Grundlage ist das digitale Gebäudemodell. Dieses ist, im Gegensatz zu real gebauten Architekturmodellen, für den Menschen nicht direkt visuell erlebbar. Man braucht eine Schnittstelle zwischen dem digitalen Modell (schließlich existiert es bisher nur als Datenmodell auf einer Festplatte) und den menschlichen Sinnen. Diese Schnittstelle stellt bei fotorealistischen Visualisierungen der Renderer eines 3D-CAD-Programmes bzw. eines Visualisierungs-Programmes dar.

Erst die Erstellung anschaulicher Bilder ermöglicht es, die CAD-Konstruktionen auch für Nicht-Spezialisten verständlich aufzubereiten. Eine gelungene optische Präsentation kann heute sogar die technischen und funktionalen Gesichtspunkte eines Gebäudes in den Hintergrund rücken, sie kann vor allem beim Laien ohne bautechnisches Wissen mehr Überzeugungsarbeit leisten als technische Zeichnungen oder erklärende Worte.

Aus einem dreidimensionalen CAD-Modell wird mittels computergestützten Auswertungsalgorithmen ein zweidimensionales Pixelbild erzeugt (Rendering).

Nahezu alle modernen CAD-Programme bieten einen integrierten Renderer. Somit mag sich hier die Frage nach der Notwendigkeit eines weiteren Programmes stellen, gerade da das verwendete ArchiCAD vergleichsweise weitgehende Funktionen bietet. Für einfache Visualisierungen ausreichend, ist das integrierte Rendermodul jedoch für anspruchsvolle Visualisierungsaufgaben nur bedingt geeignet. Die Softwarehersteller legen hier eindeutig den Schwerpunkt auf die CAD-Funktionalität ihrer Produkte.

Für den Bereich der Architekturvisualisierung lassen sich Software-technisch drei Render-Möglichkeiten unterscheiden:

• integrierte Renderer
• Plugin- (aufbauende) Rendering-Software
• eigenständige Software

Dies sind die in der Standardinstallation der CAD-Software integrierten Render-Module. Es entstehen keine weiteren Kosten und der Planer hat keinerlei Probleme mit Schnittstellen oder Exportverlusten. Nachteilig sind die, im Vergleich zu externen Programmen, meist geringeren Qualitäten der Renderer.

Abbildung 5.1a: Einstellmöglichkeiten des integrierten Renderers im ArchiCAD 6.5

Das für diese Diplomarbeit verwendete ArchiCAD 6.5 bietet einen vergleichsweise funktionsstarken Renderer mit vielfältigen Exportformaten. So können Einzelbilder, Filme, QTVR-Panoramen und QTVR-Objekten mit verschiedenen Qualitätseinstellungen (siehe Abbildung 5.1a) gerendert werden.
Weiter läßt sich die eigentliche Rendering-Engine wählen. Hier stehen effektvolle Module (teilweise von dem Fremdhersteller Viewpoint DataLabs, Inc.), wie z.B. GraphiSketch (graphischer Effekt mit Bleistift), Carboni (Kohlezeichnungseffekt), Hyde Park (Aquarell-Effekt), Simple Toon (Zeichentrick-Effekt) und Ping Pong (punktierter Zeitungsbild-Effekt), zur Verfügung. Es lassen sich viele sinnvolle Einstellungen vornehmen - das Auswählen des eigentlichen Renderverfahrens fehlt jedoch. So bietet ArchiCAD im Gegensatz zu seinen Konkurrenzprodukten wie Allplan FT 16 (Nemetschek) oder AutoCAD 2000 (Autodesk) kein Rendering nach dem Raytracing-Algorithmus, welches vor allem für Spiegelungseffekte wichtig ist. Dies mag bei einfachen Gebäuden vernachlässigbar erscheinen, gewinnt aber bei der heute modernen "transparenten" Architektur an Gewichtung. Bei großen Glasflächen sorgen Spiegelungen für einen Zugewinn an Realismus und erhöhen die Qualität der Abbildungen, diese können hier "das Salz in der Suppe" ausmachen.

