2.3

Projekt - Ausgangsmaterial

Einführung
Die Ausgangsmaterialien sind als Basis des weiteren digitalen Projektablaufes anzusehen.
Kataster-
amtauszug

Abbildung 2.3a: Bilddatei des eingescannten Lageplanes (Bildquelle: Katasteramt)
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Der Katasteramtauszug (Abbildung 2.3a) lag im DIN A3 Papierformat vor. Nach dem Einscannen konnte dieser digital in das CAD-Programm eingefügt werden. Dort wurde das Pixelbild maßstabsgerecht skaliert und als "Blaupause" für den Bestandslageplan genutzt.
Beim Einscannen sollte eine ausreichende Auflösung gewählt werden, bei zu geringer Auflösung (angegeben in DPI - Dots Per Inch) erscheint das digitale Bild pixelig und kann u.U. für den weiteren Bearbeitungsverlauf unbrauchbar sein. Bei der Darstellung auf einem CAD-üblichen 19-Zoll Monitor ist eine Pixelauflösung von 1280 x 1024 Pixel zum bildschirmfüllenden Darstellen ausreichend.

Objekt-
bibliotheken

Objektbibliotheken sind eine Sammlung verschiedener fertig erstellter Bauobjekte. Das verwendete ArchiCAD verfügt über einen komfortablen "Browser", die meisten Objekte sind parametrisch änderbar. Somit lassen sich neben den Abmessungen häufig auch noch weitere Objekteigenschaften, wie z.B. Texturen oder Öffnungswinkel von Türen, ändern.


Abbildung 2.3b: Auswahlfenster der Objektbibliothek (Screenshot ArchiCAD 6.5)

Schon bei der Normalinstallation verfügt ArchiCAD über eine umfangreiche Objektbibliothek (siehe Abbildung 2.3b).
Diese läßt sich durch Erweiterungs-CD's von Graphisoft oder anderen Anbietern erweitern. Graphisoft bietet z.Zt. 8 CD's mit jeweils verschiedenen Bibliothekselementen an (Stand Juli 2001). Für diese Diplomarbeit wurden folgende CD's verwendet: LampWorld (Die Kunst der Beleuchtung), Hoshino Residental Library (Geben Sie Ihrem Haus Stil), Garden Works ( Bibliothekselemente für Garten und Umgebung), People & More (Erleichtern Sie sich das Leben mit Elementen aus People & More), M.A.D. Design (Der Wahnsinn für Küchen und Interiors) und Architectural Accessories (Das entscheidende Plus an Objekten für ArchiCAD).

Weiter bieten verschiedene Firmen wie z.B. Velux oder Villeroy&Boch viele ihrer Produkte als ArchiCAD-GDL bzw. GSM-Format kostenlos im 3D-Format an. Diese kann man sehr gut in die Planung einfließen lassen, es handelt sich schließlich um Elemente die den später einzubauenden genau entsprechen.

Man kann aber auch selbst seine eigenen Bibliothekselemente erstellen und diese der Objektbibliothek hinzufügen. Dies ist direkt im ArchiCAD oder in einem externen Programm, wie VisualGDL von Graphisoft, möglich.

 

Textur-
bibliotheken


Abbildung 2.3c: Bibliothek mit Holztexturen (Screenshot Art*lantis 4.0)
Ähnlich wie die Objektbibliothek, handelt es sich bei der Texturbibliothek um eine Sammlung verschiedener Dateien. Texturen sind Oberflächenbilder im 2D-Pixelformat. Zusammenhängend mit der Visualisierung geben sie den Oberflächen von 3D-Objekten ein realistischeres Aussehen.
ArchiCAD 6.5 verfügt schon im Lieferzustand über eine Texturbilbliothek. Diese kann wie die Objektbibliothek durch Erweiterungs-CD's von Graphisoft oder anderen Anbietern ergänzt werden. Graphisoft selbst bietet die CD "The Texture Library" mit mehr als 2800 Oberflächentexturen im TIFF-Format an.

