Die beliebtesten Render-Engines für die architektonische Visualisierung

Vom Papier zum Computer – die Entwicklung der Computergrafik

„Der Herr der Ringe”, „Matrix”, „Shrek”, wer kennt diese Filme nicht? Alle drei Filme sind (für ihre Zeit) reich an innovativen Trends hinsichtlich der Computergrafik. Nicht ohne Grund vergibt die Amerikanische Filmakademie einen besonderen Oscar für die besten Spezialeffekte. Die Kinematographie ist ein Bereich, der zweifellos einen Einfluss auf die Richtung der Entwicklung von 3D-Modellen besitzt. Heute kann man nicht nur auf der Leinwand der Modellierung begegnen, sondern auch im alltäglichen Leben. Der Bau eines Hauses, die Gestaltung eines Gartens oder eines Innenraums sind nur einige Branchen, in denen ein grundlegendes Element des Kundenkontaktes (z.B. das Vorstellen von Ergebnissen der Arbeit eines Projektierungsteams) architektonische Visualisierungen sind.

Die erste nicht besonders fortgeschrittene Computergrafik entstand bereits am Ende der 50er Jahre des 20. Jahrhunderts.

Zu dieser Zeit waren Geräte teuer, schwierig in ihrer Bedienung und von großen Abmaßen. Einen echten Durchbruch gab es erst mit der Verbreitung von persönlichen Computern auf der ganzen Welt. Bei der Erstellung einer Zeitachse der Computergrafik lassen sich unter den Render-Engines und 3D-Modellen fünf wichtige Dekaden unterscheiden:

50er Jahre des 20. Jahrhunderts – Die Anfänge – Der Flug mit dem Flugzeug

Es begann ähnlich wie beim Internet. Bereits in der Hälfte der 40er Jahren des vergangenen Jahrhunderts arbeiten die Militärs verschiedener Staaten an Flugsimulatoren, die in der Lage waren Rekruten schneller auf die Arbeit vorzubereiten und eine Antwort auf die Wirtschaftskrise der Nachkriegszeit sein konnten. Das Ergebnis dieser Arbeiten war das Projekt des Whirlwind-Programms. Etwas später wurde der Lichtgriffel zur revolutionären Entdeckung, der die Bedienung des Computers über den Röhrenmonitor ermöglichte.

60er Jahre des 20. Jahrhunderts – Wahnsinn!

Heutige Computer mit Grafikkarten, die fortgeschrittene Projekte von 3D-Modellen unterstützen, kosten rund 1 bis 2 Tausend Euro. Sie passen auf den Schreibtisch und im Falle von Laptops lassen sie sich unglaublich leicht transportieren. Leider nahmen die Computer, die in den 60er Jahren des 20. Jahrhunderts produziert wurden, deutlich mehr Platz in Anspruch und kosteten ein Vermögen, das vergleichbar zu einem großen Appartement im Zentrum von New York war. Im Jahr 1962 gab es bereits eine Bezeichnung für die „Bilder aus dem Computer“. Der Autor des Begriffes „Computergrafik“ war William Fetter, ein Künstler und Flughafenmitarbeiter. Etwas später entstand auch die erste Animation unter dem Namen „Two-Gyro Gravity-Gradient Attitude Control System“ (Autor Edward Zajac), die eine Simulation der Bewegung von Satelliten im Weltraum darstellte. Auch die ersten Render-Engines entstanden. Sketchpad ermöglichte das Erstellen von Zeichnungen mithilfe von Linien und geometrischen Figuren. Das Unternehmen IBM brachte den ersten Computer zum Erstellen von Grafiken heraus.

