V R (VR) - Entwicklung einer VR-Erfahrung am Beispiel der "Teilerhöfe" in Hannover - Martin Nawaz - OPUS
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V������ R������ (VR) ��� P������������������ �� ��� L��������������������� Entwicklung einer VR-Erfahrung am Beispiel der „Teilerhöfe“ in Hannover Martin Nawaz
Fakultät Agrarwissenschaften und Landschaftsarchitektur
Studiengang Freiraumplanung
Bachelorarbeit
Sommersemester ����
Virtual Reality (VR) als Präsentationsmedium in der Landschaftsarchitektur
Entwicklung einer VR-Erfahrung am Beispiel der
„Teilerhöfe“ in Hannover
Erstprüferin: Dr. Ilona Brückner
Zweitprüferin: Prof. Cornelia Müller
Bearbeiter: Martin Nawaz
Matrikelnummer: ������
Ausgabedatum: ��.��.����
Abgabedatum: ��.��.����
I����������������� Abbildungsverzeichnis II 3.3 Anforderungen an die VR-Erfahrung 22 Danksagung III 3.4 Arbeitsablauf 23 Zusammenfassung / Summary IV 3.5 Geometrie 24-25 1 Einleitung 10 3.6 Beleuchtung 26-27 1.1 Problemstellung 10-11 3.7 Materialität 29-30 1.2 Motivation 11 3.8 Navigation 30 1.3 Zielsetzung 12 3.9 Sound 31 1.4 Vorgehensweise 12 3.10 Vegetation 32-33 2 Grundlagen 13 3.11 Fertigstellung 34 2.1 Virtual Reality 13 4 Ergebnisse 37 2.2 Aktuelle Einsatzbereiche von VREs 14 4.1 Beschreibung der VR-Erfahrung 37-39 2.3 Einsatz von VREs in der Landschaftsarchitektur 15 5 Diskussion 40 2.4 Verwendete Software 16 5.1 Aufwand 40 3 VR-Erfahrung „Teilerhöfe“ 18 5.2 Potenziale von VREs in der Landschaftsarchitektur 41 3.1 Projektbeschreibung 19 5.3 Grenzen von VREs in der Landschaftsarchitektur 43 3.2 Entwurfsanalyse 20-21 5.4 BIM und VR 44
5.5 Grenzen dieser Arbeit 43 5.6 Möglichkeiten zum weiteren Vorgehen 44 5.7 Ausblick 44 6 Fazit 46 Anlagen 48 Quellenverzeichnis 49 Literaturverzeichnis 50-52 Selbstständigkeitserklärung 53
A��������������������
Abb. 1: Abstrahierter Lageplan Abb. 16. Zugewiesene Materialien in UE
Abb. 2: Mögliche Sonnenstände am 18. Juni Abb. 17: Materialsphäre, sowie Texturen des Betondachsteins
Abb. 3: Intensives Bearbeitungsgebiet Abb. 18: Materialsphäre, sowie Texturen des Anthrazit-Betons
Abb. 4: Bebaute Fläche Abb. 19: Materialzuweisung in Blender
Abb. 5: Vegetationsflächen (Gelb) und versiegelte /bedeckte Flächen Abb. 20: Transluzentes Laubmaterial
(Blau)
Abb. 21: Optimierungsanzeige der Materialkomplexität
Abb. 6: Gehölzstandorte
Abb. 22: Controller mit aktivem Teleport-Zielobjekt
Abb. 7: Oculus Rift S, Headset und Controller
Abb. 23: Inakkurates NavMesh
Abb. 8: Übersicht der modellierten Geometrie in Blender
Abb. 24: Korrektes NavMesh
Abb. 9: Topologie eines Wohngebäudes, ca. 13.500 Geometrie-
Dreiecke Abb. 25: Position und Radius der räumlichen Soundquellen
Abb. 10: Geometrie einer Sitzbank, 416 Geometrie-Dreiecke Abb. 26: Gehölze mit geringer Qualität
Abb. 11: Aufteilung der Flächen in Blender Abb. 27: Gehölze mit hoher Qualität
Abb. 12: Ergebnis des Light-Baking, 18. Juni 18:30 Abb. 28. Grob und teilweise lückenhaft wirkende Rasenfläche
Abb. 13: Übersicht des Schattenwurfs, 18. Juni 18:30 Abb. 29: Mischung niedriger und hoher Modellqualität
Abb. 14: Verwendung statischer Beleuchtung Abb. 30: Dicht wirkende Blühwiese
Abb. 15: Verwendung dynamischer Beleuchtung Abb. 31: Analyse der Grafikkarten-Auslastung
II
Abb. 32: Schattenfehler durch Lightmap Abb. 33: Bloom-Effekt durch Nachbearbeitung Abb. 34: Zuwegung der Wohngebäude Abb. 35: Perspektive Standort 1 Abb. 36: Übersicht der Kamerastandorte Abb. 37: Perspektive Standort 2 Abb. 38: Perspektive Standort 3 Abb. 39: Perspektive Standort 4 Abb. 40: Perspektive Standort 5
D��������� An erster Stelle möchte ich Dr. Ilona Brückner und Prof. Cornelia Müller für die Betreuung und Prüfung dieser Arbeit danken. Des Weiteren gilt mein Dank dem Team von chora blau für die Unterstützung bei der Suche nach einem geeigneten Beispielprojekt, sowie dem Unternehmen Gundlach Bau für die Möglichkeit das Projekt „Teilerhöfe“ verwenden zu dürfen. Johannes Brinkmann, Lennart Harmeling und Manou Ney danke ich für das wertvolle Feedback während der Erstellung der VR-Erfahrung. Für das finale Korrekturlesen bedanke ich mich bei Adrian Joswig, Johannes Koch und Dennis Homann. III 8
Z��������������
Durch die Verbreitung von VR und den möglichen Potenzialen für die Landschaftsarchitektur,
gewinnt die Auseinandersetzung mit der Verwendung als Präsentationsmedium an Relevanz.
Aufgrund der geringen Anzahl an Fallstudien zu dieser Thematik, war es das Ziel dieser Arbeit, eine
vollständige und praxisnahe VR-Erfahrung anhand eines Beispielprojekts zu erstellen. Hierfür wurde
das Wohnbauprojekt „Teilerhöfe“ in Hannover ausgewählt.
Im Rahmen der Arbeit konnte ein Arbeitsablauf für die Erstellung einer VR-Erfahrung aufgestellt und
erfolgreich durchgeführt werden. Das Ergebnis bildet eine auf der Unreal Engine basierende virtuelle
Echtzeit-Umgebung, die durch ein VR-Headset erkundet werden kann. Trotz einiger notwendiger
Kompromisse konnten alle Inhalte des Entwurfs angemessen dargestellt werden. Auf dieser Basis
werden mögliche Potenziale und Grenzen für den Einsatz in der Landschaftsarchitektur diskutiert.
Hieraus resultiert die Erkenntnis, das VREs einen erheblichen Mehrwert bieten können, aber mit
Bedacht eingesetzt werden sollten.
S������
The relevance of the examination of VR as a medium for presentation grows due to the spread of
VR in general and the correlating potentials for the landscape architectural profession. The lack of
case studies related to this topic motivated the creation of this paper. The goal was to create a
complete VR-Experience, based on a real example project. For this purpose, the residential building
project “Teilerhoefe” in Hannover was selected.
A workflow for the creation of a VR-Experience was created and successfully executed. The result
is an Unreal Engine-based virtual, realtime Environment, that can be explored by using a VR-
Headset. The contents of the design could be represented appropriately, despite some necessary
compromises. The possible potentials and limits of the use of VR-Experiences in the context of
landscape architecture were discussed, based on the previous work. This resulted in the finding, that
VR-Experiences could offer a significant value, but should be used in reasonable ways.
