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Illustrationen im WEB: 3D

weitere Infos im Glossar z.T. mit Büchern zum Thema:

CAD

Darstellung und Visualisierung

IBR (Image Based Rendering)

Modellbildung

Rechte-Hand- und Rechte-Daumen-Regel

Rendering-Effekte

Quick-Time VR

VRML

3D-Modelle visualisieren im Internet, O2C von mb-Software, CAD-Modelle, Computer-Modelle, VR, Virtual Reality, virtuelle Realität, Visualisierung, 3D-Modell, CAD-Modell, Computer-Modell, dreidimensionale Modelle, Visualisierung, 3D-Modell, CAD-Modell, 3D-Studio MAX, Virtual Reality Modeling Language, Wörmel
Montage auf der Basis eines
O2C-Modelles der mb-Software AG

die dritte Dimension im WWW

In der dritten Dimension sieht die Welt des World Wide Webs kaum anders aus als in der zweiten: verschiedene Formate und Plug-Ins, jedes mit spezifischen Vor- und Nachteilen versehen, kämpfen um die Gunst der Gastgeber (und Gäste) im Internet.

Unangefochtener Platzhirsch im dreidimensionalen weltweiten Netz war lange Zeit das VRML-Format ("Virtual Reality Modeling Language"): es ist seit Jahren etabliert und wird von fast allen ernstzunehmenden CAD- und Visualisierungs-Programmen - wie z.B. 3D-Studio MAX - unterstützt. Gleiches gilt für alle gängigen Browser: ausgereifte VRML-Plug-Ins (z.B. Live3D) werden in der Regel standardmäßig mitgeliefert.

VRML-Modelle können somit fast problemlos mit Hilfe eines Plug-Ins in Real-Time gedreht und gewendet werden - siehe Beispiele:

"AEC-WEB" in der VRML 1-Version (ca. 188 KB)
"AEC-WEB" in der VRML 2-Version (ca. 109 KB) Testen Sie mit dieser Version, ob ihr System VRML 2 unterstützt.

Zwischenzeitlich hat das "Wörmel"-Format (ist leichter auszusprechen als "V-R-M-L") harte Konkurrenz bekommen: Zu den jungen Wilden gehören u.a. die O2C-Technologie der deutschen mb-Software AG und das Metastream-Format von MetaStream.com, einem Joint Venture von Computer Associates und MetraCreations.

Während sich Metastream aufgrund diverser Allianzen in der 3D-Ecke des WWW schon ziemlich breit gemacht hat und neben VRML zum zweiten Standard für die Visualisierung von 3D-Modellen im Web avancieren könnte, muß sich die O2C-Technologie noch ziemlich abstrampeln, um national wie international als etabliert gelten zu können; zumal mb-Software (noch) kein O2C-Plug-In für MacIntosh-Computer im Angebot hat (Stand 31. Oktober 1999), was aber als Mindestanforderung für den anvisierten E-Commerce-Markt gilt.

Im Prinzip haben also noch alle 3D-Formate - auch die ungenannten - das Potential, das Rennen um die 3D-Krone positiv für sich zu entscheiden, wenngleich sich überhaupt der Wert von 3D-Modellen im Internet noch beweisen muß: Denn trotz kompakter Dateiformate werden für ein bißchen Drehen und Wedeln in der dritte Dimension Datenpakete in nicht unerheblichem Ausmaß durch das Internet bewegt und die Darstellung ist trotz Einsatz aufwendiger Texturen selten "photorealistisch".

IBR - die Alternative in der dritten Dimension?

Aus diesem Dillemma könnte für eine Vielzahl von Anwendungsbereichen eine Technik führen, die "Image-based Rendering" (IBR) heißt. Sie kommt ohne 3D-Modelle aus und erzeugt statt dessen aus Fotographien realer Objekte bzw. computergenerierten Bildern interaktive Panoramen (im Glossar gibt es dazu ein konkretes Beispiel).

