- II -

Inhaltsverzeichnis

5  DV-gestütztes Darstellen 54 

5.1  Zeichen- und Konstruktionssoftware 54 

5.2  Planungssoftware 58 

5.3  Entwurfs- und Bemessungssoftware 61 

5.4  Fachbezogene Berechnungs- und Darstellungssoftware 62 

6  Methoden der Präsentation 67 

6.1  Planaufbereitung 67 

6.2  Modellaufbereitung 69 

6.3  Visualisierung 69 

6.3.1  Visualisierung mit Orthophotos 70 

6.3.2  Visualisierung durch Fotomontage 70 

6.3.3  Visualisierung mittels fotorealistischer Darstellung 72 

6.3.4  Visualisierung mittels Animation 73 

6.3.5  Visualisierung durch Virtual Reality 75 

7  Literaturverzeichnis 76 

- 54 -

5 DV-gestütztes Darstellen

Für das Anfertigen von Zeichnungen im Zuge einer Planung und eines Entwurfes stehen dem Ingenieur heutzutage zahlreiche Computerprogramme zur Verfügung. Die Arbeit mit dieser Spezialsoftware bringt dabei nicht nur Erleichterung, sondern auch Verbesserung, beispielsweise in der Technik der Darstellung von Entwürfen. So können Pläne am Bild-schirm deutlich leichter korrigiert werden als auf dem Papier. Auch kann schon während der Entwurfsarbeit auf Basis der zweidimensionalen Pläne im Rechner eine räumliche Darstel-lung erfolgen, so dass die Wirkung in der dritten Dimension geprüft und gesteuert werden kann.

Im Folgenden werden einige Beispiele dieser Software vorgestellt; sie sind in diesem Zu-sammenhang jedoch nur als Hilfsmittel der Darstellung zu verstehen. Häufig werden die Be-rechnungen mit anderen Programmen erstellt, dann ist besonders auf die Datenstruktur bei der Übergabe vom Berechnungs- zum Darstellungsprogramm zu achten. Zum Teil bieten die Berechnungsprogramme aber auch selbst die Möglichkeit zur Darstellung.

5.1 Zeichen- und Konstruktionssoftware

Zeichenprogramme werden, analog dem manuellen Zeichnen am Zeichenbrett, zum Zeich-nen und Konstruieren verwendet. Berechnungen sind kein Bestandteil dieser Software, son-dern werden mit anderen Programmen erstellt. Hier folgen einige Beispiele, die jedoch nur eine kleine Auswahl aus einer Vielzahl von existierenden Programmen darstellen können.

Ein weit verbreitetes Zeichenprogramm ist CorelDRAW. Es ist ein umfangreiches vektor-orientiertes Zeichenprogramm, mit dem relativ leicht professionelle Darstellungen erstellt werden können. Das Spektrum reicht von einfachen Skizzen bis zu komplizierten techni-schen Zeichnungen. Die in Abbildung 5.1 gezeigten Beispiele spiegeln die Vielfalt der Mög-lichkeiten wider und geben gleichzeitig einen Überblick darüber, wie unterschiedlich Zeich-nungen in den verschiedenen Fachbereichen sein können.

- 55 -

q = 4 %K

q * b / 2K K

h + h B k

Lageplan einer Autobahnmeisterei

Knotenstrombelastungsplan Verkehrsführungskonzept

Abbildung 5.1 Zeichnungen erstellt mit CorelDRAW (Beispiele)

Häufig wird bei solchen DV-gestützten Zeichnungen die Layertechnik verwendet (siehe Ab-bildung 5.2). Dabei werden verschiedene Zeichnungen übereinander gelegt, die selbst ers-tellt oder aus fertigen Plänen (hier eine Katasterkarte der Stadt) und einer zugefügten Grafik zusammengesetzt sein können. Neben dieser Technik bietet CorelDRAW zahlreiche Hilfs-mittel und Effekte, die es ermöglichen, auf effiziente Weise qualitativ hochwertige Grafiken zu erstellen.

Hof

Hof

Einf

ahrt

Stre

ugut

Lage

rpla

tz

Mat

eria

lbox

en

Kfz- und Werkstatthalle

Tankstelle

Betriebsgebäude

Bedienstete

Bedienstete

Leiter

Garagen & Heizung

Querschnitt einer Straße

- 56 -

Abbildung 5.2 Layertechnik mit CorelDRAW; Beispiel Verkehrsführungskonzept

Im Gegensatz zu den reinen Zeichenprogrammen bieten die Konstruktionsprogramme schon in geringem Umfang die Möglichkeit zu Berechnungen. Ein wiederum sehr verbreitetes Bei-spiel hierfür ist das Programm AutoCAD. Mit seiner Hilfe kann der Benutzer Zeichnungen konstruieren oder redigieren. Eine AutoCAD-Zeichnung besteht aus verschiedenen Elemen-ten. Dies können einfache grafische Grundelemente wie Linien, Bögen, Kreise, Text u.s.w. oder Blöcke sein, die sich aus Grundelementen zusammensetzen. Die grafischen Elemente werden geometrisch im kartesischen Koordinatensystem definiert. Den Elementen werden dann bestimmte Attribute zugeordnet wie z.B. Linienart oder Farbe. Blöcke werden als Gan-zes bearbeitet, können also gedreht, verschoben, kopiert oder gelöscht werden. Weiterhin ist es möglich, aus bestehenden Softwaretools Elemente einzufügen. Abbildung 5.3 zeigt hierzu das Beispiel eines Straßenquerschnitts, bei dem Beschriftung, Vermaßung und bestimmte Bildelemente einem solchen Tool entnommen wurden.

