu können. Somit kann man Eigenschaften verschiedenster Gewächse in unterschiedlichen Stadien darstellen. Der Landschaftsarchitekt sieht live wie sich Pflanzen und Umgebung relativ zueinander im Alter verändern. Durch die Simulation der vier Jahreszeiten soll man sehen können wie sich der Einsatz unterschiedlicher Gewächse auf das Landschaftsbild auswirkt. 11 12 Zeitplan Damit ein Projekt erfolgreich durchgeführt werden kann, ist es notwendig einen Projekt- bzw. Zeitplan zu erstellen. Dieser unterteilt die einzelnen Schritte des Projekts in Phasen, die dann einem Zeitraum zugeteilt werden. Ebenfalls werden wichtige Termine vermerkt. Somit ist es einfacher den Überblick zu behalten und Struktur in den Arbeitsprozess zu bringen. Oktober Woche 1 06.10 -12.10 November Woche 2 13.10 - 19.10 Woche 3 20.10 - 26.10 Woche 4 27.10 - 2.11 Woche 5 03.11 - 09.11 Dezember Woche 6 10.11 - 16.11 Woche 7 17.11 - 23.11 Woche 8 24.11 - 30.11 Woche 9 01.12 - 07.12 02.11.14 RECHERCHE / ANALYSE KONZEPT 30.11.14 SET UP / 3D MODELS iPAD-APP PROTOTYP Woche 10 08.12 - 14.12 1 0 .12 13 Januar Woche 11 15.12 - 21.12 Woche 12 22.12 - 28.12 Woche 13 29.12 - 04.01 Woche 14 05.01 - 11.01 Februar Woche 15 12.01 -18.01 Woche 16 19.01 - 25.01 Woche 17 26.01 - 01.02 Woche 18 02.02 - 08.02 Woche 19 09.02 -15.02 31.12.14 31.12.14 28.01.15 DOKUMENTATION 04.02.14 11.02.14 28.01.14 ABGABE THESIS 04.02.14 ABGABE DOKU 14 15 2 Recherche Landschaftsarchitektur Interviews Erkenntnis Leistungsphasen Werkzeuge (Software) 16 Landschaftsarchitektur Definition Der Fachbereich der Landschaftsplanung und Landschaftsarchitektur ist eine angewandte Ingenieurwissenschaft die Kenntnisse von Planung, Gestaltung, Technik und Ökonomie verbindet. Sie beschäftigt sich mit der Planung, Gestaltung und Nutzung eines noch nicht bebauten Raumes, welcher als Freiraum bezeichnet wird. Der Landschaftsarchitekt erarbeitet Entwürfe nach denen diese Freiräume bebaut oder verändert werden können. Da sich diese Freiräume meist in Städten bzw. öffentlichen Räumen befinden, fließen gesellschaftliche und kulturelle Aspekte in die Raumnutzung ein. Diese werden vom Landschaftsarchitekten in der Entwicklung, Gestaltung und Pflege berücksichtigt und bearbeitet. Somit ist die Landschaftsarchitektur ein Feld kultureller Produktion, die sich in Gestalt und Nutzung von Freiräumen ausdrückt. Es ist eine fächerübergreifende Planungsdisziplin die naturräumliche Gegebenheiten mit den kulturellen Ansprüchen des Menschen verbindet. Die Entwürfe eines Landschaftsarchitekten basieren auf der Analyse des zu bebauenden bzw. verändernden Ortes, dessen Potential gründlich untersucht und dargestellt wird. Bei der Planung fließen Aspekte wie Erhaltung und Nutzung der Gegebenheiten und Gestaltung, Ausstattung und Bepflanzung des Raumes ein. Da die Entwicklung von Freiräumen handlungsorientiert ist, werden bauliche, soziale und infrastrukturelle Auswirkungen bei der Planung berücksichtigt. (vgl. Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung 2013, S.1 ff.) Um einen besseren Einblick in das Arbeitsfeld eines Landschaftsarchitekten zu bekommen, wurde so früh wie möglich der direkte Kontakt zu Experten gesucht, um an angewandtes Wissen und Informationen zu kommen. 17 18 Interview Landschaftsarchitekten Koeber Wie sieht der grobe Arbeitsablauf für ein Projekt aus? War der Prozess schon immer so, oder hat sich daran was verändert? Was stört Sie an den zur Verfügung stehenden Werkzeugen und warum? Als erstes bekommen wir einen Plan vom Vermesser der für eine Bestandsaufnahme besichtigt wird. Danach werden erste Ideen per Hand skizziert. Wenn man sich dann auf einen Entwurf geeignet hat, wird der Vermessungsplan, in unserem Fall, in AutoCAD importiert und genau ausgearbeitet. Generell werden kleinere Projekte von einzelnen Mitarbeitern bearbeitet, wo hingegen bei großen Projekten Teams gebildert werden. Bei wichtigen Prozessschritten wird immer wieder Rücksprache mit dem Auftraggeber gehalten, damit auch alles dessen Vorstellungen entspricht. Bei diesen Meetings präsentieren wir den aktuellen Stand des Projekts üblicherweise als Plan auf Papier, da der Kunde oft selber noch darin „rumkrizzeln“ möchte. Wenn das Projekt dann entworfen und vom Auftraggeber abgenommen ist, wird es der Bauleitung übergeben, was wir aber ab und zu auch selber machen. Letztendlich kommt die Endabnahme. Eigentlich war der Prozess schon immer so. Bei sehr großen Projekten werden die Phasen jedoch oft aufgeteilt. Also kann es zum Beispiel sein, dass wir nur den Vorentwurf erarbeiten und das Restliche andere Büros übernehmen. Intern ist es bei uns so, dass sich die Mitarbeiter auf bestimmte Gebiete spezialisiert haben um so bessere Teams zu bilden. So gibt es Leute für Skizzen, die jedoch meistens der Chef persönlich anfertigt, Leute die sich mit viel Photoshop und der Nachbearbeitung beschäftigen und diejenigen, die bei kleineren Projekten die Bauleitung übernehmen. Beim Export von Entwürfen für den Druck entsteht bei Vectorworks immer das Problem mit den Layern. Ein Projekt wird in Vectorworks in Layer und Klassen angelegt, so sind zum Beispiel einzelne Bäume auf einer eigenen Ebene angelegt, somit haben alle Objekte eine eigene Ebene die dann in Klassen zusammengefasst werden. Beim Export werden diese dann wieder einzeln ausgegeben, was oftmals zu Problemen bei der Anordnung führt. Bei welchem Prozessschritt arbeiten Sie mit welcher Software? Bei der Vorentwurfphase werden Skizzen mit Bleistift per Hand auf Papier gezeichnet, da man so schnell Änderungen oder Anpassungen vornehmen kann. Sobald es konkreter wird, erstellen wir erste digitale Versionen mit Vectorworks da dies schnell und einfach geht. Um die letztendlichen, detaillierten und genauen Pläne zu erstellen nutzen wir das CAD-Programm AutoCAD. 19 In welchem Kontext könnte man ein Werkzeug wie wir es planen Ihrer Meinung nach sinnvoll einsetzten? Mit welchen Mitteln präsentieren Sie dem Kunden das geplante Objekt vor Baubeginn? Generell ist das ein interessanter Ansatz. Es wäre vor allem nützlich für die Simulation von Wachstum über einen größeren Zeitraum und um zu sehen wie sich die Landschaft verändern kann. Wahrscheinlich wäre es am Besten für die Präsentation beim Auftraggeber einsetzbar, da dieser sich den Entwurf dann vorab schon mal dreidimensional anschauen und bewerten kann. Wie schon erwähnt werden bei Zwischenmeetings meistens die Pläne vorgelegt. Bei Kunden von größeren Projekten wie zum Beispiel von öffentlichen Räumen halten wir immer eine PowerPoint-Präsentation die alle Pläne und weitere Informationen beinhaltet. Bei Wettbewerben ist es üblich Renderings abzugeben, da dies am beeindruckendsten ist. Jedoch können wir hochwertige Renderings nicht selber erstellen, sondern müssen solche Aufträge an Dritte erteilen. Was sind notwendige bzw. unnötige Features? Wichtig ist auf jeden Fall die Simulation von Licht. Da man somit die Schattenverhältnisse zu unterschiedlichen Tages- und Jahreszeiten sehen und besser einschätzen kann. Objekte sollte man von verschiedenen Perspektiven und Zoomstufen aus betrachten können. Ebenfalls wäre es sinnvoll wenn man sich auf dem Gelände umsehen und es evtl. auch von der Vogelperspektive aus betrachten kann. Wie wird bei der Planung berücksichtigt dass sich Bäume und Pflanzen je nach Jahreszeit und Witterungsverhältnissen verändern? Grundsätzlich kann der Landschaftsarchitekt das aus eigener Erfahrung einschätzen. Wenn das einmal nicht der Fall sein sollte kann dies in speziellen Katalogen oder in Fachliteraturen nachgelesen werden. Persönliches Fazit Eine solche Software findet meiner Meinung nach am meisten Anklang bei angehenden Landschaftsarchitekten. Diese haben meist noch nicht viel Erfahrung mit den sich ständig verändernden Parametern. Für „alte Hasen“ kann ich mir vorstellen, ist das eher eine Spielerei, da diese schon immer mit den klassischen Methoden gearbeitet haben. Ich würde es jedoch ausschließlich bei Präsentationen für Auftraggeber ansiedeln, weil es umständlich sein kann mit einem solchen Aufbau richtig und genau arbeiten zu können. 20 Interview Freie Architekten Nitsche und Pfeifer Bei welchem Prozessschritt arbeiten Sie mit welcher Software? Wie sieht der grobe Arbeitsablauf für ein Projekt aus? In der Regel wird erst einmal der Standort vernommen und das Grundstück besichtigt um sich ein Bild zu machen und Besonnung und Bestand zu überprüfen. Dann wird das Budget festgelegt das dem Auftraggeber zur Verfügung steht. Anschließend wird ein bauliches Konzept entwickelt, wie das Gebäude aussehen soll. Als nächstes wird ein Vorentwurf erstellt der im Rahmen des Budgets liegt und dem Konzept entspricht. Bei öffentlichen Projekten wird ein Bebauungsplan erstellt, also wie viel Quadratmeter und Stockwerke das Gebäude zum Beispiel haben soll. Die Behörden erteilen dann das Baurecht, was ein wichtiger Schritt für den Architekten ist. Den Baubehörden ist es in erster Linie wichtig, dass das Projekt allgemeingültig ist, also für die Allgemeinheit nützlich ist. Den Investoren hingegen geht es um die maximale Rendite und eigentlich überhaupt nicht um die Architektur an sich. Die entscheidende Instanz sind also die Behörden wie der Stadt- oder Gemeinderat. Diese überprüfen die Qualität des Bebauungsplans, dann erst kommt der Bauherr bzw. Investor und muss sich an die festgelegten Bedingungen halten. Für den Architekten gilt es also die Bauherren zu überzeugen. Da würde sich ein solches Konzept wie eures anbieten, um im Vorfeld zu zeigen wie sich die Beschattung verhält, um die Proportionen zu zeigen und wie sich das Gebäude in das Umfeld einpasst. Jedoch reicht hier die Masse, sprich es muss nicht realistisch oder detailliert dargestellt werden. Wichtig sind auf jeden Fall die Lichtverhältnisse, da der Schattenwurf an einem Südhang zum Beispiel anders ist als bei einem Nordhang. Wir arbeiten hauptsächlich mit Nemetschek Allplan, was am weitesten verbreitet ist unter den Architekten, und mit Vectorworks. Jedoch nicht im dreidimensionalen Raum. Wir erstellen generell keine Renderings da es den Aufwand meist nicht wert ist und auch das Budget des Kunden sprengen würde. Renderings sind eigentlich nur für größere Präsentationen sinnvoll, wobei wir in diesem Fall den Auftrag dann outsourcen. Oder eben für Wettbewerbe wobei wir generell an solchen nicht teilnehmen, weil das meiner Meinung nach Augenwischerei ist. Dort wird oft mit der Optik betrogen und nur die Optimalansicht dargestellt. Ein Beispiel ist das neue HfG-Gebäude am Bahnhof. Davon wurde eine geschönte Darstellung in der Zeitung veröffentlicht. Das HfG-Gebäude hat 4 Stockwerke und das deneben geplante Hotel hat 6 Stockwerke plus einen Anbau auf dem Dach. Bei der Darstellung wirken die beiden Bauten jedoch gleich hoch. 21 Wie oft treffen sie sich in einem Projektablauf mit dem Auftraggeber? Stellen sie sich ein solches Konzept wie unseres sinnvoll vor? Eigentlich regelmäßig da man viele Phasen durchlaufen muss. Am Anfang gibt es eine Erstbesprechung, dann eine Zweitbesprechung. Anschließend trifft man sich um das Grundstück zu besichtigen und ein Raumkonzept zu erstellen. Anhand davon wird ein Vorentwurf erstellt der bei einem weiteren Treffen besprochen wird. Im Idealfall passt dieser, wenn nicht muss er überarbeitet und in einem weiteren Treffen besprochen werden. Dann steht der Entwurf und es wird ein Bauauftrag im Maßstab 1:100 bei den Behörden eingereicht. Ist dieser genehmigt folgen weitere Treffen für die Umsetzung. Bei diesen Treffen wird es immer detaillierter. Erst geht es um Bodenbeläge und Beleuchtung, später dann bis zur Sockelleiste oder den Fenstergriffen. Die Standardabwicklung bis zur Einreichung des Bauantrages dauert im Normalfall etwa 3 Monate. Es kommt hauptsächlich auf den Kontakt mit dem Bauherren an. Besteht enger Kontakt und man trifft sich oft, kann ein Projekt eben auch mal nur 2 Monate dauern. Klar, macht schon Sinn, es hängt eben davon ab wie ein solches Werkzeug zu bedienen ist. Visualisierungen sind sehr wichtig, wenn sie eben einfach und kostengünstig zu erstellen sind. Da wäre sowas wie eine Vogelperspektive auf jeden Fall sinnvoll. Und je naturalistischer desto besser ist es für die Vorstellung des Kunden. Bei Wettbewerben sind heutzutage Renderings teilweise schon verboten, da man eben sehr viel in der Optik schummeln kann. Also es werden nur 2D-Pläne und Modelle abgegeben da diese ehrlicher sind. Bei einem Modell kann man herum laufen und sich alles anschauen, was bei Renderings eben nicht der Fall ist. Bei ihrem Konzept wäre dies jedoch auch möglich und deshalb auf jeden Fall von Vorteil. 