Das verwendete Visualisierugs- und Animationsprogramm Art*lantis 4.0 läßt sich ebenfalls mit zusätzlichen Texturen aufwerten. Diese liegen im Gegensatz zu den ArchiCAD-Texturen nicht ausschließlich im pixelbasierten Bildformat vor. Art*lantis verwendet u.a. parametrische Texturen. Das Oberflächenerscheinungsbild dieser Texturen wird jeweils in einer ASH, PRW und TXT-Datei gespeichert. Der Vorteil solcher Texturen sind die vielfältigen Editiermöglichkeiten.

Bei dieser Diplomarbeit wurden für die Visualisierung des IZB die CD "The Texture Library" für ArchiCAD und die folgenden sieben CDs für Art*lantis verwendet: Interior textures (CD 1), Exterior Textures (CD2), Selection of wood and trees (CD 3, siehe auch Abbildung 2.3c), Selection of walls and roofs (CD4), Wall Coating by Muraspec (CD5), Selection of composites by Polyrey (CD6) und Selection of carpeting by Tarkett Sommer (CD7).

 

Luftbilder


Abbildung 2.3d: 3D-Modell des IZB mit dem im Texture Mapping-Verfahren eingefügten Luftbild (Erstellt mit Art*lantis 4.0)

Um einen realistischen Anflug zu animieren, wurde das städtebauliche Umfeld des zu beplanenden Geländes als pixelbasiertes Luftbild in das 3D-Modell im Texture Mapping-Verfahren eingefügt. Die Bilder stammen aus dem Satellitenatlas D-Sat 2.0 der Fa. TopWare (siehe Abbildung 2.3d). Dieser bietet zu einem relativ geringen Preis von ca. 25 € flächendeckend ganz Deutschland als digitales Bildmaterial an (und das in einer erstaunlich hohen Qualität). Die Nachfolgeversion DSat 3 bietet aktuelleres Luftbildmaterial und mehr Bedienungskomfort. Die eigentliche Bodenauflösung ist jedoch mit der der Version 2.0 vergleichbar. Bei beiden Versionen liegen lediglich die großen Ballungsräume Deutschlands in der benötigt hohen Auflösung vor, ländliche Gebiete werden leider nur in einer unzureichend groben Auflösung erfasst. Ein weiterer Nachteil beider Versionen ist das Fehlen einer Exportfunktion für die betrachteten Luftbilder. Wünschenswert wäre hier eine Funktion zum direkten Abspeichern im BMP- oder JPG-Format. So muß man den Weg über s.g. Screenshots wählen. Hierbei wird der angezeigte Bildschirminhalt von einem Programm wie z.B. Corel Capture 9 erfasst und in einem gewählten Pixelformat abgespeichert. Das so gewonne Pixelbild kann nun im Visualisierungsprogramm eingefügt werden.

 

weitere
Luftbild-
quellen

Neben den fertigen Programmen aus dem preisgünstigen Massenmarkt gibt es spezialisierte Firmen, wie die AEROWEST GmbH. Diese bietet mit AEROVIEW hochauflösende Luftbildaufnahmen für gewerbliche und private Nutzung an. Das Angebot umfasst auch die Lieferung von Luftbildern mit einer Zieladresse gemäß Kundenauftrag. Die Luftbilder lassen sich durch die hohe Qualität außer in der Visualisierung auch für digitale Orthophotos in Geoinformationssystemen verwenden.


Abbildung2.3e:
Aus Luftbildaufnahmen erstelltes 3D-Stadtmodell (Bildquelle: AEROWEST GmbH)

Weiter bietet diese Firma 2D-Lagepläne, Flächenauswertungen sowie 3D-Stadtmodelle in allen Genauigkeiten von den verfügbaren Städten an. Die digitalen 3D-Stadtmodelle werden durch fotogammetrische Bearbeitung aus den Luftbildern erstellt. Bieten die Luftbilder lediglich eine "platte" 2D-Pixeltextur, so kann man mit den 3D-Stadtmodellen die umliegende Bebauungssituation in das eigene 3D-Gebäudemodell integrieren.
Leider wurden noch nicht alle Städte im Bundesgebiet beflogen, von Leipzig war leider kein Bildmaterial verfügbar (Stand Juli 2001).