- 57 -

Abbildung 5.3 Zeichnung erstellt mit AutoCAD; Beispiel Querschnitt einer Straße

Häufig ist es vorteilhaft, eine Zeichnung in mehreren Schichten (Layern) aufzubauen. Jeder Schicht sind dann bestimmte Elemente der Zeichnung zugeordnet, z.B. eine Schicht Mau-rerarbeiten, eine Schicht elektrische Arbeiten u.s.w. Ein Vorteil dieser Arbeitsweise liegt dar-in, dass diese Schichten auch wieder getrennt und somit einzeln bearbeitet werden können.

Darüber hinaus können mit AutoCAD auch einfache Berechnungen durchgeführt werden. So wurden für den neuen Lehrter Bahnhof in Berlin in der Planungsphase die Fluchtwege mittels AutoCAD überprüft, indem in die Zeichnung des Architekten die Flächen für die Entfluchtung gelegt und automatisch berechnet wurden (siehe Abbildung 5.4).

Abbildung 5.4 AutoCAD zur Berechnung von Flächen; Beispiel Lehrter Bahnhof Berlin

- 58 -

Weiterhin kann mit AutoCAD in begrenztem Umfang auch konstruiert werden. Abbildung 5.5 zeigt, wiederum in Layertechnik, die Konstruktion einer Straße im Lageplan, bei der die defi-nierten Entwurfselemente wie Geraden, Kreisbögen oder Klothoiden eingesetzt wurden. Mit Farben wurden dann die verschiedenen Flächen kenntlich gemacht sowie Markierung, Be-schriftung u.ä. eingefügt. Der mit AutoCAD erstellte Plan entspricht somit einem Lageplan, wie er früher von Hand konstruiert und koloriert worden ist.

Abbildung 5.5 AutoCAD als Konstruktionssoftware; Beispiel Lageplan einer Straße

Für jeden Ingenieur ist es wichtig, sich schon im Laufe seines Studiums mit der Handhabung solcher Zeichen- und Konstruktionssoftware zu befassen, da heute üblicherweise mit diesen Programmen gearbeitet wird.

5.2 Planungssoftware

Planungssoftware kommt vor allem in Fachbereichen wie Raum- und Infrastrukturplanung oder Wasserwirtschaft zum Einsatz. Ein charakteristisches Beispiel sind die Geographischen Informationssysteme, kurz GIS. Hierbei handelt es sich um Softwaresysteme, mit deren Hilfe raumbezogene Daten zunächst digital erfasst und in weiteren Schritten dann verschnitten, verknüpft, attributiert, verwaltet und letztendlich auch graphisch präsentiert werden können. Bezüglich der Daten muss dabei zwischen Vektor- und Rasterdaten unterschieden werden:

- 59 -

- Vektordaten sind Punkte, Linien und Polygone, deren Lage bekannt ist. Die Punkte werden über ihre Koordinaten definiert, Linien und Polygone über die Koordinaten ih-rer Basispunkte. Diese Vektordaten können zusätzlich als Attribute eine Höhe oder andere Sachinformationen enthalten.

- Rasterdaten sind in einer Zeilen-Spalten-Struktur organisiert. Die Lage eines jeden Rasterpunktes ist über seine Zugehörigkeit zu einer bestimmten Zeile und Spalte festgelegt. Jeder Rasterpunkt besitzt als Attribut eine Wertigkeit wie z.B. einen Farb- oder Höhenwert.

Zwischen beiden Formaten gibt es auch Transformationsmöglichkeiten. Eine Linie kann als eine Reihe von Rasterpunkten dargestellt oder aus einem Höhenraster kann eine Linie im Vektorformat abgeleitet werden.

Als Beispiel für ein Planungsprogramm soll das Amtliche Topographisch-Kartographische Informationssystem (ATKIS) näher betrachtet werden. Dieses Softwareprogramm ist ein bundesweit einheitliches Projekt der Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder der Bundesrepublik Deutschland (AdV). Es hat die Aufgabe, ergänzend zu den tradi-tionellen topographischen Landeskartenwerken, datenverarbeitungsfähige digitale Erdober-flächenmodelle bereitzustellen. Damit bietet ATKIS eine Datenbasis für rechnergestützte di-gitale Verarbeitung und ebensolche Ausgabeformen. Im Rahmen des ATKIS werden folgen-de digitale geotopographische Basisdaten bereitgestellt: Landschaftsmodelle, Topographi-sche Karten, Gelände-/Höhenmodelle und Orthophotos. Unter letzterem versteht man ent-zerrte Luftbildaufnahmen (Orthogonalprojektionen).