22 Interview Klaiber + Oettle Architekten und Ingenieure Wie wichtig ist die Visualisierung der Projekte? Bei welchem Prozessschritt arbeiten sie mit welcher Software? Visualisierung ist ein ganz wichtiges Thema, da der Kunde die Grundstücks- bzw. Grundrisspläne meistens nicht oder nur bedingt versteht, vor allem kann er sie nicht ins Dreidimensionale übertragen. Generell kann man sagen das es schwierig ist dem Kunden unsere Vorstellungen als Architekten so zu vermitteln das er es sich richtig vorstellen kann. Eine Simulation, wäre natürlich auch vorteilhaft, die aufzeigt wie das Gebäude bei Nacht zum Beispiel beleuchtet wird und wie es nach außen wirkt. In unserem Waldkindergarten-Beispiel wäre es natürlich auch interessant wie der Schatten zu welcher Tageszeit fällt, da die Kinder vorzugsweise in der Sonne spielen sollen. So etwas begeistert den Bauherren natürlich und fördert vor allem die Vorstellungskraft. Wir arbeiten mit Nemetschek Allplan und erstellen generell alle Zeichnungen in 3D. Bei uns steht jedoch die exakte Bemaßung und zum Beispiel die Berechnung der Masse im Vordergrund. Wir können ebenfalls Oberflächen und Beschaffenheit einfügen um möglichst genau alles berechnen zu können. Wir haben hier ein Rendering erstellt da Überzeugungskraft nötig war den Bauherren für den Plan zu begeistern. Letztendlich wurde das Projekt so übernommen, da wir es durch das Rendering überzeugend dargestellt und übermittelt haben. In der Praxis ist jedoch die Problematik das wir nicht immer eine solche Darstellung erstellen können, da es sehr kostspielig ist und das Honorar übersteigen würde. 23 Rendering des Walkindergartens von Klaiber + Oettle 24 Erkenntnis Paradigmenwechsel der Thesis Die Visualisierung von Bepflanzungen wie Bäumen und Sträuchern ist durchaus sinnvoll, da sich somit etwaige Szenarien vorausschauen beziehungsweise untersuchen lassen. Jedoch wäre es nur sehr schwierig möglich das genaue Wachstum einer bestimmten Pflanze unter den jeweiligen Umständen voraus zu bestimmen und realitätsnah darzustellen. Somit wäre ein Werkzeug zur Visualisierung floristischer Entwicklung eher in der Forschung als im landschaftsarchitektonischen Umfeld anzusiedeln. Jedoch würde in einem Forschungskontext eine realistische Darstellung von Bepflanzungen eher eine Spielerei als eine relevante Neuerung bieten. Bei erneutem Betrachten der Tätigkeit des Landschaftsarchitekten und dem eventuellen Vorteil durch Fortschritte in der Visualisierungstechnik lässt sich der Schluss ziehen, dass das zu visualisierende Ziel nicht die Natur, sondern das künstliche Konstrukt, welches versucht sich mit ihr zu vereinen, ist. Konkretisiert liegt die zu lösende Problematik nicht im Bereich der Landschaftsarchitektur, sondern in der allgemeinen Architektur. Um architektonische Projekte und Vorhaben zu visualisieren werden bereits mittels Rendersoftware Bilder und Videos generiert. Das Erstellen solcher Medien ist sehr komplex und zeitaufwendig, und somit mit einem großen Kostefaktor verbunden. Vor allem Animationen welche das Bauvorhaben detailierter und aus unterschiedlichen Blickwinkeln zeigen, erfordern viel Arbeit, sind sehr teuer und finden nur bei sehr wenigen Projekten Platz im Budget. Jedoch ist eine Visualisierung vor Baubeginn sehr hilfreich, um eine unmissverständliche Kommunikation zwischen Architekt und Kunde zu ermöglichen. 25 26 Die Leistungsphasen Honorarordnung für Architekten- und Ingenieurleistungen In einem Architektenvertrag wird der Leistungsumfang vereinbart und im Sinne der Honorarordnung für Architekten- und Ingenieurleistungen (HOAI) in die Leistungsphasen 1-9 aufgeteilt. Die Leistung eines Architekten für Gebäude und raumbildende Ausbauten sind in den §§ 33 und 38 Absatz 2 HOAI geregelt. Die Leistungsphasen sind die Grundlage der Honorarrechnung eins Architekten. So wird jeder Phase ein Teil des Honorars zugeteilt, da diese verschiedene Grade an Aufwand beinhalten. Das heisst das entsprechend den Leistungsphasen die Bewertung der Rechnung erfolgt. 1 Um einen besseren Einblick in die Arbeit eines Architekten zu erhalten, wurden die Leistungsphasen analysiert und zusammengefasst. In der Grafik ist eine kurze Erklärung der einzelnen Phasen, die Werkzeuge die in dieser Phase eine Rolle spielen, die Beteiligten und der prozentuale Anteil des Gesamthonorars aufgeführt. Auf diese Weise sind alle Leistungsphasen auf einen Blick zu erfassen und es kann einfacher festgestellt werden in welcher Leistungsphase das Konzept am sinnvollsten ist und den Beteiligten einen Vorteil bringt. 2 3 Vorplanung Entwurfsplanung Architekten Ingenieur u.o. Fachplaner Auftraggeber / Bauherr Architekten Auftraggeber / Bauherr Skizzenzeichnung Bleistift und Architektenpapier 3% 10% Detaillierte Ausarbeitung CAD (VektorWorks, AutoCAD) 15% 27 4 5 Genehmigungsplanung 6 Vorbereitung der Vergabe Das Erstellen der erforderlichen Planungsunterlagen sowie notwendige Details, nach denen die Bauunternehmer oder der Generalunternehmer die Planungsidee umsetzen können. Architekten Bauingenieur, Fachingenieur Generalunternehmer Eingabeplan (im Maßstab 1:100) Formulare für Genehmigung An der Planung beteiligte Fachbereiche Vergabeterminplan Kostenberechnungen 6% 24% 7% 7 8 9 Mitwirkung bei der Vergabe Objektbetreuung Das Zusammenstellen der Vergabeunterlagen und Bereitstellen der Vertragsunterlagen. Das Einholen von Angeboten von Unternehmern sowie deren Zusammenstellung, um einen Kostenanschlag anzufertigen. An der Planung beteiligte Fachbereiche Bauleitung Bauherr Bauunternehmer (Architekt) - 3% Architekt - 29% 3% 28 Werkzeuge Software für Architekten Allplan SketchUp Allplan von Nemetschek ist eine CAD-Software speziell für Architekten. Es basiert auf der Building Information Modeling (BIM) Methode. Dabei werden alle relevanten Gebäudedaten digital erfasst, kombiniert und vernetzt. Das Gebäude wird nicht nur als Plan sondern automatisch auch als geometrisches Modell erstellt. Der Nutzer hat den Vorteil das beim Erstellen eines Projekts automatisch die Massenermittlung und somit die Kostenkalkulation in einem bauteilorientierten Gebäudemodell erstellt wird. BIM enthält ausserdem eine große Objektbibliothek. Neben 2D-Konstruktion und 3D-Modellierung gibt es bei Allplan ebenfalls die Möglichkeit das Gebäude mit dem Cinerenderer von Cinema4D realitätsnah zu rendern oder sein Modell in Programme wie SketchUp oder Google Earth zu exportieren. Allplan bietet zudem den Export und Import von verschiedenen industriestandardisierten Dateitypen an. Das Programm bietet zudem die Möglichkeit mit eigenen Licht- und Schatteneffekten ein Still-Rendering zu erstellen und ist derzeit in 19 Sprachen verfügbar. (vgl. Nemetschek Allplan Systems GmbH 2014) SketchUp wurde der breiten Öffentlichkeit bekannt, als das Internetunternehmen Google im Jahre 2006 den Entwickler „@Last Software“ aufkaufte, um eine kostenlose Variante des Programmes anzubieten, mit der Nutzer möglichst simpel plastische Gebäude für Google Earth modellieren können. Deswegen wurde SketchUp auch hauptsächlich dafür genutzt und nicht in einem professionellen Kontext. 2012 hat Google SketchUp wieder an das Unternehmen Trimble Navigation Limited verkauft. (vgl. heise-online 27.04.2012) Die Software hat unter anderem seine Stärken darin, Objekte sehr einfach zu erstellen indem man mit der Maus eine zweidimensionale Fläche auf dem Boden aufzieht und danach nach oben zieht um einen Würfel zu erstellen. Wenn man auf diesen Körper eine weitere Fläche zeichnet, kann man auch daraus ein Würfel aufziehen oder in die andere Richtung einen Teil subtrahieren. Allerdings ist dies im professionellen Kontext nur als „grobe Skizze“ zu gebrauchen. In der Pro Version von SketchUp kann man dank der zusätzlichen Software LayOut ebenso detaillierte An- und Aufsichtspläne entwickeln wie in den zuvor erwähnten CAD-Programmen. Zusätzlich kommen weitere nützliche Funktionen hinzu, die zum Teil noch aus Google-Zeiten stammen. So kann man beispielsweise umfassende „Lichtstudien“ durchführen, da man durch Ort- und Zeitangabe den Sonnenstand simulieren kann. Weitere Daten stehen in Form von geografischen Beschaffenheiten, Luftaufnahmen aus Google Maps und Gebäudetexturen aus Google Street View zu Verfügung. Ebenso kann der Nutzer animierte Durchläufe und Überflüge der 3D-Modelle erstellen um dem Kunden einen besseren Eindruck vom geplanten Gebäude geben zu können. Eine weitere Besonderheit ist der Zugriff auf die sogenannte 3D-Galerie in SketchUp, diese stellt die weltweit größte Sammlung von 3D-Modellen dar, die kostenlos heruntergeladen werden können. (vgl. SketchUp 2015) 29 Vectorworks AutoCAD Architecture Vectorworks, ebenfalls aus dem Hause Nemetschek, hat Ende des Jahres 2014 eine neue Version ihrer CAD Software vorgestellt. Mit Nemetschek Vectorworks 2015 kann der Nutzer erstmals die Möglichkeiten einer 64bit Struktur in Vectorworks nutzen. Modelle können unkompliziert von einer 2D-Ansicht in eine 3D-Anischt als Drahtmodell oder vortexturierte planare Grafik transformiert werden. Ebenfalls ist ein OpenGL Modus integriert, in dem gearbeitet und aus dem heraus gerendert werden kann. „Renderworks“, die eigene Renderengine die in Kooperation mit Cinema4D entstanden ist, kann mehrere Stile anwenden. So kann der Anwender die realen Komponenten wie Licht- und Schatteneffekte mit einem Comicstil oder einer Bleistiftzeichnung kombinieren. Dies soll dazu dienen einen nicht unveränderlichen Eindruck vom Modell gegenüber dem Auftraggeber zu erzeugen. Mit Vectorworks 2015 ist erstmals eine mobile App in die Funktionsliste aufgenommen worden. Die iOS Applikation Vectorworks Remote bietet die Möglichkeit einige Funktionspaletten vom Desktop zu entfernen und auf dem Mobilgerät anzuzeigen, um mehr Platz für das eigentliche Modell zu haben. Zudem kann es als Präsentationswerkzeug verwendet werden um über das Modell zu fliegen, oder direkt bestimmte Blickwinkel anzusteuern. Eine weitere mobile Applikation ist Vectorworks Nomad. Diese ermöglicht es dem Architekten seine Daten und Modelle stehts bei sich zu haben. Eine zwei und dreidimensionale Ansicht auf dem iPad oder iPhone sind ebenso möglich wie das Navigieren durch diese. Auch können verschiedene Tageszeiten simuliert werden, jedoch haben diese keinen Einfluss auf Lichtverhältnisse und Schattenwurf, sondern dienen lediglich als Hintergrundbild. (vgl. Nemetschek Vectorworks, INC. 2014) AutoCAD Architecture von Autodesk ist die speziell für Architekten entwickelte Adaption des bekannten und viel genutzten Konstruktionsprogramms AutoCAD. Es bietet unter anderem die Möglichkeit gleichzeitig mit mehreren Kollegen zusammen an einem Projekt zu arbeiten und zudem eine sich selbst generierende dynamische Bauteilliste. Die Benutzeroberfläche kommt der von AutoCAD sehr nahe, was eine schnelle Orientierung sicherstellen soll. Dennoch bleibt AutoCAD ein sehr umfangreiches Profiwerkzeug, das trotz Vorerfahrung in ähnlicher Software eine gewisse Einarbeitungszeit benötigt. Zur Visualisierung bietet AutoCAD Architecture ebenfalls einen Export zu Programmen wie Cinema4D von Maxxon an, bietet aber auch eine eigene integrierte Renderanwendung an. 30 Werkzeuge Software für Architekten LumenRT Lumion Pro LumenRT ist ein Architektur Präsentationsprogramm, welches ein GPU-Basiertes "Liverendering" bietet. Die Software funktioniert als Plug-in für gängige CAD Programme wie beispielsweise SketchUp oder Revit. Zu den Funktionen von LumenRT gehört die Simulation äußerer Umstände, wie Tages- und Jahreszeit, sowie der Vegetation. Der Szene können auch bewegliche Objekte wie Menschen oder Autos hinzugefügt werden. Mit einem Modellierungswerkzeug kann die Umgebung des Hauptgebäudes angepasst werden. Das finalisierte und live bedienbare Projekt kann als sogenannter LiveCube exportiert und so an den Kunden verschickt werden. Die Interaktion mit dem Endprodukt verläuft über festgelegte Bewegungsabläufe, welche nicht definiert werden können. Zudem wird jede Eingabe stark verzögert dargestellt, was die Bedienung etwas einschränkt. Die Qualität des gerenderten Bildes ist relativ gering, so gibt es beispielsweise keine Spiegelungen oder Reflektionen. Die Texturen sind zudem sehr gering aufgelöst und die Schatten weisen wenig Details auf. Die aktuelle Version von LumenRT 2015 kostet mit Publisher und Maintenance Paket 1888,72 Euro inkl. Mehrwertsteuer. Lumion Pro ist inzwischen in der Version 5 erhältlich. Dabei handelt es sich um ein Visualisierungs- und Präsentationswerkzeug für Architekten, Landschaftsarchitekten und Stadtplaner. Anders als bei LumenRT handelt es sich bei Lumion Pro um eine eigenständige Software und nicht ein Plug-in. Dennoch können die 3D Modelle in den gängigen Formaten von CAD-Programmen importiert werden. Die eigene 3D-Bibliothek bringt über 2.600 Objekte mit sich, die bereits texturiert und teilweiße sogar animiert sind. Dabei erstreckt sich der Inhalt über Interior, Exterior, Fahrzeuge und Personen. (vgl. CYCOT GmbH) Eine dynamische Licht- und Schattensimulation ist ebenso möglich wie eine selbst definierte Wettersituation. Für animierte Objekte wie Autos oder Personen können Bereiche definiert werden in denen diese sich bewegen. Die Darstellung wirkt jedoch in den meisten Situationen sehr „comichaft“. Als Ausgabeprodukt liefert Lumion Pro entweder Einzelbilder oder einen Film, der allerdings je nach Abspieldauer mehrere Stunden Renderzeit benötigt. Lumion 5 Pro kostet 3568,81 Euro inklusive Mehrwertsteuer. 