D-Sat 2.0



Abbildung 2.3f: Abdeckung der Region Leipzig (Bildquelle: D-Sat 2.0)
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Der Luftbildatlas D-Sat 2.0 ist unter der Federführung von SCOUT SYSTEMS (Hersteller) in Zusammenarbeit mit Lightning Strike Corp. , Infinop Inc. (Kompressionsalgorithmus), Sovinformsputnik Interbranch Association (Satellitendaten) und TopWare (Vertrieb) zustandegekommen.

Die für eine Nahvisualisierung brauchbaren Fotos beschränken sich, wie oben schon beschrieben, bei dem Satellitenatlas auf die Luftbildregionen der Ballungszentren. Nur hier liegt die hohe Bodenauflösung von 65 cm pro Pixel vor. Die Abdeckung der Region Leipzig kann wie bei jeder verfügbaren Stadt anhand von Übersichtsbildern festgestellt werden. Abbildung 2.3f zeigt die Abdeckung der Stadt Leipzig.

 

Screenshot


Abbildung 2.3g: Das Gelände des IZB im Programm-
fenster (Screenshot D-Sat 2.0)

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Die Bedienung von D-Sat 2.0 ist relativ einfach. Nach Auswahl des Bildausschnittes ist es möglich über den Zoom-Faktor weiter "herabzusinken". Das Suchen des gewünschten Gebietes gestaltet sich kompliziert, eine Suchfunktion über Straßennamen wie bei der Nachfolgeversion DSat 3 fehlt. Sollte man die Stadt nicht gut kennen, so kann ein Stadtplan bei der Orientierung helfen. Ist das gewünschte Gebäude gefunden, so zoomt bis zum Beginn der Unschärfe herangezoomt und das Programm zum Erstellen des Screenshots gestartet werden. Bei dem verwendeten Corel Capture 9 ist es dann möglich einen rechteckigen Bereich auszuwählen und diesen dann im gewünschten Dateiformat abzuspeichern (siehe Abbildung 2.3g).

Luftbilder
Textquelle:
D-Sat 2.0

 

 

 

 

 

 

Zur Entstehung der Luft- und Satllitenbilder sind folgende Informationen der Online-Hilfe von D-Sat 2.0 entnommen.

Luftbilder Leipzig:

Überflugdatum: Sommer 1997 (Leipzig: 11.06.97), Abbildung: bitte hier klicken !
Flughöhe: 2,2 km
Flugbahn:
gem. Befliegungsplan, Abbildung: bitte hier klicken !
Bildtyp: Zentralprojektion
Originalgröße eines Luftbildes: 23 cm x 23 cm
Bildmaßstab: M 1 : 15 000


Abbildung 2.3h: Schematischer Befliegungsplan mit Überdeckungen (Bildquelle: D-Sat 2.0)

Die Luftbilder entstanden durch Befliegung der bekanntesten Siedlungsräume mit speziell für diesen Zweck umgebauten Flugzeugen.

Man versucht möglichst bei idealen Wetterbedingungen zu fliegen, um wenig Dunst bzw. keine Wolken und Wolkenschatten in der Aufnahme zu erhalten. Optimal ist eine Befliegung um die Mittagszeit bei höchstem Sonnenstand, damit die Schatten in den Bildern nicht zu lang und geeignete Lichtverhältnisse für die Lufbildaufnahme gegeben sind. Die zu befliegende Gesamtfläche aller Großstädte ist nicht innerhalb eines Tages aufzunehmen. Die Befliegungen wurden über den Sommer 1997 verteilt. Es liegt in der Natur der Dinge, daß dadurch unterschiedliche Wetterbedingungen eintraten. Um eine lückenlose Überdeckung des Aufnahmegebietes zu erhalten, wird das Areal in Schleifen abgeflogen. Dabei wird die Auslöseautomatik der RMK TOP 15 so eingestellt, daß eine Überdeckung der einzelnen Bilder von ca. 20% in Längsrichtung erreicht wird. Die parallelen Flugbahnen werden so gewählt, daß auch in der Querrichtung eine Überdeckung von 20% gewährleistet ist.

Zentralprojektion (s.o.)