Abbildung 5.1b: Einstellmöglichkeiten des integrierten Renderes im AutoCAD 2000

AutoCAD 2000 bietet im Gegensatz zu ArchiCAD 6.5 mehrere Render-Algorithmen; Gouraud und Phong (siehe Abbildung 5.1b), sowie analog dem Allplan den qualitativ besseren Raytracing-Algorithmus (siehe Abbildung 5.1c). Bemerkenswert ist die bei allen Programmen vorhandene Antialiasing-Funktion (>Glossar) zur Unterdrückung von Treppenstufeneffekten. Da diese die Render-Dauer erheblich verlängert, sollte sie im Normalfall immer so niedrig wie möglich eingestellt werden. Höhere Einstellungen sind nur bei Gebäudemodellen mit vielen feingliedrigen bzw. dünnen Bauteilen sinnvoll.

Abbildung 5.1c: Einstellmöglichkeiten des integrierten Raytrace-Renderers im AutoCAD 2000

Bei den beiden AutoCAD-Aufsätzen AutoCAD Architectural Desktop 2 und ACAD-Bau 2000 sind die Einstellungen für das Rendering nahezu identisch mit denen des "nackten" AutoCAD 2000. Hier zeigt sich nochmals das Konzept: die Grundfunktionen stellt das AutoCAD, die branchenbezogenen Funktionen stellt der Aufsatz.

Leider bieten weder AutoCAD, noch einer der Aufsätze, das Rendern von Panoramen an. Es lassen sich zwar beliebig breite Bilder rendern, für das Zusammenstellen zu Panoramadateien, wie z.B. Quicktime-MOV-Datein, müssten jedoch andere Programme verwendet werden.

Abbildung 5.1d: Einstellmöglichkeiten des integrierten Renderes im Allplan FT 16

Das Allplan FT16 von Nemetschek besticht durch die große Auswahl an Render-Algorithmen (siehe Abbildung 5.1d): Flat (>Glossar), Gouraud (>Glossar), Phong (>Glossar), Quick-Ray und Ray-Tracing. Mit steigender Qualität der Render-Algorithmen steigt beim Allplan auch die benötigte Zeit pro Bild an. Das Raytracing-Verfahren zählt hier zu den hochwertigsten. Sind die Render-Zeiten bei einfachen Gebäudemodellen noch in etwa mit denen des Phong-Algorithmus vergleichbar, so steigt die benötigte Zeitspanne pro Bild bei großen Glasflächen und entsprechenden Spiegelungseffekten stark an.

Wie das AutoCAD 2000 bietet das Allplan FT16 keine Möglichkeit zum Rendern von Panoramen.

Abbildung 5.1e: Startfenster von AccuRender 3.1

Diese Software muss zusätzlich zur CAD-Software erworben und installiert werden. Sie setzt eine bestehende CAD-Software voraus und installiert sich in diese "hinein". Der Anwender ruft die Visualisierungs-Software innerhalb der CAD-Anwendung auf. Sie ist wie ein integrierter Renderer ohne Schnittstellenproblematik, besitzt jedoch auch die gleichen Nachteile. So kann das CAD-Programm für die Dauer der Renderings nicht benutzt werden. Für den Einsatz auf einem eigenen Render-Computer muss neben den Anschaffungskosten des Plugin-Renderers auch der Erwerb einer weiteren Lizenz des CAD-Programmes einkalkuliert werden. Angesichts der hohen Preise professioneller CAD-Programme erscheint diese Lösung nicht sehr wirtschaftlich.

Ein großer Vorteil von Plugin-Renderern ist die direkte Verfügbarkeit im CAD-Programm. So lässt sich auch während des Konstruktionsprozesses "mal schnell" eine qualitativ hochwertige Visualisierung anfertigen. Bei zeitintensiven Renderings wie Animationsfilmen können sich die Wartezeiten jedoch als störend erweisen, der zeitliche Ablauf des Planungsprozesses kann hierdurch behindert werden.