31 32 33 3 Analyse Problemstellung Bisherige Möglichkeiten 3D-Live-Rendering Interfacearten Darstellungsarten Interaktion & Darstellung 34 Problemstellung Architekten arbeiten hauptsächlich im zweidimensionalen Bereich. Sie bekommen Pläne vom Vermesser und besichtigen das Grundstück um eine Bestandsaufnahme zu machen. Anschließend wird ein bauliches Konzept entwickelt. Darauf folgen dann erste Entwürfe die per Hand gezeichnet werden, da dies schnell vonstattengeht und Änderungen leicht vorzunehmen sind, bzw. mehrere Ideen schnell skizziert werden können. Die Entwürfe werden dann dem Auftraggeber präsentiert und es wird Rücksprache gehalten. Für die weitere Planung folgen erste digitale Pläne die in CAD-Programmen erstellt werden. Um diese zu besprechen folgen weitere Treffen mit dem Auftraggeber. Ist ein Entwurf freigegeben, wird dieser detailliert ausgearbeitet. Das heisst es werden alle Komponenten bemaßt und im Maßstab 1:100 dargestellt um den Plan bei den Behörden einzureichen. Bei öffentlichen Projekten wird ein Bebauungsplan erstellt, der den Umfang des Projekts beinhaltet. Also wie viel Quadratmeter oder Stockwerke das Gebäude hat. Der letztendliche Bau des Gebäudes hängt von den Behörden ab die das Baurecht erteilen. Das Problem das hierbei besteht ist die Zweidimensionalität. Denn die meisten Menschen haben Probleme sich die Pläne die vom Architekten erstellt werden ins Dreidimensionale zu übertragen. Ein Werkplan der letztendlich erstellt wird, um das Gebäude anhand dessen zu bauen, beinhaltet sehr viel Information die für den Laien erschlagend wirken. So kann er sich die Form und die ungefähren Maße des letztendlichen Gebäudes eventuell vorstellen, doch nicht wie das Gebäude wirkt und aussieht wenn man direkt davor steht. Materialien und Oberflächen, die mit dem Architekten natürlich zuvor besprochen und ausgesucht werden, wirken ausserdem am fertiggestellten Gebäude oftmals anders als bei dem Anschauungsmaterial. Besonnung und Schattenwurf sind ebenfalls wichtige Themen die der Architekt berücksichtigen und dem Auftraggeber vermitteln muss. Die Details die an einem Gebäude wichtig sind werden bei vielen Treffen zwischen Architekt und Auftraggeber vom Dachziegel bis zur Sockelleiste besprochen. Jedoch nur anhand von Anschauungsmaterial aus Katalogen oder dem Internet. Das Gesamtbild des fertigen Hauses fehlt dem Auftraggeber jedoch gänzlich und alles wird dessen Vorstellungskraft überlassen. In vielen Fällen sind Behörden die Auftraggeber eines neuen Gebäudes oder eines Gebäudekomplexes. Diese müssen oftmals von einem Entwurf überzeugt werden, damit sie diesen in Auftrag geben. Deshalb muss der Architekt seinen Entwurf so präsentieren das er verständlich und überzeugend ist. Für diesen Fall werden oft Renderings erstellt, die den Entwurf dreidimensional und in der richtigen Umgebung darstellen. Diese Darstellungen sind jedoch sehr zeit- und kostenaufwendig und können meist vom Architekten selber nicht hergestellt werden, da die Expertise dafür nicht vorhanden ist. Also werden diese Aufträge an einen Dritten vergeben. Hierbei kann nun das Problem entstehen, dass der Beauftragte den Entwurf des Architekten nicht dessen Vorstellungen entsprechend visualisiert. In diesem Fall muss noch einmal Rücksprache gehalten und das Projekt erneut gerendert werden. Man kann also grundlegend sagen, dass Architekten das Problem haben ihre Entwürfe realistisch, überzeugend und verständlich dem Auftraggeber zu präsentieren. Die Möglichkeit dies zu tun besteht zwar, liegt jedoch ausserhalb des machbaren des Architekten, ist sehr zeit- und geldaufwendig und wird nur in den seltensten Fällen in Anspruch genommen. 35 Architekten haben das Problem, ihre Entwürfe realistisch, überzeugend und verständlich dem Auftraggeber zu präsentieren. 36 Bisherige Möglichkeiten gebräuchliche Darstellungsformen von Architekten 2D-Plan Massenmodelle Das erstellen eines Bauplans gehört zwingend zur Tätigkeit des Architekten im Verlauf eines Projekts. Dieser Plan ist essentiell für den Ablauf und den Bau des Vorhabens. Pläne werden in der Aufsicht angefertigt und vermitteln Laien somit nur eine ungefähre Vorstellung des Gebäudes. Reale Modelle können auf unterschiedlichste Art und Weise erstellt werden. Das klassische Modell wird aus Pappe oder Holz von Hand gefertigt und bei Bedarf coloriert. Mit CAD Fräsen können am Computer generierte Modelle aus beliebigen Materialen gefräst werden. Somit lässt sich ein hoher Detailgrad erzielen. Auch können CAD Modelle 3D gedruckt werden, der Vorteil hierbei ist, dass das gesamte Konstrukt auf einmal gedruckt werden kann und nicht zusammengesetzt werden muss. Modelle werden aus Kosten- und Platzgründen immer in einem verkleinerten Maßstab hergestellt. So ist die Darstellung eines Realmodells auch bei hohem Detailgrad immer abstrakt. Da diese Modelle physikalische Gegenstände sind, ist es ein enormer Aufwand sie zu reproduzieren. Auch der Transport solcher Modelle ist meist nicht ohne Weiteres möglich, da sie sehr schnell beschädigt werden können. 37 3D-Renderings Bei einem 3D Rendering wird ein Bild oder Video mittels eines digitalen Modells des geplanten Baus erstellt. Liegt kein 3D Modell vor, muss es in einer CAD oder Animationssoftware erstellt werden. Um Das Gebäude realistisch in Szene zu setzen, muss es mit Materialen versehen werden. Hierfür werden oftmals Fotos von den jeweiligen Materialen verwendet um das Rendering so realistisch wie möglich darstellen zu können. Das Modell des architektonischen Vorhabens wird nun je nach gewünschtem Detailgrad mit zusätzlichen Objekten in der Umgebung (Bäume, Wiesen, Straßen, Sekundärgebäude) angereichert. Damit das Ergebniss realistisch aussieht sollte die Szenerie korrekt ausgeleuchtet werden. Hierfür gibt es unterschiedliche Techniken, je nach Aufwand und gewünschtem Ergebniss. Da die Rendersoftware Realismus aber nur nachahmen kann, ist das Ausleuchten meistens mit viel ausprobieren und nachjustieren verbunden. Beim eigentlichen Rendern wird aus der dreidimensionalen Landschaft ein Bild oder Video generiert. Die Renderzeit ist sehr stark von der jeweiligen Szene und den getroffenen Rendereinstellungen abhängig. Bei einem Einzelbild, genannt Still-Rendering, ist die Renderdauer weniger relevant, da das Rendern vom Computer übernommen wird und ohne Beisein des Nutzers geschieht. Bei einer Animation müssen jedoch pro Sekunde mindestens 25 Bilder berechnet werden, um ein flüssiges Video zu generieren. Somit kann auch eine relativ kurze Animation sehr viel Renderzeit in Anspruch nehmen. 38 3D-Live-Rendering Unreal Engine 4 Bei einem Live-Rendering wird das Bild in Echtzeit gerendert. Das heißt, dass das gezeigte Bild mehrmals in der Sekunde berechnet werden muss. Im Gegensatz zu einem Bild oder Video ist es somit von dem benutzten Computer abhängig ob und wie flüssig der gezeigte Inhalt dargestellt werden kann. Hierbei wird hauptsächlich die Grafikkarte und der Prozessor beansprucht. Das besondere an einem Live-Rendering ist, dass der gezeigte Inhalt keinem linearen Ablauf folgt, somit können bestimmte Ereignisse gezielt durch Eingabe des Nutzers erfolgen. Dadurch wird es beispielsweise möglich, sich in der jeweiligen Szenerie umzuschauen, oder gezielt bestimmte Dinge zu verändern. Für die Architekturvisualisierung bietet das einen enormen Vorteil, da man somit eine sehr große Variationsdichte generieren und gezielt anwählen kann. So könnten verschiedene Paramter wie Sonnenstand, Jahreszeiten und Wettersituationen simuliert werden. Auch lassen sich mit relativ wenig Aufwand verschiedene Varianten des architektonischen Projekts erstellen und kombinieren. Mit Einzelbildern oder Animationen wäre dies so nicht möglich. Die Qualität von Live-Renderings unterliegt immer der Computerhardware, da die Berechnung des Einzelbildes innerhalb weniger Millisekunden erfolgen muss, um ein flüssiges Ergebniss zu erzielen. Da die Qualität von Renderings an die zur Berechnung verfügbaren Zeit gekoppelt ist, ist davon auszugehen, dass konventionelle Renderings auch in Zukunft qualitativ vor Live-Renderings liegen. Jedoch lassen sich schon jetzt mittels Live-Renderings beeindruckend realistische Darstellungen erziehlen. Ein Beispiel hierfür sind die Arbeiten des Künstlers Koola, die dem Werk "The Third & The Seventh" von Alex Roman, welche als eine der realistischsten Architektur-Renderings gelten, sehr nahe kommen. Zudem muss bedacht werden, dass Live-Render-Engines hauptsächlich für die Spieleentwicklung konzepiert sind, welche zum größten industriellen Zweig der heutigen Unterhaltungsbranche zählt. Somit wird das Voranschreiten der Entwicklung dieser Technik auch in Zukunft durch finanzielle Mittel sehr wahrscheinlich. Auf den folgenden Seiten wird die Rendersoftware V-Ray mit dem Live-Renderer der Unreal Engine 4 anhand eines konkreten Beispiels im Bezug auf die Arbeitsdauer verglichen. 39 gerenderte Szene mit V-Ray 2008 gerenderte Szene mit Unreal Engine 4 40 Daten sichten Render-Engine vs. Live-Rendering Zuerst werden die 3D Daten (falls vorhanden) untersucht, ob sie sich zur weiteren Verwendung eignen. Hierbei wird überprüft ob die Daten bzw. Modelle den technischen Anforderungen genügen. Wichtige Punkte hierbei sind: V-Ray Unreal Engine 4 Polygonanzahl: Sowohl eine zu hohe, als auch eine zu niedrige Polygonanzahl sind ungeeignet. Wenige Polygone erfüllen oft nicht den gewünschten Detailgrad und zu viele bringen den Computer an seine Grenzen. Ebenso gehen Renderzeit und Polygonanzahl Hand in Hand. Polygonanzahl: Hierbei ist die Polygonanzahl ernom wichtig, da jedes Polygon die Performanz des letztendlichen Resultats beeinträchtigt. Somit kommt eine noch schmalere Gradwanderung zwischen Aussehen und Leistung zustande. Normalen Richtung: Jedes Polygon hat eine Richtungsangabe (Normalenrichtung), stimmt diese nicht kommt es zu einer fehlerhaften Darstellung. Triangulation: Beim Import des 3D Modells in eine Game-Engine werden alle Polygone in Dreiecke umgewandelt. Bei diesem Vorgang kann es zu Fehlern kommen welche sich in der Darstellungsqualität äußern. Liegen solche Fehler vor, muss man diese in einem 3D-Programm beseiteigen. UV-Koordinaten: Komplexe Geometrien benötigen für die Texturierung UV-Koordinaten, um das projizierte Bild korrekt darzustellen. Normalen Richtung: Auch hier kommt es zu einer fehlerhaften Darstellung im Bild wenn die Normalenrichtung nicht stimmt. UV-Koordinaten: Damit Objekte in einer Game-Engine korrekt dargestellt werden können, müssen sogenannte UV-Koordinaten erstellt werden, welche das dreidimensionale Objekt im zweidimensionalen Raum beschreiben. Liegen keine CAD Daten vor oder können die genannten Fehler nicht beseitigt werden, muss das 3D Modell in einer CAD- oder Animationssoftware erstellt werden. Jedoch ist es für beide Rendervarianten sinnvoller eine Animationssoftware wie beispielsweise "Maya" oder "Cinema 4D" zu verwenden, da CAD Software nur begrenzte Kontrolle über das Mesh (Drahtgitter-Modell) zulässt. 