SPACEPIXELS

[short description][presentation]

Ziel von 'SPACEPIXELS' ist die Untersuchung des Lichts als architektonisches Element. Dies geschieht auf zweierlei Arten:

- Einerseits durch das generieren künstlicher Bilder und Ansichten des virtuellen Modelles. Dabei geht es in erster Linie darum, den Einfluss von Tageslicht sowie artifizieller Lichtgestaltung in den Zusammenhang mit Bildwahl (Cadrage) und Bildgestaltung zu setzen. Dabei werden neben der Beleuchtung verschiedene Aspekte der Materialisierung, Oberflächen, Transparenz und Reflexion und Nachbearbeitung berücksichtigt.

- Andererseits spielt die Positionierung der künstlichen Bilder im Kursinterface eine elemetare Rolle. So können generierte Bilder als texturartige Elemente eingesetzt werden oder mehr dem traditionellen Layout einer 'Bildergallerie' unterliegen.

[Thoronet][Kahn:Kimbell][LC:Ronchamps]

Die Aussage eines Bildes welches zur Vermittlung eines architektonischen Entwurfes beigezogen wird, will präzise definiert sein. Dabei kann es nicht um eine möglichst photorealistische Darstellung des Objektes gehen, sondern die Aussage muss sich auf einer übergeordneten Ebene mit dem Entwurfsgedanken selber auseinandersetzen. Bilder welche diese Anforderungen nicht erfüllen, sind im besten Falle schön anzuschauen, tragen jedoch nichts zum tieferen Verständnis des Entwurfes bei.

Im Rahmen dieses Kurses wird sich die Aussage auf ein bereits existierendes, virtuelles Objekt stützen. Der übergeordnete Gedanke dabei ist, sich sowohl in Text als auch in Bild mit dem fremden Modell auseinanderzusetzen und eine neue architektonische Sichtweise offenzulegen. Dies soll in Form einer Ausstellung oder Präsentation geschehen, welche szenographisch dargestellt wird. Der Text kann dabei eigenständig bleiben oder auch mit dem entworfenen Bildmaterial kombiniert werden. Die anstätze sind vielfältig: Vom Layout ähnlich einer traditionellen Ausstellung bis hin zur vollständigen Texturierung des Raumes ist alles möglich. Ebenso können unter Verwendung von Alphakanäen neue Konstrukte ausserhalb der traditionellen Überlagerung mit Transparenz entstehen. Der szenographische Ablauf spielt dabei in jedem Fall eine wichtige Rolle und sollte in die Überlegungen von Anfang an mit einfliessen.


[Holl:Cassina]

Der Gedanke des beleuchteten Objektes/Raumes kann auf verschiedene Weisen interpretiert werden. So können die Hauptparameter (Lichtführung, Oberflächenbeschaffenheit und Cadrage) das Objekt in seinem Wesen/Charakter unterstützen, jenem entgegenwirken, neue Aspekte offenlegen, Elemente hinzufügen oder Teile negieren. Die Möglichkeit der Verwendung von Bildserien erlaubt zusätzlich das Objekt auf unterschiedlichen Ebenen Entwicklungen durchleben zu lassen. Diese können wiederum zueinender parallel (z.B. gesamthafte Verfeinerung, Detailierung, Präzisierung) oder entgegengesetzt verlaufen (z.B. Abstraktion der Oberflächen und gleichzeitige Verfeinerung der Lichführung). Auch kann das Objekt in einen zeitlichen Rahmen gesetzt werden (Tagesablauf, Entwicklung der Lichtes während eines Jahres, etc.) oder unterschiedlichen Lichtqualitäten ausgesetzt werden (nordisches, flaches Licht mit hohem diffusem Anteil, gegenüber steil einfallendem mediterranem Licht mit hohem Anteil an direktem Licht, welches harte Schatten wirft).


[Holl:Cassina]

Als beeinflussbare Hauptfaktoren werden Licht, Material und die Wahl von Projektionsart/ Cadrage massgebend sein. Diese drei Parameter werden mit den Übungen in Ihrer Komplexität zunehmen und somit neue Spielräume eröffnen.