Einige Anwendungsbeispiele zeigt die Abbildung 5.6: Flächennutzungspläne werden z.B. bei der Planung von neuen Wohn- oder Gewebegebieten eingesetzt. Während das zugehörige Orthophoto das Gebiet optimal visualisiert, schafft das digitale Geländemodell eine räumliche Vorstellung vom Planungsgebiet. Durch die Überlagerung des digitalen Geländemodells mit der topographischen Karte wird dieses Bild noch optimiert.

- 60 -

Flächennutzungen

Orthophoto

Digitales Geländemodell (DGM)

DGM mit topographischer Karte (Perspektive)

Abbildung 5.6 Beispiele für die Planungssoftware ATKIS

Auch bei der Planungssoftware ATKIS wird mit verschiedenen Objektebenen gearbeitet. Auf jedem Layer werden den georeferenzierten Punkten verschiedene Attribute zugeordnet, die dann einzeln oder in Kombination abgerufen werden können. Damit stehen für die Pla-nungsaufgaben eine Vielzahl von Informationen digital zur Verfügung.

Grundriss

Schrift

Vegetationszeichen

Gewässerkontur

Gewässerdecker

Höhenlinien

Walddecker

Kombination aller Objektebenen

Abbildung 5.7 Objektebenen der Planungssoftware ATKIS

- 61 -

Bei speziellen Planungsaufgaben kann ein Geographisches Informationssystem (GIS) auch mit einer Berechnungssoftware gekoppelt werden. Ein Beispiel soll dies verdeutlichen: Zur Simulation eines Hochwasserereignisses können mit einer hydrodynamisch-numerischen Simulationssoftware Wasserstände in dem Einflussgebiet eines Flusses, das in einem GIS als digitales Geländemodelle vorliegt, berechnet und visualisiert werden. Abbildung 5.8 zeigt das Ergebnis einer solchen Betrachtung: Die bei einem bestimmten Wasserstand überflute-ten Flächen lassen sehr eindrucksvoll die Notwendigkeit von Maßnahmen erkennen.

Abbildung 5.8 Berechnung und Darstellung eines Hochwasserereignisses (Planungssoftware

ArcView, Simulationssoftware HECRAS)

5.3 Entwurfs- und Bemessungssoftware

Der Entwurf und die Bemessung einer Planungsmaßnahme bilden den nächsten Schritt zu deren konkreten Umsetzung und gehen somit weit über die rein zeichnerische Darstellung hinaus. Dementsprechend muss auch die Entwurfs- und Bemessungssoftware weitergehen-de Leistungen erbringen können als die Zeichen- und Konstruktionssoftware bzw. die Pla-nungssoftware.

Bei der Umsetzung einer Planung in den Entwurf war es früher in allen Bereichen des Bau-ingenieurwesens notwendig, Zeichnungen manuell anzufertigen und parallel dazu die Be-rechnungen durchzuführen. Auch die Kontrollen des Entwurfsergebnisses erfolgte manuell. Heute stehen dem Ingenieur spezielle Programme zur Verfügung, die ihm diese aufwendige Arbeit erleichtern. Der Entwurf beispielsweise einer Straße erfolgt auf Basis eines digitalen Geländemodells mit einem entsprechenden Programmsystem zunächst im Lageplan. Diese Lageplandaten werden automatisch und programmintern mit dem digitalen Geländemodell verschnitten, woraus in einem Höhenplan die Abwicklung der entworfenen Trasse in der Hö-he erzeugt wird. Mit dem Entwurf der Straße im Höhenplan und der Definition des geplanten Querschnitts werden automatisch sämtliche Böschungen, Dämme und Einschnitte berech-net. Das Ergebnis des Entwurfes kann dann z.B. als Lageplan ausgeplottet werden (siehe

- 62 -

Abbildung 5.9). Mit Hilfe einer solchen Spezialsoftware werden Fehler vermieden und auf-wendige Zeichenarbeit reduziert. Darüber hinaus können von jedem beliebigen Ort aus Perspektiven erzeugt werden, die eine Überprüfung des Entwurfes z.B. im Hinblick auf die Einpassung der Straße in die Landschaft (Standort außerhalb des Straßenraumes) oder im Hinblick auf die Sicherheit (Perspektive aus Fahrersicht) erlauben.

