RS6000

Einige Monate vor Abgabe meiner Diplomarbeit wurde im Fachbereich Architektur die Stelle eines Assistenten frei. Diese Stelle wurde in zwei Halbtagsstellen aufgeteilt und ich bewarb mich auf eine davon. Da ich zuvor auch schon als studentische Hilfskraft im Fachbereich gearbeitet hatte, standen die Chancen gut und ich wurde angestellt. Sechs Monate später bekam ich dann das Angebot, diese Stelle auf eine volle Stelle aufzustocken. Nun hatte ich meinen ersten Fulltime Job der es mir laut Vertrag erlaubte bis zu 70% meiner Zeit für die eigene Weiterbildung zu nutzen. Dies aber auch unter dem Gesichtspunkt, dass nur ein maximaler Zeitraum von fünf Jahren möglich war.

Nun, die Zeit für die Weiterbildung habe ich genutzt und aus diversen Sondermitteln über Anträge zuerst einmal 65.000.- DM erhalten. Hierfür habe ich dann jede Menge Equipment angeschafft. Grundlage waren zu diesem Zeitpunkt immer noch die Amiga 2000 Computer, weil für die obere Preiskategorie das Geld nicht reichte. Meine Studien habe ich dann ca. zwei Jahre vertiefen können und inzwischen mit dem Studenten Jürgen Idems aus dem Fachbereich Bauingenieurwesen mit Schwerpunkt Verkehrplanung die Visualisierung einer Straßenplanung in Homburg-Einöd realisiert. Das alles wurde damals mit dem 3D Programm Sculpt Animate 3D erstellt. Die Geometrie erhielten wir aus einer speziellen Planungsoftware aus dem Verkehrsplanungssektor. Geplant wurde dort in 2D Modus, Grundlage der Daten war aber ein dreidimensionales digitales Geländemodell (DGM). Und die Idee von Jürgen Idems war es eben, dies auch dreidimensional zeigen können. Er stieß mit dieser Idee eben auch an die Grenzen der im damaligen Rechenzentrum angesiedelten Software.

Visualisierung mit Amiga

Ich experimentierte noch mit verschiedensten anderen Projekten aus dem CAD Bereich. Hier ging es mir in erster Linie darum eine Schnittstelle von dem verwendeten CAD System Ribcon zu meinen Anwendungen zu schaffen, da zum damaligen Zeitpunkt noch keine Module für eine entsprechende Visualisierung existierten. Eine große Hilfe hierbei war mir mein K ollege Hans-Günther Klink der im Bereich CAD tätig war. Beim Gebäude links im Bild und die beiden nachfolgenden Bilder sind Visualisierungen eines Eintwurfs des Architekten Mario Botta (befindet sich im Original im Tessin in Riva San Vitale). Dieser Entwurf wurde damals zu Schulungszwecken von den Studenten in ihren Projekten erarbeite

Visualisierung eines Hauses in Riva San Vital

Visualisierung eines Hauses in Riva San Vitale

Diese Bilder zeigen den Erfolg und das Ergebnis unserer Schnittstelle. Eine Nachbearbeitung der eingelesenen CAD Daten war aber noch notwendig, da die Grundrissdaten Geschossweise eingelesen wurden und somit alle Wände auch mit Flächen versehen waren, an denen sie sich berührten (die Decke oben, der Fußboden unten und auch alle Flächen rechts und links an denen sich die Wände berühren). Diese Flächen sind für eine effektive Visualisierung nicht erforderlich, weil man sie ja auch nicht sieht. Bei dem verwendeten CAD System wurde mit Volumenkörpern gearbeitet weil man bei der weiteren Bearbeitung eines Bauprojektes schließlich die Massen für eine Ausschreibung der Gewerke benötigt.