Licht hat im Verlaufe der Zeit in der Architektur immer wieder an neuen Bedeutungen gewonnen. Von der Verehrung der Sonne als lebensspendenden Sonnengott Ra nach dem religiöse ägyptische Bauwerke ausgerichtet wurden, zur mehr metaphorischen Verwendungen von Tageslicht als Lichtquelle für bemalte Kirchenfenster im Mittelalter, bis hin zum Einsatz künstlicher Lichtquellen als Teil des Entwurfes in der modernen Architektur (Ito, Nouvel).

Materialien bestimmen in einem realen Objekt gleichermassen optische, haptische und akustische Eigenschaften. Für die visuelle Darstellung von Konzepten und Räumen sind Materialeigenschaften jedoch vor allem im Bezug auf ihre optischen Qualitäten massgebend: Farbe, Transparenz, Oberflächenbeschaffenheit und Reflexionsgrade bestimmen den Einfluss von Flächen auf den betrachteten Raum.

Projektionsart/Cadrage beziehen sich in erste Linie auf den Beobachter und dessen Eigenschaften. Photographische Möglichkeiten (Cadrage, Zoom, Brennweiten, Shift etc) werden ergänzt durch Projektionsarten die in der Photographie nicht zur Verfügung stehen. So zum Beispiel zylindrische Projektionen oder 360-grädige, sphärische Projektionen.

Als letztes werden diese Elemente durch die Positionierung und Skalierung des Bildes oder Bildfragmentes im Raum neuinterpretiert. Eine dekomposition eines Bildes kann schlussendlich zu einem Objekt führen was näher an eine moderne Skulptur als ein traditionelles Bild kommt. Fragmentarisierung, Komprimierung und Skalierung können dazu führen das am Ende nur noch wenige Pixel uübrigbleiben.

[Kovac:UrbanAttitude]

Architektonische Beispiele:

Le Corbusier:	Notre Dame du Haut (Ronchamps)
Tadao Ando:	Church of the light (Osaka), Koshino House (Ashiya)
Toyo Ito:	Tower of winds (Tokyo)
Louis Kahn:	Kimbell Art Museum (Forth Worth)
Steven Holl:	Chapel of St. Ignazius (Seattle), Museum of the city (Cassina)
Fumihiko Maki:	Kaze-no-oka Krematorium (Nakatsu)
Richard Meier:	Museum of Contemporary Art (Barcelona)
Tom Kovac:	Urban Attitude, Capitol Nightclub

Künstler:

Dan Flavin:	Diverse Projekte
James Turrell:	Diverse Projekte

Weitere:

Radiance Gallery:	Beispiele aus dem Unterricht und Wahlfacharbeiten
Guyan/Felix:	Über die Interpretation computergenerierter Bilder

[Holl:StIgnatius]

Werkzeuge:

AutoCAD: Dient als Modeler um die Geometrien bereitzustellen und als Plattform für das ARIA (Radiance) interface.

Radiance: Wurde für die Berechnung der physikalischen Lichtenergierverteilung auf Flächenmodellen entwickelt. Das System ist für Architekten interessant, weil es auch die indirekte Lichtverteilung mitberücksichtigt. Dies wird von gängigen Renderern / Raytracern ausser acht gelassen, stellt aber für die Architektur den wichtigsten Lichttyp dar. Indirektes Licht entsteht durch die Reflexion von Lichtenergie durch diffus streuende Oberflächen (90% der Materialien) und steht im Gegensatz zu 'glänzenden' Materialien wie zum Beispiel Glas oder Metall, bei denen der direkt reflektierte Anteil bedeutend höher ist.

Dipad: wurde am Lehrstuhl für Architektur und CAAD entwickelt und dient dazu Modelle interaktiv zu begehen und darin Perspektiven festzulegen. Wichtig dabei ist zu wissen das in der Folge alle Parameter einer Perspektive sowohl interaktiv als auch numerisch festgelegt werden können. Im speziellen können sogenannte Shiftobjektive definiert werden, ein Objektiv das in praktisch keinem gängigen Renderer zur Verfügung steht, für die Architektur jedoch enorm wichtig ist.

