Digitale Architekturvisualisierungen werden immer perfekter. Renderings werden zunehmend fotorealistisch, Animationen suggerieren den Eindruck vom fertiggestellten Gebäude aus der Bewegung heraus. Was diese monoskopischen Darstellungen aber von der Wirklichkeit unterscheidet, ist das entscheidende Moment der Architektur: der räumliche Eindruck. In den Bereichen Computerspiele, Forschung, Medizin und Technik dagegen wird das stereoskopische Sehen seit Jahren eingesetzt. Kann der Betrachter zusätzlich direkt in die Szene eingreifen, spricht man im Allgemeinen von Virtueller Realität (VR). Mit VR-Simulationen, z. B. Flugsimulatoren, wird gearbeitet, wenn die Durchführung eines physischen Versuchs unwiederholbar oder die Gesundheit von Menschen beeinträchtigt wäre. Medizinstudenten operieren virtuell, die Space-Maus ersetzt das Skalpell. Kann man diese Erkenntnisse auf die Architektur übertragen?

Da bei vielen technischen VR-Anwendungen der Schwerpunkt auf der Funktion von Bewegungsabläufen beruht und nicht auf optischer Qualität, ist die grafische Darstellung oft recht grob. Neben Kosten und Zeitaufwand schränken begrenzte Rechnerkapazitäten die Auflösung ein. Eine Ausnahme bildet die Luftfahrt- und die Automobilindustrie. Bei komplexen Designentscheidungen ist es angesichts hoher Investitionssummen erforderlich, in kurzer Zeit das Zusammenspiel von Oberflächenqualität, visuellen Sichtbezügen und Ergonomie zu erfassen und auch auf der emotionalen Ebene zu erleben. Die Fluggesellschaften, Käufer z.B. des Airbus A 380 möchten vor der Fertigung genau wissen, wie die für sie maßgefertigte Inneneinrichtung wirkt. Automobilhersteller nutzen Virtuelle Realität weniger zur Kundenpräsentation als für interne Entscheidungen. Lange vor der Serienproduktion werden an der 10 m langen und 3 m hohen Projektionsfläche im Maßstab 1:1 Materialkombinationen, Farben und formale Details mit höchster Genauigkeit abgestimmt. Die Entscheidungsträger können in einem vordefinierten Bereich selbst ihre Position wählen. Der Anwender kann sich ganz auf die eingespielte Szene konzentrieren und wird nicht mit der komplexen Technologie, die dahinter steht, konfrontiert. Mit einem Navigationsgriff kann per Infrarottechnik das virtuelle Fahrzeug, das frei im Raum zu stehen scheint, nicht nur gedreht und gekippt werden. Zieht man das 3-D-Modell zu sich her, findet man sich in der Fahrgastzelle wieder, kann an den Kopfstützen vorbei auf den Fahrersitz navigieren, sich nach Belieben im Fahrzeug umschauen, mit dem selben Blickwinkel wie in der Realität.

Allerdings ist der perspektivisch richtige Eindruck nur für einen Betrachter möglich, dessen exakte Position vom PC bei der Bildwiedergabe berücksichtigt wird. Zwischen einer monoskopischen Animation auf dem Laptop-Bildschirm und der stereoskopischen Darstellung an einer 10 m breiten Powerwall besteht eine große Bandbreite, die im Folgenden kurz skizziert werden soll.

Unser natürliches räumliches Sehen liegt im Abstand von ca. 7 cm unserer beiden Augen begründet. Das Gehirn verrechnet die so entstehenden Halbbilder des rechten bzw. linken Auges zu einem räumlichen GesamtbiId. Bei digitalen 3-D-Stereo-Präsentationssystemen wird das gewünschte Bild im VRML-Format (Virtual Reality Modeling Language) von einem PC zunächst in zwei Halbbilder aufgesplittet.

Für die Visualisierung stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung:

• aktiv stereo
Die Halbbilder werden zeitversetzt mit einer nicht sichtbaren Frequenz nacheinander von einem Projektor projiziert und mit aktiven Brillen (Shutterbrillen), bei denen in der selben Frequenz je ein Auge abgedeckt wird, betrachtet.

• passiv stereo
bei passiv stereo sind zwei Projektoren erforderlich, einer pro Auge. Bei der Polarisationsfiltertechnik sind Projektoren und Brillen mit Polarisationsfiltern ausgestattet, als Projektionsfläche muss eine Silberleinwand verwendet werden.

Bei Wellenlängen-Multiplex-Systemen sind Projektoren und Brillen mit Spezialfiltern bzw. speziellen Beschichtungen versehen, die das Farbspektrum des Ausgangsbilds in schmalbandige Rot-Grün-Blau-Streifen trennen, die für jedes Auge getrennt aufgesplittet werden. Sie wurden von Daimler Crysler entwickelt und werden seit 2003 auch als mobiles Set vertrieben. Mit ihnen können digitale Stereofotografien oder 3-D-CAD-Modelle auch aus flachen Winkeln ohne störende Phantombilder betrachtet werden, was eine hohe Beweglichkeit des Betrachters ermöglicht. Absolute Farbechtheit und sehr komplexe Lichtreflexionen sind momentan noch schwer darstellbar.

