CAD-Programme als Hilfsmittel zur Strukturierung der Bauwerksinformationen

Die einfachste Art der Datenstrukturierung innerhalb der CAD-Programme ist das Zuweisen von Punkt-, Linien- oder Flächensignaturen in Form von Punktsymbolen, Strichstärken oder Linienarten sowie flächenhaften Signaturen. Wie bei der analogen Arbeitsweise handelt es sich hierbei ebenfalls um ein grafisch orientiertes Vorgehen, bei dem der Planinhalt durch verschiedene Zeichnungssymbole differenziert wird. Darüber hinaus kann mit den Signaturen innerhalb der CAD-Systeme sehr viel flexibler umgegangen werden, da sie im Datenmodell als Attribut des jeweiligen geometrischen Elements geführt und somit jederzeit verändert werden können. So lassen sich z.B. Linien sehr einfach in ihrer Strichstärke verändern, um ein neues Planlayout auf der selben geometrischen Grundlage mit wenig Aufwand herstellen zu können.

Innerhalb der CAD-Programmen wird das Folienprinzip in Form der Layer- oder Ebenenorganisation als einfachstes objektorientiertes Ordnungssystem eingesetzt. Dabei kann sowohl ein einzelnes Objekt als auch eine Gruppe von Objekten in einem Layer zusammengefasst werden, sodass eine horizontale Gliederung der Bauwerksinformationen in einer Hierarchieebene zu erzielen ist (Abb. 4.18).

Abb. 4.18: Layerprinzip

Durch beliebiges Ein- und Ausblenden von Layern oder Ebenen kann eine Perfektionierung des Folien-prinzips erzielt werden²⁹, bei der in der Regel der geometrische Bezug der einzelnen Ebenen unterein-ander genauer als bei einer manuellen Ausführung sicherzustellen ist, sofern der Raumbezug auch während der Erfassung in Form von zwei- oder dreidimensionalen Koordinaten mit entsprechender Genauigkeit realisiert wurde. Dieses gilt für den gesamten Verarbeitungsprozess, da digitale Pläne keinem Verzug infolge von Witterungseinflüssen unterliegen und auch ohne Genauigkeits- und Inhalts-verlust beliebig viele Kopien der Originaldateien angelegt werden können. Mit gleicher Genauigkeit können bildhafte Rasterdaten als neue Ebenen in das System integriert werden. Eine typische Anwendung der Kombination von Raster- und Vektordaten ist z.B. die Überlagerung eines entzerrten Messbildes mit einer Linienauswertung, um so die hohe Informationsdichte des Bildes in Kombination mit der inter-pretierenden Auswertung der linienhaften Darstellung für eine weitergehende Analyse zu nutzen (Abb.

4.19).

Weiterhin kann das Layer-Prinzip verwendet werden, um ergänzende Detailpläne in die CAD-Zeichnung integrieren zu können, ohne die Übersichtlichkeit des Gesamtplanes zu gefährden. Immer wenn von einzelnen Objektbereichen Modellierungen größeren Maßstabes notwendig sind, können diese während der Erfassung in separaten Layern abgelegt und bei Bedarf eingeblendet werden³⁰.

29Ein vordefiniertes Layer-Management für die archäologische Aufnahme ist z. B. in dem Programmsystem ArchäoCAD [ARCHÄOCAD, 2001] realisiert.

30Dies ist die einfachste Variante des 'logischen Zoomens', wie es in Kap. 4.1, 'Maßstab und Genauigkeit der Bauaufnahme' vorgestellt worden ist.

a) Schadenskartierung unter Verwendung von Folien b) Schadenskartierung mit CAD-Layern

Abb. 4.19: Schadenskartierungen nach dem Layer-Prinzip [BEHRENS, 1993]