Netscape: ist ein Browser für das Internet. Er eignet sich jedoch gut für multimediale Präsentationen. Die Daten werden in Ihren Verzeichnissen bereitgestellt und im Browser angezeigt.

[Ando:Koshino]

ÜBUNG 1 - RAUM ERFORSCHEN

[Export only]

Ziel:

In der ersten Übung sollen die Werkzeuge kennengelernt werden, mit denen im Verlauf des Kurses gearbeitet wird. Dabei soll vor allem die Analyse des vorhandenen Materials (virtuelle Modelle, dwg) im Vordergrund stehen und der gesamte Prozess vom Modell zum fertigen Bild mindestens einmal durchlaufen worden sein.

Komplexität:

Material	Einfache Materialien (Plastic)
Licht	Tageslicht
Projektion	Aussenansicht

Thematik:

Ausgehend vom selektierten Modell, einem Subset der Skulptur, sollen die vorhandenen Strukturen untersucht werden. Dabei soll ein Verständnis für die mathematisch/numerische Representation eines dreidimensionalen Körpers geschaffen werden. Ein erster Kontakt mit dreidimensionalen Modellen und den Interfaces von AutoCAD und Radiance (ARIA) sowie deren verschiedene Representationen der Modelle erlaubt einen Überblick über den Prozess des computerunterstützten Renderns. Der erste Eindruck, noch in Text und Skizzen festgehalten dient als Ausgangslage für den im Folgenden zu entwerfenden Raum.

Vorgehen:

Damit die Arbeitspfade richtig gesetzt sind, sollten folgende drei Schritte beachtet werden, um das ausgesuchte Modell in AutoCAD importieren zu können:
• TOOLCHEST > APPLICATIONS > AUTOCAD (öffnen von autocad)
• FILE > OPEN > www/group/model.dwg (arbeitsverzeichnisse setzen)
• FILE > NEW > name: model.dwg (erstellen einer leeren Zeichnung)
• FILE > IMPORT > DXF IN > www/group/model.dxf (importieren der Skulptur)
• FILE > SAVE AS > www/group/model.dwg
Dies muss nur dann ausgefuehrt werden, wenn eine neue Skulptur importiert werden soll (in der Regel nur einmal, am Anfang des Kurses)

Danach In AutoCAD die Ansichten ändern (VIEWS>NAMED VIEWS) oder (VPOINT), das Objekt als hidden Line (HIDE) und shaded Model (SHADE) darstellen, die Layerstrukturen untersuchen.

Das Modell nach Radiance exportieren und ein erstes Rendering generieren. Dabei die Einstellungen für Materials, Color und Preferences beachten. Lassen Sie das Objekt Ihre Phantasie anregen und skizziren Sie die ersten Gedanken um sie später in Textform in die Geschichte einfliessen zu lassen.

Verwenden Sie für Ihre ersten Renderings nur die Voreinstellungen für das Tageslicht und die Materialien. Konzentrieren Sie sich mehr auf die Struktur des Modelles selber. Die ersten Bilder sollten als Preview entwickelt und am Schluss in guter Auflösung berechnet werden. Es ist wichtig das die fertigen Bilder nicht im .pic-Format belassen, sondern zu .gifs konvertiert werden. Beachten Sie das nur die in Ihrer Geschichte verwendeten Bilder ins Gruppenverzeichnis kopiert werden sollen.

Eine step-by-step Anleitung kann als erste Hilfestellung bei Problemen dienen. Die Schritte einzeln nachvollzogen, weisen den kürzesten Weg durch den ganzen Prozess. Der Sinn ist jedoch nicht eine Anleitung zu geben wie man die Übung 'löst', sondern ausschliesslich einen Leitfaden bereitzustellen.

Wichtig: Wenn ARIA zum erstenmal aufgestartet wird, kann es sein das AutoCAD einige Fragen beantwortet haben will, bevor das ARIA Interface erscheint. In diesem Fall reicht es, jede Frage mit ENTER zu bestätigen und dann EXPORT>ARIA neu anzuwählen.