Haus des Flusswächters

Inzwischen hatte der Fachbereich Maschinenbau ein Studienprojekt mit der Firma IBM begonnen. Im Frühjahr 1991 bot IBM die Erweiterung dieses Studienprojektes an. IBM hatte im Jahr davor erfolgreich die ersten Risc Rechner auf den Markt gebracht. Um diese Rechner nicht nur im Maschinbau mit Catia (Dassault Systems) zu etablieren, hatte sich IBM bei der Firma Thomson Digital Images (TDI) mit 49% eingekauft. Diese Firma stellte eine Software her, Explore genannt, die bis zu diesem Zeitpunkt nur auf Workstations der Firma Silicon Graphics lief, nun aber auch auf IBM RS6000 Maschinen mit Risc Prozessoren portiert wurde. Lediglich der Name änderte sich auf TDImage.

Die erste von mir erstellte “professionelle” 3D Computergrafik

Computergrafik 1991

Im Anschluss an diese Schulung experimentierte ich aber immerhin noch einige Monate mit dieser Software bis es mir dann endlich gelang meine erste mit einem solchen System erstellte 3D Computergrafik zu realisieren. Ich muss dazu betonen, dass die Software zur Editierung der Objekte zwar über eine grafische Benutzeroberfläche verfügte, aber alle Shaderparameter und Rrendering-Skripte mittels eines Text-Editors bearbeitet und verändert werden mussten. Die im ASCII Format vorliegenden Dateien wurden dann von der Rendering Engine nacheinander eingelesen und abgearbeitet um letztendlich das Ergebnis in Form einer Bilddatei zu erzeugen.

folgten alsbald und ich betreute dann im Laufe der 18 Monate ingesamt 7 Diplomarbeiten und ein Semesterprojekt im Fachbereich Innenarchitektur.

Die Aufgabe der Innenarchitekturstudenten bestand darin, auf der Grundlage eines Briefings, Polstermöbel zu entwerfen und darzustellen. Hierzu konnten wir den renomierten Polstermöbelfabrikanten Rolf Benz gewinnen, der uns auch zum Briefing nach Nahgold einlud.

… 1987!

Zufällig las ich in einer Computerzeitschrift über einen Computer mit dem Namen Amiga (span. = Freundin). Das Grafik und Video Wunder. Ursprünglich als Spielekonsole entwickelt und gedacht hatte der Amiga schon 1983 als Modell 1000 einen sagenhaften Verkaufserfolg. 1986 kam dann der erste erweiterbare Amiga 2000 auf den Markt. Glückliche Umstände erlaubten es mir einen solchen Computer zu erwerben. In der Grundausstattung hatte der Rechner 1 MByte Arbeitsspeicher und keine Festplatte. Zum Starten brauchte man eine Startdiskette die das Betriebssystem beinhaltete. Der Standardmonitor, ein 1084, hatte 14 Zoll Bildschirmdiagonale (Ich schaue übrigens heute noch Fernsehen darauf). Sensationell war die Anzahl der gleichzeitig darstellbaren Farben. Im sogenannten “HAM-Modus” konnte der Amiga von Beginn an 4096 Farben darstellen. Ein PC zu dieser Zeit schaffte mal gerade 256 Farben.

Meine Diplomarbeit war eigentlich im Entwurf (nennen wir es die Königsdisziplin der Architekten) angesiedelt. Ich hatte mir allerdings in den Kopf gesetzt diese Arbeit ausschließlich mit einem Computer zu realisieren und nicht wie herkömmlich in Form von Zeichnungen.

Eine der ersten Software Anwendungen mir der ich die ersten Schritte im Bereich der Computergrafik machte nannte sich “Deluxepaint” und war ein reines Malprogramm. Dann entdeckte ich die dritte Dimension mit dem Programm Sculpt 3D der US amerikanischen Firma Byte by Byte, das es später dann auch für den Apple Macintosh gab.
Ein hervorragend einfach zu bedienendes Programm mit schöner und ebenso einfacher intuitiver Benutzeroberfläche. Nach ein paar Tagen Einarbeitungszeit konnte man schnell alle möglichen dreidimensionalen Objekte erstellen. Jedes Objekt wurde aus Dreiecken aufgebaut. Eine Kugel zum Beispiel hatte dann eben n-Ecken um möglichst rund zu erscheinen. Allerdings war die Software nur in der Lage Farben und Materialeigenschaften zu berechnen und darzustellen – also kein Texturemapping. Mittels Keyframes war es aber möglich die erstellten Objekte oder das Licht und die Kamera zu bewegen und diese Animation berechnen zu lassen. Am Ende einer solchen Berechnugsphase erhielt man eine Datei die dann im Arbeitspeicher in Echtzeit abgespielt werden konnte. Dabei war darauf zu achten, daß diese Datei niemals größer als der zur Verfügung stehende Arbeitspeicher war, ansonsten war die Mühe umsonst und man war nicht in Lage das Ergebnis anzuschauen.