41 VS. 42 Szene aufbauen Render-Engine vs. Live-Rendering Als nächstes wird die Szene arrangiert und mit weiteren Objekten (Boden, Sekundärgebäuden, Pflanzen etc.) erweitert. Diese kommen entweder aus einer Bibliothek oder werden eigens für das Projek erstellt. V-Ray Unreal Engine 4 Schattierung (Shaden): Nun geht es daran die Materialität der einzelnen Objekte zu bestimmen. Der Aufwand hierbei hängt von der Komplexität der Szene und dem gewünschten Detailgrad ab. Werden Texturen vergeben, ist es wichtig für komplexere Geometrien UV-Koordinaten zu erstellen. Dies resultiert daraus, dass man bei einem Objekt wie beispielweise einem Sofa die Textur zwar kubisch mappen kann, das Ergebnis jedoch nicht zufriedenstellend ist. Schattierung (Shaden): Das Shaden der einzelnen Objekte erfolgt ähnlich wie in einer Render-Engine, jedoch wird der Prozess drastisch beschleunigt, da durch das Live-Rendering das Resultat sofort ersichtlich ist. Licht setzen: Beim setzen des Lichts gibt es verschiedene Techniken um die Szene realistisch auszuleuchten. Je nach Szenario werden oft für die Kameras unsichtbare Flächen gesetzt, welche zum gezielten Aufhellen, aber auch zum erzeugen von Reflektionen und Glanzlichtern dienen. Abhängig von der Szene und dem gewünschten Aussehen, kann das Ausleuchten sehr langwierig werden. Da man zum einen viel feinjustieren muss, bis in der nachempfundenen Realität jedes Objekt realistisch ausgeleuchtet ist. Zum anderen muss man immer wieder zwischenrendern, was Zeit beansprucht. Licht setzen: Hier stehen dem Nutzer eine Reihe verschiedener Lichter und Reflektionsobjekte zur Verfügung. Die Anpassung der Lichter ist einfacher, da man die Veränderung direkt sehen kann. Auch fällt die Fehlerbehebung von beispielsweise falscher/schlechter indirekter Beleuchtung weg, da alles bereits an die Engine angepasst ist. 43 44 Rendern Render-Engine vs. Live-Rendering V-Ray Unreal Engine 4 Der Rendervorgang finalisiert das Bild. Somit kann das gerenderte Bild nur noch in der Nachbearbeitung angepasst werden. Beim Rendern kommt es darauf an, einen guten Kompromiss zwischen Qualität und Renderzeit zu finden, wobei man diesen Kompromiss nur bei längeren Animationen eingehen muss. Die größte Arbeit beim Rendern ist es Fehler zu beseitigen, da oftmals Texturen von einzelnen Objekten nicht gefunden werden können oder Rendereinstellung angepasst werden müssen. Auch dies ist bei Animationen wesentlich aufwändiger, da hierbei viel mehr potenzielle Fehlerquellen bestehen. Auch muss man oft zwischenrendern, um Änderungen zu überprüfen. Um das Projekt zu finalisieren, muss es gepackt werden. Die Zeit die dafür notwenig ist hängt von der Größe des Projekts ab. Jedoch steht diese Zeit in keiner Relation zur Renderzeit beim klassischen Rendern. 45 46 Ergebnis Render-Engine vs. Live-Rendering Das Ergebniss von V-Ray ist qualitativ hochwertiger, jedoch wurde das Bild auch eine Stunde lang berechnet. Jedes weitere Bild würde ähnlich viel Zeit in Anspruch nehmen um berechnet zu werden. In der Unreal Engine wird das Bild in diesem Fall 50 mal in der Sekunde berechnet. Auch die Arbeitsschritte vor V-Ray dem Rendern benötigten in der Unreal Engine weniger Zeit. Der hauptsächliche Grund hierfür liegt darin, dass beim klassischen Rendern getroffene Einstellungen erst durch den Rendervorgang sichtbar werden. Somit muss sehr oft zwischengerendert werden, um zum gewünschten Ergebnis zu gelangen. 47 Unreal-Engine 4 48 Interfacearten Darstellungen im dreidimensionalen Raum Nachdem eine definitive Entscheidung für die Unreal Engine 4 getroffen wurde, wurde untersucht welche Darstellungsarten von Kontrollelementen im dreidimensionalen Raum (speziell bei enginebasierten Computerspielen) existieren und mithilfe welches Mediums diese dargestellt werden können. Diegetisches Interface Räumliches Interface Diegetische Oberflächenelemente befinden sich direkt innerhalb der Spielwelt. Sie werden geometrisch korrekt auf Objekte im Raum projiziert. Dadurch kann der Nutzer direkt mit ihnen interagieren und bekommt optisches, akustisches und optional auch ein haptisches Feedback. Wenn diese Elemente richtig platziert und gut gestaltet sind, versetzt dies den Spieler noch mehr in die dreidimensionale Welt und gibt ihm ein noch intensiveres Spielerlebnis. Diese Elemente werden eingesetzt wenn die Notwendigkeit besteht, die Erzählung des Spieles zu unterbrechen um mehr Informationen bereit zu stellen. Diese Elemente sind ebenfalls teilweise in die Geometrie der Spielumgebung eingefügt, um dem Spieler die immersive Illusion nicht zu nehmen, wie beispielsweise ein eingeblendetes Menü. Je mehr diese Elemente dem Raum angepasst sind, desto weniger wird dem Spieler die Illusion genommen, sich direkt in der Spielewelt zu befinden. 49 Metaebenen Interface Nicht-Diegetisches Interface Manchmal passen die UI-Elemente nicht in die Geometrie der Spielwelt. In diesem Fall werden diese auf einer Meta-Ebene, dem sogenannten HUD-Display angezeigt. Diese Ebene liegt direkt auf dem Bildschirm. Ein verständliches Beispiel ist der Regen in einem Spiel. Es werden Tropfen auf dem Bildschirm angezeigt, um dem Spieler zu signalisieren das es regnet. Dies soll die Illusion der Spielwelt ebenfalls stärken. Die am meist verbreitete Art UI-Elemente in Spielen zu platzieren ist die nicht-diegetische Darstellung. Diese Elemente werden komplett von der Geometrie der Spielwelt losgelöst und in einem eigenen Stil dargestellt. Hierbei wird meist der Spielverlauf komplett unterbrochen um dem Spieler die Gelegenheit zu bieten, in aller Ruhe die gewünschten Einstellungen zu treffen. Dies wird hauptsächlich angewendet um globale Einstellungen des Spiels zu verändern. 50 Darstellungsarten Erweiterte Realität / Augmented Reality (AR) Die erweiterte Realität, auch Augmented Reality (AR) genannt, ist eine Kombination aus der wahrgenommenen und einer computergenerierten Realität. Sie dient dazu dem Nutzer der realen Wahrnehmung, weitere Zusatzinformationen zu liefern. Diese Informationen stehen in direktem Zusammenhang mit der Realität und bieten somit eine Echtzeit-Interaktion. Diese Technik fand erstmals Anwendung im Fernsehen, um zum Beispiel beim Skispringen die Bestmarke in das gefilmte Bild einzublenden. Ebenfalls kommt es bei Fußballspielen zum Einsatz, indem die Laufwege oder Positionen der Spieler durch digitale Markierungen analysiert werden können. Immer mehr Bereiche verwenden diese Technik um dem Nutzer mehr Informationen zu liefern. So gibt es zum Beispiel Applikationen die das Bild der internen Kamera eines Smartphones mit Informationen von bestimmten Punkten erweitern. Dies funktioniert meistens mit bestimmten Anhaltspunkten in der Realität, die die Kamera erkennt und die Zusatzinformation dazu einblendet. IKEA benutzt diese Technik zum Beispiel um Möbel in einem Raum darstellen zu können, um herauszufinden wie sie in das Zimmer passen. Man legt einfach den Katalog auf den Boden des Raumes und schaut durch die Kamera eines Smartphones hindurch. Die bestimmte Codierung auf der Katalogseite sendet dann Informationen an die Applikation wodurch diese das Objekt dreidimensional auf dem Display darstellen kann. Augmented Reality wird immer weiter entwickelt und findet heutzutage sogar Anwendung in der Medizin und ähnlichen komplexen Bereichen der Wissenschaft. In der Architektur gibt es ebenfalls schon Anwendungsgebiete. Zum Beispiel können ganze Gebäude auf einen Tisch projiziert werden, die durch ein iPad sichtbar werden. Die Gebäude bieten interaktive Möglichkeiten, zum Beispiel können bestimmte Teile des Gebäudes ein- und ausgeblendet werden. Somit können Architekten den Auftraggebern ihren Entwurf als dreidiemsionale Projektion präsentieren. Jedoch ist die Qualität dieser Darstellungen nicht optimal. Ebenfalls ist das Tracking noch nicht ganz ausgereift, was bedeutet, dass das dargestellte Bild sich nicht perfekt in die Realität einfügt und zum Beispiel bei Bewegungen springt. 51 52 Darstellungsarten Immersive Realität / Virtual Reality (VR) Bei der virtuellen Realität versetzt sich der Nutzer in die Rolle des Avatars, also der Repräsentation dessen selbst im virtuellen Raum. Immersion bedeutet den Eindruck zu vermindern, sich in der realen Welt zu befinden. Das bedeutet der Nutzer wird komplett in die virtuelle Welt hineinversetzt. Dies wird dadurch erreicht, dass die Möglichkeit besteht direkt mit der virtuellen Umgebung zu interagieren. Die US-amerikanische Professorin für digitale Medien Janet H. Murray beschreibt Immersion wie folgt: „Die Erfahrung, in eine aufwändig simulierte Umgebung transportiert zu werden, ist an sich angenehm, unabhängig vom fantastischen Inhalt. Immersion ist ein metaphorischer Begriff, abgeleitet von der physikalischen Erfahrung des Untertauchens in Wasser. Wir suchen nach demselben Gefühl einer psychologisch immersiven Erfahrung wie wir sie von einem Sprung ins Meer oder den Swimming Pool erwarten: Das Gefühl, von einer vollständig anderen Realität umgeben zu sein, so unterschiedlich wie sich das Wasser zur Luft verhält, die unsere gesamte Aufmerksamkeit auf sich zieht, unseren gesamten Wahrnehmungsapparat.“ (Janet H. Murray 1997, S. 98 f.) Eine sogenannte Cave ist ein System, das den Nutzer in eine virtuelle Umgebung versetzt. Hier steht der Nutzer in einem Raum, auf dessen Wände ein Bild projiziert wird. Durch eine 3D-Brille wird der immersive Effekt verstärkt. Diese Systeme kommen in verschiedenen Bereichen zum Einsatz. So werden zum Beispiel Trainings- und Ausbildungssimulationen für Piloten virtuell dargestellt. Ingenieure und Architekten nutzen diese Möglichkeit ebenfalls um das spätere Aussehen von Gebäuden oder Geräten zu vermitteln. Die Oculus Rift ist eine Art Brille, in die ein Display eingearbeitet ist, ein sogennantes Head Mounted Display (HMD). Durch spezielle Linsen, die vor dem Bildschirm angebracht sind, kann das Bild direkt vor den Augen dargestellt werden, so dass der Nutzer es auch als dieses erkennt und nicht unscharf wahrnimmt. Ausserdem sind Sensoren eingebaut die die Kopfbewegung des Nutzers registrieren und auf das Bild übertragen. Somit ist der immersive Effekt sehr hoch, da der Nutzer nur die virtuelle Realität sieht und sich in dieser auch natürlich umschauen kann. Bisher wird dieses System hauptsächlich in der Gaming- und Unterhaltungsbranche eingesetzt. Jedoch gibt es auch schon erste Ansätze diese Möglichkeit für Trainingssimulationen oder Lernumgebungen einzusetzen. 53 54 Darstellungsarten Multiple Bildschirme / Mutli-Monitor Diese Darstellungsart ist weit verbreitet und schon lange in Verwendung. Hierbei besteht die Möglichkeit auf mehreren Bildschirmen, entweder den selben oder unterschiedlichen Inhalt darzustellen. So kann man entweder einen Haupt- und einen Nebenbildschirm definieren, oder beide gleichstellen. Bei Präsentationen kommt diese Möglichkeit oft zum Einsatz in dem der zu präsentierende Inhalt auf einem großen Bildschirm oder Projektor dargestellt wird. Als Unterstützung für den Präsentierenden dient ein zweiter kleiner Bildschirm auf dem nur seine Notizen und die nächsten Folien sichtbar sind. Multiple Bildschirme finden heutzutage Anwendungen in vielen Gebieten. Der Spielekonsolenhersteller Nintendo macht sich diese Technik zum Beispiel zu Nutze um das Spielerlebnis zu verbessern. Hier ist ein zweites interaktives Touch-Display in den Gamecontroller eingebaut. Dadurch stehen dem Nutzer unterschiedliche Informationen zu Verfügung, die er kombinieren muss um das Ziel zu erreichen. Smartphones und Tablets können ebenfalls als ein sekundärer, interaktiver Touchscreen mit einem PC verbunden werden. So gibt es zum Beispiel eine Applikation die das Smartphone zur Fernbedienung für den PC macht. 