Abbildung 5.9 Lageplan eines Knotenpunktes (Entwurfssoftware CARD/1)

In vielen Bereichen des Bauingenieurwesens wird der Entwurf und die Bemessung eines Bauwerkes mit Hilfe von DV-Programmen in ähnlicher Weise durchgeführt. Gegenüber der manuellen Bearbeitung wird mit dieser Arbeitsweise nicht nur eine höhere Genauigkeit er-reicht, sondern es werden auch bessere Möglichkeiten zur Überprüfung der Qualität des Entwurfes geboten. Dies hat jedoch nicht zwangsläufig eine Zeitersparnis bei der Bearbei-tung eines Entwurfes zur Folge, denn die Arbeit mit solchen Programmen ist sehr aufwendig. Darüber hinaus sind auch die Ansprüche an die fertige Planung sowohl bei den bearbeiten-den Ingenieuren als auch bei den Auftraggebern gegenüber früher deutlich höher.

5.4 Fachbezogene Berechnungs- und Darstellungssoftware

Bei der fachbezogenen Berechnungs- und Darstellungssoftware liegt der Schwerpunkt nicht mehr auf der zeichnerischen Darstellung. Vielmehr werden diese Programme vorrangig zur Berechnung herangezogen; die Darstellung dient aber zur Veranschaulichung der berechne-ten Ergebnisse. Diese sind oft sehr umfangreich und komplex und wären ohne eine zeichne-

- 63 -

rische Darstellung kaum zu erfassen oder zu interpretieren. Die visualisierten Ergebnisse werden nicht zuletzt auch dazu verwendet, sie Dritten verständlich zu machen.

Eine typische Ingenieuraufgabe betrifft z.B. die Auswertung und Analyse großer Datensätze in den unterschiedlichsten Fachdisziplinen. Hierzu stehen eine Reihe von Statistik- und Ta-bellenkalkulationsprogrammen zur Verfügung, mit deren Hilfe selbst sehr umfangreiche Da-tensätze bearbeitet werden können. Die Ergebnisse können dann in Tabellenform oder gra-fisch aufbereitet dargestellt werden. Besonderes Augenmerk ist dabei auf die Art der Grafik zu legen: Je nach Fragestellung oder Auswertungsziel ist eine geeignete Darstellungsform zu wählen, die den entsprechenden Sachverhalt besonders gut verdeutlicht. Dies gilt sowohl für schriftliche Ausarbeitungen als auch für Vorträge. In Abbildung 5.10 ist ein verhältnismä-ßig kleiner Datensatz generiert, der die Belastung von drei Autobahnstrecken mit Lkw (DTV(SV)) in den Jahren von 1986 bis 2002 wiedergibt. Durch eine grafische Aufberei-tung dieser Daten wird das Ergebnis viel anschaulicher als durch die reinen Zahlen in der

Tabellenform eines Datensatzes Balkendiagramm zur jährlichen Zunahme des

DTV(SV)

Summenlinie des DTV(SV) für den Betrachtungszeitraum

Häufigkeitsverteilung der Fahrzeugarten des Schwerverkehrs

Abbildung 5.10 Darstellungsweisen von Datensätzen (Berechnungssoftware SPSS,

Darstellungssoftware EXCEL)

Untersuchungs-strecke A B CBaujahr 1987 1987 1987

Jahr2002 6.902 12.076 15.312 2001 6.731 11.776 14.901 2000 6.560 11.477 14.491 1999 6.388 11.178 14.081 1998 6.217 10.878 13.671 1997 6.046 10.579 12.515 1996 5.875 10.279 11.358 1995 5.704 9.980 10.202 1994 5.770 9.668 10.134 1993 5.836 9.356 10.066 1992 5.474 9.044 9.997 1991 5.113 8.732 9.929 1990 4.751 8.420 9.861 1989 4.613 8.047 9.429 1988 4.482 7.674 8.998 1987 4.359 7.301 8.566 1986 4.242 6.928 8.135

DTV(SV)

jährliche Zunahme des DTV(SV)

0

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

16.000

18.000

1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002

Jahr

DTV

(SV

)

Untersuchungsstrecke AUntersuchungsstrecke BUntersuchungsstrecke C

Summenlinie des DTV(SV) für den Betrachtungszeitraum

0

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

140.000

160.000

180.000

200.000

1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002

Jahr

DTV

(SV)

Untersuchungsstrecke AUntersuchungsstrecke BUntersuchungsstrecke C

Häufigkeitsverteilung der Fahrzeugarten des SchwerverkehrsBus3%

LKW35%

LKW mit Anhänger33%

Sattelfahrzeuge29%

BusLKWLKW mit AnhängerSattelfahrzeuge

- 64 -

Tabelle. So eignet sich ein Balkendiagramm z.B. besonders gut, um die jährliche Zunahme des Lkw-Verkehrs auf diesen drei Strecken zu zeigen, während eine Summenlinie Auf-schluss darüber gibt, wieviele Lkw seit 1986 über die einzelnen Strecken gefahren sind. Eine andere Fragestellung könnte sich auf die Verteilung der Fahrzeugarten des Schwerverkehrs beziehen; hier wäre dann eine Häufigkeitsverteilung (z.B. in „Kuchenform“) mit Angabe der entsprechenden Prozentanteile zweckmäßig.