Das Thema der Diplomarbeit war der Entwurf eines lokalen Rundfunkgebäudes mit anschließender Darstellung durch Computeranimation.
Mein Interesse am Film war zum damaligen Zeitpunkt bereits sehr ausgeprägt und ich stellte mir vor, als Filmarchitekt arbeiten zu können. Aus diesem Grund schrieb ich 70 Film- und Fernsehsender in Deutschland und Luxemburg an und bat um eine Aufgabenstellung außer Konkurrenz. Letztendlich verhandelte ich dann mit den Bavaria Studios in München, dem Hessischen und dem Bayerischen Rundfunk. Aber leider zerschlugen sich alle Gespräche und ich kann mich nicht mehr so recht erinnern warum, aber daraus wurde nichts. Ich landete dann aber bei einem eingetragenen Verein in Aachen, der sich zum Ziel gesetzt hatte, einen privaten Rundfunksender zu betreiben. Es war gerade auch der Zeitpunkt als die Landesrundfunkgesetze novelliert wurden und sich die ersten privaten Rundfunk- und Fernsehanstalten formierten und ihren Sendebetrieb aufgenommen hatten.
Vom Vorsitzenden dieses Vereins bekam ich dann die Aufgabenstellung bzw. wir erstellten das Pflichtenheft über die Art und Anzahl der Räume, deren Größe usw. Daraufhin begann die eigentliche Entwurfsarbeit. Die erforderlichen Räume mußten in einer Kubatur untergebracht werden die den Ansprüchen einer zeitgerechten Architektur entspricht.
Als das Gebäude entworfen war ging ich daran diese Kubatur in dem 3D Programm zu editieren. Hierbei stieß ich schon im ersten Anlauf an die physikalischen Grenzen des Amiga in Form von zu wenig Arbeitsspeicher und zu wenig Rechenleistung. Eine Aufrüstung war notwendig. Eine zusätzliche Prozessorkarte die den Standard 68000 Prozessor von Motorola ersetzte und zusätzlicher Arbeitsspeicher mußte her.

Ich erwarb eine 68020 Prozessorkarte mit sage und schreibe 4 MByte Arbeitsspeicher. So aufgerüstet war ein flüssigeres Arbeiten und Berechnen der Bilder möglich. Für eine Animation über mehrere hundert Bilder rechnete der Computer aber immerhin noch mehrere Tage.

Die fertige Arbeit wurde dann von mir vor einen kleinen Gremium von drei Professoren präsentiert. Es war keine Arbeit im konvetionellen Sinn, wie sie Diplomkandidaten der Architetkur abliefern – also gezeichnete Pläne. Von mir gab es lediglich ein Videoband im Fomat Video8 auf dem ich die gesamte Erstellung dokumentiert hatte. Diese experimentelle Diplomarbeit hatte mich denn auch einige Monate beschäftigt, aber die Mühe hatte sich gelohnt.

…oder, wie alles begann…

… 1986!

HP_System45_70

Gegen Ende meines Studiums der Architektur machte ich meine ersten Erfahrungen mit Computern. Aber die Ideen und Vorstellungen die ich zum damaligen Zeitpunkt entwickelt hatte und die ich gerne unter Zuhilfenahme eines Computers realisiert hätte waren mit den im Rechenzentrum der Hochschule installierten CAD Systemen nicht durchführbar.