70er Jahre des 20. Jahrhunderts – diese Hand ist Gold wert

Forschungen zur Entwicklung der Computergrafik werden an Universitäten auf der ganzen Welt unternommen. Dabei zeigten sich die Amerikaner als besondere Pioniere bei den Methoden zum Texture Mapping. Ed Catmull (der spätere Oscar-Preisträger) erstellte eine Animation einer linken Hand, die später im Film „Futureworld“ verwendet wurde. Zum Ende der 70er Jahre entstand das 3D Core Graphics System, das bis heute die Regeln und Standards für 3D-Grefiken darstellt. Martin Newell erstellte das legändere Modell eines dreidimensionalen Wasserkochers, das dabei helfen sollte, neue Algorithmen und Problemlösungen zu erstellen. Das ist das Fundament für solche Programme wie 3D Studio Max und AutoCAD.

80er Jahre des 20. Jahrhunderts – hello!

Diese Dekade gehört vollständig Steve Jobs, Steve Wozniak und Ronald Wayne. Im Jahr 1984 kam der Macintosh auf den Markt – der erste Computer mit einer Grafikschnittstelle, der massenhaft verkauft wurde. Der Mac besaß bereits ein Programm zum Erstellen einfacher Grafiken – MacDraw und MacPaint. Konsumenten begannen dadurch Amateur-Computergrafiken zu erstellen. Diese Disziplin wurde unglaublich beliebt. Zu dieser Zeit wurde das Unternehmen Corel gegründet und das Programm Adobe Photoshop erschaffen.

90er Jahre des 20. Jahrhunderts – Wir schauen animierte Märchen

Zu einem durchbrechenden Ergebnis wird die Premiere von „Toy Story“, einer Animation, die komplett in der 3D-Technik geschaffen wurde. Ein Jahr später, 1996, kam das erste 3D-Spiel, Quake, auf dem Markt. Die Projekte wie Photoshop, Illustrator und Corel Photo-Paint wurden weiterentwickelt. Die durch IBM produzierten Computer stellen 65538 Farben dar, was später als XGA-Standard benannt wurde. Das Unternehmen JASC Software bringt ein Programm zum Konvertieren von BMP-, GIF- und PCX-Dateien auf den Markt.

Beliebte Render-Engines

 

Damit das Programm zum Erstellen von Computergrafiken effektiv, schnell und problemlos funktioniert sowie zufriedenstellende Ergebnisse liefert, sollte man geprüfte Render-Engines verwenden. Hier befinden sich einige Beispiele:

Erste Gruppe – In das 3ds Max Programm INTEGRIERT

  • Scanline – interner Engine von Max 3ds ist eigentlich eine Technologie, die sich auf das synchronisieren der Arbeit von zwei bis vier Grafikkarten konzentriert und die das Rendern deutlich beschleunigen. Scanline erlaubt auch die Abbildung eines Bildes auf zwei Bildschirmen,
  • mental Ray – das ist eine Software, die von NVIDIA erstellt wurde, die das Rendern von Bildern, Animationen und 3D-Modellen in hoher Qualität sowie fotorealistisch ermöglichen. mental Ray basiert auf der Raytracing-Technik,