Neben solchen statistischen Auswertungen, die in allen Ingenieurbereichen Anwendung fin-den, gibt es auch fachspezifische Fragestellungen, für die dann auch spezielle Programme zur Berechnung und Darstellung verwendet werden. Zwei Beispiele sollen einen Eindruck über die Vielfältigkeit solcher fachspezifischer Software vermitteln: Im Baubetrieb wird u.a. mit dem Programm MS Project die Termin- und Ablaufplanung eines Bauprojektes bearbei-tet. In Abhängigkeit vom Aussagezweck gibt es wieder verschiedene Möglichkeiten, die Da-ten darzustellen. So wird in einem Bauablaufplan die Abfolge der einzelnen Tätigkeiten und ihre Abhängigkeiten voneinander gezeigt, während ein Bauzeitenplan Aufschluss über die zeitliche Abfolge der Tätigkeiten gibt (siehe Abbildung 5.11). In der Verkehrstechnik wird häufig die Leistungsfähigkeit von Knotenpunkten betrachtet: Nach Berechnung der Leis-tungsfähigkeit wird anschließend ein Signalprogramm für eine Lichtsignalanlage erstellt und in einem Signalzeitenplan visualisiert.

- 65 -

Bauablaufplan (Ausschnitt)

Bauzeitenplan (Ausschnitt)

Abbildung 5.11 Beispiel einer fachbezogenen Berechnungs- und Darstellungssoftware aus

dem Fachgebiet Baubetrieb (Software MS Project)

- 66 -

Leistungsfähigkeitsberechnung für einen Knotenpunkt

Signalzeitenplan für eine Lichtsignalanlage

Abbildung 5.12 Beispiel einer fachbezogenen Berechnungs- und Darstellungssoftware aus

dem Fachgebiet Verkehrstechnik (Software KNOSIMO und CROSSIG)

- 67 -

6 Methoden der Präsentation

Der Ingenieur bereitet mit seiner Planung, Konstruktion, Entwurf oder Berechnung eine Baumaßnahme vor, über die vor ihrer Realisierung entschieden werden muss. Damit der Entscheidungsträger (privater Bauherr, öffentlicher Bauherr oder sogar die Bevölkerung bei einem Bürgerentscheid) auch positiv im Sinne der ingenieurmäßig erarbeiteten Planung ent-scheidet, muss er von der Zweckmäßigkeit, Wirtschaftlichkeit, Ästhetik u.ä. dieser Planung überzeugt werden. Hierzu ist es erforderlich, die Planunterlagen (Skizzen, Zeichnungen, Mo-delle, Visualisierungen, Animationen) aufzubereiten und dem Entscheidungsträger, den Trä-gern öffentlicher Belange oder der Öffentlichkeit zu präsentieren.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten der Präsentation eines Projektes, die je nach Zusam-mensetzung der Zuhörer und dem Zweck der Präsentation ausgewählt werden sollten. Wäh-rend bei kleineren Runden oft Pläne, Skizzen, kleine Modelle oder Plakatwände ausreichen, werden bei einem großen Auditorium dagegen Projektionen mittels Overhead, Dia oder Be-amer (PowerPoint) notwendig. Wenn die Zuhörer nicht vom Fach sind, müssen die Darstel-lungen anschaulicher sein als vor Fachleuten, damit sie den Personen nahegebracht werde können. Auch der Zeit- und Kostenaufwand ist bei der Wahl der Präsentationstechnik in Be-tracht zu ziehen. Eine aufwendige Präsentation vereinfacht aber die oft schwierige Argumen-tation gegenüber Dritten, sei es die Öffentlichkeit oder Träger öffentlicher Belange, da die Planung für sie begreifbarer und transparenter wird als ohne eine Visualisierung. Da die Pla-nung besser verstanden und sozusagen optisch vor Augen geführt wird, ist auch die Akzep-tanz gegenüber der Maßnahme höher und vor allem schneller zu erreichen. Dies wiederum verkürzt die Planungs- und Entscheidungszeiträume teilweise erheblich.

6.1 Planaufbereitung

Zunächst stehen dem Vortragenden die klassischen Darstellungsformen zur Verfügung; da-zu zählen Skizzen, Pläne und Zeichnungen. Wie diese anzufertigen sind, wurde weiter oben bereits erläutert. Sollen sie jedoch zur Vorstellung kommen, müssen sie meist zur Verdeutli-chung und Veranschaulichung der Sachverhalte noch entsprechend aufbereitet werden. Zu diesem Zweck werden sie i.d.R. schraffiert oder koloriert. Dabei richtet man sich im konstruk-tiven Ingenieurbau nach den geltenden Normen, in denen materialspezifische Schraffuren und Signaturen festgelegt sind; für die planerischen Fachgebiete ist die Planzeichenverord-nung maßgebend, in der auch die Farbgebung für bestimmte Flächennutzungen geregelt ist (siehe Abbildung 6.1).