Räumliches Sehen mithilfe von 3-D-Stereo-Präsentationssystemen kann jedoch noch nicht als Virtuelle Realität betrachtet werden. Jens Neumann vom Fraunhofer Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik in Berlin definiert Virtuelle Realität als das Ineinandergreifen von:




• Immersion

• Interaktion

• Imagination

Immersion bedeutet das möglichst vollkommene Eintauchen des Betrachters in die Szene. Von Datenhelmen, so genannten Head Mounted Displays (HMD) wird wegen der Neigung zu Schwindelgefühl zunehmend Abstand genommen. Große ebene Projektionsflächen, so genannte Powerwalls, bieten bei einem kurzen Betrachtungsabstand ebenfalls ein großes Blickfeld, bei mehr Komfort. Da sich bei einer Frontalprojektion der Betrachter im eigenen Schatten steht, werden Powerwalls meist als Rückprojektionausgeführt. Eine weitere Anordnung mit hohem Immersionsgrad sind Kabinen, so genannte Caves (3≈3≈3 m), bei denen drei Wände, Decke und Boden hinterleuchtet werden. Caves werden eingesetzt bei Simulationen sitzender Tätigkeiten, wie z. B. der virtuellen Nachbildung einer Kranführerkabine. Weniger zum Eintauchen in virtuelle Räume, vielmehr zur Betrachtung z. B. virtueller Architekturmodelle eignen sich Workbenches. Das sind hinterleuchtete Tische entweder nur als horizontale Fläche oder mit einer zusätzlichen vertikalen Rückwand.

Mit Interaktion ist die Möglichkeit gemeint, in Echtzeit, also ohne Zeitverzögerung, aufden Ablauf der Szene Einfluss nehmen zu können und spontan einzugreifen. Als Eingabegeräte stehen Space-Maus,  Datenhandschuh, Datenfinger oder 3-D-Joysticks zur Verfügung. Um überhaupt auf die Eingaben eines frei beweglichen  Betrachters realitätsnah reagieren zu können, muss der Rechner in Echtzeit die genaue Position des Betrachters bestimmen können. So genannte Tracking-Systeme sind heute meist drahtlos als Kombination von Funktechnik und Infrarotkameras erhältlich, die mit dem Computer verbunden werden. Am Betrachter selbst befindet sich lediglich ein leichter kleiner Reflektor, der auf die 3-D-Brille oder auf das Eingabegerät aufgeclippt wird.

Die Imagination des Gehirns schließlich wirdimmer nötig sein, um die einzelnen Reize als ganzheitliche »Realität« zu deuten. Je höher Immersion,  Interaktionsmöglichkeit und Imagination sind, umso mehr nähert sich die Virtuelle Realität dem Eindruck einer realen Wirklichkeit. Wenn zusätzlich zum optischen Eindruck noch Bewegungen des Betrachters z.B. über ein Laufband hinzukommen, also Gleichgewichts-, Geruchs- und Tastsinn, Geschmack, Temperatursinn und das Gehör angesprochen werden, wird die Grenze zur Wirklichkeit minimal.

Erste Architekturanwendungen gibt es auch im Bereich der Virtuellen Realität. Am Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) Garching haben im Sommersemester 2006 Kunststudenten die von ihnen entworfenen 3-D-Pavillons auf die hauseigene VR-Anlage aufgespielt und konnten an der Holobench das gerenderte Datenmodell wie ein physisches Modell drehen, kippen und sogar über den Kopf ziehen, um die Innenraumqualitäten zu beurteilen. Professionell eingesetzt wird eine Powerwall als "Terminal V" bei der Immobilienfirma Hefel in Lauterach. Als Verkaufsargument können die potenziellen Kunden eine virtuelle Vorbesichtigung ihrer Wohnung durchführen. Mit einer 3-D-Brille vor den Augen und einem Skystick in der Hand kann sich sogar ein Kind vorstellen, wie groß das 20 qm große Kinderzimmer wirklich ist, ohne Pläne verstehen zu müssen.

Wo dem visuellen Eindruck einer bestimmten Perspektive eine übergeordnete Bedeutung zukommt, können VR-Systeme auch als Planungstools sinnvoll sein, z. B. in den Verkaufsräumen hochpreisiger Produkte. Bereits gängige Anwendungen von VR liegen aber eher im Bereich Anlagen- und Fabrikbau, wenn es darum geht, ob Roboterarme kollidieren oder große komplexe Maschinen durch die Öffnungen eines Gebäudes eingebracht werden können. Virtuelle Realität kann auch in der Architektur in Zukunft ein weiteres digitales Hilfsmittel werden. Ein Gebäude ist räumlich jedoch weit komplexer als ein Pkw. Daher wird man, wie bei anderen Computeranwendungen, in den seltensten Fällen das gesamte Projekt simulieren, sondern sich auf besonderswichtige abgegrenzte Bereiche beschränken. Um die optische Qualität der gezeigten Beispiele aus dem Automobilbereich zu erreichen, ist jedoch ein großer technischer und finanzieller Aufwand nötig. Falls die Visualisierung aber dazu beiträgt, bei einem entsprechend großen Projekt den Bauherrn oder die Öffentlichkeit von einem Entwurf zu überzeugen oder Einsprüche von Anwohnern zu zerstreuen, könnte sich dieser Aufwand lohnen.


Autor:
Frank Kaltenbach