Zweite Gruppe – SOG. „PLUG-INS” bzw. EXTERNE PROGRAMME

  • V-ray – ist ein Engine der sich auf die GI-Technologie stützt. Er besitzt ein einfach zu bedienendes Interface, führt Berechnungen schnell aus, bedarf einem geringen Arbeitsaufwand, um fotorealistische Effekte zu erzielen, gibt viel bessere Ergebnisse als standardmäßige Render-Engines und wird häufig für Grafiken/Animationen/3D-Modelle sowie für architektonische Visualisierungen eingesetzt (aufgrund der genauen Abbildung der Wirklichkeit). Er arbeitet mit Programmen wie etwa 3ds Max, 3ds Max Design, Maya, Softimage und SketchUp zusammen,
  • FinalRender – das Produkt ist insbesondere bei der Produktion von Hollywood-Filmen beliebt. Es macht sich auch beim Rendern von architektonischen Visualisierungen hervorragend,
  • Brazil R/S – die derzeit beliebteste Version ist die Ausgabe 3.0. Der Engine garantiert, im Gegensatz zum Maxwell Render, dessen Arbeitszeit im Falle von durchschnittlichen Geräten sogar einige Tage umfassen kann, dank der schnellen Berechnung von Daten, fotorealistische 3D-Modelle,
  • Maxwell Render –ist eine Engine vom Typ physical based renderer. Ähnlich wie der V-ray, kennzeichnet er sich durch einen hohen Grad an Fotorealismus bei geringem Arbeitsaufwand. Er ist einfach und intuitiv in der Verwendung und macht sich sowohl bei Computer-Profis als auch bei Amateuren bewährt, die schnell ein zufriedenstellendes Ergebnis erhalten möchten. Leider ist dies eine Render-Engine für Besitzer von Computern der Oberklasse. Ein Gerät von schwacher Leistung wird einige Tage zum Rendern benötigen. Maxwell Render ist ein eigenständiges Programm, das mit anderen Anwendungen zur Computergrafik zusammenarbeiten kann, wie z.B. 3ds Max,
  • fryRender – ein Engine vom Typ unbiased. Er besitzt keine Einschränkungen bei der Berechnung und führt alle Befehle des Grafikdesigners durch. Er zählt neben Maxwell Render und V-ray zu den besten Render-Engines,
  • RenderMan – dieser Engine wurde durch Pixar entwickelt. Derzeit ist er für den nichtkommerziellen Gebrauch (für Hobby-Grafikdesigner) kostenlos erhältlich. RenderMan macht sich in verschiedenen Grafikumgebungen bewährt. Er ermöglicht Arbeiten an der Beleuchtung sowie allgemeine Animationsszenen ohne Eingriff in die Details. Eignet sich hervorragend für Anfänger und Amateur-Grafikdesigner.

Max 3ds – ein echter Durchbruch

 

Es schien so, als mit der Entstehung des XGA-Standards die durchbrechenden Erfindungen im Bereich der Computergrafik abgeschlossen wären. Jedoch war der letzte Durchbruch in dieser Branche die Entstehung des Programms 3D Studio im Jahr 1990. Das Unternehmen Yost Group erstellte ein Produkt, dass zum beliebtesten Werkzeug in der Erstellung von 3D-Modellen wurde. Die heutige Anwendung unter der abgewandelten Bezeichnung 3ds Max wird durch Hersteller von Computerspielen, Filmen, Werbung und architektonischer Visualisierung verwendet. Die letzte Version von 3ds Max wurde 2017 herausgegeben und ist für Computer mit Microsoft Windows Software verfügbar.

Max 3ds besteht aus einigen Elementen:

  • Character Studio – ein System, dass zu fortgeschrittenen Animationen von Gestalten dient. Es wird häufig bei Computerspielen verwendet,
  • Reactor bzw. seit 2012 MassFX – dient zur Simulation von natürlichen und physikalischen Erscheinungen,
  • Werkzeuge zur Kontrolle von Animationen,
  • Werkzeuge zum Modellieren von Kurven (in der NURBS-Technik),
  • Zusätzliche Plug-ins – die die Erweiterung des Programms um neue Funktionen ermöglichen bzw. deren Anpassung an die Nutzeranforderungen.

 

3D-Modelle für architektonische Visualisierungen

 

Heute besitzt jedes Unternehmen, das sich mit der Raumgestaltung beschäftigt (z.B. Innenräume, Häuser, Gärten), die Erstellung von 3D-Modellen in ihren Standards. Untersuchungen zeigen, dass sich die Computergrafik für die architektonische Visualisierung mit rund 70% positiv auf die Verbesserung des Kundenkontakts auswirkt. Das Zeichenpapier wurde somit gegen einen Mehrzweck-Computer eingetauscht, der viel präziser arbeitet, als das menschliche Auge. Erwähnenswert ist, dass 3D-Modelle immer in Zusammenarbeit mit bspw. Papierplänen funktionieren. Zusammen können sie ein vollständiges und realistisches Bild des Projektes wiedergeben. Später wird es dem Kunden einfacher seine Vision mit den Ergebnissen des Entwicklerteams zu vergleichen und eventuelle Verbesserung einzuführen.