In einigen Anwendungsgebieten, vor allem in der Denkmalpflege und in der Bauforschung, wird die Darstellung unter Verwendung von CAD-Systemen zum Teil prinzipiell in Frage gestellt. Als ein Haupt-grund wird die geringe grafische Qualität der CAD-Zeichnungen angeführt, die zudem oftmals mehr Zeit in Anspruch nimmt als eine in Freihand ausgeführte Planausgestaltung³¹. Dabei ist die Qualität der Zeich-nung nicht in erster Linie von der eingesetzten Technik abhängig, sondern vielmehr von der Sorgfalt und Intensität der grafischen Gestaltung. Um auch mit CAD-Programmen ansprechende Pläne gestalten zu können, sind die Festlegungen über Signaturen, Schraffuren, Layer-Aufteilung u.a. an den jeweiligen Bauaufnahmezweck anzupassen und unter Beteiligung der entsprechenden Fachdisziplin in intensiver Diskussion zu entwerfen. Nur so kann sichergestellt werden, dass der Einsatz der CAD-gestützten Bauaufnahme nicht an dem aus Nutzersicht unzulänglichem Planlayout scheitert [IOANNIDIS et al., 1997]³². Durch die topologische Struktur der CAD-Daten existieren die geometrischen Elemente nicht nur als grafische Repräsentanten der erfassten Geometrie, sondern sie können als eigenständige Objekte definiert werden, die mit ergänzenden thematischen Informationen verbunden werden können. Ein Objekt darf zwar in seiner Größe und Position verändert werden, es kann beschnitten und erweitert werden, es bleibt jedoch immer ein für sich definiertes Objekt mit den dazugehörenden Eigenschaften. In konventionellen Plänen werden alle Informationen über eine grafische Gestaltung vermittelt, die entweder als reines Bild-modell für sich selbst spricht oder aber über eine erläuternde Legende bzw. mit zusätzlichen Kommen-taren zu verstehen ist. Bei einer objektorientierten Arbeitsweise lassen sich dagegen Informationen mit dem Objekt verbinden, die außerhalb des eigentlichen Plans strukturiert und gespeichert sind³³. Damit sind die vielfältigen Attribute des Originalbauwerks den Geometriedaten direkt zuzuordnen, wodurch das CAD-Modell in Ergänzung seiner geometrischen Bedeutung als Ordnungssystem fungiert, über das alle zusätzlichen Informationen abgerufen werden können.

31vgl. Kap. 3.5, 'Anwendung in der historischen Bauforschung'

32vgl. Kap. 6.2, 'Praktische Umsetzung einer methodenkombinierenden Bauaufnahmestrategie'

33Zur Datenstrukturierung und -verwaltung innerhalb einer Datenbank vgl. Kap. 4.3.4, 'Datenstrukturierung und Präsentation in Geographischen Informationssystemen (GIS)'.

4.3 Datenstrukturierung und -darstellung 59

In den gängigen CAD-Systemen besteht die Möglichkeit, mit den Objekten Elemente einer Datenbank zu verbinden, in der sowohl ergänzender Text wie auch Detailpläne oder zusätzliche Fotos verwaltet werden können. Über einen Verweis vom Objekt auf die Datenbank können die Informationen jederzeit abge-rufen, verändert und ergänzt werden. Für die Bauaufnahme bietet sich eine objektorientierte Arbeitsweise mit Datenbankanbindung an, wenn z.B. unter Einsatz eines Raumbuches sehr viele über die Geometrie hinausgehende Bauwerksattribute zu erfassen sind. Die Kombination von CAD-Datei und Datenbank stellt dann ein Informationsmedium dar, das auch als digitales Raumbuch bezeichnet werden kann. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber einem konventionellen Raumbuch ist darin zu sehen, dass durch die digitale Datenrepräsentation eine schnelle und einfache Verfügbarkeit aller Informationen innerhalb eines konsistenten Datenmodells sichergestellt werden kann. Die Verknüpfung von Objekt und Information innerhalb eines CAD-Systems unterscheidet sich in der prinzipiellen Methodik kaum vom klassischen Raumbuch. Bei beiden wird über eine klar definierte Schnittstelle die Verbindung zu den ergänzenden Informationen hergestellt. Die digitale Datenspeicherung innerhalb eines CAD-Systems ermöglicht aber eine sehr viel effektivere Verwaltung der Daten. Weiterhin bleibt die Verbindung zwischen Objekt und den mit diesem verbundenen Informationen auch dann erhalten, wenn das Objekt in seiner Position oder Gestalt verändert wird. Dies ist besonders dann nützlich, wenn bei Sanierungsmaßnahmen die Planung innerhalb eines digitalen Datenflusses unter Verwendung von CAD-Systemen erfolgen soll. Dann kann der planende Architekt jederzeit auf die bei der Bauaufnahme erhobenen Daten zurückgreifen.

Die Realisierung der Datenverbindung zwischen CAD-Objekten und den verknüpften Informationen kann auf vielfältige Art und Weise vorgenommen werden, wobei unterschiedliche Strategien für zweidimen-sionale bzw. dreidimenzweidimen-sionale CAD-Modelle anzuwenden sind.