IV
9
1 E��������� K������ Ü���������� Durch die steigende Verbreitung von VR in verschiedenen Disziplinen, erweitert sich auch das Feld der potenziellen Einsatzbereiche. VR ist ein Werkzeug, das es ermöglicht glaubhafte Umgebungen zu erstellen, die es erlauben Entscheidungen über Realitäten zu treffen, die in dieser Form noch nicht existieren (Berg und Vance 2017, S. 13). Auch in der Landschaftsarchitektur ergeben sich immer mehr mögliche Szenarien, in denen die Nutzung von VR denkbar ist. Diese reichen von bereits konkreten Anwendungsmethoden bis hin zu Zukunftsvisionen. Insbesondere die Relevanz von interdisziplinärer, digitaler Zusammenarbeit und Kommunikation wird in der Landschaftsarchitektur immer größer (Fricker 2017, S. 3). An dieser Stelle ist VR durch die Möglichkeit, dass NutzerInnen sich so fühlen und so verhalten als wären sie tatsächlich in der VR-Umgebung (Larsson et al. 2007) besonders wertvoll. VR kann immersive und interaktive Räume bieten, die dabei helfen können, die Auswirkungen von Veränderungen in der realen Umgebung zu verstehen (Fricker 2017, S. 4). Hier stellt sich die Frage, wie genau diese immersiven, virtuellen Umgebungen im Kontext der Landschaftsarchitektur erstellt und verwendet werden können. 1.1 P�������������� Zum praktischen Einsatz von VREs in der Landschaftsarchitektur sind nur wenige Fallstudien dokumentiert oder verfügbar, weshalb es an Grundlagen für eine fundierte Diskussion mangelt. Außerdem ist bei bereits vorhandenen Auseinandersetzungen nicht immer eindeutig definiert, wie der Begriff VR verstanden wird, was die Zuverlässigkeit der Ergebnisse beeinträchtigt. Mit der Verbreitung von speziell auf die Architektur ausgelegter VR-Software ist eine schnellere Integration von VR in bestehende Arbeitsabläufe möglich. 10
1.1 P��������������
���������� K������
Jedoch besteht hierbei das Risiko, dass durch vereinfachte und wenig anpassbare
Software, die gleichzeitig viele Vorlagen bietet, die Auseinandersetzung mit dem Medium
VR nur sehr oberflächlich stattfindet. Hierdurch wird zudem der Austausch mit anderen
Branchen, die bereits mit dem Einsatz von VREs vertraut sind, erschwert, da die
verschiedenen Konzepte und Erkenntnisse nicht oder nur eingeschränkt in die stark
spezialisierte Software der Architektur übertragbar sind.
1.2 M���������
Die Möglichkeit, Entwürfe räumlich und in Echtzeit zu erleben, bietet großes Potenzial für
die intuitive Vermittlung von Informationen an Projektbeteiligte, Bauherren und
Interessenten. Barrieren, die mit dem Lesen und Verstehen von Plänen verbunden sind,
könnten durch den Einsatz von VR verringert werden, um die Inhalte einer größeren
Bandbreite von Interessierten zugänglich zu machen. Aktuell werden hierfür häufig
gerenderte Visualisierungen als Einzelbilder oder Animationen verwendet, die allerdings
auf Misstrauen stoßen können, da der Bildausschnitt bereits festgelegt ist. Was sich
außerhalb des Bildes befindet und welche Entwurfselemente mit Absicht verdeckt werden,
ist für Fachfremde häufig nicht ersichtlich. Die interaktive Natur von VR lässt die räumliche
Erkundung eines Entwurfes zu, wobei es den NutzerInnen überlassen ist, wie kritisch die
verschiedenen Elemente des Entwurfs betrachtet werden. Auf diesem Wege könnte ein
größeres Vertrauen in einen guten Entwurf erzielt werden, ebenso wären Mängel und
Unstimmigkeiten in einem schlechten Entwurf auch durch fachfremde Nutzer zu erkennen.
Um die zuvor erwähnten Potenziale bieten zu können, sollte eine VRE, die für die
Präsentation verwendet wird, bestimmte Anforderungen erfüllen. Neben der korrekten
Darstellung der Entwurfsinhalte, gehört hierzu auch die Berücksichtigung der
Nutzererfahrung.
111.3 Z���������� Das Ergebnis der Arbeit soll eine VR-Erfahrung (VRE) sein, die die Inhalte und den Charakter des beispielhaften Entwurfs kommuniziert. Zweck dieser VRE ist es, eine valide Grundlage zu schaffen, um den Einsatz von VREs als Präsentations- und Kommunikationsmedium für landschaftsarchitektonische Entwürfe diskutieren zu können. Die Dokumentation des Arbeitsablaufs soll es zudem ermöglichen, aktuelle Potenziale und Grenzen bei der Erstellung einer VRE für die Landschaftsarchitektur zu identifizieren und zu diskutieren. 1.4 V������������� Zunächst wird in den Grundlagen der Begriff Virtual Reality anhand der Literatur definiert. Im Anschluss werden aktuelle Einsatzbereiche von VREs im Allgemeinen und in Bezug auf die Landschaftsarchitektur aufgezeigt. Den Abschluss der Grundlagen bildet ein Überblick der verwendeten Software. Im Hauptteil, der Erstellung der VRE, wird zu Beginn das Beispielprojekt beschrieben und analysiert, sowie sich daraus ergebende Anforderungen definiert. Es folgt eine Beschreibung des Arbeitsablaufs bis zur Fertigstellung der VRE. Das Ergebnis bildet eine vollständige VRE des Beispielprojektes. Anhand des Arbeitsablaufs und der Ergebnisse werden verschiedene Aspekte der VRE im Kontext der Verwendung in der Landschaftsarchitektur diskutiert und Potenziale und Grenzen aufgezeigt. 12
2 G���������
Die hier dargestellten Grundlagen, bilden eine für die Einordnung Auf der Basis von Sørakers (2011) Definitionen, wird die VRE im
dieser Arbeit notwendige Ergänzung zur geleisteten Vorarbeit im Rahmen dieser Arbeit als interaktive, computer-simulierte Umgebung
Rahmen der Arbeit „Einflussfaktoren auf die Nutzererfahrung bei der verstanden, in der die NutzerInnen aus einem egozentrischen
Erkundung von Umgebungen in Virtual Reality“ (Nawaz 2020). Blickpunkt agieren. Die Informationen des Entwurfs sind innerhalb der
VRE verfügbar, wobei die NutzerInnen selbst entscheiden können,
Zur Einordnung dieser Arbeit wird ein Überblick über den aktuellen welche Information wann und wie abgerufen werden soll (Søraker
Einsatz von VREs, sowohl allgemein als auch speziell in der 2011, S. 5). Dies bedeutet, dass nicht vorgegeben wird, in welcher
Landschaftsarchitektur gegeben. Darauf folgt eine Beschreibung der Reihenfolge die Bereiche des Projektgebiets betrachtet werden
verwendeten Programme und deren Verwendung innerhalb des müssen und wieviel Zeit dafür zur Verfügung steht.
Arbeitsablaufs.
Ein weiterer Aspekt, der häufig bei der Verwendung des Begriffs VR
außen vor gelassen wird, ist die Unterscheidung zwischen virtuellen
2.1 V������ R������ Umgebungen, die in Echtzeit berechnet werden und im Voraus
gerenderten, stereoskopischen 360-Grad Panoramen. Da die
Interaktivität bei Panoramen nur begrenzt gegeben ist und auch die
Der Begriff VR wird in unterschiedlichen Kontexten mit voneinander Simulation minimal ist, wird im Folgenden die Art des VRE Inhalts auf
abweichenden Definitionen versehen. in Echtzeit gerenderte Umgebungen begrenzt.
So ist VR laut Girvan ein technisches System, durch das Nutzer
virtuelle Umgebungen erleben können (Girvan 2018, S. 1098). Hier
wird der Fokus klar auf die Hardware gelegt. Portman hingegen
bezeichnet VR als eine Art von Visualisierungstechnik (Portman et al.
2015, S. 376). Laut Søraker (2011, S. 22) kann eine virtuelle Realität
als interaktive, computer-simulierte Umgebung beschrieben werden,
die aus dem First person view erlebt wird. An dieser Stelle wird der
Fokus entgegen Girvans Definition auf den Inhalt und nicht die
Hardware gelegt.