55 56 Interaktion und Darstellung Navigations- und Darstellungskonzept Consight Bei der Recherche stellte sich heraus, dass die Multi-Monitor Möglichkeit am besten für Consight geeignet ist. Anfangs war die immersive Realität als Darstellung der Architektur angedacht, jedoch stellte sich heraus das dieses Verfahren im Kontext der Präsentation nur eine bestimmte Anzahl an Betrachter abdecken kann. So müsste bei einem Vortrag vor größerem Auditorium jedem Beteiligten ein Head Mounted Display zur Verfügung stehen. Dies ist in diesem Stadium der Entwicklung, für einen Architekten, technisch und finanziell nicht möglich. Die erweiterte Realität hat den Nachteil das sie qualitativ dem erstrebten Ergebnis nicht gleich kommt. Zudem besteht das Problem der Interaktion im dreidimensionalen Raum. Bei beiden Möglichkeiten ist es schwer die Interaktion so einfach zu gestalten das die Zielgruppe, also Architekten, sich intuitiv und ohne Schwierigkeiten in der virtuellen Umgebung bewegen und diese manipulieren können. Die Lösung besteht zum einen aus einem Darstellungsmedium, was ein herkömmlicher Bildschirm oder ein Beamer sein kann. Zum anderen aus dem Eingabe- und Kontrollmedium in Form eines iPads. Der Nutzer kann die Navigation und Manipulation im dreidimensionalen Raum durch das iPad steuern. Somit ist die Darstellung gänzlich frei von UI-Elementen und der Betrachter kann sich auf das wesentliche konzentrieren. Grundlegend wird das Gebäude Anfangs von außen dargestellt und man befindet sich auf dem sogenannten „Rundgang“. Dieser Rundgang wurde zuvor vom Architekten festgelegt. Er entscheidet also auf welchem Pfad sich die Kamera um das Gebäude bewegt. Die Steuerung ist simpel gehalten, die Ka- mera wird durch einen Slider bewegt den man nach links und rechts bewegen kann. Die Geschwindigkeit ist von dem Ausschlag in die jeweilige Richtung abhängig. Lässt man den Slider los, bleibt die Kamera an dieser Position stehen. Um sich umzuschauen, kann der Benutzer einen digitalen „Joy-Stick“ benutzen, der sich um 360° in einem bestimmten Bereich bewegen kann. Dadurch ist garantiert dass der Nutzer sich ganz auf die Präsentation konzentrieren kann, und nicht ständig auf das iPad schauen muss. Durch die Rundfahrt kann das Gebäude von allen Perspektiven betrachtet werden. Neben dem Rundgang, legt der Architekt ausserdem sogenannte „Ansichtspunkte“ fest. Diese dienen dazu, bestimmte Positionen mit der Kamera einzunehmen, um dort Details betrachten zu können. Es ist also möglich, von dem Rundgang aus auf einen bestimmten Punkt zu springen. Dies wird durch ein einfaches Antippen des gewünschten Ansichtspunktes erreicht. Durch das Antippen eines Buttons kommt der Nutzer wieder zurück auf den Rundgang. Mit dieser Navigation im dreidimensionalen Raum, ist eine einfache Bedienbarkeit garantiert. Die Bewegungsfreiheit ist absichtlich eingeschränkt, da viele Nutzer mit der Navigation im Raum nicht vertraut sind. So kommt es oft vor, dass sie gegen Objekte laufen oder ständig in den Himmel schauen, da sie die Kombination aus Umsehen und Bewegen nicht übungsfrei bewältigen können. Um dies zu verhindern, legt der Architekt den Pfad des Rundganges und die Ansichtspunkte fest, um sich nicht frei im Raum bewegen zu müssen. Die Kamera springt ausserdem automatisch auf den Mittelpunkt des Gebäudes zurück wenn ein Steuerungselement losgelassen wird. Somit kann sich der Nutzer in der virtuellen Welt nicht verlieren. 57 58 59 4 Konzeption Stakeholder Zielgruppen Persona Anforderungen Programmstruktur 60 Stakeholderanalyse Als Stakeholder bezeichnet man alle Personen oder Personengruppen die am Projekt beteiligt oder interessiert sind. Sie wollen Einfluss auf den Projektverlauf nehmen und die Ziele mitgestalten. Der Einfluss kann sich fördernt, neutral oder auch negativ auf das Projekt auswirken. Die Analyse dient dazu alle Beteiligten zu definieren und dadurch die Ziele, Wünsche und Strategien, bezogen auf die Projektarbeit, transparent zu machen. In diesem Falle dient sie ebenfalls dazu herauszufinden wer am meisten Einfluss auf ein Projekt hat um diese Personen als Zielgruppe für Consight zu definieren. 61 62 Zielgruppen Druch die Stakeholderanalyse stellte sich heraus welche der beteiligten Personen am meisten in das Projekt verwickelt sind. Aufgrund dieser Ermittlung wurden die Zielgruppen definiert. Der Architekt Der Auftraggeber Consight ist so konzipiert, dass es auf zwei Nutzergruppen abzielt. Die erste davon sind Architekten. Diese haben den Hauptanspruch die von ihnen erstellten Entwürfe und Projekte bis zur Fertigstellung zu begleiten. Dafür müssen sie die Entwürfe überzeugend präsentieren um eine Baugenehmigung zu erhalten. Dadurch sollten sie beide Teile des Consightkonzeptes in Anspruch nehmen. Zum einen den Bearbeitungsmodus in dem er seine Entwürfe aufbereitet, um diese im zweiten, Präsentationsmodus, dem Auftraggeber zu übermitteln. Darauf wird später genauer eingegangen. Die zweite Zielgruppe besteht aus den Auftraggebern. Diese beauftragen den Architekten damit das gewünschte Gebäude zu entwerfen. Der Hauptanspruch dieser Gruppe liegt darin, dass das zukünftige Gebäude gemäß ihren Vorstellungen umgesetzt wird. Da sie nicht direkt mit dem Entwerfen und Umsetzen des Projekts zu tun haben, sondern auf die Fertigkeiten des Architekten angewiesen sind, wollen sie die Entwürfe und Pläne des Architekten genau verstehen. Diese Zielgruppe kommt somit nur mit dem Präsentationsmodus von Consight in Kontakt. Dieser stellt ihnen das Projekt möglichst realisitisch dar, damit sie alles verstehen und nachvollziehen können. Um einen ausführlichen Einblick in die Nutzergruppen zu erhalten und das Konzept nutzerzentriert entwickeln zu können, wurden im nächsten Schritt Personas erstellt. 63 64 Persona I Andrea Hempel Zur Person Alter: Geschlecht: Beruf: Position: Wohnort: Familienstand: Kinder: Einkommen: Bildung: Ziele 45 Jahre weiblich Architektin Geschäftsführererin Hamburg geschieden einen Sohn 72.000 € Diplom-Ingenieurin Architektur Sie war schon immer an technischen Neuerungen interessiert und will ihr Unternehmen immer auf dem neuesten Stand halten. Ebenfalls versucht sie junge Mitarbeiter einzustellen um die Arbeitsweise modern zu halten. Das Unternehmen ist bekannt für moderne und unkonventionelle Architektur. Das spiegelt sich auch in der Arbeitsweise wieder. Es wird versucht sich von der klassischen Arbeitsweise mit 2D-Plänen zu erntfernen um neue Ergebnisse zu erzielen. Über Andrea Wünsche Andrea hat sich mit 28 dazu entschieden sich selbstständig zu machen und ein eigenes Architektur-Büro zu gründen. Mittlerweile hat sie ca. 30 Mitarbeiter unter sich und führt ein erfolgreiches Unternehmen. Ihr soziales Leben musste jedoch darunter leiden und sie und ihr Mann haben sich scheiden lassen. Wenn sie nicht arbeitet versucht sie so viel Zeit wie möglich mit ihrem Sohn Simon (15) zu verbringen. Um sich fit zu halten und einen klaren Kopf zu bewahren, geht sie regelmäßig joggen. Am Wochenende trifft sie sich oft mit Freundinnen zum Essen oder Kaffee trinken. Da sich die Agentur auf die Architektur und nicht auf die Visualisierung konzentriert, werden häufig Renderaufträge ausgelagert um gute Darstellungen zu erhalten. Diese sind jedoch sehr teuer und können deshalb nicht bei jedem Projekt eingesetzt werden. Andrea wünscht sich deshalb das die Renderings billiger werden um für jedes Projekt eines anfertigen zu können. Damit kann sie Ihren Kunden die Idee übermitteln und sie dadurch beeindrucken. Um dies zu erreichen würde sie auch eine neue Software in das Unternehmen bringen, jedoch nur wenn diese erschwinglich ist und keinen großen Lernaufwand für die Mitarbeiter bedeutet. 65 Persona II Timo Griebig Zur Person Alter: Geschlecht: Beruf: Position: Wohnort: Familienstand: Kinder: Einkommen: Bildung: Ziele 36 Jahre männlich Betriebswirt Geschäftsführer Rendsburg verheiratet 48.000 € Diplom-Betriebswirt Timo und seine Frau haben lange darauf gespart ihren Traum vom Eigenheim verwirklichen zu können. Um im Budget zu bleiben möchte Timo einen zuverlässigen Architekten beauftragen, der einen reibungslosen Ablauf garantiert und möglichst wenig Extrakosten veranschlagt. Die Wünsche der beiben sollten jedoch erfüllt werden, damit sie sich auch wirklich heimisch in ihrem neuen Zuhause fühlen können. Über Timo Wünsche Timo arbeitet als Geschäftsführer für ein Schifffahrtsmuseum in Kiel. Da das Museum durch einen öffentlichen Träger finanziert wird, hat Timo geregelte Arbeitszeiten. Die meiste Freizeit verbingt er mit seiner Frau Tanja (32 Jahre) oder geht seiner großen Leidenschaft, dem Katamaran-Segeln nach. Zudem betreibt er ein Online-Forum für Hobbysegler. Zusammen mit seiner Ehefrau möchte Timo sich zeitnah ein Eigenheim bauen und eine Familie gründen. Da es für Timo und Tanja wichtig ist, dass ihre Vorstellungen umgesetzt werden, sie aber Angst haben das dies nicht der Fall sein könnte, wollen sie in engem Kontakt mit dem Architekten stehen. Ausserdem wollen sie alles so früh wie möglich sehen um zu wissen inwiefern es realisiert wird. Tanja will zum Beispiel möglichst zeitnah die Inneneinrichtung planen. Die enge Zusammenarbeit mit dem Architekten soll einen reibungslosen Ablauf garantieren damit keine Komplikationen entstehen und sie im geplanten Budget bleiben. 66 Persona III Stefan Scholl Zur Person Alter: Geschlecht: Beruf: Position: Wohnort: Familienstand: Kinder: Einkommen: Bildung: Ziele 34 Jahre männlich Architekt Angestellter Kiel verheiratet zwei Töchter 54.000 € Diplom-Ingenieurin Architektur Stefan beschäftigt sich bei der Arbeit hauptsächlich mit CAD-Software. Er entwirft erste Skizzen für seine Projekte zwar vorerst auf Papier, geht jedoch schnell ins Digitale über. Mit AutoCAD digitalisiert er seine Pläne um dort genau arbeiten zu können. Er erstellt sowohl 2D-Pläne als auch 3D-Modelle des Projektes, da er so besser arbeiten kann und die Visualisierung für den Kunden eingänglicher ist. Er will gute Ergebnisse liefern und den Kunden zufriedenstellen Über Stefan Wünsche Stefan hat nach seinem Abschluss als Diplom-Ingenieur in einer durchschnittlich großen Agentur mit 15 Mitarbeitern in Kiel als Architekt angefangen zu arbeiten. Er arbeitet an 5 bis 10 Projekten gleichzeitig und hat somit immer reichlich zu tun. In seiner Freizeit beschäftigt sich Stefan hauptsächlich mit seiner Familie. Seine zwei Töchter, Sina (6) und Karla (7), halten ihn und seine Frau Michelle ordentlich auf Trab. Um einen Ausgleich zu finden geht er regelmäßig mit seinen Freunden in die Kletterhalle und anschließend in die Stammkneipe. Stefans Agentur will kein Geld für Renderings von kleineren Projekten ausgeben, da dies zu teuer wird. Jedoch besteht gleichzeitig das Problem das der Kunde die Pläne nicht ganz versteht und sich nicht vorstellen kann wie das Gebäude letztendlich aussieht. Deshalb wünscht sich Stefan eine Software die ohne viel Aufwand seine CAD-Daten aufwertet damit er selbstständig ein bestmögliches Rendering erstellen kann. Dazu sollte er sein Modell ohne großen Zeitaufwand und einfach mit Materialien versehen können. Aus diesem Modell möchte er dann ein Bild oder Video generieren um es dem Kunden verständlich präsentieren zu können. 67 Persona IV Eileen Schmidt Zur Person Alter: Geschlecht: Beruf: Position: Wohnort: Familienstand: Kinder: Einkommen: Bildung: Ziele 28 Jahre weiblich Verwaltungsfachangestellte stellvertretende Abteilungsleitung Hamburg ledig 32.000 € Abitur + Ausbildung Da es ihr erstes größeres Projekt ist das sie alleine leitet, möchte sie ihre Fähigkeiten unter Beweis stellen. Dazu will sie engen Kontakt zu dem Architekten und den Kollegen der Baubehörde pflegen, damit alles reibungslos von statten geht. Da das Projekt mit öffentlichen Geldern finanziert wird, ist es ihr besonders wichtig das der finanzielle Rahmen nicht gesprengt wird. Ausserdem hat sie einen persönlichen Bezug zu dem Projekt, da die Tochter ihrer Freundin Tanja diesen Kindergarten besuchen wird. Über Eileen Wünsche Eileen arbeitet als stellvertretende Leitung in der Abteilung Familie und Soziales in der Stadtverwaltung Hamburg. Da ihr Chef seit längerem in einem Großprojekt eingespannt ist, hat er ihr die Leitung für den Bau eines neuen Kindergartens übertragen. Sie wohnt mit zwei Freundinnen in einer WG in Hamburg zusammen, da sie sich mit ihrem aktuellen Einkommen eine eigene Wohnung nicht leisten kann. Sie ist in einer langjährigen Beziehung mit ihrem 3 Jahre älteren Freund Tobias. In ihrer Freizeit geht sie regelmäßig zum Yoga und Jazz-Tanz um sich fit zu halten. Nebenberuflich gestaltet sie mit ihrer Mitbewohnerin Jute-Beutel und verkauft diese online um die Freizeitkasse aufzubessern. Es ist Eileen sehr wichtig das alle Beteiligten des Projektes zufrieden und glücklich sind. Dazu muss sie die Pläne des Architekten verstehen, um die Bedürfnisse befriedigen und das Projekt richtig präsentieren zu können. Ausserdem gilt es den Gemeinderat zu überzeugen, da dieser häufig penibel bei öffentlichen Bauten ist. Um sich zu beweisen will sie außerdem im Zeitplan bleiben und den finanziellen Rahmen nicht sprengen. 