Abgabe:

Speichern sie die ersten Bilder und den entwickelten Text in einem separaten Verzeichnig (z.B. 'img') im www/group Verzeichnis. Daneben entwickeln sie Ideen- und Raumskizzen welche Sie in die nächste Besprechung mitbringen. Diese erste Abgabe dient Ihnen als Regiebuch für die Präsentation Ihrer Bilder in der Skulptur.

ÜBUNG 2 - PERSPEKTIVEN, MATERIALIEN

[Sun] / [Diffuse lighting]

[Sun] / [Diffuse lighting]

Ziel:

Mit dem Wissen über den gesamten Prozess, sollen nun die einzelnen Schritte verfeinert werden. Mit der virtuellen Kamera soll auf die Suche nach interessanten Blickpunkten und Bildauschnitten gegangen werden. Dies kann sowohl in DIPAD als auch mit dem AutoCAD-Befehl 'dview' geschehen. Die erstellten Bilder sollen Charakteristiken der Struktur aufzeigen oder ein Grundgerüst für die Präsentation skizzieren.

Komplexität:

Material	Veränderungen an Material / Farbe / Transparenz
Licht	Verändertes Tageslicht
Projektion	Perspektiven, Cadrage, Inszenierung

Thematik:

Die Suche nach geeigneten Perspektiven ist im computerunterstützten Rendern bedeutend einfacher als wenn die gleiche Arbeit von Hand erledigt werden müsste. Da jedoch zusätzliche Parameter präzise gesteuert werden können, sind wiederum mehr Möglichkeiten vorhanden die Perspektive geschickt oder ungeschickt zu beeinflussen. Die Arbeitsweise beginnt sich derer eines Photographen oder Regisseurs anzunähern, der für sein Objekt die geeignete Einstellung sucht. Dabei kann eine Einstellung dokumentarischen Charakter haben oder ein Spannungsmoment aufbauen. Im Gegensatz zu physischen Modellen haben Sie das Glück das Auge des Beobachters führen und Ihm so bestimmte Sichtweisen aufzwingen zu können.

Vorgehen:

Grundsätzlich werden Sie die gleichen Verfahren wie in der ersten Übung anwenden. Suchen Sie jedoch jetzt in AutoCAD nach neuen Perspektiven. Es sind schon ein paar abgespeicherte vorhanden, die weiterentwickelt werden können. Wenn Sie in AutoCAD eine view in der Zeichnung festhalten, werden Sie auch mit Radiance immer wieder darauf zurückgreifen können. In Radiance, legen sie neue Materialeigenschaften und Materialfarben fest. Das Tageslicht können Sie ebenfalls frei beeinflussen. Betrachten Sie die neuen Oberflächen zu unterschiedlichen Jahres- / Tageszeiten oder untersuchen Sie den Einfluss atmosphärischer Veränderungen auf die Lichtsituationen im Objekt.

Für Ihre Bilder steht Ihnen jetzt ein gewisses Repertoire zur Verfügung: Lichtqualität, Perspektive, Oberflächen.

Verwenden Sie als Ausgangslage die Materialien die in der Materialliste ihres Objektes angegeben sind. Diese decken sowohl nichtreflektierende, diffus streuende (plastic) als auch transparente (trans) Materialien ab. Damit sollte eine gute Grundlage gegeben sein, auf der die verschiedenen Materialien von Ihnen weiterentwickelt werden können.

Abgabe:

Entwerfen Sie eine Serie von Bildern, welche Sie in Ihr Storyboard einbauen. Es ist Ihnen freigestellt die Darstellungen der ersten Übung zu belassen, zu verfeinern oder komplett zu igonieren (löschen). Unterstützen Sie Ihre Bilder mit geeigneten Kommentaren und fragen Sie sich ob ihre Sequenz der ursprünglichen Absicht des Storyboards entgegenkommt und Ihre bestimmte Sicht auf das Objekt zu vermitteln vermag. Zeigen Sie Ihre Arbeit einem Nachbarn. Es wird Sie überraschen zu sehen wie ein Mitstudenten eine für Sie klare Situation unter Umständen völlig anders interpretiert. Solche 'Verwirrungen' geben oft Anstoss zu neuen Sichtweisen und können im weiteren Verlauf unterstützt oder wieder geklärt werden. Die fertigen Bilder sollen jetzt ins interface geladen werden und dort als eine erste, provisorische Disposition sichtbar sein.

