nennen wären dabei vor allem Aspekte der globalen und lokalen Beschattung sowie der Ef-fekt der Transluzenz (Lichttransmission). Weiterführend ergeben sich im Rahmen der The-matik mehrere interessante Fragestellungen, von denen ich einige wenige auch während meiner Arbeit näher erörtert habe.
1.1 Zielsetzung
Die Zielsetzungen meiner Arbeit lassen sich am besten durch die Abgrenzung zu verwandten, ähnlich gelagerten Themen motivieren. Computergenerierte Landschaften und die interakti-ve Darstellung komplexer Vegetation gewinnen heutzutage sowohl in der Forschung als auch auf kommerziellem Gebiet immer mehr an Bedeutung. Die bekanntesten Vertreter sind Si-mulatoren und 3D-Computerspiele.
Bei Simulatoren (Fahr- und Flugsimulatoren) sowohl im zivilen als auch im militärischen Be-reich spielen Faktoren wie hohe/konstante Bildwiederholraten und georeferenzierte Darstel-lung weiträumiger Gebiete eine wichtige Rolle. Außerdem fällt der Verarbeitung und Ei n-blendung der unterschiedlichsten Metadaten eine besondere Bedeutung zu. Die exakte Da r-stellung vielfältiger Vegetation spielt hierbei eher eine untergeordnete Rolle. Außerdem be-ziehen sich große Teile der Simulatorforschung auf die Anwendbarkeit bezüglich spezieller dedizierter Simulatorhardware und Software. Damit die Ergebnisse der Arbeit möglichst weitgestreut genutzt werden können, bestand eine Prämisse meiner Arbeit darin, nur han-delsübliche PC-Technik zu verwenden.
Weitere Anwendungen, bei denen heutzutage die glaubhafte Darstellung künstlicher Land-schaften einen wichtigen Eckpfeiler bildet, sind die Computerspiele. Bei diesen stehen pri-mär dramaturgische und designtechnische Überlegungen bei der Gestaltung der Landscha f-ten im Vordergrund. Die Produzenf-ten wollen durch die Art und Weise, wie sie Landschaft innerhalb der Spiele gestalten, das Geschehen voranbringen, einen Spannungsbogen auf-bauen oder in strategischen Szenarien taktische Überlegungen und Herangehensweisen beim Spieler fördern. Die damit einhergehenden gestaltungstechnischen Prinzipien bieten auf der einen Seite größtmögliche Freiheiten bezüglich des Designs, auf der anderen Seite aber auch alle Freiheiten bezüglich der technischen Umsetzung. Diese Art der Herangehens-weise war jedoch nicht Gegenstand meiner Arbeit. Bei meiner Umsetzung ging es um eine qualitativ und quantitativ hochwertige Wiedergabe planungsrelevanter Realdaten. Dabei sollte der Spielraum für Interpretationen bezüglich der Darstellung der Szenarien im Gegen-satz zu Computerspielen so gering wie möglich gehalten werden.
Im Rahmen des durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) geförderte n Projektes Lenné3D setzte ich mich fachübergreifend mit den Fragen der Aufbereitung, Verwaltung und Darstellung landschaftsbezogener Realdaten auseinander. Die Zusammenarbeit bestand dabei mit Kooperationspartnern aus dem Leibnitz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung
Kapitel: Einleitung 9 1.1 Zielsetzung
(ZALF) in Müncheberg, dem Hasso-Plattner-Institut (HPI) in Potsdam und dem Konrad-Zuse-Zentrum für Informationstechnik (ZIB) in Berlin.
Ziel des Projektes war die digitale Umsetzung und interaktive Darstellung realdatenbezog e-ner Planungsszenarien aus den Bereichen Landschafts- und Städteplanung sowie Agrar- und Landschaftsbiologie. Die Motivation für dieses Projekt leitete sich direkt aus einer lange be-kannten Planungsproblematik ab. Fachvertraute Experten greifen in der Planungsphase auf abstrakte für sie gut verständliche Pläne zurück. Im Bereich der Landschafts - und Städtepla-nung handelt es sich dabei in erster Linie um zweidimensionales Kartenmaterial. Den zu-ständigen Entscheidungsträgern und weiteren fachfremden Personen (Stichwort: Bürgerbe-fragung/Bürgerbeteiligung) sind die Daten des abstrakten Kartenmaterials und die daraus resultierenden Konsequenzen auf diesem Wege schwer zu vermitteln. An dieser Stelle kam die Überlegung ins Spiel, mit welcher Form der Darstellung jeder Mensch innerhalb des Kon-textes vertraut ist, gleichgültig, ob er über Expertenwissen verfügt oder nicht. Die unserer Meinung nach beste Lösung bietet die dreidimensionale, interaktive Darstellung der aufbe-reiteten Planungsdaten aus der Perspektive eines virtuellen Spaziergängers. Diese Ansicht besitzt auf der einen Seite einen hohen Vertrautheitsgrad, stellt auf der anderen Seite aber besonders hohe Anforderungen an die Qualität und Quantität der Darstellung. Schließlich soll dem Betrachter glaubhaft vermittelt werden, dass er anhand der Visualisierung eines planungsrelevanten Ist- und Soll-Zustandes die Möglichkeit erhält, eine nahezu 1:1-Vorschau des realen Ergebnisses präsentiert zu bekommen.