132.2 A������� E�������������� ��� VRE�
Im Folgenden werden einige Beispiele für den aktuellen Einsatz von In der Psychologie und der Therapie wird VR eingesetzt, um
VREs in den verschiedensten Bereichen gegeben, um die Bandbreite PatientInnen innerhalb einer virtuellen Umgebung bestimmten
der Verwendungsmöglichkeiten aufzuzeigen. sensorischen Einflüssen auszusetzen, beispielsweise durch negativ
behaftete, virtuelle Umgebungen bei der Behandlung von
Unter anderem in der Automobil- und Luftfahrtindustrie, werden VREs Angststörungen (Rizzo und Bouchard 2019, S. 19).
für das Testen von Sichtbeziehungen während der Entwicklung
verwendet. Besonders das schnelle ausprobieren von VR wird zu Lehr- und Ausbildungszwecken eingesetzt, besonders für
Designalternativen wird hier als Vorteil hervorgehoben (Berg und Szenarien die potenziell riskant sind oder eine sehr realistische
Vance 2017, S. 6). Auch bei der Planung von Räumen oder Lernumgebung benötigen (Kavanagh et al. 2017, S. 109).
Fahrzeuginterieurs kann VR als Werkzeug eingesetzt werden. Die
Positionierung von Elementen innerhalb der Räume wird durch VREs
getestet und mit Projektbeteiligten kommuniziert. Die Visualisierung
von Datensätzen kann ebenfalls durch VR unterstützt werden. Beim
Vergleich von Lidardatensätzen waren Veränderungen der
Landschaft visuell einfacher wahrzunehmen (Berg und Vance 2017,
S. 8 f.).
In der Videospielindustrie werden VREs verwendet, um ein breites
Spektrum unterschiedlicher Produkte zu erschaffen. Besonders hebt
sich Half Life Alyx hervor, dass Potenziale bei der visuellen Qualität,
der Art der Interaktion und dem Einsatz von immersiver Architektur
aufzeigt (Lane 2020). Die Tiefe der räumlichen Gestaltung wird in
einem Videobeitrag von Kent (2020) deutlich und lässt Rückschlüsse
auf die Verknüpfung zwischen dem Einsatz von VREs in Videospielen
und in der Architektur zu.
142.3 E������ ��� VRE� �� ��� L���������������������
Im Folgenden wird auf bereits durchgeführte Anwendungen von VREs Umgebung der Stadt Strausberg zu präsentieren. Hierbei wurde eine
in einem landschaftsarchitektonischen Kontext eingegangen. Hierbei mithilfe der Unreal Engine erstellte VRE eingesetzt.
werden die verschiedenen Ansätze dargestellt, um die vorliegende
Arbeit besser einordnen zu können. Die Meinung der Beteiligten wurde abgefragt, wobei das Fehlen einer
Option zur direkten Darstellung von spontanen Ideen kritisiert wurde.
Bei der Durchführung einer Fallstudie im Rahmen seiner Masterarbeit Insgesamt wurde die VRE jedoch positiv angenommen (Herwig und
setzt Lombardo (2018) VR ein, um ein laufendes Projekt aus der Paar 2014, S. 8) Die genauen Angaben zur Art der VRE und deren
Praxis zu visualisieren. Hierbei wurde jedoch keine virtuelle Echtzeit- Eigenschaften sind jedoch lückenhaft.
Umgebung erstellt, die in VR begehbar ist, sondern 360 Grad
Panoramen in Bildformat. Die Vergleichbarkeit mit der vorliegenden Im Rahmen einer Fallstudie zur Umgestaltung eines Straßenbereichs
Arbeit ist deshalb nur begrenzt gegeben. Nach der anschließenden und anliegender Gebäude, wurde mithilfe von Photogrammetrie eine
Durchführung einer Umfrage, kommt Lombardo zu dem Schluss, VRE erstellt, die gleichzeitig auch für den Einsatz in einer Augmented
dass VR eine Rolle als Werkzeug im Entwurfsprozess und als Reality Anwendung genutzt wurde. Auf dieser Basis wurden die
Präsentationsmedium einnehmen kann (Lombardo 2018, S. 74). Da geplanten Änderungen mit dem Bauherren kommuniziert (Fukuda et
Lombardo nicht zwischen VR-Panorama und vollständiger VRE al. 2017, S. 74).
differenziert, ist diese Schlussfolgerung nicht generell auf alle Aspekte
von VR übertragbar. Außerdem wurden die VR-Panoramen mithilfe Als weitere Fallstudie wurde ein kleines Entwurfsprojekt zusammen
von Smartphone basierten HMDs (Google Cardboard und GearVR) mit Studierenden bearbeitet und VREs erstellt. Hierbei wurden das
präsentiert, wodurch die Wahrnehmung und visuelle Qualität nur einfachere Verständnis komplexer Situationen, eine effizientere
begrenzt auf die Potenziale bei der Nutzung hochwertigerer HMDs Entscheidungsfindung und eine verbesserte Orientierung und
schließen lässt. Navigation als Vorteile identifiziert. Als Nachteil wurde ein
verlangsamter Arbeitsprozess genannt, jedoch konnte nicht ermittelt
Ein experimenteller Workshop mit Bürgerbeteiligung wurde werden, ob dies auf eine mangelnde Vertrautheit mit der Software
durchgeführt, um landschaftsplanerische Veränderungen in der zurückzuführen war (HIll 2019, S. 50).
152.4 V��������� S������� Das Hauptwerkzeug bei der Erstellung der VRE bildet die Spiele- Für die Erstellung und Anpassung von Physically-Based-Rendering Engine. Spiele-Engines sind Software-Lösungen, die in erster Linie (PBR)-Texturen wird das kostenfreie Quixel Mixer 2020.1.3 (Quixel, die Entwicklung von Videospielen ermöglichen, aber auch für 2020) verwendet. Bei der Nutzung in Kombination mit der UE wird alternative Zwecke verwendet werden können. Hierzu gehört außerdem der unbegrenzte Zugang zu den Megascan Asset- und beispielsweise das Erstellen von Animationen und Visualisierungen, Texturbibliotheken gewährt (Quixel, 2019). Alternativ ist die Nutzung sowie der Einsatz in der Filmproduktion (Crecente, 2020). Die von Substance Designer oder ähnlichen Programmen möglich. grundlegenden Funktionen, die geboten werden, umfassen eine Render-Engine, die Verarbeitung von Eingaben durch die Nutzer und das technische Grundgerüst, auf dem die zu erstellende Anwendung basiert (Andrade 2015, S. 2). Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Unreal Engine 4.25 (UE) des Unternehmens Epic Games ausgewählt. Im Vergleich zu den Alternativen, bietet die UE mehr Möglichkeiten, um mit weniger Aufwand eine am Realismus orientierte grafische Darstellung zu erzielen (Andrade 2015, S. 3). Dabei ist für die UE eine Vielzahl von Tutorials zu freien Verfügung vorhanden. Im Kontext der Erstellung einer VRE für die Präsentation greift die Creator License von Epic Games. Diese erlaubt die kostenlose Verwendung für interne Projekte oder nicht-kommerzielle Projekte, lineare Inhalte (z. B. Animationen, Videos) und auf Kunden angepasste Projekte (Epic Games, EULA Creators, 2020). Als Alternative ist primär die Unity-Engine (Unity Technologies, 2020) zu nennen, die einen ähnlichen Arbeitsablauf und damit vergleichbare Ergebnisse bietet. Als externes 3D-Softwarepaket wird Blender 2.83 (Blender Foundation, 2020) verwendet, welches kostenfrei unter der GNU General Public License verfügbar ist. Alternativ können gleichwertige Programme wie beispielsweise 3D Studio Max oder Maya verwendet werden. 16
17
3 VR-E�������� „T���������“ Den Kern dieser Arbeit bildet die Erstellung einer beispielhaften VRE anhand eines Projekts aus der Praxis. Die Wahl eines realen Projekts dient der Validierung der Resultate und des Arbeitsablaufs. Da auf Basis der tatsächlichen Planungsunterlagen und Vorgaben gearbeitet wurde und das gewählte Projekt eine ausreichende Bandbreite an architektonischen und landschaftsarchitektonischen Entwurfselementen beinhaltet, sind die Bedingungen für ein aussagekräftiges Ergebnis gegeben. Die VRE wird in Hinblick auf die Verwendung als Präsentationsmedium erstellt, das der Kommunikation mit Bauherren oder anderweitigen Projektbeteiligten dienen soll und richtet sich nach dem allgemeinen Detaillierungsgrad einer Entwurfsplanung. 18
3.1 P������������������
Bei dem als Fallstudie ausgewählten Projekt „Teilerhöfe“ in Hannover,
handelt es sich um ein innovatives Wohnbauprojekt, welches 2019
fertig gestellt wurde. Zwei ehemalige Hofgebäude, die in Anlehnung
an ihre ursprüngliche Form wiederhergestellt wurden, sind in einer L-
Form angeordnet und geben damit die Ausrichtung der Neubauten
zueinander vor. Von den 10 neu errichteten Gebäuden sind jeweils
zwei durch einen Laubengang verbunden und bilden zusammen mit
separaten Lagerräumen, Holzdecks und Sitzmauern fünf
halböffentliche Hofsituationen.
