Farbe, Material und Licht im Entwurfsprozess – Augmentierte Bemusterung

Motivation

Die Werkzeuge, welche professionelle Farb- und Innenraumgestalter in ihrer Arbeit verwenden, haben bisher in der computergestützten Planung eine unzureichende Unterstützung gefunden. Insellösungen zu den Feldern architektonischer Visualisierung, Präsentation sowie aufwändige physikalische Lichtsimulationen prägen hier die Landschaft. So wird der dreidimensionale Farbentwurf derzeit in keinem CA(A)D-System adäquat unterstützt.

Zielsetzung

Ziel des Vorhabens ist ein Konzept zur Unterstützung einer effizienten, plausiblen Planung von Farbe, Material und Licht im Entwurfsprozess von Architektur. Aufbauend auf einer Analyse der architektonischen Anforderungen, verfügbarer Softwarelösungen und aktueller Forschungsaktivitäten wird ein Konzept erarbeitet, welches den Architekten beim Farb-, Material- und Lichtentwurf unterstützt.

Schwerpunkte

Gestaltung und Entwurf von Materialfarben
Die Unterstützung des Entwurfsteils baut auf die Expertise, die Erfahrung und das Wissen des Gestalters auf. Die digitale Unterstützung adaptiert an dieser Stelle bewährte Vorgehensweisen, Darstellungen und Werkzeuge der Planungspraxis, wie Varianten, Farbstudien, Farbharmonien und Farbkontraste. Ebenso sollen neue Vorgehensweisen, wie die der Farbextraktion aus Bildkompositionen berücksichtigt werden. Eine Farbkalibrierung und die Einbeziehung technisch korrekter Farbsysteme, wie RAL, CIE Lab, CYMK, RGB, LAB und HSB, erlaubt die Farbentwürfe bis zur Ausführung ohne Verluste umzusetzen.

Bewertung und Beurteilung von Farbgestaltungen
Die Bewertung von Farben hängt vom „empfindungsgemäßen Farbeindruck“ und dem Zusammenwirken der Farben in der Architektur ab. In der konzipierten Planungsunterstützung sollen die typischen Arbeitsweisen des Architekten bei der Farbbewertung unterstützt werden. Dazu gehören Perspektiven und Ansichten. Eine weitere Darstellungsform ist die Abwicklung eines dreidimensionalen Raumes oder einer Fassade zu einer interaktiven, konsistent bearbeitbaren zweidimensionalen Planansicht. In diesen Darstellungsformen lassen sich Farbvarianten anschaulich miteinander vergleichen. Legenden der eingesetzten Farben unterstützen die Bewertung. Jedem Farbobjekt können seine technisch korrekten Farben und Muster zugeordnet werden. Auf diese Weise kann man bei einer Farbbewertung neben den Darstellungen am Bildschirm einen Farbfächer und Materialmuster einsetzen. Durch praxisnahe Ausgaben, wie Raumkarten und Musterflächenausdrucke, wird der Architekt bis zur Ausführung des Planungsprojektes unterstützt.

Simulation von Farbe, Material und Licht
Die Beurteilung von Farb- und Materialkonzeptionen erfolgt mit Hilfe von Visualisierungen, welche durch Radiosityberechnungen erstellt werden. Auf diese Weise lassen sich Wechselwirkungen, wie gegenseitige Farbreflexionen der Materialien darstellen und bewerten. Zurzeit ist es mit verfügbaren digitalen Werkzeugen nicht möglich, interaktiv Farben und Materialien zu gestalten. Der Anwender wartet kontinuierlich ein paar Minuten auf eine Radiosity Bildberechnung, nachdem er mit viel Erfahrung komplizierte Berechnungsparameter eingestellt hat. Besonders bei der Gestaltung von Innenräumen, welche meistens eine genaue und aufwändige Lichtberechnung erfordern, fällt dieses Defizit ins Gewicht.
Im konzipierten Softwareprototyp wird hierfür eine physikalisch korrekte Radiosityberechnung für den interaktiven Farb- und Materialentwurf verwendet. In diesem Zusammenhang wurde besonders die Tageslichtberechnung untersucht. Dabei ist die Sonne nicht als einzelne Lichtquelle zu betrachten. Der gesamte Himmel beleuchtet aus allen Richtungen der Himmelskuppel das Architekturmodell. Dabei lassen sich die Parameter Sonnenstand, Bewölkung des Himmels sowie die Farben der Oberflächen interaktiv bearbeiten, während man sofort die aktualisierte, realitätsnahe Radiosity-Visualisierung beurteilen kann.

