Stadtplanungsprojekt in Marseille

Für die Präsentation seines Stadtplanungsprojekts Phosphore 2 benötigte das bekannte französische Hoch- und Tiefbauunternehmen Eiffage einen überzeugenden Masterplan und eine 3D-Visualisierung mit folgenden Produktionsanforderungen:

• In Zusammenarbeit der Beteiligten (Architekt, Produzenten und CGI-Spezialist) sollten in einem iterativen Prozess der städtische Gestaltungsplan und eine typologische Modellierung der Architektur entworfen werden. Hieraus ergab sich die Notwendigkeit, die Planung zügig im 3D-Format zu formalisieren.
• Die endgültige Planung sollte als Machbarkeitsnachweis für die angewandten Stadtplanungsmodelle dienen, damit sich diese später leicht auf weitere Städte mit abweichenden Topografien und räumlichen Kontexten übertragen ließen. Der Gestaltungsplan war also noch nicht in Stein gemeißelt, sondern bestand eher aus Empfehlungen und Designprinzipien, z. B. in Bezug auf den Anteil, den verschiedene Gebäudetypologien am Stadtbild haben sollten.
• Die Gebäudeentwürfe basierten auf den stark konzeptionellen Typologien des Architekten. Hierfür fertigte er grobe Skizzen von sieben Gebäudetypologien an und ordnete diese verschiedenen baulichen und gestalterischen Grundsätzen zu, z. B.:
  • Eine grundlegende Formvorgabe je Typologie-Footprint: Dreieck, Vieleck, Verzweigung, Domino oder kleine Quadrate.
  • Die Verzweigungstypologie steht auf Säulen, die sich der Topografie des Terrains anpassen sollen.
  • Für jedes Gebäude sollte es (entsprechend seiner Grundfläche) eine vorgegebene Wohnfläche geben.
  • Die Nähe zu Straßen und Hauptverkehrsadern und deren Erreichbarkeit wird durch Entfernungs- und Ausrichtungsvorgaben bestimmt.
  • Jede Gebäudetypologie soll eine andere Fassadenkonstruktion aufweisen, die bestimmten Designregeln und -bedingungen entsprechen muss, z. B. Sonnenlage oder Nähe zu Nachbargebäuden.

Es lag auf der Hand, dass es nicht möglich sein würde, alle vom Architekten vorgegebenen Empfehlungen und Auflagen zu berücksichtigen und zu versuchen, die gesamte 3D-Stadtlandschaft mit CAD- oder DCC-Standardwerkzeugen zu modellieren. Vielmehr mussten die Designprinzipien und Auflagen mithilfe prozeduraler Techniken in Regeln und parametrische Entwürfe konvertiert werden. Damit erwies sich letztendlich CityEngine als ideale Lösung, um diese Stadtlandschaft zu erschaffen.

"CityEngine ist ein spezialisiertes und optimiertes Programm auf der Basis einer hochgradig abstrakten CGA-Skriptsprache. Alle zugehörigen Werkzeuge sind auf die Bereiche Stadtplanung und Architektur ausgerichtet. In CityEngine bearbeitet der Benutzer Architekturentwürfe, indem er einfache, aber leistungsstarke Skriptoperatoren ableitet. Das Programm basiert nicht auf Polygonen oder Stützpunkten, und es sind auch keine komplexen Mathematikkenntnisse erforderlich. Stattdessen arbeitet man mit Mustern, Rhythmen, Sequenzen und Raumpartitionen. Die Modellierung einer Stadt oder eines Gebäudes wird zu einem natürlichen Design-Thinking-Prozess – als würden Sie eine architektonische DNA entwickeln, die sich an sämtliche Situationen und Orte adaptieren kann. Die Stärke der CGA-Shape-Grammar liegt in ihrer Einfachheit: Wer ein Gebäude oder eine Stadt auf natürliche Weise in Form von Mustern, Rhythmen, Teilungen und Wiederholungen beschreiben kann, kann auch eine CGA-Regel verfassen, mit der sich verschiedene Variationen der jeweiligen Gebäudeart entwickeln lassen."

Romain Janil, Virtualization

3eme Oeil, eine Produktionsfirma für visuelle Effekte (VFX), beauftragte Romain Janil von Virtualization mit der prozeduralen Modellierung dieser ausgedehnten Stadtlandschaft. Im Einzelnen führte er die folgenden Workflows durch:

1. Erstellung der realen Daten und Export von vorhandenen Gebäude-Footprints als Shapefiles.
2. Import in CityEngine zur Absteckung der Oberflächengestalt oder zur Erzeugung von Hindernis- oder Attributkarten (Meer, Parkanlagen, Brücken usw.).
3. Prozedurale Entwicklung von Straßennetzen gemäß den Designrichtlinien und manuelle Nachbearbeitung bestimmter Stellen.
4. Prozedurale Unterteilung von Grundstücken und Flurstücken gemäß den Designrichtlinien, z. B. Festlegung einer Minimal- oder Maximalgröße je Gebäudefläche.
5. Prozedurale Entwicklung der Verzweigungstypologie mit einer rekursiven CGA-Regel.
6. Prozedurale Verbreitung weiterer Typologien mit stochastischen oder auf Ausrichtung/Fläche basierenden Ableitungsregeln.
7. Prozedurale Skripterstellung für Fassadentypologien gemäß den Designrichtlinien: Nestartige Verkleidung zum Schutz von Südfassaden vor Lichteinstrahlung, Nordbalkone, stochastische Verteilung von offenen Fenstern, Gardinen usw.
8. Prozedurale Verteilung und Ableitung von Stadtmöbeln (Bänke, Laternenpfähle, Baumreihen, Wege in Parkanlagen).

Anschließend wurden die Modelle direkt im 3D-Ansichtsfenster von CityEngine interaktiv generiert. Es war möglich, ein aus 14 Millionen Polygonen bestehendes Modell der gesamten Fläche zu erzeugen und dabei weiterhin durch die Szene zu navigieren und Parameter zu ändern. Das gesamte Modell wurde später in mehreren einzelnen Strukturen in Collada® exportiert und für das abschließende Rendering und die Animation der generierten 3D-Daten an 3eme Oeil übergeben.

• Verwendete Software: Global Mapper®, CityEngine®, Maya®, Lightwave 3D®
  
• Zeitaufwand für die prozedurale Produktion (gesamt): 1,5 Personenmonate
• Zeitaufwand für die prozedurale Synthese der gesamten Fläche in CityEngine: ca. 5 Minuten
• Prozedural generierte Fläche: ca. 10 km2
• Gesamtanzahl der endgültigen erzeugten prozeduralen Polygone: 14 Millionen
• Anzahl der Gebäude und individuellen Objekte im Gelände: ca. 15.000

• Prozedurale Modellierung: Romain Janil, Virtualization
• Architekt/Stadtplaner: PGA architecture
• Auftraggeber der VFX-Produktion: 3eme Oeil
• Projektauftraggeber: Eiffage