- 68 -

Konstruktionszeichnung (schraffiert) Umgestaltungsmaßnahme (koloriert)

Abbildung 6.1 Aufbereitung von Planunterlagen

Wenn Planungen für Laien (z.B. in einer Bürgerversammlung oder öffentlichen Anhörung) verständlich gemacht werden sollen, dann sind sehr komplexe Pläne meist zu kompliziert. In diesen Fällen ist es sinnvoll, die Pläne zu abstrahieren, also nur die zum Verständnis not-wendigen Informationen vereinfacht darzustellen und hervorzuheben (siehe Abbildung 6.2).

Gründung einer Schleuse

Baustelleneinrichtungsplan

Abbildung 6.2 Abstrahieren von Planungsmaßnahmen

- 69 -

6.2 Modellaufbereitung

Modelle sind aufgrund ihrer räumlichen Darstellungsweise an sich schon sehr anschaulich. Zu Präsentationszwecken werden sie häufig nur deshalb mit Bäumen, Häusern, Fahrzeugen, Menschen oder anderen Elementen bestückt, um den Realitätscharakter weiter zu erhöhen und das Umfeld ansprechend zu gestalten. So wurde das Modell vom Entwicklungsgebiet des Lehrter Bahnhofs in Berlin (siehe Abbildung 6.3) für einen städtebaulichen Wettbewerb angefertigt und zusätzlich nur mit Bäumen versehen, um bestimmte städtebauliche Elemente zu betonen. Bei dem Modell einer Straßenbaumaßnahme sollte hingegen die Einpassung der Straße in die Landschaft und ihre Wirkung im Umfeld dargestellt werden.

Entwicklungsgebiet Lehrter Bahnhof Berlin Straßenbaumaßnahme

Abbildung 6.3 Aufbereitung von Modellen

6.3 Visualisierung

Heute geht der Trend immer mehr zum Einsatz neuer Medien und Techniken zur Visualisie-rung von Planungsmaßnahmen. Teilweise erleichtern sie die Arbeit zur Vorbereitung einer Präsentation, teilweise sind sie aber auch sehr aufwendig und nur von Spezialisten zu erstel-len. Solche aufwendigen Visualisierungen sind dann aber auch bestens dafür geeignet, Drit-ten, z.B. Fachfremden oder der Öffentlichkeit, eine Planung über dreidimensionale Bilder und bewegte Animationen variantenreich und anschaulich vorzustellen. Das Ziel einer optimalen Visualisierung ist somit die realistische Darstellung eines Vorhabens in seinem Umfeld. Da-mit kann die Einpassung der Maßnahme, z.B. einer Straße, eines Gebäudes oder einer Brü-cke, in die umgebende Natur und Landschaft besser beurteilt werden, verschiedene Varian-ten können anschaulich dargelegt und die technische Lösung an sich sowie die Gestaltung von Bauwerken eindrucksvoll und allgemeinverständlich präsentiert werden. Aber auch für den planenden und konstruierenden Ingenieur ist eine Visualisierung der Maßnahme von Vorteil, denn er kann sein Projekt in vielerlei Hinsicht überprüfen, was die Qualität der Pla-nung erhöht und wodurch Planungsfehler vermieden werden.

- 70 -

Durch die Entwicklungen im Hard- und Softwarebereich sind inzwischen die Voraussetzun-gen geschaffen worden, solche Medien und Techniken überhaupt anwenden zu können. Programme wie beispielsweise PowerPoint sind auch der Allgemeinheit zugänglich und kommen bei der Präsentation immer häufiger zum Einsatz. Wesentlich ist dabei zum einen, dass die Fachplaner ihre Entwürfe und Konstruktionen inzwischen fast ausschließlich DV-gestützt bearbeiten. Damit liegen alle Punkte einer Maßnahme aus dem Grundriss, dem Auf-riss und dem Querschnitt in digitaler Form mit definierten Koordinaten vor. Im Rechner kön-nen somit mit relativ geringem Aufwand räumliche Modelle erzeugt werden. Zum anderen bieten die modernen Computer aufgrund ihrer Schnelligkeit und Speicherkapazität heute die Möglichkeit, diese Projektdaten mit realistischen Umfelddaten zu kombinieren.

Im Folgenden werden die verschiedenen Techniken zur Visualisierung kurz beschrieben und durch Beispiele ergänzt.

6.3.1 Visualisierung mit Orthophotos

Bei den sogenannten Orthophotos handelt es sich um entzerrte Luftbildaufnahmen. Luftbil-der haben keinen einheitlichen Maßstab. Durch die Zentralprojektion bei der Fotografie ent-stehen aufgrund der Höhenunterschiede im Gelände Verzerrungen bei der geometrischen Abbildung von Landschaftsobjekten. Diese Verzerrungen werden durch die Umformung des Originalbildes in ein Bild mit Parallelprojektion (Orthogonalprojektion) eliminiert. Die so ent-standenen Orthophotos haben eine hohe Auflösung und gute Qualität. Die Daten dieser Pho-tos sind digital verfügbar und können somit DV-technisch weiterverarbeitet oder zusammen mit einer Planungsmaßnahme als analoges Bild ausgegeben werden.