So beschränkt sich der Einsatz von Plugin-Renderern auf Visualisierungen mit geringer Render-Zeit.

Sie müssen ebenfalls zusätzlich zur CAD-Software erworben werden. Im Gegensatz zu Plugin- (aufbauende) Renderern benötigen diese keine vorhandene CAD-Installation und sind damit komplett "eigenständig".

Die eigenständigen Visualisierungsprogramme lassen sich hierbei in zwei Gruppen aufteilen:

• Programme mit Modellierungs- bzw. Konstruktionsfunktionen
  
  Diese stellen die überwiegende Mehrzahl dar. Sie erfordern durch den größeren Funktionsumfang eine längere Einarbeitungszeit. Von den Zielsetzungen einer Architekturvisualisierung ausgehend, stellt sich hier jedoch die Frage nach der Notwendigkeit der intergrierten Modellierungsfunktion. Das eigentliche 3D-Modell wird im Rahmen des Gebäudeplanungsprozesses schon im 3D-CAD-Programm erstellt.
  Durch den Baubezug und die objektorientierten Konstruktionsmöglichkeiten besitzt ein 3D-CAD-Programm mehr Komfort und höhere Genauigkeit als dies bei einem Visualisiserungsprogramm möglich wäre. Vorteile bieten die Modeller der Visualisierungsprogramme lediglich bei sehr komplizierten oder komplexen Formen. Sehr wichtig hierbei ist die Schnittstelle zwischen dem CAD-Programm und der Visualisierungs- Software.
  Viele Hersteller von CAD-Systemen bieten heute eigene Visualisierungsprogramme an, häufig sind dies unter eigenem Namen verkaufte Fremdentwicklungen aus dem professionellen Animations- und Filmbereich. Bei Autodesk ist dies das 3D Studio VIZ (Hersteller: Kinetix) und bei Nemetschek das Cinema 4D XL (Hersteller: Maxon).

• Programme ohne Modellierungs- bzw. Konstruktionsfunktionen
  
  Bei diesen Programmen ist die Schnittstelle sehr wichtig, Fehler am eigentlichen Gebäudemodell können hier nachträglich nicht geändert werden. Eine Stärke dieser Programme ist eine konsequente Auslegung auf die reine Visualisierungs- und Animationsfunktionalität. Der geringere Funktionsumfang dieser Programme bewirkt gegenüber den Programmen mit Modellierungsfunktion eine wesentlich kürze Einarbeitungszeit. Ein weiterer Vorteil ist der meist geringere Preis. Beispielhaft ist hier das in dieser Diplomarbeit verwendete Art*lantis 4.0 von Graphisoft (Hersteller: Abvent).

Zusammenfassend werden die jeweiligen Vor- und Nachteile dargestellt:

• integrierte Renderer
  
  Vorteile:
  - keine weiteren Kosten
  - keine Schnittstellenproblematik
  
  Nachteile:
  - meist eingeschränkte Qualität der gerenderten Bilder
  - häufig geringere Animierungsmöglichkeiten und Exportformate

• Plugin- (aufbauende) Renderer
  
  Vorteile:
  - gewohnte Arbeitsumgebung und somit geringe Einarbeitungszeit
  - keine Schnittstellenproblematik
  
  Nachteile:
  - benötigen immer das "Wirts-" CAD und funktionieren somit nicht eigenständig
  
  
• Eigenständige Programme
  
  Vorteile:
  - können voll eigenständig arbeiten
  - das CAD-Programm muss nicht auf dem gleichen Rechner installiert sein
  
  Nachteile:
  - neue Bedienoberflächen mit entsprechender Einarbeitungszeit
  - Schnittstellenproblematik bei der Übergabe des 3D-Modelles