V8_slides - iam

Digitale Darstellungsmethoden
Vorlesung 08
DI 19.05.2009 14:00 HS B
Simulationstechnik
mit special guest Michael Stadler
Michael Stadler
Graz Design Science Labs (GDSLabs):
integration of architectural simulation
technology into the design process
Digital and physical models as key to studying
performative aspects of architecture in a holistic way
Coming soon:
Structureslab
Urbanismlab
Landscapelab
Überblick
• Datenbanken und Datenintegration (IFC)
• Abstraktion & Simulation
• Datenmodelle
• Michael Stadler: Simulationstechnik - Theorie
und praktische Anwendung
international high profile projects
focus on energy and sustainability
Competition European Central Bank, Frankfurt (Germany)
Coop Himmelb(l)au, Ove Arup (Prof. Brian Cody, TU Graz)

Lichtlabor, Institut für Raumgestaltung, Prof. Frank
GAM 01
GAM: Graz
Architecture
Magazine
11
Coming up: GAM.05
„Urbanity not Energy“
Digitale Darstellungsmethoden
CAD Zeichnen
CAD Modellieren
Computergraphik
CAD Strukturieren
Lichtsimulation
Medienlabor IAM
Datenbanken
Geometrie Nichtgeometrische Daten

Nichtgeometrische Daten?
Material Oberfläche
Farbe
Gewicht
Liefertermin
Kosten
VizServer von INXIGHT:
http://www.inxight.com/
Reflexionseigenschaften
Statische
Belastbarkeit
Schallschutzwert
Graue Energie
inxight
Wärmeleitfähigkeit
Dauerhaftigkeit
Witterungsbeständigkeit
Hersteller
...
Vizinfo Mantra
(aus Card, Mackinlay, Shneiderman:
Readings in Information Visalisation Using Vision to Think)
“Overview,
Zoom and Filter,
Details on Demand”
inxight
TableLens von INXIGHT:
http://www.inxight.com/products/core/table_lens/demos.php
Cone Tree
Xerox PARC, 1990

STRUKTUR
Alle gewachsenen oder Gebauten Formen
weisen eine Struktur auf. Die Struktur ist eine
bestimmte Organisation der Teile, eine innere
Qualität. Dieselbe Struktur kann sehr
unterschiedlichen Formen zugrunde liegen.
Ähnliche Formen können sehr
unterschiedliche Strukturen haben.
90 -
In den 90er Jahren erlangte der Informationsaustausch zwischen Menschen,
Datenbanken und CAAD-Programmen einen neuen Aufschwung durch die
explosionsartig wachsende Verwendung von Schnittstellen zwischen
Programmen und Kommunikationsdiensten wie dem World Wide Web. Im
Weiteren wurden rein zeichnungsorientierte CAD-Tools durch Systeme abgelöst,
die über ein rechnerinternes (3D-) Modell des zu planenden Gebäudes verfügten.
Die dreidimensionale Beschreibungsmöglichkeit bietet zwar eine wesentlich
genauere Charakteristik des Bauobjekts, doch auch hier werden im Allgemeinen
lediglich geometrische Daten verarbeitet. Heutige CAAD-Systeme sind in der
Lage mit den Geometriedaten weitere nicht-geometrische Informationen zu
verbinden. Damit können alle bauwerksrelevanten Daten in CAAD-Systemen
erfasst werden, soweit sich geometrische Elemente finden lassen, zu denen sie
zuordenbar sind. Die Erwartungen an diese umfassenden Systeme waren hoch,
die Probleme in der Umsetzung und Anwendung dieser Technologie wurden
jedoch unterschätzt und sind bis heute nicht zufrieden stellend gelöst. Ein
wesentliches Problem liegt in der Produktabhängigkeit der internen CAAD
Modelle und in den fehlenden allgemeinen Schnittstellen. Dadurch werden
massive mögliche Fortschritte sowohl in der Konsistenz zwischen verschiedenen
Anwendungen als auch in der Kommunikation zwischen Akteuren behindert.
Gewerke/
Beteiligte
Datenintegration im Bauwesen:
! !
!
Planungs-/Bauphasen, Betrieb
Integration
Gewerke/
Beteiligte
Acoustics
Program
Light
Graph
Geometry
DB
Flowchart
Grammar
Structures
Energy
Spreadsheet
Datenintegration im Bauwesen:
! !
!
Planungs-/Bauphasen, Betrieb
Nichtgeometrische Daten?
Material Oberfläche
Farbe
Gewicht
Liefertermin
Kosten
Reflexionseigenschaften
Statische
Belastbarkeit
Schallschutzwert
Graue Energie
Wärmeleitfähigkeit
Dauerhaftigkeit
Witterungsbeständigkeit
Hersteller
...