Bei zweidimensionalen Dateien kann eine Verbindung hergestellt werden, bei der die CAD-Elemente direkt mit den CAD-Elementen der Datenbank verbunden werden. Entsprechende Schnittstellen-definitionen werden standardisiert in den CAD-Programmen angeboten (z.B. AutoCAD 2000 und AutoCAD Map[AUTODESK, 2001])³⁴. Über derartige Schnittstellen lässt sich der Verweis von den Grafik-elementen auf die Datenbank zuverlässig herstellen, jedoch ist der umgekehrte Weg meist nur einge-schränkt zu nutzen. Hier besteht oft nur die Möglichkeit, Abfragen in der Datenbank durch eine farbige Markierung der entsprechenden Elemente in der CAD-Zeichnung zu visualisieren. Sind beispielsweise in einer Datenbank alle Fenster in ihrer Größe erfasst und mit den grafischen Objekten in der CAD-Zeich-nung verbunden, so kann eine Datenbankabfrage, die alle Fenster kleiner als 60 cm Breite auswählen soll, in der CAD-Zeichnung visualisiert werden. In der zweidimensionalen Darstellung lassen sich alle Fenster kleiner 60 cm farbig markieren und so auf einen Blick erfassen. Diese Form der Analyse ist jedoch bei klassischen CAD-Programmen nur sehr beschränkt nutzbar, für weitergehende Analysen des Daten-bestandes sind daher vollständig ausgebaute Geographische Informationssysteme einzusetzen³⁵.

Neben den oben skizzierten Anwendung als digitales Raumbuch sind im Bereich Denkmalpflege und Archäologie verschiedenste Beispiele zum Einsatz von CAD-Programmen als Informationssystem anzu-treffen [z.B. CAMARA, LATORRE, 1997;GRUSSENMEYER et al., 1999b; HEINE, 1999; WHITING, NICKERSON, 1997]. Hier wird für die Kombination von CAD-Programmen mit Datenbanken zu einem Informationssystem der sonst im GIS-Bereich anzutreffende Ausdruck Monument Informationsystem (MIS) verwendet.

Wird dagegen durch die Bauaufnahme ein dreidimensionales Volumenmodell aufgebaut, das durch eine Animation visualisiert werden soll, ist der direkte Verweis auf die grafischen Elemente der CAD-Datei nicht sinnvoll. Dies gilt besonders deshalb, weil das 3D-Modell erst nach seiner Visualisierung in Form eines gerenderten 3D-Modells oder einer anderen animierten Darstellung effektiv einzusetzen ist und bei dieser Art der Darstellung nur schwer ein Gesamteindruck aller Geometrieelemente zu erhalten ist. Auf die Verknüpfung von animierten CAD-Modellen mit ergänzenden Sachinformationen wird im folgenden Kapitel eingegangen.

34Die Erweiterung von CAD-Programmen mit GIS-Komponenten wird auch als CAD-GIS-Systeme bezeichnet.

35vgl. Kap. 4.3.4, 'Datenstrukturierung und Präsentation in Geographischen Informationssystemen (GIS)'

4.3.3 3D-Visualisierungen und Animationen

Dreidimensionale Modelle werden überwiegend zur anschaulichen Präsentation der Bauaufnahmeergeb-nisse verwendet. Die klassische Form der Darstellung durch Grundrisse, Ansichten, Schnitte und Perspektiven genügt nicht immer für die Beurteilung der dreidimensionalen Situation, insbesondere für den fachfremden Nutzer können die zweidimensionalen Pläne schwer zu verstehen sein. Deshalb ist es vielfach notwendig, zweidimensionale Pläne um dreidimensionale Darstellungen zu ergänzen. In der Vergangenheit erfüllten diesen Zweck die gebauten dreidimensionalen Modelle aus Holz oder anderen Materialien, heute werden zunehmend 3D-Computermodelle eingesetzt, wobei sowohl die gebauten wie auch die 3D-Computer-Modelle in Abhängigkeit der geforderten Qualität mit entsprechend hohem zeit-lichen Aufwand herzustellen sind.

a) Roma antiqua, gebautes 3D-Modell [GISMONDI, 1934] b) Colonia Ulpia Traiana, 3D-Visualisierung [RANK, 1995]

Abb. 4.20: Rekonstruktion durch 3D-Modelle

Nach ihrer Fertigstellung können jedoch die Computermodelle sehr viel flexibler eingesetzt werden, weil es sehr leicht möglich ist, Veränderungen am 3D-Computermodell vorzunehmen. Mit dem einmal erstell-ten Modell können beliebige Schnitte, Ansicherstell-ten und Perspektiven berechnet werden, es lassen sich jeder-zeit Ergänzungen oder Korrekturen am 3D-Modell vornehmen, die sofort und ohne großen Aufwand in die abgeleiteten Präsentationen einfließen können. Neben der Betrachtung von außen ist auch eine Begeh-ung der Innenräume möglich, sodass von allen Bereichen des Modells Raumeindrücke und Sicht-beziehungen – auch in die nähere und weitere Umgebung – zu vermitteln sind. Die Präsentation kann in Form von einzelnen Bildern, filmischen Animationen oder virtuellen 3D-Modellen, die interaktiv benutzt werden können, erfolgen.