68 Anforderungen Anforderungsprofil Nicht nur das Consight mehrere Programme in einem Konzept vereint, es spricht zudem noch zwei Zielgruppen an. Zum einen den Architekten, der im Consight-Editor, also dem Bearbeitungsmodus, die Szenerie erstellt und sein Modell in verschiedenen Variationen mit Leben füllt. Zum anderen, im späteren Projektverlauf, wenn die kreative Arbeit des Architekten im Präsentationsmodus veranschaulicht gemacht wird, auch der Auftraggeber. Naturgemäß bringen verschiedene Adressaten auch verschiedene Interessen bzw. Anforderungen an eine Software mit sich. Der Architekt möchte eine möglichst einfach zu bedienende Software die er ohne spürbare Hürden meistern kann. Dies versucht Consight zu ermöglichen, indem es im Bearbeitungsmodus auf bekannte Bedienmuster und Programmstrukturen von Renderprogrammen wie Blender oder Cinema4D zurückgreift. Da Consight zudem mit einer großen Bibliothek für jegliche 3D-Objekte, Texturen und Materialien ausgeliefert wird, müssen Standardobjekte wie Autos in der Einfahrt, Zimmerpflanzen, Bäume oder Sofas nicht jedes Mal aufwendig neu angefertigt, sondern können einfach per Drag & Drop Aktion in die Szene gezogen werden. Die sehr hohen Kosten für die Erstellung von aufwendigen Renderings durch externe Agenturen entfallen komplett. Der Architekt selbst hat zwar im ersten Moment mehr Arbeit, aber gleichzeitig auch viel mehr Einfluss auf die Visualisierung seiner Ideen. Zudem generiert sich ein enorm hoher Mehrwert dadurch, dass das Modell mit den verschiedenen Varianten extrem wandlungsfähig ist, wofür bei Standbildrenderings immer wieder ein neues Bild erstellt werden muss, was mit einem wesentlich höheren Zeit- und somit auch Kostenaufwand verbunden ist. Zudem können beim Präsentieren auch von der mobilen Applikation aus Screenshots erstellt werden, die dem Kunden als Anschauungsmaterial mitgegeben werden können. Dem Auftraggeber ist der Aufwand den der Architekt hat in erster Linie nicht so wichtig, da der Architekt nicht auf Stundenbasis entlohnt wird, sondern nach Leistung. Wichtig für den Kunden ist allerdings, dass er die Pläne versteht und sich ein möglichst plastisches Bild vom geplanten Gebäude machen kann. Gerade Personen mit einer nicht so ausgeprägten räumlichen Vorstellungskraft, können vom Consight im hohen Maße profitieren, da die live Ansicht und der Rundgang um das Gebäude ihnen ein realistisches Bild von allen Seiten vermittelt. Ebenfalls können eventuelle „Stolpersteine“, wie eine für den Kunden ungeschickt platzierte Treppe schneller entdeckt und eliminiert werden, die in reinen 2D Plänen vermeintlich untergegangen wären. 69 keine Professur Ausgabemöglichkt. Pläne verstehen Realisierung kaum Zeitaufwand Materialien Kostenplan Darstellung geringe Kosten Zufriedenheit Zeitrahmen Informationen 70 Programmstruktur Softwarekonzept Consight ist ein Programm das Architekten dabei unterstützt ihre Projekte möglichst realitätsnah darzustellen und unterschiedliche äußere Bedingungen zu simulieren. Hierbei wird auf die Technologie der Unreal Engine 4 zurückgegriffen, die durch die Eigenschaften des Live-Renderings bestens dafür geeignet ist. Das Konzept sieht eine Software vor, die aus zwei Komponenten besteht. Zum einen aus dem Bearbeitungs- und zum anderen aus dem Präsentationsmodus. Die Thesis beschreibt die Gestaltung, Interaktion und Möglichkeiten des Präsentationsmodus, dennoch ist der Bearbeitungsmodus unverzichtbar für das Gesamtkonzept von Consight. Im Folgenden wird der Arbeitsablauf der Software beschrieben. In den Voreinstellungen legt der Architekt, neben optional zu ändernden Parametern, zuerst den Namen des Projekts und den Ort fest an dem das neu geplante Gebäude realisiert werden soll. Diese Information ist besonders wichtig, damit Consight im Präsentationsmodus den tatsächlich vorherrschenden Sonnenstand möglichst exakt bestimmen kann. Im Bearbeitungsmodus definiert der Architekt was später im Präsentationsmodus zu sehen und zu beeinflussen sein soll. Zunächst exportiert der Architekt das 3D Objekt aus dem Programm mit dem es erstellt wurde (z.B. AutoCAD). Das beste Fomat hierbei ist "FBX". Beim Import in die Bearbeitungssoftware wird die FBX Datei automatisch auf ihre Beschaffenheit untersucht. Da die Software auf der Unreal Engine basiert, ist es zwingend notwendig dass das Mesh (Drahtgitter Modell) ausschließlich aus Dreiecken besteht. Das ist wichtig, da beim Rendern nur dreieckige Polygone verwendet werden können und sich nur Flächen mit drei Eckpunkten im dreidimensionalen Raum exakt interpretieren lassen. Auch bei einer Rendersoftware wie beispielsweise V-Ray werden alle Flächen vor dem Rendern für den Nutzer unsichtbar in Dreiecke umgewandelt. Da die Unreal Engine das Bild mehrmals in der Sekunde berechnen muss, ist es zwingend notwendig dass das Modell bereits richtig aufgebaut ist. Beim importieren werden zusätzlich UV-Koordinaten erstellt welche notwendig sind, damit die im späteren Verlauf zugewiesene Texturen korrekt auf dem Objekt liegen. Ist das Objekt importiert, liegt es zunächst im Zentrum der virtuellen Welt. Dies kann jedoch wie später im Text erläutert auch angepasst werden. Mit einem Landschaftswerkzeug wird der Untergrund und die geografische Umgebung rund um das Gebäude modelliert. Dies funktioniert nach dem Prinzip des "Digital Sculptings" ähnlich wie in ZBrush oder Mudbox. Das Materialfenster, welches auf eine Onlinebibliothek zugreift bietet eine stetig wachsende Sammlung verschiedenster Materialen. Materialen bestehen immer aus den selben Parametern, welche je nach Art des Materials mit verschiedenen Informationen versehen werden. So bestehen Materialen meist aus mehreren Texturen welche die Beschaffenheit des Materials bestimmen. Die wichtigsten Parameter hierbei sind: Farbigkeit: Hier wird definiert, welche Farbe das Material an welcher Position hat. Dieser Parameter wird durch die Haupttextur gesteuert, beispielsweise ein Foto eines Parkettbelages. Spiegelung: Die Spiegelung beschreibt, wie stark etwas an welcher Stelle reflektiert. Dies erfolgt in der Regel durch eine Schwarz-Weiß-Variante der Haupttextur wobei weiß voll und schwarz nicht spiegelt. Rauheit: Die Rauheit definiert, wie hart bzw. weich die Spiegelung an welcher Stelle ist. Hierfür wird ebenfalls eine Schwarz-Weiß-Variante der Haupttextur verwendet, bei der schwarz hart und weiß weich bedeutet. Oberfläche: Dieser Parameter bestimmt die Oberflächenbeschaffenheit des Materials. Hierbei kommt eine Normal Map zum Einsatz, welche auf der Haupttextur basiert, jedoch die Farbe für Vektorkoordinaten verwendet. 71 Um den Materialien mehr Detail zu verleihen gibt es eine zusätzliche Textur die mit den Haupttexturen gemischt wird um Materialvariationen zu simulieren. Hierbei wird immer die selbe Textur verwedet, da sie lediglich zur Manipulation der Haupttextur dient und durch zuviele Texturen der Arbeitsspeicher unnötig belastet werden würde. Möchte der Nutzer der Materialbibliothek ein individuelles Material hinzufügen, kann er per Importfunktion eine beliebige Textur importieren. Während des Imports werden aus der Haupttextur automatisch Varianten für Spiegelung, Rauheit und Oberfläche erstellt. Diese Varianten können im Nachhinein durch verschiedene Filter ähnlich wie in einem Bildbearbeitungsprogramm angepasst werden. So wird aus der improtierten Textur automatisch ein Material erstellt. Mit dem Content Browser können Objekte aus einer Onlinebibliothek der Szenerie hinzugefügt werden. Diese Bibliothek enthält architektonische Elemente der Innen- und Außeneinrichtung. Ähnlich dem Content Browser gibt es eine Bibliothek speziell für Bepflanzungen wie Bäume und Gräser, die in der Umgebung platziert werden können. Je nach Art der Pflanze existieren bestimmte Zustände für verschiedene Jahreszeiten. Durch eine standardisierte Drag & Drop Aktion werden die Materialen auf die Objekte angewendet und Objekte aus den Bibliotheken der Szene zugewiesen. Die genaue Position auf der X-, Y- und Z-Achse, sowie eine Rotation und Skalierung können wie von anderen 3D-Programmen gewohnt, jederzeit nachjustiert werden. Die X-Achse repräsentiert hier die Himmelsrichtungen von Westen nach Osten und die Y-Achse von Süden nach Norden. Das Besondere an dem Konzept von Consight ist, dass man nun die Möglichkeit hat, mehrere Ebenen bzw. Zustände auf die einzelnen Objekte in der dreidimensionalen Welt anzuwenden. Ein Beispiel: Die Hauswand ist im originalen Entwurf eine einfach verputzte Betonwand in weiß, jedoch war der Auftraggeber mit dieser Variante nicht ganz zufrieden. Deswegen legt der Architekt noch eine Alternative aus Naturstein und eine mit Holzvertäfelung an. Die verschiedenen Anpassungen können gemeinsam mit anderen Änderungen in sogenannten Varianten zusammengefügt und gespeichert werden. Dies funktioniert selbstverständlich nicht nur mit Texturen, sondern jeglichen Materialien und Objekten. Gibt es für ein Objekt nur einen registrierten Zustand, bleibt dieser in allen Varianten unverändert bestehen. Innerhalb der einzelnen Varianten ist es aber auch möglich mehrere Zustände einzelner Objekte zu verankern, indem man sie als „varianteninterne Zustände“ klassifiziert. Dadurch können kleinere Anpassungen generiert werden, für die die Erstellung einer eigenen Variante zu umständlich wäre; beispielsweiße der Farbwechsel eines Sofas, oder das Austauschen des Treppengeländers. 72 73 5 Umsetzung Applikation Scribbles Wireframes/Entwürfe Gestaltung 3D-Umsetzung Datentransfer Name & Logo 74 Applikation Da das iPad als Kontrollmedium fungiert und Elemente wie zum Beispiel der Slider der für den Sonnenstand zuständig ist sehr in die Breite gehen, ist der Landscapemode des iPads am besten für die Anwendung geeignet. Die Position der Hände ist an den unteren Seiten des iPads vorgesehen um eine bequeme und angenehme Haltung zu gewährleisten. Das Interface ist so angelegt das der Großteil der Kontrollelemente einfach und bequem mit den Daumen zu erreichen sind. Da bei einer Präsentation das iPad ständig in der Hand gehalten wird, garantiert dies ausserdem einen sicheren Halt des Geräts. 75 Um genauere Einstellungen treffen zu können oder die Elemente, die sich in der Mitte des Screens befinden, zu erreichen ist es unumgänglich das iPad mit nur einer Hand zu halten, um es mit der anderen bedienen zu können. Jedoch stellt das geringe Gewicht des iPads kein Problem dar und die einfache und uneingeschränkte Bedieng bleibt bestehen. 76 Scribbles erste Ideen Grundlegend wurden drei Ideen für das Layout skizziert. Die erste Variante ist so aufgebaut, dass die drei konstanten Manipulationsmöglichkeiten jeder Zeit in Form von Reitern erreichbar sind. Der Inhalt der jeweiligen Reiter werden im Vollbildmodus dargestellt. Da der Inhalt der verschiedenen Punkte variiert, werden diese auch anders dargestellt und aufgeteilt. So ist es bei der Übersicht zum Beispiel möglich, zwei Vollbildansichten hervorzurufen. Entweder ist das Haus in der Aufsicht mit den Ansichtspunkten sichtbar, oder die Steuerungselemente für die Kamera sind für eine genauere Bedienung präsenter dargestellt. Das zweite Layout basiert auf dem Kachelprinzip. Das heißt jede Einstellungs- bzw. Manipulationsmöglichkeit wird in einer eigenen Kachel dargestellt. Somit ist alles auf einen Blick erkennbar und ebenfalls manipulierbar. Außerdem ist es hier möglich, die verschiedenen Kacheln größer darzustellen um genaue Einstellungen zu ermöglichen. Durch das dynamische Layout bleibt jedoch alles sichtbar, nur die ausgewählte Kachel wird größer und verändert dadurch die Anordnung der Restlichen. Somit ist zwar garantiert, dass alle Einstellungen jederzeit sichtbar sind, jedoch entsteht daduurch auch eine Fülle an Information, die der Nutzer als unübersichtlich empfinden würde. Variante drei ist sozusagen eine Mischung aus den ersten Beiden. Wie bei Variante zwei werden alle Informationen und Interaktionen auf einer Ansicht dargestellt. Diese können, wie in Variante eins, im Vollbildmodus dargestellt werden. So hat man alles im Blick und kann auf Wunsch genauere Einstellungen in den jeweiligen Vollbilddarstellungen treffen. Bei einer Präsentation kommt der Nutzer im Prinzip mit der ersten Darstellung aus, da dort alles Nötige zu finden ist. Kommt er an den Punkt bei der die Übersichtsdarstellung nicht mehr ausreicht, kann er die benötigten Einstellungen im Vollbildmodus bearbeiten. 