Texture Map und BIM-Software: Strategien zur Erstellung realistischer 3D-Modelle

Wie erzielt man einen fotorealistischen Effekt beim Rendern eines Projekts? Ist es möglich, eine Integration zwischen BIM-Planung und qualitativ hochwertigem Rendering des Projekts zu haben? Dies sind die beiden Fragen, auf die wir in diesem Artikel zu antworten versuchen.

Die Faktoren, um ein Rendering mit fotorealistischen Effekten zu erzielen, sind sicherlich vielfältig, aber ein entscheidender Einfluss wird durch die Eigenschaften der Materialien gegeben, die verwendet werden, um die Objekte zu charakterisieren. Um ein gutes Ergebnis zu erzielen, ist es ratsam, Simulationen mit 3D-Materialien zu verwenden.
Aber was sind 3D-Materialien und wie arbeitet man damit? Welche Arten von Texture-Maps gibt es, um professionelle Ergebnisse zu erzielen? Lassen Sie es uns gemeinsam herausfinden.

BIM-Architekturplanung und qualitativ hochwertiges Rendering

Wie bekannt ist zielt die BIM-Planung darauf ab, die verschiedenen interdisziplinären Aspekte der Planung (und nicht nur) zu integrieren und dass sie es ermöglicht, die Projektdokumentation einfach vorzubereiten.
Es ist legitim zu fragen, ob eine Integration der Funktionen der architektonischen Planung einer BIM-Software mit Rendering-Funktionen möglich ist, die es ermöglichen, professionelle Bilder und Videos für die Präsentation eines Projekts zu erhalten.
Die Software Edificius von ACCA verfügt über Funktionen zur dynamischen Integration zwischen BIM-Modell und Echtzeit-Rendering. Dies revolutioniert die traditionelle Art der architektonischen Planung.
Mit dieser Technologie ist es möglich, das grafische Ergebnis der Planungsentscheidungen in Echtzeit zu kontrollieren und das unterschiedliche Verhalten der Materialien und Texturen zu analysieren.

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Die Verwaltung von Texturen zwischen verschiedenen Rendering-Engines

In der BIM-Welt sind Texturen nicht mehr einfach Bilder, die auf die Oberflächen der Modelle angewendet werden: Sie stellen technische Werkzeuge dar, um die Lesbarkeit des Projekts, die visuelle Kommunikation und sogar das Materialmanagement zu verbessern. Eine korrekte Verwaltung der Texturen ermöglicht es, die Oberflächen realistisch zu simulieren, von der Rauheit des Betons bis zum Glanz des Marmors und der Transparenz des Glases, wodurch das Modell überzeugender und nützlicher für alle Planungsphasen wird, von der Planung bis zur Präsentation.
Jede Rendering-Engine interpretiert die Texturen leicht unterschiedlich. Eine Oberfläche, die in einer Software korrekt erscheint, kann in einer anderen verändert erscheinen, aufgrund von Unterschieden im Farbraum, im Lichtmanagement und in den PBR-Maps (Physically Based Rendering). Die gängigsten PBR-Maps sind Albedo, Normal, Roughness und Metallic, aber einige traditionelle Systeme arbeiten immer noch mit Diffuse, Specular und Glossiness.

Ein weiterer kritischer Aspekt betrifft die UV-Koordinaten, die bestimmen, wie die Textur auf die Geometrie angewendet wird. In BIM-Software ist das Mapping oft automatisch, während in fortgeschrittener 3D-Software der Benutzer die volle Kontrolle hat. Um Verzerrungen zu vermeiden, ist es ratsam, die Texturen konsistent und organisiert vorzubereiten, sodass sie problemlos in verschiedenen Engines verwendet werden können.

Importieren von benutzerdefinierten Texturen in BIM-Projekte

Das Importieren von benutzerdefinierten Texturen bedeutet nicht, sich nur auf das Einfügen eines Bildes zu beschränken. Es ist wichtig, Auflösung, Maßstab und Kontinuität sorgfältig zu bewerten. Eine zu große Textur belastet das Modell und verlangsamt die Echtzeitverarbeitung, während eine zu kleine Textur unscharf erscheint. Die Kontinuität der Textur ist entscheidend: Sie muss seamless sein, das heißt, ohne sichtbare Unterbrechungen wiederholbar, insbesondere für große Wände und Böden.