Der Charakter des Quartiers soll an ein kleines Dorf erinnern, das
durch gemeinschaftlichen Mehrgenerationen-Wohnraum geprägt ist.
Die Fläche der einzelnen Wohneinheiten wurde auf ein Mindestmaß
reduziert und wird durch Gemeinschaftsräume mit unterschiedlichen
Funktionen ergänzt. Der Freiraum wird durch die Übergänge
zwischen öffentlichen, halböffentlichen und privaten Raumkategorien, Abb. �: Abstrahierter Lageplan
sowie dem Wechsel der jeweiligen Funktionen bestimmt. Auf relativ
geringer Fläche entstehen so eng verzahnte, aber dennoch
abwechslungsreiche Raumsituationen.
Die Merkmale des Projektes bilden zusammen gute Bauherr: Gundlach Bau
Voraussetzungen, um eine VRE zu erstellen, die einen
ausreichenden Querschnitt durch verschiedene Entwurfs- und Außenanlagen: chora blau Landschaftsarchitektur
Raumelemente bietet, wodurch eine valide Diskussionsgrundlage Neubau: AllesWirdGut Architekten + laser Architekten
entstehen kann. Hierunter fallen außerdem die Größe des
Projektgebiets, die Bandbreite der verwendeten Materialien, sowie Bestand: N�M Archtitektur
die Tatsache, dass es sich um ein bereits gebautes Projekt handelt
und die räumlichen Verhältnisse zwischen VR und Realität verglichen
werden können.
193.2 E��������������
Die Analyse des Entwurfs in Hinblick auf die zu erstellende VRE dient als Grundlage, um
den Arbeitsablauf zu planen und mögliche Problematiken abschätzen zu können. Als erster
Schritt wird die intensive Bearbeitungszone definiert. Innerhalb dieses Bereichs wird mit
einem hohen Detaillierungsgrad gearbeitet, außerhalb davon sind Objekte und Texturen in
der Qualität reduziert, um Ressourcen einzusparen. Da bei dem Beispielprojekt eine
umlaufende Einfriedung gegeben ist, kann diese zusammen mit dem Übergang zum
Straßenraum als Grenze der intensiven Bearbeitungszone dienen (siehe Abb. 3).
Die eingegrenzte Grundfläche wird nach der jeweiligen Flächennutzung in bebaute Fläche,
versiegelte oder bedeckte Fläche und Vegetationsfläche aufgeteilt. Diese Aufteilung dient
der Einschätzung der Verteilung von mehr oder weniger rechenintensiven Bereichen. Bei Abb. �: Intensives Bearbeitungsgebiet
der bebauten und der versiegelten/bedeckten Fläche, ist keine hohe Polygonanzahl zu
erwarten, während bei den Vegetationsflächen eine sehr hohe Anzahl wahrscheinlich ist.
Die bebaute Fläche (siehe Abb. 4) wird in sechs Gebäudegruppen unterteilt, von denen
zwei beinahe identisch sind, woraus sich fünf zu erstellende Gebäudegruppen ergeben, die
jeweils in einer eigenen Datei erstellt werden. Aufgrund der sehr geometrischen Formen der
Architektur, ist die Komplexität der Modellierung als simpel einzustufen.
Abb. �: Bebaute Fläche
Übersicht der möglichen Sonnenstände
Sonnenphase (�:��-��:��)
Sonnenauf- und untergangsphasen
Abb. �: Mögliche Sonnenstände am ��. Juni Abb. �: Vegetationsflächen (Gelb) und versiegelte /
bedeckte Flächen (Blau)
203.2 E��������������
geringeren Pflanzdichte versehen werden müssen. Die
Positionierung der Gehölze ist überwiegend locker (siehe Abb. 6), nur
in den Randbereichen und außerhalb der intensiven
Bearbeitungszone steigt die Dichte. Anhand ihrer Nähe zu potenziell
begehbaren Flächen, können die Gehölze in ihrer Modellqualität
abgestuft werden, insbesondere die Gehölze in Randbereichen.
In der Umgebung des Projektgebiets sind in erster Linie
zweigeschossige Wohngebäude, Bäume und Strauch- und
Heckenpflanzungen verteilt. Auf der Basis von Daten von suncalc.org
(2020), wurden mögliche Sonnenstände ermittelt (siehe Abb. 2). Als
Datum wurde der 18. Juni ausgewählt, da aufgrund der langen
Sonnenphase und des geringeren Schattenwurfs geeignete
Lichtstimmungen zu erwarten sind.
Abb. �: Gehölzstandorte
Bei der Geometrie der Flächen im Außenbereich ist wegen der
überwiegend ebenen Topografie und den geraden Verläufen der
Einfassung (siehe Abb. 5) ebenfalls von einer geringen
Geometriekomplexität auszugehen. Hier liegt der zu erwartende
Aufwand bei der Erstellung der UV-Maps, um die Belagsverbände,
Entwässerungsrinnen und Einfassungen korrekt abzubilden.
Die Vegetationsflächen sind in überschaubare Einzelflächen unterteilt
(siehe Abb. 5) und können entsprechend der jeweiligen Bepflanzung
als einzelne Objekte angelegt werden. Der Großteil besteht aus
Rasen- und Blühwiesenflächen, sowie kleineren-, krautigen
Mischpflanzungen. Im rückwärtigen Bereich der südlichen
Wohngebäude befinden sich großflächige, zusammenhängende
Vegetationsflächen, die gegebenenfalls weiter unterteilt oder mit einer
213.3 A������������ �� ��� VR-E��������
Bei der Definition der Anforderungen, die durch die jeweils zu Unsichtbare Begrenzungen innerhalb der intensiven
erstellende VRE erfüllt werden sollen, ist zunächst einzugrenzen was Bearbeitungszone könnten zu einem Verlust des Presence-Gefühls
innerhalb der VRE vermittelt und gezeigt werden soll. Die Aspekte des führen.
jeweiligen Projekts sollten in Zusammenhang mit dem Konzept der
Nutzererfahrung in VR betrachtet werden, um ein möglichst Die Performance hat immer Priorität vor der grafischen Qualität. Bei
umfassendes Spektrum an Anforderungen definieren zu können. dem HMD „Oculus Rift S“ (siehe Abb. 7), auf das die VRE
Diese Anforderungen können bei der Erstellung der VRE als Leitfaden ausgerichtet ist, wird eine konstante Bildwiederholrate von 80 Bildern
oder Checkliste dienen, um das volle Potenzial des Mediums pro Sekunde benötigt. Ansonsten kann es zu einer ruckelnden
auszuschöpfen. Anzeige und Symptomen der Cybersickness kommen. Als Maßstab
wird eine maximale Berechnungszeit von 11 ms festgesetzt, die zu
Die verschiedenen Elemente des Entwurfs müssen auf eine Weise keinem Zeitpunkt überschritten werden sollte. Über die internen
dargestellt werden, die nicht nur korrekt ist, sondern auch den Optimierungswerkzeuge kann dieser Wert jederzeit überprüft werden.