ÜBUNG 3 - MODIFIER UND KÜNSTLICHE LICHTER

[Grids]

Ziel:

Nach der Suche von geeigneten Perspektiven und der Materialisierung der Oberflächen werden in dieser Übung zusätzlich künstliche Lichtquellen und modifizierte Oberflächen eingeführt. Ein Weiterführung der Arbeit mit künstlichem Licht könnte zum Beispiel das Tageslicht vollständig ausser acht lassen und nur mit künstlichem Licht arbeiten. Da das Definieren von artifiziellem Licht in Radiance zu Schwierigkeiten führen kann, wurden ein paar Lichtquellen in die Modelle eingebaut. Diese können in dieser Übung als Referenz verwendet und gegebenenfalls kopiert und modifiziert werden.

Komplexität:

Material	Modifier auf Oberflächen
Licht	Existierendes künstliches Licht
Projektion	Hyperbolische- zylindrische Projektionen / Fischaugen

Thematik:

Oberflächen haben in der physischen Welt nie die 'Reinheit' der im Rechner generierten Bilder. Für das visuelle Erfassen sind solche 'Unreinheiten' jedoch marginal. Erst durch sie kann ein Material als solches identifiziert werden und nicht bloss als farbige Fläche. Rauheit kann dann zumindest optisch erfasst werden und die dem Auge präsente Körnigkeit kann bestimmte Stimmungen evozieren. Am besten sind solche Veränderungen mit ambient-sounds im auditiven Bereich zu vergleichen (Rauschen, Grundtöne). Modifier die so verwendet werden, drängen sich selten in den Vordergrund sondern bleiben diskret. Im Gegensatz dazu stehen parametrisierte Muster für die die Geometrie transparent ist. Sie legen sich wie eine zweite Ebene über Teile des Objektes und können sogar die Struktur visuell brechen. In diese Kategorie gehören auch Modifier die Texturen applizieren.

Als weiteres wichtiges Hilfsmittel sind nun künstliche Lichtbänder vorhanden. Zu diesem Zeipunkt interessiert ausschliesslich die Wirkung der vorhandenen Elemente auf das Objekt. Durch unterschiedliche Gewichtung (Leuchtstärke) der Materialien lassen sich die Modelle differenzierter ausleuchten.

Vorgehen:

Die Flächen welche als künstliche Lichter verwendet werden sollen, sind schon exportiert und können jetzt eingeschaltet und als emittierende Flächen definiert werden.

Wichtig: Im rechnerischen Modell muss Radiance, um eine Fläche gleichmässig ausleuchten zu können, energieemittierende Punkte nebeneinandersetzen. Die Dichte dieser Punkte ist abhängig vom Seitenverhältnis der strahlenden Fläche und oft nicht ausreichend klein. Sicherheitshalber sollte unter RENDER PREFERENCES im Feld 'extra options' der Ausdruck '-ds 0.1' stehen.


[normal/-ds 0.1]

Stellen sie in den Daylight-Settings in ARIA den Anteil Tageslicht auf 'NoSun'. Damit sind nur noch künstliche Lichtquellen aktiv. Durch die Verwendung unterschiedlicher Lichtstärken für die zwei Lichtlayer können den Strukturen Bedeutungen gegeben werden.

Die meisten Modifier benötigen als Input ausschliesslich Parameter die den Algorithmus steuern. Es gibt jedoch die Möglichkeit Bilder zu scannen und als Texturen über den gleichnamigen Modifier auf das Objekt zu applizieren. Die eingescannten Bilder müssen jedoch im .pic Format sein. Verwenden Sie für die Konvertierung die unter 'IMAGES' eingebauten Routinen oder das Programm ra_tiff.