BIM: Building Smart & IFC
Industry Foundation Classes (IFC)
• Die Industry Foundation Classes (IFC) sind ein offener Standard im
Bauwesen zur digitalen Beschreibung von Gebäudemodellen, heute
unter dem Begriff BIM (Building Information Modeling) bekannt.
• Abgebildet werden die logischen Gebäudestrukturen (z. B. Fenster-
Öffnung-Wand-Geschoss-Gebäude), zugehörige Eigenschaften
(Attribute) sowie optionale Geometrie. Es lassen sich damit u. a.
komplexe 3D Planungsdaten mit den Bauelementen und
beschreibenden Attributen zwischen Bausoftwaresystemen übertragen.
• Definiert werden die IFC von der Industrieallianz für Interoperabilität
(IAI). Registriert sind die IFC unter ISO16739.
• IFC wird von zahlreicher Software zum Austausch von Gebäudedaten
unterstützt. Anwendungsbereiche sind z. B. 2D/3D CAD, Statik- und
Energie-Berechnungen, Mengen- und Kostenermittlung. Der Austausch
erfolgt durch IFC Dateien mit der Endung *.ifc. Daneben sind auch
*.ifcXML (für IFC Dateien im XML Standard) und *.ifcZIP
(standardmäßig gezipte IFC Dateien) gebräuchlich.
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Graphik: EliteCAD
Strukturen und Standards: die Zukunft
• Objekt-Orientierte Standards statt
Layerkonventionen
• International Alliance for Interoperability
• IFC = Industry Foundation Classes
Industrieallianz für Interoperabilität - IAI
• Die Industrieallianz für Interoperabilität e.V. - IAI gründete sich mit dem
Ziel, den modellbasierten Ansatz für die Optimierung der Planungs-,
Ausführungs-, und Bewirtschaftungsprozesse im Bauwesen im
Rahmen der buildingSMART Initiative zu etablieren und dabei die
Industry Foundation Classes - IFC - als den offenen Standard für
Gebäudemodelle durchzusetzen. Der IFC Standard ist unter ISO 16739
registriert.
• buildingSMART steht für den neuen Ansatz, innovative, nachhaltige
und kosteneffiziente Gebäude und bauliche Anlagen zu schaffen,
indem moderne IT Lösungen mit durchgängiger Datennutzung für
integrierte Prozesse genutzt werden.
29 30
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HCI
Human-Computer-Interface
Geschichte der IAI
Die IAI - International Alliance for Interoperability - wurde im Juni 1995
in den USA gegründet. Kurz darauf gab es die IAI auch in Deutschland,
Großbritannien, Frankreich, Skandinavien, in Singapur, Japan, Korea
und Australien. Weltweit hat die IAI zirka 500 Mitgliedsfirmen.
Die IAI (international) wird durch das International Council (IC) geleitet,
in dem die jeweiligen Landesvertreter (die Chapter der IAI) vertreten
sind. Die gemeinsame technische Arbeit der IAI wird durch das
International Technical Management Committe (ITM) koordiniert.
In den deutschsprachigen Ländern, der Bundesrepublik Deutschland,
Österreich und der Schweiz, werden die Interessen der Firmen dieser
Länder durch die Industrieallianz für Interoperabilität e.V. vertreten. Die
IAI e.V. hat auch Mitglieder aus den angrenzenden Ländern, wie den
Niederlanden oder Slowenien. Die IAI e.V. ist offen für alle Firmen, die
mit dem Bauwesen verbunden sind, seien es Planer, Bauausführende,
Bauherren, Betreiber von Bauwerken und Hersteller von Software für
das Bauwesen. In Deutschland sind es aktuell rund 65 Planungsbüros,
Banken, Baufirmen und Softwarehäuser. Gleichzeitig sind etwa 15
Hochschulen im IAI e.V. vertreten.
31
33
CAD/CAAD/CAM
Computer Aided Architectural