Charakter des Entwurfs vermittelt. Der Detailgrad und grafische
Realismus sollte ausreichen, um die virtuelle Umgebung als plausibel
erscheinen zu lassen und die Beurteilung des Entwurfs zu
ermöglichen. Dieser Detailgrad kann sich nach der Planungsphase,
dem verfügbaren Zeitrahmen oder den technischen Möglichkeiten
richten und sollte vor Beginn der Erstellung klar festgelegt sein, um
ein konsistentes und den Ansprüchen genügendes Ergebnis zu
erzielen.
Der Entwurfscharakter und die zu erwartende Atmosphäre des fertig
gestellten Projekts sollte angemessen kommuniziert werden, ohne
dabei Inhalte zu verfälschen oder beschönigen. Innerhalb der VRE
sollten keine Elemente vorhanden sein, die nicht geplant oder nach
der Fertigstellung nicht zu erwarten sind. Deshalb beschränken sich
die Maßnahmen zur Leitung der NutzerInnen auf
Kompositionselemente und Techniken, die entweder bereits Teil des
Entwurfs sind oder innerhalb des realen Projektgebiets möglich
wären. Es sollte keine direkte Einflussnahme auf die Art und Weise, Abb. �: Oculus Rift S, Headset und Controller
wie die virtuelle Umgebung erkundet wird, erkennbar sein.
223.4 A������������
Aufgrund fehlender Erfahrung ist der in dieser Arbeit beschriebene Ablauf nicht auf große
Effizienz oder Zeitersparnis ausgerichtet, sondern auf das Erproben verschiedener
Herangehensweisen bei möglichst geringer Fehleranfälligkeit. Die Reihenfolge der
Arbeitsschritte richtet sich nach dem Zeitpunkt der jeweiligen Implementierung. Diese
stringente Trennung ist in den späten Phasen der Erstellung jedoch nicht mehr gegeben,
da verschiedene Elemente in Abhängigkeit zueinander angepasst werden mussten.
Während der Erstellung der VRE wurden einige Grundprinzipien angewandt, um einen
möglichst reibungslosen Ablauf zu gewährleisten. An erster Stelle stand hierbei das
schrittweise einfügen neuer Elemente und Funktionen in einer separaten Szene. Auf diese
Weise wird die primäre Szene stets funktionsfähig und performant gehalten. Sobald
sichergestellt war, dass durch ein neues Element keine Fehler auftreten, wurde es in die
primäre Szene geladen und weitere Elemente desselben Typs konnten ergänzt werden.
Weitere Maßnahmen waren die Priorisierung von Performance und Skalierbarkeit vor der
grafischen Qualität. Außerdem wurden täglich und vor der Implementierung neuer
Funktionen Backups erstellt, um die Auswirkungen nicht identifizierbarer Fehlerquellen
einzudämmen. Die Performance der VRE wurde in regelmäßigen Abständen unter
Zuhilfenahme der verfügbaren Optimierungsanzeigen überprüft. Generell wurde von groß-
zu kleinteilig und von einfach zu komplex gearbeitet. Hierdurch wird sichergestellt, dass
keine Zeit mit Details verbracht wird, die nach dem Einfügen größerer Elemente
gegebenenfalls nicht mehr sichtbar sind. Für den effizienten Austausch zwischen den
verschiedenen Programmen und der Reduzierung des manuellen Arbeitsaufwands, ist die
eindeutige Benennung und Organisation der verschiedenen Elemente essenziell.
In der nachfolgenden Beschreibung der einzelnen Arbeitsschritte wird die grundsätzliche
Herangehensweise dargestellt, sowie auf Besonderheiten bei der Erstellung einer VRE im
Kontext der Landschaftsarchitektur hingewiesen. Detaillierte Arbeitsschritte können anhand
der beschriebenen Vorgehensweise abgeleitet und mithilfe der jeweiligen Software-
Dokumentation recherchiert werden.
233.5 G��������
Im Folgenden wird der Prozess der Modellierung und Vorbereitung
der Geometrie in Blender beschrieben, um diese in die UE
importieren zu können. Zunächst wurden Objekte aus verschiedenen
Kategorien modelliert, darunter ein Gebäude, Pflaster- und
Vegetationsflächen verschiedener Größe, sowie einige
Ausstattungselemente. Anhand dieser Testobjekte wurden die
Arbeitsschritte, die bis zum Export nötig sind, mehrfach durchgeführt,
bis das gewünschte Ergebnis erreicht wurde. Als Grundlage diente
ein Ausführungsplan der Außenanlagen und Grundrisse, Schnitte und
Ansichten des Hochbaus.
Während der Versuche mit der Testgeometrie wurde festgestellt, dass
sehr große, zusammenhängende Objekte (z. B. langgezogene Wege)
bei der Generierung von Lightmaps innerhalb der UE zu einer
schlechten Schattenqualität führen können. Sehr kleine Objekte, die
Teil eines Elements sind (z.B. Bretter einer Bank) wirken sich Abb. �: Übersicht der modellierten Geometrie in Blender
gegebenenfalls negativ auf die Performance aus. Im weiteren
Arbeitsverlauf wurde die Geometrie dementsprechend aufgeteilt oder
zusammengesetzt (siehe Abb. 11). Um weitere Schattierungsfehler zu
vermeiden, sollte die Geometrie möglichst aus drei- oder viereckigen
Polygonen bestehen (siehe Abb. 9). Bei der Modellierung wurden alle
Details, die für die angemessene Darstellung der Entwurfsinhalte
nicht unbedingt nötig waren, ignoriert. Bei den Hofgebäuden wurde
auf vorhandene Klinkerornamente verzichtet, da diese im Rahmen
dieser Arbeit einen zu hohen Aufwand bedeutet hätten.
Nach der Erstellung der jeweiligen Objekt-Geometrie mithilfe üblicher
Polygon-Modellierung, wurde die Polygonanzahl möglichst reduziert,
die Topologie bereinigt, sowie Normals und Skalierung überprüft.
Daraufhin wurde ein Platzhalter-Material zugewiesen, auf dessen
Basis UV-Maps mit der korrekten Skalierung erstellt wurden.
Abb. �: Topologie eines Wohngebäudes, ca. ��.��� Geometrie-Dreiecke
243.5 G��������
Vor dem Export wurden die Objekte eindeutigen Kategorien
zugewiesen und dem Material oder Objekttyp entsprechend benannt
(z. B. Betonsteinplatten_40x60_05). Der Export erfolgte über das
FBX-Format, da hierbei die Materialzuweisung erhalten bleibt und
generell eine hohe Kompatibilität zur UE besteht.
Nachdem die gesamte Geometrie vorbereitet war (siehe Abb. 8),
wurde sie kategorieweise in einzelnen FBX-Dateien exportiert, um
einen potenziellen, späteren Neu-Export zu erleichtern. Der
Austausch zwischen externer 3D-Software und UE war während des
gesamten Arbeitsprozesses verlustfrei möglich. Während des Imports
in die UE wurden Kollisionsvolumen generiert und für komplexe
Objekte automatische Levels of Detail (LOD). Zuletzt wurde mithilfe
des Lightmap-Dichte-Optimierungswerkzeugs überprüft, ob die
objektspezifische Auflösung der Lightmap-Textur der Größe des
Objekts entspricht, um einen verschwommenen Schattenwurf zu Abb. ��: Aufteilung der Flächen in Blender
vermeiden.