1980 hatte A. Lippman die Idee, auf einer Video-Disk eine Vielzahl von Ansichten einer Szene zu speichern. Das "Movie-Map" genannte Verfahren wählte je nach Position eines Betrachters das geeignete Bild aus und zeigte es auf dem Bildschirm an. Leider scheiterte damals dieses Verfahren am benötigten Speicheraufwand. Das Konzept zeigt allerdings einen interessanten Ansatz, denn es verzichtet gänzlich auf geometrische Informationen. Hier setzt Image-based Rendering an: Statt aber die Festplatte mit Bildern eines Objektes aus möglichst vielen Ansichten voll zu packen, versucht man aus wenigen Aufnahmen zusätzliche Ansichten zu berechnen. IBR kann als junges, aber dynamisches Forschungsgebiet erstaunliche Erfolge vorweisen. Aus nur wenigen Bildern (12 und 18 pro 360°-Panorama) erzeugen IBR-Techniken auch auf durchschnittlichen Rechnern schnell weitere Bilder.

Apple QuickTime VR - eine Plug-In-Lösung - gilt als eines der ersten und bekanntesten Ergebnisse der IBR-Forschung. Eine möglicherweise mit Blick auf die Zielgruppe zu favorisierende Java-Lösung gibt es mit PhotoVista von LivePicture.

Die Bilderzeugung mit dem Image-based Rendering besteht in der Regel aus drei Schritten:

Zuerst müssen die Ausgangs-Daten erstellt werden. In Abhängigkeit von der Brennweite des eingesetzten Objektivs bzw. des Sehwinkels beim Rendering sind zwischen 12 und 18 Einzelbilder pro 360°-Panorama nötig. Dabei ist darauf zu achten, daß sie sich um 30 bis 50 Prozent überlappen.
Die einzelnen Bilder werden anschließend so ineinander gerechnet, daß ein Panoramabild entsteht. Dieses besitzt durch die interessanten Verzeichnungen und die ungewohnte Darstellung räumlicher Zusammenhänge schon für sich genommen genügend Reiz (siehe unten).
Mit Unterstützung entsprechender Entzerrungs-Algorithmen wird daraus dann ein interaktiv zu steuernder Blick in eine abgebildete reale bzw. vorweggenommene virtuelle Realität.

in der Entwicklung (August 2000):
Adobe kauft Rechte an 3D-Entwicklungen von Metastream

Adobe Systems hat professionelle 3D-Entwicklungen des Software-Hauses Metastream™ erworben. Das in New York City ansässige Tochterunternehmen von MetaCreations® stellt Adobe wichtige Technologien zur Erstellung und Verwendung von 3D-Inhalten im Web zur Verfügung:

Mit Canoma™ (siehe AEC-WEB News 07/99) können Grafiken aus Adobe Photoshop in dreidimensionale Modelle umgewandelt und dann für das Web aufbereitet werden.
Carrara™ ermöglicht die Einbindung von interaktiven Szenen, Animationen und Spezialeffekten in 3D.

Adobe plant die Integration dieser Technologie in das Funktionsspektrum seiner Web-Produkte. Außerdem soll das Format MTS 3D (Metastream 3D) die Exportmöglichkeiten der eigenen Grafiklösungen erweitern. MTS 3D unterstützt die vielseitige SVG-Technik (Scalable Vector Graphics) und ermöglicht mit Hilfe eines Plug-Ins für Web-Browser das schnelle Übertragen von 3D-Daten im Streaming-Verfahren.

in der Entwicklung (Juli 2000): Kompression für 3D-Daten
Neuer Algorithmus könnte Durchbruch für Consumermarkt bedeuten

Wissenschaftler der Bell Labs haben eine Technologie entwickelt, die es ermöglicht, detaillierte dreidimensionale Daten über das Internet zu übertragen sowie damit am PC zu arbeiten. Der Algorithmus auf dem Feld der "digitalen geometrischen Kompression" wurde auf der Siggraph 2000-Konferenz vorgestellt. Die Forscher geben an, dass ihre Technologie für geometrische Kompression zwölfmal effektiver ist als der MPEG 4-Standard sowie sechsmal effizienter als die bester vorher veröffentlichte Methode.

