Reale Landschaften virtuell erleben

Komplexe Landschaften haben sich in ihrer Darstellung der Computergrafik bislang entzogen – Wissenschaftler des Konrad-Zuse-Zentrums für Informationstechnik Berlin (ZIB) visualisieren sie nun so wie sie jeder Spaziergänger kennt.

Landschaftsplaner haben es schwer. Wenn sie ihre Auftraggeber und die Öffentlichkeit von einer nachhaltigen Entwicklung der Landschaft überzeugen wollen, fehlt häufig das anschauliche Modell. Bis heute gibt es keine Software, mit der unsere mitteleuropäische Landschaft und ihre vielfältige Vegetation interaktiv erlebbar gemacht werden kann. Wissenschaftler des ZIB haben sich dieser Herausforderung gestellt. In dem von der Bundesstiftung Umwelt (DBU) mit 1,5 Millionen Euro geförderten Projekt „Lenne3D“ entwickeln sie gemeinsam mit mehreren Kooperationspartnern Verfahren, mit denen es möglich sein wird, komplexe Landschaften im Rechner nachzubilden und in Echtzeit darzustellen.

Dabei gehe es nicht darum, Werbefilme zu entwickeln, sagt Armin Werner, Institutsleiter am Zentrum für Agrarlandschafts- und Landnutzungsforschung (ZALF), das den landschaftsökologischen und planerischen Teil beiträgt und die Projektleitung inne hat. Vielmehr wolle man den Betroffenen ermöglichen, interaktiv verschiedene Planungsmöglichkeiten durchzuspielen. Ob ein Wald abgeholzt, ein Teich angelegt oder zukünftig Landwirtschaft betrieben werden soll – Behörden, Bauern oder Bürger können in einer computergrafisch erzeugten 3D-Szene verfolgen, wie sich die jeweilige Entscheidung auswirkt. Es können sowohl zukünftige als auch historische Landschaftsbilder in Echtzeit dargestellt werden. Zudem werden auch Auswirkungen visualisiert, die „nicht sichtbar“ sind, Beispielsweise wenn infolge von bestimmten Eingriffen in die Landschaft Bodenerosion entsteht oder ein zu hoher Eintrag von Nitrat ins Grundwasser den Boden schädigt.

Dazu ist es einerseits notwendig, biologisches Wissen zu integrieren und darzustellen. Und andererseits muss die geometrische und farbliche Komplexität von Landschaften für den Computer reduziert werden. Kooperationspartner Oliver Deussen vom Institut für Software- und Multimediatechnik der TU Dresden hat dazu wichtige Vorarbeiten geleistet. Auf der Weltkonferenz für Computergrafik 1998 hatte er erstmals gezeigt, dass es möglich ist, komplexe Biotope zu modellieren und computergrafisch darzustellen. Die Pflanzen werden durch eine sehr große Anzahl von Dreiecken mit definierten Oberflächeneigenschaften im Rechner repräsentiert. Damit Pflanzen echt aussehen, muss ein Riesenaufwand betrieben werden. Die Herausforderung, sagt Hans-Christian Hege, Leiter der Abteilung Wissenschaftliche Visualisierung des ZIB, liegt darin, die Komplexität der darzustellenden Szene drastisch zu verringern – ohne dass dies für den Betrachter sichtbar wird. Dazu müssen die visuell relevanten Informationen ermittelt und in geeigneten passenden Datenstrukturen abgelegt werden. Mit modernsten computergrafischen Verfahren können dann viele Bilder pro Sekunde erzeugt und berechnet werden. Zur geometrischen Darstellung der Objekte verwenden die ZIB-Forscher statt Dreiecken auch Linien und Punkte. „Immer dann, wenn ein Detail vom Betrachter entfernt liegt, erscheint das Dreieck nur noch als Punkt. Und je weiter es wegrückt, umso weniger Punkte reichen für die Darstellung“, erläutert Liviu Coconu, Computergrafiker am ZIB. Außerdem muss nicht mehr jede Pflanze separat gespeichert werden. Einmal reicht. Dann wird die Pflanze skaliert, kopiert und an anderen Stellen wieder eingefügt. Solche Methoden reduzieren die Rechenzeit.

Diese und weitere, abstraktere Optimierungsmethoden zu entwickeln ist ein wesentlicher Teil des Forschungsprojekts. Der andere Teil ist die Automatisierung des Inputs. Dazu gehört das Anlegen von Texturen. Das sind Teilbilder, die Details – beispielsweise von Baumrinden oder Häuserwänden – realistisch wiedergeben und bei Bedarf in das Computerbild eingefügt werden.

Beteiligt an dem interdisziplinären Projekt sind deshalb nicht nur Informatiker und Computergrafiker, sondern auch Biologen, Geologen, Landschaftsplaner und Landschaftsarchitekten. An drei Beispielen aus der Praxis will das Team das Verfahren erproben. Zum einen im Rahmen einer Kooperation mit dem Vorhaben „Interaktiver Landschaftsplan Königslutter“. Zum anderen in der Uckermark und in der Potsdamer Kulturlandschaft. Erste Bilder, derzeit noch von künstlichen Landschaften, sind bereits zu sehen.

Kontakt:

Zuse Institut Berlin (ZIB)
Takustr. 7
14195 Berlin-Dahlem
Hans Christian Hege
Tel.: 030-84185-141
Fax: 030-84185-107
Email: hege@zib.dehege@zib.de

Philip Paar
Tel.: 030-84185-338
Email: paar@zib.de