Abb. ��: Geometrie einer Sitzbank, ��� Geometrie-Dreiecke
253.6 B����������
Die Beleuchtung der Szene in der UE wurde mithilfe des Sun-and- wird während der Erstellung der VRE generiert und auf Lightmap-
Sky-Elements umgesetzt. Hierbei handelt es sich um eine direkte Texturen gespeichert. Hierdurch entfällt die Berechnung des Lichts
Lichtquelle, die mit einer sekundären, indirekten Lichtquelle bei laufender VRE. Je nach Auflösung der Lightmaps, die für jedes
kombiniert wird, um so die Sonne und den Himmel zu simulieren (Epic individuelle Objekt erstellt (siehe 3.5 Geometrie) und berechnet
Games, 2020. Sun and Sky Actor). Anhand der möglichen werden müssen, sowie der Größe und Komplexität der Szene, kann
Sonnenstände, die in der Entwurfsanalyse ermittelt wurden, konnten die statische Beleuchtung ab einer gewissen Schwelle ineffizient
verschiedene Lichtstimmungen getestet werden. Das Sun-and-Sky- werden. Bei dem hier behandelten Beispiel konnten die Berechnung
Element ermöglicht die Eingabe des Längen- und Breitengrads des der Lightmaps, das sogenannte Lightbaking, innerhalb von 45
gewünschten Datums und der Uhrzeit. Auf dieser Basis wurde der 18. Minuten durchgeführt werden, ohne den verfügbaren Speicherplatz
Juni um 18:30 als Beleuchtungsszenario ausgewählt (siehe Abb. 12 für Lightmap-Texturen zu überschreiten. Wäre dies nicht möglich
und 13), da hier eine ausgewogene Verteilung von hellen und dunklen gewesen, hätte mit einem Kompromiss zwischen statischer und
Bereichen erzielt wird, wodurch die Architektur und die Materialien gut dynamischer Beleuchtung gearbeitet werden müssen.
ablesbar sind.
Der Vergleich zwischen Abb. 14 (Statisches Licht) und Abb. 15
Aufgrund des hohen Rechenbedarfs von dynamischen Lichtquellen in (Dynamisches Licht) lässt die Unterschiede zwischen den
VR, wurde das Sun-and-Sky-Element als statische Lichtquelle Beleuchtungsmethoden erkennen. Diese liegen in erster Linie bei den
definiert. Die Beleuchtung und der Schattenwurf von statischem Licht, fehlenden indirekten Schatten und den übersättigten Materialen, die
Abb. ��: Ergebnis des Light-Baking, ��. Juni ��:�� Abb. ��: Übersicht des Schattenwurfs, ��. Juni ��:��
263.6 B����������
bei der dynamischen Beleuchtung deutlich werden. Die sehr dunkle
Farbe der Gräserpflanzungen ist auf nicht ausreichend optimierte
Lightmaps zurückzuführen. Dieser Vergleich kann jedoch nur unter
Vorbehalt auf andere Projekte übertragen werden, da diese VRE in
Hinblick auf statisches Licht erstellt wurde.
Um eine angemessene Belichtung sowohl in sehr hellen als auch sehr
dunklen Bereichen der Szene zu gewährleisten, wurde die
automatische Belichtungskorrektur verwendet und auf die
Lichtsituation sowie die korrekte Darstellung der Materialien
angepasst. Hierdurch konnte ein ähnlicher Effekt erzielt werden, wie
durch die natürliche Belichtungskorrektur des Auges.
Abb. ��: Verwendung statischer Beleuchtung
Abb. ��: Verwendung dynamischer Beleuchtung
273.7 M�����������
Für die Erstellung und Anpassung der Materialien wurde während des
gesamten Arbeitsablaufs der Physically based rendering (PBR)-
Workflow eingesetzt. Hierbei wird durch verschiedene Render-
Techniken das Verhalten von Licht auf Oberflächen simuliert. Die
jeweiligen Oberflächeneigenschaften sind durch materialspezifische
PBR-Texturen vorgegeben (de Vries 2016). Dieser Workflow wurde
ausgewählt, da er mit vielen Programmen kompatibel ist und so über
die PBR-Texturen eine Schnittstelle zur UE hergestellt werden kann.
Zu diesen Programmen gehören neben dem überwiegenden Teil der
verbreiteten 3D-Programme auch branchennahe Softwarepakete wie
Revit (Radle 2020).
Die Auswahl an notwendigen PBR-Texture-Typen wurde auf Albedo-,
Roughness- und Normaltexturen eingegrenzt. Die Albedo definiert die
Farbinformationen, die Roughness definiert die Rauheit der
Oberfläche und die Normal definiert simulierte Unebenheiten, wie Abb. ��. Zugewiesene Materialien in UE
Fugen, Kratzer und Versprünge (de Vries 2016). Texturen, die bereits
für die Materialien des Projekts geeignet waren, wurden auf Basis der
Bemusterungsliste aus diversen Bibliotheken zusammengestellt und
Abb. ��: Materialsphäre, sowie Texturen des Betondachsteins Abb. ��: Materialsphäre, sowie Texturen des Anthrazit-Betons
283.7 M�����������
gegebenenfalls in einer Bildbearbeitungssoftware angepasst. Nicht Texturauflösung direkt vor der Kamera zu gewährleisten, wurde die
verfügbare Texturen, wie die des Rasenfugenpflasters und des Texturgröße auf 2048 x 2048 Pixel festgelegt. Diese Größe wird
Betondachsteins, wurden in Quixel Mixer durch diverse Masken und automatisch reduziert, je weiter sich die Kamera von der Textur
Basistexturen erstellt. Die fertigen Texturen-Sätze wurden in Blender entfernt.
importiert und gerendert, um die Qualität der Materialien zu
überprüfen (siehe Abb. 17 und 18). Nachfolgend wurden die Da transparente Materialien generell einen hohen Rechenbedarf
Materialien der Geometrie in Blender zugewiesen, um die haben und während der Bearbeitungszeit kein Kompromiss zwischen
Vollständigkeit und korrekte Skalierung sicherzustellen (siehe Abb. Realismus und Performance gefunden werden konnte, musste das
19). Glas in der Szene durch ein leicht reflektierendes, dunkles Material
ersetzt werden (siehe Abb. 16). Durch diese Recheneinsparung und
In der UE wurden Master-Materialien angelegt, welche als einige weitere Optimierung an Materialien, konnten Kapazitäten für
Blaupausen für die einzelnen Materialien dienen und deren die Animation bestimmter Vegetationsmaterialien freigeräumt werden,
Verwaltung vereinfachen. Hierbei wurde je ein Master-Material für sodass Pflanzen mit diesen Materialeigenschaften den Anschein
ähnliche Materialkategorien angelegt (z.B. Beton und erwecken sich im Wind zu bewegen. Diese Animation kostet mehr
Steinoberflächen, organische Oberflächen und transluzente Performance als die regulären Materialien (siehe Abb. 21), fügt der
Oberflächen (siehe Abb. 20). Anhand dessen wurden die einzelnen ansonsten sehr starren VRE jedoch eine gewisse Dynamik hinzu.
Materialien über die PBR-Texturen erstellt und den entsprechend
benannten Objekten zugewiesen (siehe Abb. 16). Um die
Performance nicht zu beeinträchtigen, aber dennoch eine gute
Abb. ��: Materialzuweisung in Blender Abb. ��: Transluzentes Laubmaterial Abb. ��: Optimierungsanzeige der Materialkomplexität
293.8 N���������
Als primäre Fortbewegungsmethode, kam für die zu erstellende VRE Flächen innerhalb der intensiven Bearbeitungszone als begehbar
nur die Teleportation in Frage. Hierbei wird auf Tastendruck (Right- definiert. Hierzu wurde der NavMesh-Volumenkörper genutzt, der
Trigger) ein Zielobjekt eingeblendet, dass über den zum HMD anhand der Kollisionsvolumen (siehe 3.5 Geometrie) der einzelnen
gehörenden Controller verschoben werden kann (siehe Abb. 22). Objekte, sämtliche Bereiche, die durch Geometrie blockiert sind, von
Durch einen weiteren Tastendruck (A-Button) werden die NutzerInnen der begehbaren Zone abzieht. Hierbei ist es entscheidend, die
an die Position des Zielobjekts versetzt. Da für die Teleportation keine Genauigkeit der Kollisionsvolumen zu überprüfen, da ansonsten ein
weitere Hardware nötig ist und der verfügbare Platz in der Realität fehlerhaftes NavMesh entsteht (siehe Abb. 23). Das NavMesh sollte,
keine Rolle spielt, bietet sie den besten Kompromiss zwischen wie in Abb. 24 einen gleichmäßigen Abstand zur Geometrie aufweisen.
