Es werde Licht

Es werde Licht! 3D-Visualisierung einer Lichtstimmung für den Innenraum des St. Bonifatius Kirchturmes. Bachelorarbeit von Angelika Pawlitschenko 2019.

Rendertechnologien

Im Computergenerated Images (CGI)-Bereich hat sich in den letzten Jahren sehr viel getan. Mathematische Ansätze und numerische Methoden auf immer besseren und komplexeren physikalischen Modellen wurden entwickelt. Matt Pharr, Wenzel Jakob und Greg Humphreys veröffentlichten 2016 ihr Buch Physikally Based Rendering inklusive C++-Code. Dort ist beschrieben, wie Lichteinfall, Lichtstreuung an Oberflächen sowie Reflexion und Brechung für CGIs behandelt werden. Parallel dazu entstanden für 3D-Software prinzipielle neue Renderer, insbesondere mit hohem Anspruch an physikalische Korrektheit: Arnold und V-Ray. Beide erhielten 2017 einen Technical Award (Oscar) für ihre Leistungen. Filme wie Independence Day, San Andreas u.v.a.m. wurden mit V-Ray bzw. Arnold gerendert.

Architekturvisualisierung

Doch nicht nur im Filmgeschäft finden die Renderer Anwendung, auch in der Architekturvisulisierung. Der Grad des Realismus ist bereits so hoch, dass CGI vom Foto kaum noch zu unterscheiden ist. Alles in Allem bietet die moderne Rendertechnologie viele Möglichkeiten. Diese sollten an einem anspruchsvollen Architekturmodell ausgetestet und verifiziert werden.

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Die St. Bonifatius-Kirche in Detmold, 2018 (Foto).

Lichtsimulation

Das hier behandelte Architekturmodell ist ein Teil einer Kirche, mit einem Turm und einem Raum. Der denkmalgeschützte Kirchturm hat farbige Glasfenster und ansonsten nur wenig einfallendendes Sonnenlicht. Dennoch sollte eine stimmungsvolle Atmosphäre mit vorhandenem und künstlichem Licht geschaffen werden. HSD Architekten aus Lemgo betreuten den Bau.

In Angelika Pawlitschenkos Abschlussarbeit lag der Fokus auf der Lichtsimulation im Innenraum. Sie hat eine physikalisch korrekte Simulation angestrebt. Das heißt, dass die Simulation technisch-praktisch mit üblichen Bauelementen umsetzbar ist und dass die Bilder der virtuellen Kamera denen einer „echten“ entsprechen.

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Foto zur Zeit des Baus 2018.
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Simulation des Innenraumes mit dem natürlichen Licht am Nachmittag.
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Simulation des natürlichen Abendlichtes.
pawlitschenko_Archviz_Szene_Tag_fixed_VRayCam003_12-04-2018
Visualisierung der Tageslichtsituation mit zusätzlicher künstlicher Beleuchtung
pawlitschenko_Archviz_Szene_Tag2_VRayCam003_11-26-2018.
Beleuchtungsanalyse der letzten Situation.

Angelika Pawlitschenko arbeitete mit V-Ray und 3ds max und nutzte fast alle Features, die das System bot – Sonnenlichtsystem, Global Illumination, Raytracing oder flächige Lampen mit Geometrien. Die Renderzeiten lagen bei 2-4 Stunden für eine 4k-Auflösung in Abhängigkeit von der verwendeten Hardware.

Angelika Pawlitschenko erstellte Bilder in verschiedenen Perspektiven, hier wird neben der Glasfenster-Simulation nur eine Ansicht – die des Pfarrers – gezeigt.

Ausblick

Die Bearbeitungs- und Renderzeiten sind noch recht lang. Deshalb wird daran gearbeitet, Rendertechnologien wie Raytracing und Global Illumination in Echtzeit-Engines einzubetten.

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