Design & Manufacturing
3D Model
Digitale Medien
HCI
Human-Computer-Interface
Die Industrieallianz für Interoperabilität e.V. - IAI
Die IAI ist ein weltweit agierender Verbund von Firmen aus dem
gesamten Umfeld des Planens, Bauens und Bewirtschaftens von
Gebäuden. Die Mitglieder sind Planer, Fachingenieure, Bauherren,
Bauunternehmer, Softwarehäuser, Verbände, Hochschulen und
Forschungseinrichtungen sowie Betreiber und Nutzer von Gebäuden.
Mehr als 600 Unternehmen arbeiten kontinuierlich an der Optimierung
der Bauprozesse und in dem Zusammenhang an einem hersteller- und
länderübergreifenden Austauschformat für Gebäudedaten, den IFC
(Industry Foundation Classes).
Ziel der IAI ist es, den verschiedenen Anforderungen von Nutzern an
eine durchgängige Datenkommunikation vom Planer bis zum Facility
Manager mit einem weltweit vereinbarten Austauschformat gerecht zu
werden.
Mit der Nutzung der IFC lassen sich Koordinationsdefizite im
komplexen Planungs- und Bauprozess vermeiden und Kosten
reduzieren. Das gesamte Handling vom ersten Entwurf über die
Bauausführung bis hin zur Gebäudeverwaltung wird einfacher und
schneller – bei erheblich besserer Qualität, geringerem Planungsrisiko
und höherer Kostensicherheit. 32
Ziele der IAI
Die bisher in der Bauindustrie praktizierte Form des Datenaustauschs erlaubt in der
Regel keine gemeinsame Nutzung von Informationen über die Grenzen der
Fachdisziplinen hinaus. Effizientes Arbeiten wird somit in der Bauindustrie erschwert, da
Gebäudedaten nicht gemeinsam genutzt werden. Verschieden gelagerte Interessen,
Ziele, rechtliche Aspekte und die mangelnde Kommunikation zwischen Akteuren der
Bauindustrie erschweren zusätzlich die gemeinsame Datennutzung.
Derzeit gehen viele Informationen während der Abstimmung zwischen den
Planungsbeteiligten verloren oder können nicht effektiv an die Beteiligten der
Nutzungsphase übergeben werden. Jedes Datenaustauschproblem hat direkten Einfluß
auf die Baukosten oder auf die Effektivität der Arbeit der Beteiligten. Kostenverursachend
sind die notwendige Nachbereitung und Wiedereingabe der verlorenen Daten, oder
Planungs- und Ausführungsfehler, wenn die Probleme nicht behoben werden.
Die Industrie Allianz für Interoperabilität, e.V. ( IAI ) hat es sich zur Aufgabe gemacht ein
Basismodell zur gemeinsamen Datennutzung im Bauwesen zu erstellen, welches den
Datenaustausch und die gemeinsame Datennutzung in der Bauindustrie und im Facilities
Management unterstützt. Dieses Basismodel sind die Industry Foundation Classes (IFC).
Mit den IFC ist es möglich, in jeder Bauphase die in den vorangegangenen Phasen
gesammelten Daten mit einzubeziehen.
Die Industrie Allianz für Interoperabilität, e.V. (IAI) steht allen im Bereich Architektur,
Ingenieurwesen, Bau und Facilities Management (AEC/FM) Tätigen offen. Die Mission
der IAI ist es, die Basis für die Verbesserung der Planungs- und Ausführungsprozesse
durch eine gemeinsame Datenhaltung und Austausch zu schaffen, das Werkzeug dafür
sind die IFC, welche allen Mitgliedern der IAI zugänglich sind, und damit allen
interessierten A/E/C Software-Unternehmen offen stehen.
AI
Artificial Intelligence
Werkzeug & Medium
CSCW
Computer Supported Collaborative Work
VR/AR
Virtual/Augmented
Reality
HCI
Human-Computer-Interface
CAD/CAAD/CAM
Computer Aided Architectural
Design & Manufacturing
3D Model
Digitale Medien