Abbildung 6.4 zeigt ein Orthophoto, auf das als Layer eine Skizze aus CorelDraw gelegt wurde, um ein geplantes Verkehrskonzept zu verdeutlichen. In einem zweiten Layer, der die Beschriftung enthält, werden weitere Erläuterungen zur Planung gegeben. Mit einer solchen Visualisierung kann unter Verwendung einfacher Hilfsmittel eine technische Maßnahme ei-nem breiten Publikum anschaulich vorgestellt werden.

6.3.2 Visualisierung durch Fotomontage

Fotomontagen entstehen durch manuelles oder digitales Einbinden einer Planungsmaßnah-me in das Foto einer bestehenden Situation. Die dafür verwendeten Elemente können aus einem anderen Foto entnommen oder als Skizzen manuell bzw. DV-gestützt angefertigt wer-den. Das Beispiel in Abbildung 6.5 zeigt die geplante Überführung einer Straßenbahnlinie über eine bestehende Straße. Hier wurde in das Foto der bestehenden Straße eine Zeich-nung der Überführung mit skizzierter Begrünung eingepasst.

- 71 -

Direkte Verknüpfung der beidenGewerbegebiete Süd und Ost

Entlastung der Sossenheimer Straße und Hamburger Straße

Schleichverkehr aus Richtung Steinbach zum Gewerbegebiet Süd durch die Innenstadt entfällt

Verlängerte Verflechtung um 200 m

Direkte Verknüpfung der beidenGewerbegebiete Süd und Ost

Entlastung der Sossenheimer Straße und Hamburger Straße

Schleichverkehr aus Richtung Steinbach zum Gewerbegebiet Süd durch die Innenstadt entfällt

Verlängerte Verflechtung um 200 mVerlängerte Verflechtung um 200 m

Abbildung 6.4 Visualisierung mittels Orthophoto (Verkehrskonzept)

Abbildung 6.5 Visualisierung durch Fotomontage (Straßenbahnüberführung)

- 72 -

6.3.3 Visualisierung mittels fotorealistischer Darstellung

Eine weitere Visualisierungsstufe sind fotorealistische Darstellungen. Hierfür werden von einem vorgesehenen Standort mit speziellen Aufnahmeverfahren Fotografien angefertigt. Diese Bilder werden digitalisiert und dienen dann als Hintergrund für die Planungsmaßnah-me. Das mit Hilfe des Computers erzeugte Modell der Planung wird dann perspektivisch rich-tig und mittels einer Visualisierungssoftware in den realen Hintergrund eingepasst. Aufgrund der technischen Möglichkeiten bei der Bearbeitung des endgültigen Bildes erscheint die Pla-nungsmaßnahme auf dem Foto sehr realistisch (siehe Abbildung 6.6). Mit dieser Technik können auch ohne großen Aufwand verschiedene Varianten eines Modells in den gleichen Hintergrund eingebunden werden.

Foto der bestehenden Situation Perspektive der Planungsmaßnahme (Gitternetzstruktur)

Einbinden der Planungsmaßnahme in das Foto Realitätsnahe Aufbereitung und Retusche

Abbildung 6.6 Arbeitsschritte zum Erstellen einer fotorealistischen Darstellung

Ein weiteres Beispiel soll verdeutlichen, wie beeindruckend die Wirkung von fotorealistischen Darstellungen sein kann. Abbildung 6.7 zeigt die Umgestaltung eines innerörtlichen Knoten-punktes zum Kreisverkehrsplatz. Dabei wurde besonderes Gewicht auf die Details gelegt, um einen sehr hohen Realitätsbezug zu erzeugen. Die Visualisierungssoftware bietet nicht nur die Möglichkeit, aus ihrem Tool Menschen, Fahrzeuge, Laternen, Bäume etc. maßstäb-

- 73 -

lich in das Foto einzubinden, sondern sie gewährleistet auch nahtlose Übergänge von Pla-nung und Realität, Schattenwurf u.v.m.

Foto der bestehenden Situation (Kreuzung) Fotorealistische Darstellung der Planungs-maßnahme (Kreisverkehrsplatz)

Abbildung 6.7 Beispiel einer fotorealistischen Darstellung

6.3.4 Visualisierung mittels Animation

Unter Animation versteht man die Visualisierung durch bewegte Bilder, wobei unterschiedli-che Absichten zugrunde liegen: Entweder soll durch die bewegten Bilder ein komplexer Sachverhalt verdeutlicht oder ein geplantes Bauvorhaben soll besonders eindruckvoll vor Augen geführt werden.