Komfort und Immersion. Reales Laufen konnte jedoch als sekundäre
Fortbewegung implementiert werden, sodass innerhalb des real Unsichtbare Begrenzungen wurden nur am Rand des Projektgebiets
verfügbaren Raums auch intuitiv durch die Bewegung des eigenen verwendet, um ein versehentliches Teleportieren außerhalb der
Körpers navigiert werden kann. Die Fortbewegung innerhalb der VRE vorgesehenen Zone zu verhindern. Diese Begrenzungen und auch
wurde informell mit 6 verschiedenen Personen getestet, ohne dass das NavMesh können die Fortbewegung durch reales Laufen jedoch
Symptome der Cybersickness geäußert wurden. nicht begrenzen, da eine derartige Maßnahme zu Cybersickness
führen könnte. Als Folge ist es theoretisch möglich, durch die
Nachdem die grundlege Funktionsfähigkeit des Teleportsystems Geometrie hindurchzulaufen, allerdings wurde während der
hergestellt war, konnten die begehbaren Bereiche innerhalb der informellen Tests intuitiv ein gewisser Abstand zu Wänden und
Szene festgelegt werden. Um möglichst wenig in die selbstbestimmte ähnlichem gehalten, so wie es auch in der Realität der Fall ist.
Navigation der NutzerInnen einzugreifen, wurden sämtliche ebenen
Abb. ��: Controller mit aktivem Teleport-Zielobjekt Abb. ��: Inakkurates NavMesh Abb. ��: Korrektes NavMesh
303.9 S����
Die Implementierung von Sound war ein entscheidender Faktor bei wurden Soundquellen mit Gesprächen, Kinderspiel- und
der Belebung der Szene und bot eine Möglichkeit, indirekt Haushaltsgeräuschen so platziert, dass sie im Vorbeigehen deutlich
Aufmerksamkeit auf bestimmte Aspekte des Entwurfs zu lenken. Um erkennbar waren und die Aufmerksamkeit auf sich ziehen.
den Charakter des Wohnquartiers hervorzuheben und mehr als die
sichtbaren Informationen zu vermitteln, wurden zunächst geeignete Bei der Verteilung der räumlichen Soundquellen wurde darauf
Sound-Dateien gesammelt und wenn nötig nachbearbeitet. Die geachtet, dass sich ähnliche oder identische Soundquellen in ihrem
Sound-Dateien ließen sich abhängig vom Inhalt in globale Radius nicht überschneiden, da die Position der Geräusche
Umgebungsgeräuschen und lokalisierbare Umgebungsgeräuschen ansonsten für die NutzerInnen schwieriger zu lokalisieren wäre.
aufteilen. Die globalen Sounds sind überall innerhalb der VRE hörbar,
bleiben jedoch stets im Hintergrund. Darunter fällt das Rauschen von Eine geplante Kombination von Soundeffekten mit der
Wind, Vogelgezwitscher und das Rascheln von Laub. Teleportationsfunktion ließ sich im zeitlichen Rahmen nicht mehr
hinzufügen. Hierbei sollte je nach Oberfläche auf die teleportiert wird,
Die lokalisierbaren Sounds (siehe Abb. 25) wurden überwiegend an ein materialspezifischer Sound abgespielt werden, wie beispielsweise
den tatsächlich zu erwartenden Positionen platziert und mit das Knirschen von Schotter oder das Rascheln von Gräsern. Ob
individuellen Volumenkörpern versehen, um einen räumlichen Sound dieser Effekt sich positiv auf die Immersion ausgewirkt hätte oder als
zu erzeugen. In der Nähe der Straße und des Parkplatzes sind ablenkend empfunden worden wäre, ließ sich im Vorhinein nicht
demzufolge leise Fahrzeug- und Straßengeräusche hörbar, während ermitteln.
in der Nähe von Pflanzflächen Insektengeräusche platziert wurden.
Für eine stärkere Wahrnehmung der Hofsituation,
Räumliche und lokalisierte Soundquellen
Straßen- bzw. Fahrzeuggeräusche
Gespräche, Kinderspiel, Haushaltsgeräusche
Lokalisiertes Vogelgezwitscher
Abb. ��: Position und Radius der räumlichen Soundquellen
313.10 V���������
Die für übliche Visualisierungs-Workflows genutzten Habitus verwendet. Bei den Pflanzflächen entsprechende Modelle,
Pflanzenmodelle, wurden in Blender auf eine möglichst geringe die einen ähnlichen Gesamteindruck vermitteln. Für die Erstellung
Polygonanzahl reduziert, ohne dabei die Qualität der Geometrie von benutzerdefinierten Gehölzen für die UE, wäre die Nutzung von
merklich zu beeinträchtigen. In der UE wurden diese Pflanzen mit Programmen wie Speedtree (IDV 2020) möglich.
LODs versehen, die die Polygonanzahl je nach Sichtbarkeit auf bis zu
12 Prozent reduzieren. Derart detaillierte Modelle wurden jedoch nur Die Vegetation erfordert den größten Bedarf an Rechenleistung und
an Positionen verwendet, an denen sie aus nächster Nähe betrachtet musste im Lauf der Erstellung mehrfach angepasst oder
werden können (siehe Abb. 27). In den Randbereichen des ausgetauscht werden, sobald sich neue Erkenntnisse zur
Projektgebiets und außerhalb der intensiven Bearbeitungszone Optimierung ergaben. Letztendlich wurden die Vegetationsflächen mit
wurden stark optimierte Pflanzen mit einer geringeren Qualität dem Foliage-Werkzeug der UE befüllt. Hierbei war es entscheidend,
eingesetzt (siehe Abb. 26). einen Kompromiss zwischen der Dichte der Pflanzungen und der
Performance zu finden. Um diese Problematik abzuschwächen,
Als Grundlage diente der Pflanzplan, der jedoch nicht strikt wurden Pflanzenmodelle mit hoher und niedriger Polygonanzahl
eingehalten werden konnte, da viele Gattungen und Arten nicht als gemischt. Hierbei sorgen die hoch aufgelösten Modelle für die visuelle
3D-Modell in ausreichender Qualität verfügbar sind. Bei den Qualität und die niedrig aufgelösten Modelle für die nötige Dichte der
Gehölzen wurden Modelle mit ähnlicher Blattform und ähnlichem Pflanzung (siehe Abb. 29). Um den Rechenbedarf weiter zu
Abb. ��: Gehölze mit geringer Qualität Abb. ��: Gehölze mit hoher Qualität
323.10 V���������
reduzieren, werden kleine Pflanzenmodelle ab einer bestimmten
Entfernung unsichtbar geschaltet. Problematiken, die über das
Foliage-Werzeug nicht gelöst werden konnten, sind unter anderem
Modelle, die zu weit über die Begrenzungen der Pflanzflächen ragen.
Dies gilt auch für Rasenflächen, welche im Gegensatz zu Blühwiesen
(siehe Abb. 30) trotz Optimierung lückenhaft wirken (siehe Abb. 28).
Des Weiteren war die Definition von Abständen zwischen den
einzelnen Pflanzen oder der Anzahl pro Quadratmeter nicht möglich.
Die Darstellung von Hecken musste durch, mit Laubmaterial
versehene Objekte gelöst werden, da die Verteilung von einzelnen
Zweigen auf den Heckenkörpern die verfügbare Rechenkapazität
überschritten hätte.