77 Im nächsten Schritt wurden die drei Haupteinstellungen in den jeweiligen Vollbilddarstellungen skizziert. Diese sind auf alle drei Layoutvarianten anwendbar. Die Wettereinstellungen sind so unterteilt, dass die wichtigste Einstellung, also der Sonnenstand, am größten dargestellt wird. Weitere Einstellungen wie Witterungsverhältnisse und Jahreszeiten werden etwas kleiner jedoch ebenfalls prominent dargestellt. Da die Witterungszustände bei den ersten Ideen absolut waren, wurden diese in einzelnt anwählbaren Buttons geteilt. Die Jahreszeiten jedoch sind stufenlos und werden in Form eines Sliders reguliert. Die Übersichtsdarstellung wurde so skizziert, dass das Gebäude groß und deutlich dargestellt wird. Hier sind nun die Ansichtspunkte an den richtigen Positionen aufgeführt. Diese kann man durch antippen erreichen um sich dort besser umschauen zu können. Im unteren Bildschirmbereich sind die Manipulationsmöglichkeiten für die Kamera. Zum einen der Slider links, mit dem der Rundgang beeinflusst werden kann und zum anderen der digitale „Joystick“ mit dem man sich im dreidimensionalen Raum umschauen kann. Somit sind alle Informationen für diese Ansicht groß und deutlich dargestellt, um dem Nutzer die Bedienung zu erleichtern. In der dritten Skizze wurde die Vollbildansicht der Varianten geplant. Der Gedanke hier ist, dass eine Hirarchie von oben nach unten besteht. Die erste Auswahl ist die Nummer der Variante die verändert werden soll. Als zweites wird das sich in der Variante befindende Objekt ausgewählt. Im letzen Schritt kann dieses Objekt nun in seiner Darstellung, sei es Farbe oder Material, verändert werden. Somit kann man durch alle Varianten wechseln und diese wenn nötig noch einmal anpassen. 78 Wireframes Erste Ansätze Anhand der zuvor entstandenen Skizzen, wurde die erste Variante in Form von Wireframes umgesetzt. Hier sind nun die drei Reiter im oberen Bildschirmbereich sichtbar. Die Übersicht, die im unteren Bild gerade als Vollbild dargestellt wird, dient dazu die Ansichtspunkte darzustellen und diese auch anwählbar zu machen. Unter der Darstellung des Hauses und der Ansichtspunkte ist eine Leiste mit Pfeilen und einem „Drehregler“ zu finden. Diese dienen dazu die Kamera auf dem Rundgang zu beeinflussen. Entweder durch Antippen und Halten der Pfeile oder durch scrollen des Drehreglers. Durch das Anwählen des Augensymbols unten rechts, wird die Übersicht minimiert und eine Ansicht der Kameraelemente wird in voller Größe dargestellt. Die Ansichtspunkte bleiben jedoch erhalten um das Auswählen dieser beizubehalten. In der Mitte wird nun das Steuerungselement für die Umsicht im dreidimensionalen Raum dargestellt. Ebenfalls wird der Drehregler größer um die Bedienung zu vereinfachen. 79 80 Entwürfe Stilfindung Nach Erstellung der Wireframes der ersten Variante, kam die Erkenntnis, dass diese Art der Darstellung für die Applikation nicht geeignet ist. Es ist schwer, alle Informationen mit diesem Layout verständlich darzustellen und dabei die einfache Bedienung zu erhalten. Deshalb kam man zu dem Entschluss Variante zwei und drei als Entwurf zu erstellen, um gleichzeitig einen Stil der Gestaltung zu finden und die Darstellungen auf ihre Nutzbarkeit überprüfen zu können. Der erste Entwurf stellt die zweite Layoutvariante dar. Die erste Kachel beinhaltet die Ansichtspunkte die direkt angewählt werden können. Darunter sind die Varianten zu finden, die ebenfalls einen Schnellzugriff ermöglichen. Rechts daneben werden die Wettereinstellungen in der vergrößerten Ansicht dargestellt. Die unteren Kacheln sind mit den Kontrollelementen der Kamera belegt, wie es in den ersten Skizzen schon angedacht war. 81 Für die letzte Variante wurden die Grundfarben der voherigen Variante übernommen und mit einer Highlightfarbe erweitert. Die Aufteilung ist wie in der Skizze viergeteilt. Die einzelnen Kontrollelemente wurden genauer definiert und gestaltet. Mit diesem Layout ist der Schnellzugriff auf alle Manipulationsmöglichkeiten garantiert. Jede dieser Spalten kann im Vollbildmodus angezeigt werden. Alles wird schlicht und leicht verständlich dargestellt um den Nutzer bei der Präsentation so wenig wie möglich abzulenken. Dieser Entwurf bildet die Grundlage der Applikation. 82 Gestaltung Grundprinzip Auf der Basis des letzen Entwurfes wurde das Grundprinzip der Applikation definiert. Die Manipulationsmöglichkeiten werden durch die oberen drei Spalten und der unteren Kachel in der Mitte aufgeteilt. Jede dieser Teilansichten, kann im Vollbildmodus dargestellt werden. Dadurch kann der Nutzer alle zu beeinflussenden Parameter auf dem Homescreen bedienen, jedoch auch genauere Einstellungen im Vollbildmodus treffen. Durch den mittleren Button am oberen Bildschirmrand, kann zwischen der Innen- und Außenansicht des Gebäudes gewechselt werden. Dieser Wechsel beeinflusst die darunterliegenden Spalten. So sind im Inneren des Hauses andere Ansichtspunkte und Varianten zu finden als im Außenbereich. Jede Vollbildansicht wird in einem anderen, auf den Inhalt abgestimmten, Layout dargestellt. Man kann jederzeit zwischen Innen und Außen wechseln und kommt von jeder Ansicht in den übersichtlichen Homescreen zurück. 83 4 1 2 4 3 84 Gestaltung Raster Die Grundlage einer übersichtlichen und gut gestalteten Nutzeroberfläche bildet ein logisches und gut gegliedertes Raster. In diesem Fall besteht dieses Raster aus einer dreispaltigen Aufteilung die wiederum in sechs Zeilen unterteilt ist. Es ist so aufgebaut das jede Art von Inhalt dem Raster zu Grunde liegt. Der Homescreen ist die Basis der Applikation. Die Manipulationsmöglichkeiten werden somit den einzelnen Spalten zugewiesen und durch einen Header beschriftet. Die Zeilen bilden die Fläche für die einzeln anwählbaren Möglichkeiten. Für die Vollbildansichten wird der Inhaltsbereich entweder in der vollen Größe benutzt, oder durch das Raster in einzelne Bereiche aufgeteilt. Die Größen und Abstände der Flächen sind auf genaue Pixelanzahlen definiert, um die korrekte Darstellung auf dem Retinadisplay des iPads zu garantieren. 85 86 Gestaltung Farben Um die Übersicht und die Schlichtheit der Applikation zu erhalten, wurden lediglich sechs Farben definiert. Die Hintergrundfarbe mit drei Abstufungen, die Farbe für Typographie und Icons und eine Highlightfarbe. Die Applikation wurde in einem dunklen, bläulichen Grau gestaltet. Der Grund hierfür liegt darin, dass der Nutzer während der Präsentation möglichst wenig von der Applikation abgelenkt werden sollte, da diese nur als Kontrollinstanz dient und den Nutzer bei der Präsentation lediglich unterstützen soll. Durch die dunkle Farbgebung wird der Nutzer somit nicht von der Oberfläche bestrahlt wie zum Beispiel bei einem weißen Hintergrund. Typographie und Icons werden in einem leicht abgedunkeltem Weiß dargestellt, um die Lesbarkeit zu garantieren, jedoch die Helligkeit möglichst gering zu halten. Die Highlightfarbe ist ein bläuliches Grün das sich den Hintergrundfarben anpasst und gleichzeitig die angewählten Objekte hervorhebt. bright gray background gray panel gray Farbwert: R 230 - G 230 - B 230 Farbwert: R 039 - G 043 - B 048 Farbwert: R 045 - G 049 - B 056 Verwendung: Typographie, Icons und Outlines im normalen Zustand Verwendung: Hintergrund für die erste Ebene Verwendung: Hintergrund für die Kontrollsegmente (zweite Ebene) 87 dark gray stroke gray highlight green Farbwert: R 039 - G 043 - B 048 Farbwert: R 035 - G 039 - B 043 Farbwert: R 049 - G 194 - B 164 Verwendung: Hintergrund für Buttons und aktiven bzw. gedrückten Listenelementen Verwendung: Konturfarbe der Kontrollsegmente Verwendung: Typographie, Konturen und Icons aktiver bzw. gedrückter Listen- und Kontrollelemente 88 Gestaltung Typografie Helvetica Neue ist eine der weit verbreitetsten Schriftarten. Sie ist unter anderem aus den Apple Betriebsystemen Mac OSX und iOS bekannt. Es ist eine serifenlose Schrift und unteranderem deshalb auch gut für die Darstellung auf einem Bildschirm geeignet. Es ist keine typische Screenfont, da sie in den Schriftschnitten, Thin und Ultra Thin sehr fein ist. Deshalb wird sie in der Consight App lediglich im Regular Schriftschnitt angewendet. Auf dem Retinadisplay des iPads wird dieser Schriftschnitt sehr gleichmäßig und schön dargestellt. Die Größe der Schrift sollte 11pt nicht unterschreiten, da dann eine gute Lesbarkeit nicht mehr garantiert ist (vgl. Apple Inc. Guide Lines, 2015). Deshalb ist die kleinste angewendete Größe, 26pt. Generell werden nur zwei Schriftgrößen verwendet um die Nutzeroberfläche gleichmäßig und ruhig zu halten, 26pt und 32pt. Die Typografie wird in normalem Zustand im „bright gray“, und in aktivem Zustand im „highlight green“ dargestellt. Ausserdem ist sie mit einem leichten Schlagschatten versehen, dadurch hebt sie sich etwas deutlicher vom Hintergrund ab und erhöht die Lesbarkeit. 89 ABCDEFGHIJKLM NOPQRSTUVWXYZ abcdefghijklm nopqrstuvwxyz 1234567890 ABCDEFGHIJKLM NOPQRSTUVWXYZ abcdefghijklm nopqrstuvwxyz 1234567890 90 Gestaltung Icons Icons dienen dazu die Nutzeroberfläche schlicht zu halten, jedoch die Verständlichkeit zu garantieren. Sie werden mit Typographie kombiniert um die Funktion erkenntlich zu machen. Bei der Consight Applikation ist die Anzahl der Icons gering, da die meisten Aktionen zu komplex sind um sie mit Symbolen darzustellen. Es wurden hauptsächlich Icons für die Witterungsbedingungen erstellt, da diese universell verständlich und dem Nutzer bekannt sind. Weitere Anwendungsgebiete sind Aktionen, die einfacher und platzsparender mit Icons dargestellt werden. Zum Beispiel das Expandiersymbol das an den oberen rechten Ecken der Spalten plaziert wurde. Ausserdem kommen bekannte Symbole wie Richtungsangaben zum Einsatz. Die Icons fungieren hauptsächlich als Schaltflächen und werden deshalb in aktivem und inaktivem Zustand dargestellt. 91 92 Gestaltung GUI-Elemente Die Nutzeroberfläche bestehet sowohl aus herkömmlichen und bekannten, als auch aus individualisierten Kontrollelementen. So wird die, aus dem iOS bekannte, sogenannte "Segmented Control" eingesetzt, um zwischen dem Innen- und Außenbereich des Hauses zu wechseln. Sowohl bei diesem, als auch bei allen anderen Kontrollelementen muss die Mindestgröße von 44x44 Punkt eingehalten werden, um eine bequeme Zielfläche für den Finger zu garantieren. Slider sind ebenfalls ein wichtiges Element in der Applikation, sie erlauben dem Nutzer einen Wert innerhalb eines gegebenen Bereichs anzupassen (vgl. Apple Inc. Styleguide, 2015). Diese wurden teilweise für den Anwendungsbereich der Consight Applikation abgeändert und in Form eines Kreises oder Teil eines Kreises dargestellt. Der Richtungs- und Beschleunigungsslider wurde extra für diesen Zweck entworfen und hat ebenfalls eine auf den Daumen angepasste Größe. Herkömmliche Schaltflächen wie der „Starte Rundgang“ oder der Screenshotbutton haben aufeinander abgestimmte Größen. Ein sogenannter „Stepper“ kommt zum Einsatz um die Stockwerke in der Innenansicht zu wechseln. Dieser erhöht oder verringert einen Wert um einen konstanten Betrag und hat ebenfalls die Mindestgröße eines Buttons (vgl. Apple Inc. Styleguide, 2015). Ein weiteres individualisiertes Element ist jenes, dass das Umschauen im dreidimensionale Raum ermöglicht. Die Funktion ist einem Analogstick eines Gamecontrollers nachempfunden und ist in einem vordefinierten Bereich in alle Richtungen bewegbar. Alle Elemente sind in der Highlightfarbe gekennzeichnet wenn sie aktiv bzw. gerade in Verwendung sind. Die gesamte Anwendung kann mit den zwei Standartgesten, "Tap" und "Drag" bedient werden. 