Die Entwicklung könnte sich entscheidend auf so unterschiedliche Felder wie Medizin, Unterricht, Produktion und Unterhaltung auswirken. Die Bezeichnung Geometrie bezieht sich in diesem Feld auf die Darstellung von Objekten. Das kann alles von Flugzeugteilen bishin zu Cartoonfiguren sein. Detaillierte Informationen über virtuelle 3D-Objekte können dargestellt, gemessen und manipuliert werden. Digitale geometrischen Daten werden typischerweise durch 3D-Laserscanner eingelesen und als ein dichtes Netz aus Millionen oder gar Milliarden von Dreiecken dargestellt.

Die Herausforderung bei der Kompression liegt darin, so wenig Bits wie möglich von diesen riesigen komplexen Datensets zu speichern und zu übertragen. Dabei ist der 3D-Algorithmus mit keiner der Verarbeitungstechniken von Audio-, Bild- oder Video-Anwendungen vergleichbar. Effiziente geometrische Kompression könnte 3D-Anwendungen, die momentan dem High End beim Filmemachen vorbehalten sind für den Consumermarkt zugänglich machen.

in der Entwicklung (Juli 2000):
Shockwave erhält 3D-Technologie von Intel

Intel und Macromedia wollen Intels Internet 3D Grafik Technologie in Macromedias Shockwave Player integrieren und so dreidimensionale Animationen und interaktive Spiele über kleine Bandbreiten realisieren. So soll 3D Content von einer Nischenapplikation zum weit verbreiteten Standard werden, kann Macromedia doch auf 137 Million Shockwave-User verweisen. Auf Entwicklerseite haben bereits Alias|Wavefront, Discreet Logic (eine Autodesk-Division), NxView Technologies, Shells Interactive Ltd. und SoftImage ihre Unterstützung angekündigt.

Die "Intel Internet 3D Graphics Technology" wurde in Intels Architecture Lab (Portland/Oregon) entwickelt und verwendet eine Adaptive 3D Geometry, eine Reihe von dynamischen Algorithmen, die es erlauben die Auflösung des 3D-Contents an die Rechenleistung des jeweiligen Clients anzupassen. Die Technologie soll auch weiche, photorealistische Oberflächen, Cartoon Rendering und Effekte wie Rauch, Feuer, Wasser und Dunst ermöglichen.

Weitere Details wollen Macromedia und Intel im Laufe des Jahres bekannt geben. Schon jetzt könnte diese Entwicklung aber aufgrund der Marktmacht von Intel und Macromedia anderen 3D-Technologien für's Internet wie z.B. IBR, Metastream, o2c oder QuickTime VR zu schaffen machen.

FAZIT und Ausblick:

Alles im allen bietet das Internet und ganz speziell das World Wide Web Mechanismen, die in dieser einzigartigen Kombination aus Aktualität, Interaktion und multimedialer Erscheinung von keinem anderen Medium überboten werden können - nicht vom Fernsehen, einer CD-ROM oder papiernen Medien. Vieles davon kann auf der Web-Site eines Planungsbüros sinnvoll zum Einsatz kommen:

das gilt für Projekt-Seiten, die nur Planungsbeteiligten zugänglich sind,
wie auch für allgemein zugängliche Darstellungen von Referenz-Projekten

Die technischen Grenzen ergeben sich letztendlich aus den Möglichkeiten der jeweiligen Programme, die die Internet-gerechten Formate für die im Web darzustellenden Präsentationen erzeugen müssen. Davon unabhängig muß entschieden werden, ob mit Blick auf die Zielgruppe für besondere Zwecke Plug-Ins oder Java-Applets eingesetzt werden können - oder ein irgendwie gearteter Standard die gewünschten Inhalte wiedergeben kann.