Abbildung 2.3i: Prinzip der Zentralprojektion (Bildquelle: D-Sat 2.0)

Sie entspricht dem perspektivischen Sehen. Die Effekte einer Zentralprojektion sind deutlich an den Bildrändern einer Aufahme zu erkennen: Durch die Zentralprojektion werden zwei gleich hohe Gebäude unterschiedlich auf der Bildebene abgebildet. Objekte in der Bildmitte werden nur von oben betrachtet. Am Bildrand sind dagegen auch die Objektseiten zu erkennen. Auf der Bildebene wirkt daher das Gebäude am Bildrand gekippt.
Bezieht man diesen Effekt auf die gesamte Bildfläche, "fallen" die Gebäude von der Bildmitte weg zum Randbereich hin. Nachteilhaft wirken sich die sichttoten Bereiche aus.
Durch die 20-prozentige Überdeckung der einzelnen Bilder, sind die Randbereiche mehrfach photographiert worden. Aufgrund des "Kippeffekts" sind die Gebäude in diesem Überlappungsbereich jeweils in die entgegengesetzte Richtung gekippt. Dafür ist ein Großteil der sichttoten Bereiche wieder sichtbar geworden.

Quelle der Texte: D-Sat 2.0

Satelliten-
fotos

Textquelle:
D-Sat 2.0

Satellitenfots Sachsen:


Abbildung 2.3j: Aufnahme der Satellitenfotos (Bildquelle: D-Sat 2.0)
Überflugdatum: 1992 bis 1997
Flughöhe: 270 km
Flugbahn: polar, Sonnensynchon, Abbildung bitte hier klicken !
Bildtyp: Parallelprojektion, Abbildung bitte hier klicken !
Originalgröße eines Fotos: 30 x 30 cm
Bildmaßstab: M 1 : 250.000 bis 1 : 280.000


Die Satellitendaten stammen von Sovinformsputnik Interbranch Association. Organisation, Beschaffung und erste Verarbeitungsschritte erfolgten in Rußland bei Sovinformsputnik.
Die Satellitenbilder wurden mit dem russischen Satelliten COSMOS aufgenommen. Der Satellit mit der KVR-1000 überfliegt die Erdoberfläche in Bahnen, die durch u.a. durch die Erdanziehung und die Keplerschen Gesetze bestimmt sind. Im Gegensatz zur Befliegung mit Flugzeugen ist daher bei Satelliten die Überflugroute und der Überflugzeitpunkt festgelegt.
Es gestaltet sich daher schwierig, genügend wolkenfreie Aufnahmen von Mitteleuropa zu machen um ein flächendeckendes Mosaik zusammensetzen zu können. Aus einer großen Zahl von Aufnahmen unterschiedlichen Datums, müssen die geeigneten Bilder herausgesucht und zusammengesetzt werden. Da Deutschland i.d.R. nicht immer flächendeckend wolkenfrei ist, bzw. der Satellit, bedingt durch seine Bahnparameter, Deutschland nicht in einem Tag flächendeckend aufnehmen kann, wurden Aufnahmen aus dem Zeitraum der letzten 5 Jahre herangezogen.

Die Originalgröße eines Satellitenbildes beträgt 30cm x 30cm. Dies entspricht einem Bildmaßstab von 1 : 250.000 bis 1 : 280.000 bzw. einem Blickfeld von ca. 80km x 80 km. Auf eine Filmspule passen ca. 1800 Aufnahmen. Durch die große Entfernung der Kamera zur Erdoberfläche sind die Satellitenbilder keine Zentralprojektionen wie die Luftbilder. sondern Parallelprojektionen. Dadurch lassen sie sich, ohne zusätzliche aufwendige photogrammetrische Korrekturen, zu einem großen Mosaik zusammensetzen.

Parallelprojektion (s.o.), Abbildung bitte hier klicken !
Aufgrund der großen Überflughöhe und dem Teleobjektiv entsprechen die Satellitenbilder einer Parallelprojektion. Die fotografierten Objekte werden alle senkrecht von oben betrachtet. Gleich große Gebäude werden im Bild gleich groß abgebildet.

Quelle der Texte: D-Sat 2.0

 


Hilfe zu Fachbegriffen finden Sie im Glossar:

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Innovationszentrum Bau -  Diplomarbeit am Fachbereich Bauwesen der HTWK Leipzig
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last update: Monday, July 23, 2001