HCI
Human-Computer-Interface
AI
Artificial Intelligence
CSCW
Computer Supported Collaborative Work
Simulation?
VR/AR
Virtual/Augmented
Reality
HCI
Human-Computer-Interface
Graz Design Science Labs (GDSLabs):
integration of architectural simulation
technology into the design process
CAD/CAAD/CAM
Computer Aided Architectural
Design & Manufacturing
3D Model
Digitale Medien
Digital and physical models as key to studying
performative aspects of architecture in a holistic way
Abstraction
Geometry
Graph
Coming soon:
Structureslab
Urbanismlab
Landscapelab
Acoustics
Program
Die Simulation oder Simulierung ist eine
Vorgehensweise zur Analyse von Systemen, die
für die theoretische oder formelmäßige
Behandlung zu kompliziert sind. Dies ist
überwiegend bei dynamischem
Systemverhalten gegeben. Bei der Simulation
werden Experimente an einem Modell
durchgeführt, um Erkenntnisse über das reale
System zu gewinnen.
Integration
Abstraction
Acoustics
Program
Light
Graph
Geometry
DB
Flowchart
Grammar
Structures
Energy
Spreadsheet
Grammar Structures
Flowchart Spreadsheet

aus McCullough: Abstracting Craft
Above all else, tools take practice. You must learn how to
bring skills and intentions together.
If you feel satisfaction in using a well-practiced tool, you probably do so on
several levels. Tool usage simultaneously involves direct sensation, provides a
channel for creative will, and affirms a commitment to practice. The latter is
quite important: only practice produces the most lasting and satisfying form of
knowing.
Practiced mastery is something we crave in itself. Aquinas said
that we cannot live well without working well. Most anthropologists would
affirm a fundamental relation between tools and humanity. Deep in our
very nature we are tool users.
Not all tools are prosthetic. These various tools that introduce abstractions do
not so much extend the powers of the body as those of the mind. They are for
processing symbols. We use these tools of abstraction every bit as much as any
others, because deep in our nature we are also symbol users.
Abstraction and Simulation
Acoustics
Structures
„Cornell box“
(photo vs. path tracing)
Abstraction and Simulation
Light
Energy
LICHT
Interreflexion
Refraktion
Schattenwurf
Specularity
(Glanz)
diffus
gerichtet
Verdeckte Kanten
Photorealismus
PHOTOREALISMUS
Phong
Gouraud
Lambert
Global Illumination
Ray Tracing
Shadow Map
Radiosity
matt/diffus Reflexivität Transparenz Spiegelung Texturen Prozedurale Texturen
OBERFLÄCHE
Physical based digital imaging

intuition based digital imaging...
Geometrie
Geometrie
Treu die Natur und ganz! – wie fängt er’s an:
Wann wäre je Natur im Bilde abgethan?
Unendlich ist das kleinste Stück der Welt! –
Er malt zuletzt davon, was ihm gefällt.
Und was gefällt ihm? Was er malen kann!
F.W. Nietzsche, Scherz, List und Rache no. 55
in Die Fröhliche Wissenschaft
Abstraktion = Datenmodell
LAYERS BLOCKS

Bernard Cache
! If you approach new digital architecture in relation to older ideas
of geometry, then you have to be aware of the tool in parametric
software known as the ‚construction tree". In essence it is an
interface, a device, which instead of showing forms, illustrates
properties or relations. You model by dragging and dropping
properties or relations onto a ‚tree". The more you master this
tool the better and more interesting your designs will be. It
should be something that all designers have to learn as a basic
piece of knowledge. In a way it constitutes the mental aspect of
any architectural project. I dream of the day when architectural
reviews will look only at a students symbolic ‚tree", because this
is the epistemological (rather than material) heart of parametric
architecture.
“Mehrdeutigkeit erfüllt wichtige Aufgaben beim Entwerfen,
wo sie Phantasie und Kreativität fördert und vielschichtige
Ausdrucksweisen und Auffassungen unterstützt. Aber
Mehrdeutigkeit ist bemerkenswert abwesend, wenn das
Entwerfen vom Computer unterstützt wird, selbst in dem
einfachen Fall, wo Entwürfe als Linienzeichnungen
dargestellt werden… Es scheint, dass die Unbrauchbarkeit
von Computerzeichnungen beim Entwerfen gerade in ihrem
strukturierten Wesen begründet ist.”
“Ambiguity has important uses in design where it fosters imagination and
creativity, and encourages multilayered expression and response. But
ambiguity is conspicuously absent from design when it its computer aided,
even in the basic case where designs are given in line drawings… It would
appear that the uselessness of computer drawings in design is precisely their
structured nature.”
Stiny, G., “What Designers Do that computers should,” from Mitchell, W.,
and McCullough, M. (eds.), Electronic Design Studio, 1990.
Zusammenfassung
• Datenbanken und Datenintegration (IFC)
• Abstraktion & Simulation
• Datenmodelle
• Michael Stadler: Simulationstechnik - Theorie
und praktische Anwendung
“Es hat sich herausgestellt, dass die Nützlichkeit
von Computerzeichnungen meistens in ihrem
strukturierten Wesen begründet ist… Ein
gewöhnlicher Designer sorgt sich nicht um die
Struktur seiner Zeichnungen. Bleistift und Tinte
haben keine inhärente Struktur. Sie machen nur
schmutzige Zeichen auf’s Papier.”
“To a large extent it has turned out that the usefulness of computer drawing is
precisely their structured nature… An ordinary designer is unconcerned with the
structure of his drawing material. Pen and ink or pencil and paper have no inherent
structure. They make only dirty marks on paper.”
Sutherland, I., “Structure in Drawings and the Hidden-Surface Problem,” in Negroponte, N. (ed.), Reflections on Computer
Aids to Design and Architecture, 1975.
Integration
Acoustics
Program
Light
Graph
Geometry
DB
Flowchart
Grammar
Structures
Energy
Spreadsheet
Digitale Darstellungsmethoden
Vorlesung 08
DI 19.05.2009 14:00 HS B
Künstliche Intelligenz