Beispiele anderen Programme für Computergrafiken:

  • Shark LT bzw. FX,
  • Inventor,
  • Solidworks,
  • SolidEdge,
  • 3dCrafter.

3D-Grafiken Schritt für Schritt – 3D-Tutorial

Oben wurden die beliebtesten Render-Engines vorgestellt. In Abhängigkeit von unseren Fähigkeiten (Amateur- bzw. Profi-Grafikdesigner), unserem Geldbeutel (kostenpflichtige bzw. kostenlose Software und Engine), unseren Anforderungen (architektonische Visualisierung bzw. Animationen mit wenigen Details) und der Qualität des Gerätes (durchschnittlich, hochwertig) kann man zwischen einer ganzen Reihe von auf dem Markt verfügbaren Produkten auswählen. Jeder Grafikdesigner sollte jedoch einige Ratschläge hinsichtlich der Programme für die 3D-Modellierung sowie der Render-Engines beachten. Nachfolgend zählen wir einige von ihnen auf:

 

ERSTER RATSCHLAG – Berücksichtige die Zeit!

Im Falle des Berufes des Computergrafikdesigners darf es keine Projekte geben, die „im letzten Augenblick“ durchgeführt werden. Jede Tätigkeit sollte zuvor genauestens geplant sein. Die Erstellung der 3D-Modelle selbst bedarf eines räumlichen Vorstellungsvermögens und großer Präzision. Auch das Rendern kann bei größeren Aufgaben einige Stunden Zeit in Anspruch nehmen.

 

ZWEITER RATSCHLAG – das Benennen

Falls wir 3D-Modelle entwerfen, die aus vielen Elementen bestehen, müssen wir an das genaue beschreiben aller Elemente denken. Alle Programme bieten eine Funktion zum Markieren und Benennen von Teilen des Projektes. Zudem können diese so gruppiert werden, dass man sie weder aus den Augen verliert noch verwechselt. Die Hierarchie und Ordnung bei der Arbeit ist das Wichtigste!

3d max models

Was ist rendern?

 

Das Rendern ist einer der wichtigsten Prozesse im Computer. Ohne diese Tätigkeit wären wir nicht in der Lage zuvor montierte Filme, in Programmen geänderte Bilder oder gemischte Audiospuren wiederzugeben. Deshalb endet nahezu jeder Prozess, der mit der Bildbearbeitung, 3D-Grafiken bzw. Audio zu tun hat, mit dem Rendern. Das ist die Umformung einer Sammlung von Daten, die diese für den Empfänger der Information leserlich macht. Man kann sagen, dass dies auf der Übersetzung von Computersprache zur vom Menschen lesbaren Sprache basiert. Im Fall von Computergrafiken treten derart komplizierte Cods auf, dass das Wiedergeben von zuvor nicht gerenderten Dateien für Dritte (die sich nicht mit der IT-Branche beschäftigen) praktisch unmöglich macht, unverständlich und nicht angenehm anzusehen wäre. Das ist ein wichtiger Faktor hinsichtlich der zuletzt sehr beliebten Verwendung von max 3D-Modellen für die architektonische Visualisierung. Das grundlegende Ziel ist es, dem Kunden ein Projekt in einer vereinfachten, realistischen (im Gegensatz zu Papierschablonen) und einfach zu verstehenden Version zu präsentieren. Im Falle von 3D-Komputergrafiken wird das Rendern als Darstellung bzw. Präsentation verstanden. Der Kern des Prozesses der umgeformten Daten konzentriert sich auf die Projektanalyse und das Erstellen einer zweidimensionalen Ebene, die durch eine Animation bzw. eine Tangente mit einander verbunden sind.

Wichtig hierbei sind:

  • Das Spiegelbild,
  • Schatten,
  • Die Atmosphäre des 3D-Modells (z.B. Nebel, Rauch, greller Sonnenschein),
  • Licht (Technik der volumetrischen Beleuchtung),
  • Farben,

die wesentlich für das Endergebnis sind.