Als Faustregel kann gelten:

Zunächst sollte versucht werden, die geplante Illustration mit Standard-Formaten (GIF, animiertes GIF, JPG, VRML) umzusetzen. Gegebenenfalls lassen sich besondere Effekte auch mit kleinen JAVA-Skripts realisieren - wie z.B. mit einer interaktiven "DIA-Show" (Beispiel1, Beispiel 2 bei Jaudes & Scheidt)
Wenn das nicht möglich ist, sind Quasi-Standards - wie PNG, FLASH, oder möglicherweise Metastream - die zweite Wahl.
Sollten die Anwendungen noch spezieller werden, kommt man nicht um die Verwendung entsprechender Plug-Ins und JAVA-Applets herum.
- Plug-Ins sind vorzuziehen, wenn eine geschlossene Benutzergruppe angesprochen wird, ober aber die Anwendung als branchen-typisch bezeichnet werden könnte (DWF bzw. WHIP! und SVF). In jedem Fall muß die Verfügbarkeit bzw. das Nicht-Vorhandensein von PlugIns für die unterschiedlichen Betriebssysteme (Windows, MacOS, LINUX,...) in die Planung mit einfließen.
- JAVA-Applets sollten den Vorzug erhalten, wenn "Laufkundschaft" (z.B. in einer E-Commerce-Lösung) angesprochen wird. Gleiches gilt natürlich für die "Prospekt-Seiten" einer Architektur-Homepage, denn potentielle Kunden bzw. Bauherren sind häufig nicht gewillt, für einen einmaligen Besuch die möglichen Mühen einer Plug-In-Installation auf sich zu nehmen.

Letztendlich MUSS die Entscheidung für das eine oder anderen Format immer mit Blick auf die Zielgruppe erfolgen. Die technischen Möglichkeiten rutschen auf einen hinteren Rang. Der Besucher ist der Maßstab, er muß die gewählte Technik akzeptieren!

Viele Internet-gerechte Datei-Formate bzw. Technologien wurden in diesem Artikel nicht erwähnt - so z.B. die Formate zur Distribution von Animationen und kleinen Filmchen (siehe Quicktime, MPEG und Videostreaming) oder Musik bzw. Sounds (MP3). Ihr Nutzwert auf seriösen Architektur-Sites vor dem Hintergrund immer noch realitv träger Übertragungsraten ist aber fraglich. Andere Formate - zum Teil interessante Entwicklungen mit viel Potential - stecken Ende 1999 noch in den Kinderschuhen; dazu gehört beispielsweise das aecXML-Format (siehe www.aecxml.org) sowie ganz generell die Verknüfung von Datendarstellung und Datenaustausch. Möglicherweise kommen damit auch die IAI bzw. das IFC-Format sowie das O.P.E.N.-Konzept der Nemtschek AG wieder ins Spiel. Da muß man abwarten ....

Die Zukunft wird aber in jedem Fall den Standards gehören, wie sie vom World Wide Web Consortium (W3C) oder vergleichbaren Firmen-Allianzen festgelegt werden, damit der Anwender uneingeschränkt mit jeder Art von Hard- und Software alle angebotenen und gewünschten Inhalte einsehen kann:

mit dem Handheld auf Windows CE-, PalmOS- oder EPOC-Basis kurz vor einer Besprechung
im Internet-Cafe auf Lanzarote, in dem das kostengünstige LINUX-Betriebssystem zum Einsatz kommt,
daheim am Designer-Apple, der nur MacOS unterstützt, und
natürlich auch im Büro.

Kapitelübersicht (in Klammern einige Stichworte):

Einleitung

Pixelbilder (GIF, JPEG und PNG)

Vektorgrafiken (Flash, Plug-Ins oder JAVA-Applets?)

CAD-Zeichnungen (DWF, WHIP!, SVF, WebCGM, SVG, VML)

3D und Fazit (VRML, O2C, MetaStream, IBR, QickTime VR)