93 94 Gestaltung Screendesign Alle, auf den vorherigen Seiten, aufgelisteten Gestaltungselemente wurden letztendlich in dem finalen Screendesign kombiniert. Auf den folgenden Seiten sind alle Ansichten aufgelistet die in der Applikation aufzufinden sind. Es wird ausserdem noch einmal auf die jeweiligen Funktionen eingegangen und erklärt. 95 96 Homescreen Der Homescreen bietet eine Übersicht auf alle, zu beeinflussenden Parameter. Er wurde so konzipiert, dass der Benutzer während der Präsentation von dort aus alles steuern und manipulieren kann. So sind im unteren Bereich die Steuerungselemente für die Kamera zu finden. In der Mitte kann ein Screenshot der aktuellen Ansicht gemacht werden. Links kann die Beschleunigung der Kamerafahrt auf dem Rundgang manipuliert werden. Rechts befindet sich ein digitaler „Joystick“ der dazu dient, sich im dreidimensionalen Raum umzuschauen. Die oberen drei Spalten sind für die jeweiligen Ansichts-, Objekt- oder Witterungsmanipulationen zuständig. Bei der Übersicht können die, vom Architekten zuvor festgelegten, Ansichtspunkte durch antippen angesteuert werden. Die Varianten wechseln das Erscheinungsbild des Gebäudes. In den Wettereinstellungen kann der Sonnenstand und die Witterung manipuliert werden. Die Spalten, die mit dem Pfeilsymbol in der oberen rechten Ecke markiert sind, können durch antippen dieses Symbol im Vollbildmodus dargestellt werden um genauere Einstellungen zu treffen. Oben in der Mitte befinden sich die Buttons um zwischen der Außen- und der Innenansicht des Hauses zu wechseln. Innen sind die Funktionen dieselben, wobei man hier in der Übersicht von Zimmer zu Zimmer gehen kann. Die Varianten sind auf Objekte innerhalb des Hauses bezogen. Bei den Wettereinstellungen lässt sich lediglich der Sonnenstand verändert, da Witterungsverhältnisse im Inner nicht von Belang sind. Der Beschleunigungsbutton unten links wird durch eine andere Instanz ersetzt, mit der man die Stockwerke wechseln kann. 97 98 Übersicht Mit einem Tippen auf das Pfeilicon im Übersichtspanel des Homescreens gelangt man in den Vollbildmodus der Übersicht. Hier wird das Gebäude und die Umgebung in der Aufsicht dargestellt. Hierbei sind die verschiedenen Ansichtspunkte an der richtigen Position und der Rundgang als gestrichelte Linie, zu sehen. Wenn man sich auf der Rundfahrt befindet wird diese mit einem grünen Highlight versehen und die aktuelle Position durch das Kreissymbol repräsentiert. Durch Antippen und Bewegen des Kreises auf dem Rundgang, kann dieser beeinflusst und an die gewünschte Stelle gefahren werden. Das Auswählen eines Ansichtspunktes bewirkt dasselbe wie auch im Homescreen, die Kamera fährt automatisch an diese Position. Über den oberen Button, wechselt man in den Innenbereich des Hauses und bekommen den Grundriss des ersten Stockes dargestellt. Hier können ebenfalls die verschiedenen Ansichtspunkte bzw. Räume angewählt werden, um diese genauer betrachten zu können. In den unteren Ecken befinden sich Buttons mit denen die Stockwerke des Gebäudes gewechselt werden können, um dort einen spezifischen Raum betrachten zu können. 99 100 Varianten Der Vollbildmodus der Varianten ermöglicht es, einzelne Objekte in den schon vorher definierten Varianten separat zu ändern. Diese Einstellungsmöglichkeit dient zur Detailanpassung für den Fall, dass der Kunde Einzelheiten ändern will. So kann zum Beispiel auf Wunsch des Kunden das Material der Verkleidung des Gebäudes in der Variante „Moderat“ einzelnt geändert werden. Ebenso funktioniert die Interaktion im Innenbereich. Sollte der Kunde der Meinung sein, dass das weiße Sofa aus Variante „helles Ambiente“ besser zum dunkelbraunen Boden der Variante „warme Farben“ passt. 101 102 Wetter Um eine individuell wählbare Wettersituation zu erhalten kann in den Vollbildmodus der Wettereinstellungen gewechselt werden. Hier ist der Sonnenstandsslider, der auf dem Homescreen als kleine Version zu sehen ist, in größerer und genauerer Ausführung zu finden. Darunter befinden sich zwei weitere Slider. Durch die Manipulation des oberen Sliders kann eine bestimmte Jahreszeit, bzw. ein bestimmter Monat eingestellt werden. Der Sonnenstand passt sich hierbei gemappt der Jahreszeit an. So steht die Sonne im Sommer höher als im Winter. Der untere Slider beeinflusst die Witterungsbedingungen. Hier kann man einen bestimmten Bewölkungsgrad einstellen, oder es regnen lassen. Da es im Sommer bekanntlich nicht schneit, reagiert der Witterungsslider auf den Jahreszeitenslider, das heißt im Winter wird das Regensymbol durch ein Schneesymbol ersetzt. 103 104 Screenshot Wenn Screenshots der aktuellen Ansichten gemacht werden, kann man sich diese gesammelt im Vollbildmodus der Screenshotspalte anzeigen lassen. Screenshots dienen dem Architekten als bildliche Notiz, so kann er die Änderungen die vom Kunden gewünscht wurden in einem Schnappschuss festhalten und diese später in der weiteren Entwurfsarbeit berücksichtigen. Ausserdem können Screenshots dazu benutzt werden die Präsentation und das Feedback noch einmal Revue passieren zu lassen. Die überflüssigen Bilder, können durch das Antippen des Auswahlbuttons markiert und gelöscht werden. Durch einfaches antippen eines Bildes, wird dieses sowohl auf dem iPad, als auch auf dem Präsentationsmedium in voller Größe dargestellt. 105 106 3D-Umsetzung Haus Gorki - Modell Da uns Zeit und nötige Kenntnisse um selbst einen architektonischen Bau zu entwerfen fehlten, recherchierten wir im Internet und gängigen Architekturmagazinen nach Häusern/ Bauvorhaben welche sich als Beispielobjekt für unser Projekt eigneten. Wichtige Kriterien hierbei waren, die Zugänglichkeit von Bauplänen, vorhandene 3D-Renderings und ein überschaubarer Maßstab, da wir das Bauprojekt selbständig nachzeichnen bzw. nachmodellieren mussten. Bestehende Renderings bestätigten die Notwendigkeit einer digitalen Visualisierung des Bauprojekts. Baupläne waren wichtig, um den Vergleich zwischen selbigen und dreidimensionalen Visualisierungen herzustellen. In Berücksichtigung dieser Kriterien fiel die Wahl auf das "Gorki House" in Moskau. Entworfen wurde es vom Architektur Büro "Atrium" in den Jahren 2004-2007. Dieser Bau wurde für eine junge Familie gestaltet, deren Wunsch es war ein Stück zeitgenössischer Architektur zu besitzen. Der Bau befindet sich auf einem von Kiefern umge- benen Hügel, Westlich von Moskau. (vgl. Atrium 2011) Das Bauprojekt konnte durch die vorhandenen Baupläne, Fotos und Renderings sehr gut analysiert und nachgebaut werden. Für die Realisierung des 3D Modells wurde XSI Softimage verwendet. Wichtig hierbei war es, die Polygonanzahl in einem begrenzten Rahmen zu halten, um später eine ausreichende Performanz in der Unreal Engine zu gewährleisten. Auch war das erstellen von UV-Koordinaten sehr wichtig, da diese für die Verwendung einer Game-Engine zwingend notwendig sind, da Licht und Schatten mit diesen UV-Koordinaten schon im Vorfeld auf das Objekt "gebacken" werden, um die Berechnungszeit zu minimieren. Das Umland wurde bis auf einige Details den Fotos und dem Bauplan nachempfunden. Zusätzlich haben wir der Szenerie einen Teich hinzugefügt welcher im Original nicht existiert. 107 108 3D-Umsetzung Finale Darstellung 109 110 3D-Umsetzung Unreal Eninge 4 Code Blueprints nennt sich das visuelle Skript System in der Unreal Engine, welches auf dem Konzept eines Knotenbasierten visuellen interfaces basiert. In der Beigefügten Abbildung ist ein Beispiel eines solchen Blueprints zu sehen. In diesem Beispiel Wird bei druck der Taste "w" die aktuelle Position des "Players" ausgelesen, und über Zeit neu interpretiert. 111 112 Datentransfer Damit die Interaktion am iPad auch einen Effekt auf den Prototypen des Consight Programms am Computer hat, musste eine Lösung für den Datentransfer von iPad zum Computer her. Hierfür gibt es eine breite Masse an möglichen Protokollen für die Übertragung von Daten in einem lokalen Netzwerk. Die gängigsten Lösungen hierfür sind UDP und TCP. Diese beiden Übertragungsprotokolle sind in ihren Funktionsweißen sehr ähnlich. TCP und UDP schicken ihre Datenpakete an eine festgelegte IP-Adresse und Port innerhalb des Netzwerks, jedoch ist UDP im Vergleich zu TCP ein verbindungsloses Transport-Protokoll, das nicht sicherstellen oder überprüfen kann ob die Daten bei Zielgerät und Anwendung ankommen. Es besitzt keinerlei Kontrollfunktionen, ist dadurch aber auch schlanker und benötigt weniger Zeit in der Übertragung. Für gewöhnlich wird dieses Protokoll für Anwendungen genutzt, die gut mit verlorenen Datenpaketen umgehen können. (vgl. elektronik-kompendium.de) Dies ist auch beim Prototypen des Consight der Fall. Hierbei werden die Befehle vom iPad aus per UDP an den Zielrechner geschickt. Dort läuft im Hintergrund ein vvvv-Patch, der die UDP-Datensätze empfängt und in einem weiteren Schritt aufschlüsselt und weiter verarbeitet. Wenn beispielsweiße ein bestimmter Ansichtspunkt oder eine Designvariante gewählt wird, kommt vom iPad aus ein String mit einem einfachen Buchstaben in vvvv an, also im Falle des Ansichtspunktes „Terrasse“ ein „z“. Wenn ein Slider bewegt wird, schickt das iPad einen längeren String durch das Netzwerk. Im Falle des „Jahreszeitensliders“, könnte folgender String abgeschickt „season:0.32449283948421“ werden. vvvv registriert nun im Folgenden ob es sich bei dem empfangenen String um einen einzelnen Buchstaben handelt, oder es zwei oder mehr Zeichen sind. Im ersten Fall wird der empfangene String, also der einzelne Buchstabe analysiert und entsprechend als Tastendruck simuliert. Die Unreal Engine 4 registriert den Tastendruck und handelt der Consight-Programmierung entsprechend. Bei einem Slider ist das Verfahren etwas umständlicher. Hierbei müssen Werte direkt in die Unreal Engine übergeben werden. Dieses Problem wurde über OSC gelöst. OSC (Open Sound Control) ist ein Kommunikationsprotokoll das vor allem zur Verarbeitung von Sound über das Netzwerk genutzt wird. Dieses Protokoll bietet den Vorteil, dass es bei jeder Übertragung nicht nur einen Wert übergibt, sondern auch noch ein Adressattribut. Dank dem Entwickler „monsieurgustav“ gibt es für die Unreal Engine 4 auch ein OSC-Plugin das auf der beliebten Open-Source Plattform GitHub veröffentlicht wurde. Bewegt auf der iPad Applikation den Jahreszeitenslider wird der String „season:0.32449283948421“ in vvvv beim „:“ aufgeteilt. Der erste Teil des Strings wird im Folgenden Prozess als Adresse genutzt, während der zweite Teil als Wert übergeben wird. Beide Teile werden im OSC Encoder von vvvv zusammengefasst und wiederrum mittels UDP an die Unreal Engine geschickt, die dann dank der Adresse den passenden Wert an der richtigen Stelle im Code manipulieren, bzw. überschreiben kann. 113 UDP VVVV Slider OSC Button Zustand 114 Logo- und Namensfindung Der Name „Consight“ setzt sich aus zwei Komponenten zusammen. Zum einen aus dem englischen Wort „construction site“, was so viel wie „Bauplatz“ oder „Baustelle“ bedeutet. Zum anderen aus dem ebenfalls englischen Wort „sight“, was „sichten“ oder „betrachten“ bedeutet. Die Kombination aus diesen beiden Wörtern ergibt „Consight“. Der Name wurde gewählt da es die beiden Hauptkomponenten des Projekts vereint. Der Auftraggeber hat die Möglichkeit die Baustelle, bzw. das noch nicht existente Gebäude im Vorhinein betrachten und beurteilen zu können. Diese zwei Aspekte werden ebenfalls im Logo noch einmal aufgegriffen. Das Auge repräsentiert das Wort „sichten“ und beinhaltet ebenfalls das UI-Element der Ansichtspunkte. Die Karte hingegen steht für die Planung und den Entwurf eines Gebäudes welche der Architekt erstellt. Somit sind beide Zielgruppen und der Name im Logo vereint. Die Farbigkeit des Logos wird maßgeblich von den UI-Farben bestimmt. 115 116 117 5 Anhang Quellenverzeichnis Impressum Resume 118 Exposé Gardenstate 119
![University of Kansas School of Business Lawrence [US]](http://s1.studylibde.com/store/data/008039794_1-ea24339fe613869069f6cb2f02ba52fb-300x300.png)