Die beliebteste Technik zum Rendern bei 3D-Modellen ist das sogenannte Raytracing. Diese Methode konzentriert sich auf die Analyse dieser Strahlen, die mit dem Auge des Empfängers erkennbar sind. Trotz der Vorwürfe von Kritikern des Raytracings, die behaupten, dass dies lediglich eine vereinfachte Abbildung der Beziehung zwischen Sonne und Umgebung, gibt diese Technik erstaunlich gute und zufriedenstellende Ergebnisse. Wie die meisten Methoden bedarf sie kein besonderes Eingreifen, sondern nur eine vorherige Vorbereitung.

Programme, die das Rendern mithilfe dieser Methode anbieten sind:

  • POV-Ray,
  • Blender,
  • 3ds Max,
  • Maya,
  • LightWave 3D,
  • PYTHA.

Neben dem Raytracing sind nachfolgende Methoden zum Rendern ebenfalls beliebt:

  • Flächenschatten – die Methode konzentriert sich auf das Ausgleichen der Schatten im 3D-Modell,
  • Globale Beleuchtung
    • Radiosity – berücksichtigt ausschließlich das sog. diffuse Reflektoren. Es ist besonders wirkungsvoll in Verbindung mit dem Raytracing (die Techniken unterstützen sich gegenseitig),
    • Photon Mapping – simuliert eine realistische Lichtverteilung.

Der Mechanismus, der für das Rendern verantwortlich ist wird Renderer genannt. In den meisten Fällen gibt der Computer vor in welches Format die bearbeitete Datei am besten gerendert werden sollte.
Aufgrund von komplizierten grafischen Eingriffen ist das Rendern unglaublich zeitintensiv und kann sogar 1/3 der Zeit einnehmen, die der Grafikdesigner aufbringen musste, um das 3D-Modell zu erstellen. Ein Vorteil ist jedoch der, dass dieser Vorgang selbstständig abläuft. Während dessen kann man anderen Pflichten nachgehen.

DRITTER RATSCHLAG – Skizzen allein reichen nicht aus

Eine Skizze ist die Grundlage für ein Projekt, jedoch reicht sie nicht aus, um ein zufriedenstellendes 3D-Projekt zu erstellen. Wenn man sich ausschließlich auf schematische Zeichnungen stützt, besitzt man nur ein eingeschränktes Sichtfeld und einige Details sind nicht sichtbar. In diesem Fall lohnt es sich sogenannte Ansichtsfotos zu verwenden. Falls wir keine eigenen besitzen, kann man die aus beliebten Suchmaschinen und Fotografie-Portalen verwenden (Google, Tumblr, Instagram). Echte Fotos sind viel genauer und besitzen mehr Einzelheiten als Skizzen. Das ermöglicht uns Details zu bemerken und diese im eigenen Projekt zu verwenden. Man sollte einige Fotos finden, die das Objekt bzw. den Raum aus einigen Perspektiven zeigen und diese immer mit dem eigenen Projekt auf Realismus vergleichen.

VIERTER RATSCHLAG – denke an die Details

Markiere sich unterscheidende Elemente. Im Falle von 3D-Modellen, z.B. eines Schlafzimmers, kann man sicher sein, dass keine Oberfläche ideal eben ist. Es lohnt sich die Einzelheiten wie etwa Kissen, Türgriffe, Bettkanten und Fenster zu markieren, damit das spätere Bearbeiten einfacher und kein Element des Projektes vergessen wird.

FÜNFTER RATSCHLAG – sei auf dem Laufenden

Das Betrachten von Internetseiten zum Thema Computergrafik hilft neue, interessante Lösungen und Anwendungen für die eigenen Projekte zu finden. Wo sollte man Inspirationen suchen, wenn nicht bei den Kolleginnen und Kollegen aus dem eigenen Fachgebiet? Ein Grafikdesigner ist eine vielseitige Person, sollte aber über ein entsprechendes Wissen zu jedem Projekt verfügen.