Parallel dazu existierte im Fachbereich Architektur eine von einem Assistenten entwickelte Software die es erlaubte, gezeichnete Grundrisse in 2 Ebenen mit unterschiedlicher Höhe in der “Z” Achse zu digitalisieren. Das System – wir nannten es “PERS” – arbeitete grundsätzlich im Grundriss Modus. Dazu wurde auf dem Grundriss ein Koordinatensystem mit den Achsen X -> nach rechts, Y -> nach oben und Z -> Bildschirmtiefe bestimmt.

Die Digitalsierung erfolgte mittels einer Lupe indem man die äusseren und inneren Linien des Grundrisses an seinen Eckpunkten anklickte. Dieses war dann die zuvor definierte Ebene mit der Z-Höhe = 0. Für die zweite Ebene wurde die Z-Höhe mit einem Numerischen Wert auf die Geschosshöhe geändert. Danach erfolgte der zweite Durchgang der Digitalisierung eben nur mit Z-Höhe = 2,75.

Auszug Programm Code

Nachdem dann alle Eckpunkte der analogen Grundrisszeichnung auf diese Weise digital im Computer vorlagen – ein Hewlett Packard Desktop System 45 mit grünem Monitor der nur in der Lage war Liniengrafiken darzustellen,  war es möglich den Stand- oder auch Augpunkt auf der X und der Y-Achse durch Eingabe eines alphanumerischen Wertes an einen bestimmten Punkt innerhalb des Grundrisses zu verlagern. Nach einer weitere Eingabe eines Wertes für die Drehung des Augpunktes um die Z-Achse, war eine Berechnung einer Perspektive als Liniengrafik, allerdings ohne verdeckte Kanten, möglich. Je nach Anzahl der in diesem Datensatz befindlichen Koordinatenpaare konnte das schon bis zu einer Stunde oder mehr dauern.

Meine Erweiterung dieses Programmes bestand nun darin, die Software so umzuschreiben, dass auch eine Drehung um die X und die Y-Achsen möglich war damit auch eine Zentralperspektive von oben, in einen Raum oder ein Gebäude, berechnet werden konnte. Dazu versorgte mich mein betreuender Professor mit den mathematischen Formeln. Diese Formeln wurden dann von mir in HP Basic umgesetzt und im Programmcode implementiert. Bis zu diesem Zeitpunkt hatte ich keinerlei Hard- oder Softwarekenntnisse und musste mich im Selbststudium zuerst einmal einige Wochen mit jeder Menge Handbücher in englischer Sprache auf den notwendigen Wissensstand bringen.

Parallel dazu lernte ich die Funktionsweise des Programmes kennen indem ich ein anderes Semesterprojekt, ein Entwurf eines Buchladens, digitalisierte um mir unter Zuhilfenahme mehrerer berechneter Perspektiven meine perspektivischen Zeichnungen zu erstellen.

perspektivischer Pl

von Hand nachbearbeitete und colorierte Zeichnung

Nach insgesamt drei Monaten hatte ich beide Projekte abgeschlossen und die Software funktionierte nach anfänglichen Fehlern einwandfrei. Ich erreichte durch die Bewertung meine erforderliche Zuslassung zur Diplomprüfung (hier nochmals vielen Dank an Prof. Dipl. Ing. Michael Fuch

perspektivischer Plot des Projekt

nachbearbeitete, colorierte Zeichnung

Die vielen temporären Perspektiven die wärend der Bearbeitung meines Projektes “Buchladen” entstanden brachten mich dann auch auf die Idee meine Diplomarbeit mit Ausrichtung im Bereich der Darstellung und Bewegung zu bearbeiten.

Gesagt, getan – aber mit welchem Computer? Welche Software erlaubte so etwas zum damaligen Zeitpunkt. Computergrafik war noch in den Kinderschuhen geschweige denn Computeranimation. Und wenn dies überhaupt möglich war, dann waren das super teure Systeme die bei Fernsehsendern oder grossen Werbeagenturen eingesetzt wurden.