Im ersten Fall, z.B. bei der Animation einer Hochwasserberechnung (siehe Abbildung 6.8), muss weniger Wert auf Realitätsnähe gelegt werden. Hier geht es darum, in einer Filmse-quenz zu demonstrieren, wie bei steigendem Wasserpegel sukzessive die angrenzenden Flächen überflutet werden. Diese Filmsequenz ist das Ergebnis einer Simulation mit einer hydraulisch-numerischen Software auf Basis eines digitalen Geländemodells, das aus Laser-Scanning-Daten erzeugt wurde. Ähnliche Animationen aus Simulationen werden zur De-monstration der Ergebnisse in vielen Fachgebieten des Bauingenieurwesens erstellt (z.B. Verkehrsabläufe an Knotenpunkten, Verhalten von Bauteilen unter zunehmender Belastung etc.).

- 74 -

Abbildung 6.8 Animation einer Simulation (Hochwasserberechnung)

Steht dagegen eine Baumaßnahme im Vordergrund, die durch bewegte Bilder in besonderer Weise vorgestellt werden soll, dann kommen dafür grundsätzlich zwei Arten der Animation in Betracht:

1. Bei einer Charakter-Animation wird das geplante Bauvorhaben ähnlich einer fotorealisti-

schen Darstellung als Standbild eingeblendet; in diesem Bild bewegen sich dann be-

stimmte Objekte, z.B. Fahrzeuge, Menschen, Straßenbahnen o.ä.

2. Bei der Kamera-Animation dagegen bewegt man sich simuliert über einen festgelegten

Kamerapfad z.B. durch ein Gebäude oder entlang einer Straße. Durch die Bewegung ver-

stärkt sich der Realitätseindruck. Wenn eine Kamera-Animation mit einem Videofilm aus

der realen Umgebung kombiniert wird, dann muss der Kamerapfad bei der Videoaufnah-

me exakt dem des Rechnermodells, also dem Kamerapfad der Planungsmaßnahme, ent-

sprechen. Der im Computer trassierte Weg muss vor Ort messtechnisch festgelegt wer-

den, was äußerst aufwendig und auch kostenintensiv ist.

Standbild aus einer Charakter-Animation Standbild aus einer Kamera-Animation

Abbildung 6.9 Animation einer Planungsmaßnahme

- 75 -

6.3.5 Visualisierung durch Virtual Reality

Bei der Visualisierung durch Virtual Reality hat der Betrachter die Möglichkeit, seine compu-tererzeugten, dreidimensionalen Modelle zu begehen oder zu befliegen und sogar zu verän-dern. Dies geschieht aber im rein virtuellen, bildlich vereinfachten Umfeld, also in einem vir-tuellen Modell. Ausgestattet mit einer Datenbrille, die an einem Computer angeschlossen ist, bewegt sich der Betrachter in einer vom Rechner erzeugten dreidimensionalen Welt. Mit Hil-fe eines Datenhandschuhs kann er in diesem virtuellen Modell beispielsweise Objekte bewe-gen (Abbildung 6.10).

Betrachter mit Datenbrille und -handschuh Standbild aus einem virtuellen Rundgang in einem Bürogebäude

Abbildung 6.10 Visualisierung durch Virtual Reality

Dieses Verfahren ist aufgrund der dafür erforderlichen Ausstattung nicht für ein größeres Publikum geeignet, sondern beschränkt sich auf einzelne Personen. Daher kommt Virtual Reality derzeit weder im konstruktiven Ingenieurbau noch im planerischen Bereich zum Ein-satz, was sich aber in Zukunft noch ändern kann; in der Architektur wird es allerdings bereits eingesetzt.

- 76 -

7 Literaturverzeichnis

Calatrava, S. Santiago Calatrava: Ingenieur-Architektur Birkhäuser Verlag Basel u.a., 1990

Erhardt, H.-M. Freihandzeichnen für Architekturstudenten Universität Karlsruhe (TH), Fakultät für Architektur Karlsruhe, 1991

Frey, D. AutoCAD 2000 – Das Trainingshandbuch für Architekten und Bauingenieure Sybex Verlag Düsseldorf u.a., 1999

Fucke, R.; Kirch, K.; Nickel, H. Darstellende Geometrie für Ingenieure Fachbuchverlag Leipzig - Köln Leipzig, 1992

Heuser, K. C. Freihändig zeichnen und skizzieren Augustus-Verlag Augsburg, 1994

Hoischen, H. Technisches Zeichen Cornelsen Girardet Verlag Berlin, 2000

Leistner, D.; Klemp, K. Ansichten: Standpunkte zur Architekturfotografie Schmidt Verlag Mainz, 1994

- 77 -

Portmann, U.; Portmann, K. D. Symbole und Sinnbilder in Bauzeichnungen nach Normen, Richtlinien und Regeln Bauverlag GmbH Wiesbaden u.a.,1995

Pracht, K. Zeichnen und Modellbau Bauverlag GmbH Wiesbaden u.a.,1993

Hinweis: Die hier aufgeführte Literatur stellt nur einen Bruchteil der verfügbaren Literatur dar; die Liste könnte beliebig erweitert werden.