Auch der reale Maßstab des Materials ist wichtig. Eine Fliese oder ein beschichtetes Element muss in den richtigen Abmessungen erscheinen, um Konsistenz in den Visualisierungen und metrischen Berechnungen zu gewährleisten.

Bump Map und Height Map: grundlegende Unterschiede

Viele Planer verwechseln Bump Map und Height Map, aber ihre Wirkung ist sehr unterschiedlich. Die Bump Map erzeugt die Illusion von Relief, indem sie nur die Normalen der Oberfläche ändert, ohne die Geometrie zu verändern. Dies ist ideal für Materialien mit Mikro-Reliefs, wie Putz, Steine oder Holz, und hat minimale Auswirkungen auf die Leistung.

Die Height Map hingegen verändert tatsächlich die Geometrie, indem sie die Vertices des Meshs basierend auf den Grauwerten des Bildes verschiebt. Dies erzeugt realistischere Effekte, erfordert jedoch mehr Rechenressourcen. In Echtzeit-BIM-Workflows ist die Bump Map daher oft vorzuziehen, während die Height Map hauptsächlich für statische Renderings oder komplexe architektonische Details verwendet wird.

Die Rolle von Texture-Mapping-Software im BIM-Workflow

Texture-Mapping-Software ermöglichen es, konsistente und realistische Materialien zu erstellen, die mit allen notwendigen Maps ausgestattet sind. Sie können prozedurale Materialien oder solche, die aus echten Fotografien abgeleitet sind, generieren, das Baking der Maps verwalten und die Dateien für das Echtzeit-Rendering optimieren. Auf diese Weise erscheint das BIM-Modell nicht nur realistisch, sondern behält auch physikalische und leistungsbezogene Konsistenz bei, was die Präsentation, die immersive Navigation und die Zusammenarbeit mit dem Planungsteam erleichtert.

Materialien, die von Specular und Alpha Map profitieren

Einige Materialien erscheinen flach, wenn sie nicht von fortgeschrittenen Maps unterstützt werden. Die Specular Maps steuern die Verteilung des reflektierten Lichts, was für glänzende Oberflächen, Metalle oder polierte Materialien entscheidend ist. Die Alpha Maps verwalten die Transparenz und sind unerlässlich für Glas, Laub, Metallgitter oder durchbrochene Stoffe. Ihr Einsatz verbessert erheblich den Realismus des Modells, ohne die geometrische Komplexität zu erhöhen.

Erstellen von benutzerdefinierten BIM-Texturen

Das Erstellen von benutzerdefinierten Texturen wird notwendig, wenn man mit spezifischen realen Materialien arbeitet, wie besonderen Bodenbelägen, handgefertigten Beschichtungen oder historischen Oberflächen. Der Prozess beginnt mit der Fotografie des Materials, geht über die perspektivische Korrektur und die Erstellung von nahtlosen Texturen und endet mit der Generierung der PBR-Maps, wie Normal, Roughness und Ambient Occlusion. Dieser Ansatz ermöglicht es, Bibliotheken von einzigartigen und kontextuell konsistenten Materialien aufzubauen, die die visuelle Qualität und die Genauigkeit des Modells erhöhen.

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Arten von Texture Mapping im BIM

Die gängigsten Texturen im Bereich BIM und 3D umfassen Albedo, Normal, Roughness, Metallic, Ambient Occlusion, Emissive, Alpha und Height. Das Albedo definiert die Grundfarbe des Materials, die Normal simuliert Mikro-Reliefs, die Roughness steuert die Streuung der Reflexionen, und die Metallic definiert das Verhalten von leitenden Materialien. Die anderen Maps fügen Details, Transparenz oder Selbstbeleuchtung hinzu. Für die meisten BIM-Projekte ist es ausreichend, mit Albedo, Normal und Roughness zu arbeiten, während die anderen Maps eine zusätzliche Verfeinerungsebene darstellen.

Wie man realistische Effekte mit einer BIM-Software erzielt

Um diese realistischen Effekte mit Edificius zu erzielen, können Sie die bereits im Online-Katalog verfügbaren 3D-Materialien verwenden. In diesem Katalog fließen auch die von den Benutzern erstellten Objekte und Materialien ein.
Und was ist, wenn wir ein Material erstellen müssten, das spezifischen Anforderungen entspricht?
Lassen Sie uns ein Material im Katalog-Editor von Edificius ansehen und die verschiedenen Eigenschaften in Abschnitte unterteilen.
Hier haben wir den Eigenschaften-Tab, wo wir folgendes definieren können:

• Farbe;
• Textur;
• Raster.