Aus Sicht der Informatik und speziell aus Sicht der Computergrafik ergeben sich mehrere interessante Fragestellungen und Teilprobleme, die im Fokus einer solchen Gesamtaufgabe bisher noch nicht bearbeitet wurden. Im Folgenden möchte ich einige Zielsetzungen und damit verbundene Problemstellungen aus Sicht der Informatik/Computerg rafik nennen und näher erläutern.
Zielsetzung 1:
Anhand der Form, Größe und Farbgebung sollen die verwendeten Pflanzenmodelle klar den realen Pflanzenarten zugeordnet werden können.
Die natürliche Wirkung computergenerierter Pflanzen hängt zu einem Großteil von der Komplexität der verwendeten Modelle ab. Damit soll erreicht werden, dass der Detailgrad jedes einzelnen Pflanzenmodells so hoch gewählt wird, dass es von einem fachkundigen B e-trachter in der Nahdistanz einwandfrei als naturgetreues/naturnahes Abbild der zugehörigen Pflanzenart identifiziert werden kann. Ab einer gewissen Anzahl verschiedener Modelle und entsprechender zugehöriger Modellinstanzen rücken sofort Fragen bezüglich des Speicher-verbrauchs und der Darstellungsgeschwindigkeit der anfallenden Geometrie in den Vorder-grund. Möglichkeiten der Problemlösung sind hierbei vor allem auf den Gebieten der geo-metriebezogenen Level-of-Detail-Ansätze und der Modellapproximation durch Billboardbe-schreibungen (siehe Begriffserklärung 3.6.1) zu suchen.
Kapitel: Einleitung
10 1.1 Zielsetzung
Zielsetzung 2:
Für die bestmögliche Wahrnehmung der virtuellen Vegetation wird die Betrachtungs -perspektive aus der Sicht eines imaginären Spaziergängers gewählt. Die Darstellung soll den Eindruck eines homogenen und natürlichen Landschaftsbildes vom Betrachterstandpunkt bis hin zur Sichtgrenze (Horizont) gewährleisten.
Diese Sicht auf die uns umgebende Natur ist jedem Menschen geläufig und vertraut. Somit wird erreicht, dass eine mögliche Hemmschwelle bei der Akzeptanz des Gesehenen so gering wie möglich ausfällt. Diese Perspektive stellt jedoch besonders hohe Anforderungen an die gebotene Komplexität der dargestellten Modellgeometrie besonders im unmittelbaren Na h-bereich und an die weiche Überblendung zwischen verschiedenen Stufen der verwendeten Modellapproximationen. Die notwendigen Reduktionen der Komplexität im Stand und in der Bewegung sollen für den Benutzer so weit wie möglich unsichtbar bleiben.
Zielsetzung 3:
Der mittlere Fehler zwischen den Positionsdaten der Eingangsdatensätze und den Positions-daten der konvertierten Datensätze soll bei maximal 3 bis 5 Zentimetern liegen.
Da es sich bei den darzustellenden Szenen um planungsrelevante Szenarien handelt, wird ein Mindestmaß an Exaktheit bei der Wiedergabe der Ausgangsdaten gefordert. Es ist leicht vor-stellbar, dass prinzipiell bei der Darstellung eines Getreidefeldes der genaue Standort jedes einzelnen Halmes von untergeordneter Bedeutung ist, solang der Reihenabstand korrekt ist.
Bei der Anlage eines Gartens oder einer Parkanlage ist es jedoch unumgänglich, dass bei-spielsweise Rabatten und genau spezifizierte Pflanzareale auch in der virtuellen Darstellung möglichst exakt platziert werden. Es ist deshalb wichtig, einen Ansatz zu wählen, der einer-seits schnell gute Ergebnisse liefert, wenn die Genauigkeit der wiedergegebenen Pflanzen-positionen eine untergeordnete Rolle spielt. Andererseits muss aber die Möglichkeit geboten werden, Positionen mit einem minimalen Fehler abbilden zu können, falls es das Planung s-szenario erfordert. Dieses geforderte Merkmal des Ansatzes wirkt sich direkt auf die zu er-wartende Komplexität der Gesamtszene aus. Lösungsansätze für diese Zielsetzungen finden sich im Bereich von gekachelten hierarchischen Punktmengen, welche Mindestabstandskri-terien und ebenmäßige, aber nicht regelmäßige Verteilungsstrukturen aufweisen.
Zielsetzung 4:
Die zu erreichende Größe des darzustellenden Gebietes soll bei mindestens einem Quadra t-kilometer liegen.
Um reale planungsrelevante Szenarien bearbeiten zu können muss die Ausdehnung des handhabbaren und darstellbaren Areals ein gewisses Mindestmaß erreichen. Diese Festl e-gung beruhte auf der Größe von realen Planungsszenarien, die während der Projektlaufzeit zu Test- und Validierungszwecken abgearbeitet wurden (italienisches Kulturstück im Park
Kapitel: Einleitung 11