 

Screenshot des entwickelten Softwareprototypen "Colored Architecture"

Augmented Reality
Die Unterstützung der Farb- und Materialgestaltung mit Technologien der Augmented Reality hat ein großes Potential für die architektonische Planungspraxis. Unter Verwendung handelsüblicher Projektoren und einer digitalen Videokamera, wird die Projektion in Echtzeit auf die Farbe und die Geometrie des Untergrundes korrigiert. Ein ganz neues Arbeiten in und mit der vorhandenen Architektur ist somit möglich. Man kann direkt im Altbau oder Rohbau die Farb- und Materialgestaltung eines Raumes farb- und geometriekorrigiert auf dessen Oberflächen projizieren. Für diese Anwendung werden neue Konzepte, Werkzeuge und Interaktionsformen entwickelt.


Farbgestalten mit Augmented Reality Technik im AR-Vis Lab

 

Die Arbeit bildet im Rahmen eines Forschungsthemas am Lehrstuhl Informatik in der Architektur einen integralen Bestandteil im Bemühen um eine Plausibilität von Architekturlösungen.
 
Veröffentlichungen
 
Petzold, F., Tonn, Ch.:
CAVE without CAVE – on-site visualisation and design support in and within existing buildings
In: [25th eCAADe Conference Proceedings Frankfurt / Wiesbaden (Germany) 26 - 29 September 2007], accepted paper.
 

Tonn, Ch., Donath, D., Petzold, F.:
Simulating the atmosphere of spaces – the AR-based support of 1:1 colour sampling in and within existing buildings
In: [25th eCAADe Conference Proceedings Frankfurt / Wiesbaden (Germany) 26 - 29 September 2007], accepted paper.

Donath, D., Tonn, Ch.:
Farbe, Material und Licht in der Bestandsplanung
In: Schriften der Bauhaus-Universität Weimar, Revitalisierung von Bauwerken, Veröffentlichungen des Sonderforschungsbereiches 524 "Werkstoffe und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bauwerken", Weimar, 2006.

Donath, D., Tonn, Ch.:
Digital Technology and Architectural Design Education – Supporting Complex Design Scenarios through the Use of CAAD Tools
In: Changing Trends in Architectural Design Education, CSAAR 2006 ISBN: 9957-8602-0-8, S. 191

Donath, D., Tonn, Ch.:
Complex design strategies using building information models. - Evaluation and interpretation of boundary conditions, supported by computer software
In: Communicating Space(s) [24th eCAADe Conference Proceedings Volos (Greece) 6-9 September 2006, pp. 234-243

Tonn, Ch.:
Von der Farbe zum Material - Ein digitales Gestaltungswerkzeug
In: Forum Bauinformatik 2006, Verlag der Bauhaus-Universität Weimar 2006, ISBN: 3-86068-291-1, pp. 281-288

Tonn, Ch., Donath, D.:
Color, Material and Light in the Design Process – a Software Concept
In: Proceedings of the Joint International Conference on Computing and Decision Making in Civil and Building Engineering (ICCCBE), Montréal, Canada, 2006, pp. 1467 – 1476

Donath, D., Tonn, Ch.:
Plausibility in Architectural Design: Software Support for the Architect-Oriented Design of Colour Schemes for Interiors and Buildings
In: Proceedings of ASCAAD 1st International Conference, Daharam, Saudi-Arabia, 2005, pp. 311-320

Leiter des Forschungsprojektes / Mentor der Arbeit
 
Beteiligte Wissenschaftler
 
Kontakt
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Fakultät Architektur
Professur Informatik in der Architektur
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