Abgabe:

Ergänzen Sie Ihre Bilder um Sequenzen, die hauptsächlich künstlich beleuchtet sind. Verwenden Sie die Bilder nur wenn sie in das Konzept Ihrer Geschichte passen. Wiederum sollten die Ansichten aussagekräftig sein und nicht nur nett aussehen. Da die nächste Übung Gelegenheit bieten wird, eigene Geometrien einzuführen, ist es noch nicht nötig das ganze Modell umzubauen. Absichtserklärungen können deshalb auch nur als Texte eingefügt sein.
Vervollständigen einer Outline für die definitive Sequenz. Die Bilder müssen zumindest als Previews schon vorhanden sein. Aufgrund dessen lässt sich bestimmen inwieweit ein Modell optimiert werden muss um gute Resultate zu erreichen. Das Resultat soll wieder im Interface sichtbar sein.

ÜBUNG 4 - LICHTER UND NACHBEARBEITUNG

[Artificial light]

Ziel:

Vom ursprünglichen, blossen Betrachten der Geometrie und Struktur des Objektes bei unterschiedlichen Tages und Jahreszeiten und verschiedenen Atmosphären, wird nun dazu übergegangen immer stärker aktiv mit dem Licht umzugehen und es als raumdefinierendes Element einzusetzen. Am Ende der Übung soll ein grundlegendes Wissen über den Einfluss von Lichtkörpern auf die Lesbarkeit eines Raumes / einer Idee stehen.

Im weiteren sollen die Bilder auch in Photoshop nachbearbeitet und nicht nur als Resultate des Renderingprozesses betrachtet werden. Nur so sind sie bis zuletzt perfekt kontrolliert.

Komplexität:

Material
Licht	Eigene Lichtquellen
Projektion

Thematik:

Im Gegensatz zum kinematischen Ansatz, wo Sequenzen von Bildern in hoher Dichte dargestellt werden, ist es in dieser Art zu arbeiten möglich, die kleine Anzahl von Frames einzeln nachzubearbeiten. Dies ist umso wichtiger, da den einzelnen Bildern grössere Beachtung geschenkt wird als in einem Strom von 25 Bildern pro Sekunde. Bewegungen müssen mit andern Hilfsmitteln als dem dichten nacheinanderrechnen ähnlicher Perspektiven erzeugt werden. Vergleichbar mit einem Comicbuchautor muss die Raumdarstellung soweit abstrahiert werden, dass sie sowohl als Einzelbild als auch in der Sequenz Sinn macht.

Zuletzt ist nun der direkte Einsatz von Lichkörpern möglich. Für das System kann jedes virtuelle Objekt als 'leuchtend' definiert werden. So können Punkte ebenso leuchten wie Flächen oder ganze Körper. Dabei werden komplexe Körper in Ihre Flächen zerlegt und diese dann mit Lichtpunkten belegt. Flächen strahlen dabei immer nur in eine Richtung, die Richtung der Flächennormalen, während sich Punkte omindirektional verhalten. Wichtig ist dabei zu erwähnen das für die Simulation ausschliesslich die Lichtaustrittsfläche der Leuchte von Bedeutung ist. Im Gegensatz zu physichen Lichtquellen ist es hier sogar möglich Geometrien strahlen zu lassen, ohne das leuchtende Objekt selber zu zeigen.

Vorgehen:

In AutoCAD können zusätzliche Flächen eingefügt und bestehende herausgelöscht werden. Dabei ist zu beachten das die Orientierung der Fläche korrekt ist (Eckpunkte im Gegenuhrzeigersinn) und die Fläche nicht unglücklicherweise mit einer Wandfläche zusammenfällt (leicht davorsetzen). [AutoCAD] Der Einsatz künstlicher Lichter kann sehr rechenintensiv sein und sollte mit Vorsicht genossen werden.

Wichtig ist beim exportieren darauf zu achten das die export Options nicht auf NEW MODEL stehen, sondern auf NEW ENTITIES, da sonst das Modell überschrieben wird und die Materialeigenschaften verloren gehen.

Der Einsatz von Photoshop als Instrument der Nachbearbeitung ist in jedem Fall sinnvoll. Oft lassen sich Details noch besser herausheben.

Abgabe:

Die Abgabe wird in Form einer Präsentation und Besprechung Ihres Raumes stattfinden. Sie sollten sich daher überlegen wie Sie Ihre Arbeit präsentieren möchten, welcher Teil der stärkste ist, respektive auf was sie das Schwergewicht in der kurzen Zeit die Ihnen zur Verfügung steht, setzen möchten.