Abb. ��. Grob und teilweise lückenhaft wirkende Rasenfläche
Abb. ��: Mischung niedriger und hoher Modellqualität Abb. ��: Dicht wirkende Blühwiese
333.11 F�������������
Den Abschluss des Arbeitsablaufs bilden in erster Linie weitere Performance-Tests mit den
internen Optimierungsanzeigen der UE (siehe Abb. 31) und die Korrektur von kleineren
Fehlern, wie vereinzelte, falsch aufgelöste Lightmaps (siehe Abb. 32). Außerdem wurde ein
Nachbearbeitungsvolumen über die Szene gelegt, mit dem globale Farbkorrekturen und
Effekte wie Sonnenstrahlen hinzugefügt werden können (siehe Abb. 33).
Nachdem alle Vorbereitungen innerhalb des UE-Editors abgeschlossen waren, konnte die
VRE als Desktop-Anwendung exportiert werden. Der finale Test wurde mit der Oculus Rift
S und einem Computer mit folgenden Spezifikationen vorgenommen: Intel Core i7-4790K,
Nvidia Geforce RTX 2070 Super, 16 GB Arbeitsspeicher, Windows 10. Die Abb. ��: Analyse der Grafikkarten-Auslastung
Bildwiederholrate konnte über das externe Oculus-TrayTool (Hagedoorn 2020) beobachtet
werden. Das Betreten von Bereichen mit viel Vegetation war weiterhin als wesentlich
rechenintensiver erkennbar, jedoch konnten die nötigen 80 Bilder pro Sekunde stets
gehalten werden, womit das Performance-Ziel der VRE erreicht wurde.
Für die Ausführung der VRE auf weniger leistungsfähigen Computern, bietet das Oculus-
TrayTool außerdem Einstellungsmöglichkeiten, um die Bildauflösung zu reduzieren.
Inwiefern die Funktionen der VRE angepasst werden müssten, um mit anderen HMD-
Modellen kompatibel zu sein, konnte nicht festgestellt werden.
Abb. ��: Schattenfehler durch Lightmap
Abb. ��: Bloom-Effekt durch Nachbearbeitung
3435
Abb. ��:
�� Test
Zuwegung
Testbeschriftung
der Wohngebäude4 E���������
Nach der erfolgreichen Umsetzung des Arbeitsablaufs, bildet die dabei erstellte VRE des Beispielprojekts
„Teilerhöfe“, das Ergebnis dieser Arbeit. Anhand der VRE wurde ein Video-Walkthrough erstellt (siehe
Anlagen), um das Resultat auch ohne HMD veranschaulichen zu können, sowie eine Auswahl an
Einzelbildern (siehe Abb. 34-40), welche als Referenz zur grafischen Qualität herkömmlicher Renderings
dienen können.
Im Folgenden wird die VRE und deren technische Eckdaten beschrieben, um einen besseren Vergleich zu
anderen oder noch folgenden VREs zu ermöglichen.
4.1 B����������� ��� VR-E��������
Die VR-Erfahrung besteht im Kern aus einer auf der Unreal Engine basierenden virtuellen, Echtzeit-
Umgebung. Diese kann mithilfe eines HMDs erkundet werden. Anhand einiger Testläufe kann die
durchschnittliche Zeit, die in der VRE verbracht wird, auf vier bis fünf Minuten geschätzt werden. In diesem
Zeitrahmen kann die gesamte Umgebung begangen werden, wobei auch die genauere Betrachtung
einzelner Entwurfselemente möglich ist.
Die individuelle Navigation der NutzerInnen wird nicht direkt beeinflusst. Über Licht- und Schattenkontraste,
sowie der Verteilung von Soundquellen wird die Aufmerksamkeit indirekt auf bestimmte Bereiche gelenkt,
die als relevant angesehen werden. Von sechs verschiedenen Personen, wurden in der fertiggestellten
VRE keine Symptome der Cybersickness geäußert und es waren keine Pausen bei der Erkundung
notwendig.
Der angestrebte, grafische Realismus konnte, im Rahmen der technischen Möglichkeiten, bei einem
überwiegenden Teil der Elemente erreicht werden. Bei Heckenkörpern, der Darstellung von Glasmaterial
und der Qualität einiger Pflanzenmodelle mussten Kompromisse eingegangen werden. Die Umgebung des
Projektgebiets wurde in einer reduzierten und abstrahierten Form dargestellt, die jedoch durch die
Einfriedung der intensiven Bearbeitungszone weniger stark auffällt.
374.1 B����������� ��� VR-E��������
Eckdaten
Die durchschnittliche Anzahl
gleichzeitig sichtbarer Geometrie-
Dreiecke beträgt 1.400.000
Die Anzahl der Geometrie-Dreiecke
sämtlicher in Blender modellierter
Objekte beträgt 162.000
Die Größe der exportieren VR-
Anwendung beträgt 6,95 GB
Abb. ��: Perspektive Standort �
1.340 separate Objekte in der Szene
2
9 individuelle Gehölzmodelle, 39 mal
verteilt
1
31 sonstige individuelle
Vegetationsobjekte, 67.000 mal
verteilt 5
3
6 Master-Materialien
4
33 Materialien
Abb. ��: Übersicht der Kamerastandorte
384.1 B����������� ��� VR-E��������
Abb. ��: Perspektive Standort � Abb. ��: Perspektive Standort �
Abb. ��: Perspektive Standort � Abb. ��: Perspektive Standort �
395 D���������
Nachfolgend werden anhand der Erkenntnisse aus dieser Arbeit und beispielsweise für herkömmliche Visualisierungen oder für die
der Literatur verschiedene Aspekte von VR in der Integration von BIM, so ist ein entsprechend geringerer Aufwand
Landschaftsarchitektur diskutiert. Zunächst wird der notwendige nötig.
Aufwand zu Erstellung einer VRE kritisch betrachtet. Es folgt eine
Übersicht der Potenziale und Grenzen von VR als Die Rechtfertigung des Aufwands hängt primär von dem jeweiligen
Präsentationmedium. Außerdem wird der Zusammenhang zwischen Projekt ab, das dargestellt werden soll. Bei schwer zu verstehenden
BIM und VR in der Landschaftsarchitektur und verwandten räumlichen Situationen oder einer großen Zielgruppe, wie bei einer
Disziplinen diskutiert. Die Beschreibung der Grenzen dieser Arbeit Bürgerbeteiligung oder Informationskampagne, könnte der Nutzen
bildet die Grundlage für weitere Möglichkeiten zur die Kosten durchaus überwiegen.
Auseinandersetzung mit der Thematik.
Ein weiterer Einflussfaktor auf den Aufwand, ist die zu erwartende
technische Entwicklung der nächsten Jahre, die die Anzahl der
nötigen Arbeitsschritte reduzieren und gleichzeitig die Qualität der
5.1 A������ Ergebnisse erheblich verbessern könnte. Für den in dieser Arbeit
dargestellten Arbeitsablauf ist insbesondere die angekündigte
Veröffentlichung der Unreal Engine 5 im Jahr 2021 relevant, da diese
Valide Rückschlüsse auf den tatsächlichen zeitlichen Aufwand, der für die Problematik der Performance stark vereinfachen soll (Epic Games
die Erstellung der VRE nötig war, sind nicht möglich, da aufgrund 2020. A first look at Unreal Engine 5).
fehlender Erfahrung und dem Hinzukommen neuer Erkenntnisse
verschiedene Arbeitsschritte angepasst und wiederholt werden
mussten. Darunter fällt insbesondere das Erstellen von Materialien
und das Platzieren der Vegetation. Außerdem muss ein Teil der
Elemente und Funktionen (z. B. das Teleportations-System oder die
Master-Materialien) nur einmal erstellt werden und kann bei weiteren
Projekten als Vorlage genutzt werden, wodurch sich der
Arbeitsaufwand erheblich reduzieren könnte.
Dennoch ist zu erwarten, dass der tatsächliche Aufwand für die
Erstellung einer VRE in der Praxis erheblich ist. Sollten jedoch bereits
3D-Modelle und Texturen für ein Projekt erstellt worden sein,
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