Eigenschaften der Textur Map

Im unteren Bereich sehen Sie das visuelle Ergebnis der getroffenen Entscheidungen.

Farbe Textur und BIM-Rendering

Wenn man nur auf dieser Ebene arbeitet, also nur das Bild und gegebenenfalls das Muster lädt, erhält man jedoch kein HD-Material. Tatsächlich wird im Echtzeit-Rendering keine 3D-Wirkung des Materials zu sehen sein. Wenn wir zum Tab „Effekte“ wechseln, sehen wir diese 4 Felder, in denen die verschiedenen Karten geladen werden, die das HD-Material charakterisieren.

Verschiedene Typen von Texture Maps in einer BIM-Architektursoftware

Diese Bilder oder Karten, wenn sie korrekt hochgeladen und verwaltet werden, ermöglichen es uns, sehr realistische Effekte bei der Visualisierung des architektonischen Modells zu erzielen.
Dies ist der Abschnitt, auf den wir uns in Kürze konzentrieren werden.
Der dritte Tab Echtzeit-Rendering gibt uns die Möglichkeit, dynamisch zu sehen, wie das gewählte Material in der Umgebung des Echtzeit-Renderings aussehen wird.
Kehren wir zum Effekte-Box zurück.

Box Effekte Textur Map in einer BIM-Software

Diese Karten sind echte Schichten des Materials selbst, die, wenn sie übereinander gelegt werden, die Eigenschaften von Glanz und Rauheit einer Textur wiedergebe.

Wie funktioniert die Verarbeitung der Materialien in Renderings

Die Renderverarbeitungs-Engine verwendet verschiedene Arten von „Shadern“, um die Reaktion eines bestimmten Materials auf künstliches oder natürliches Licht mit höchster Präzision zu berechnen.
Die Materialien werden durch die Kombination der grundlegenden Datenkanäle verarbeitet, daher sehen wir im Detail, welche verschiedenen Arten von Karten (Kanälen) es gibt und wozu sie dienen.
In Edificius verwenden wir 5 Arten von Karten.
Sehen wir uns an, um welche es sich handelt und wie sie sich verhalten, wenn sie vom „Shader“ einer Grafik-Engine verarbeitet werden.

Diffuse Map

Es ist das Farbbild des Materials in RGB-Kanälen und muss im Abschnitt „Textur“ des Toolbox der Eigenschaften von Materialien und Farben geladen werden.

Diffuse Map

Specular Map

Es handelt sich um eine Schwarz-Weiß-Karte, bei der die dunkleren Bereiche schwach reflektierend sind und die helleren Bereiche die glänzenden und reflektierenden Teile darstellen. Je näher sie am Weiß sind, desto reflektierender werden sie sein. Diese Karte sollte in den Specular-Kanal kopiert werden.

Specular Map

Normal Map

Es handelt sich um eine farbige Karte in Blau, deren Zweck es ist, die dreidimensionale Ansicht des Materials zu verbessern und seiner 3D-Geometrie ein viel detaillierteres Aussehen zu verleihen. Das Attribut ermöglicht es, Vertiefungen oder Erhebungen (Löcher, Risse, Kratzer usw.) zu beobachten. In dieser Art von Karte werden die dunkleren Bereiche als Rillen im Material dargestellt, während die helleren Bereiche als Kämme erscheinen.

Normal Map

Hight Map

Diese auch Verschiebungskarte genannte Karte ist eine Schwarz-Weiß-Karte, die dem Programm die erhabenen Bereiche (helle Teile) und die vertieften Bereiche (dunkle Teile) anzeigt. Die Karte muss in den Kanal Hight Map kopiert werden. Das Attribut wirkt sich direkt auf die Geometrie des Objekts aus, da jeder Pixel der Karte auch Höheninformationen enthält (eine Eigenschaft, die dem GEOTIFF ähnelt, einem anderen Bildformat, das häufig im Bereich der Kartografie verwendet wird).

Hight Map

Alpha Mask

Es handelt sich um eine echte Ausschneidemaske, die angibt, in welchen Teilen des Objekts die Textur angewendet werden soll. Ein Anwendungsbeispiel könnte ein Glaspanel sein, auf dem ein Metallgitter angebracht wird. Ein Teil wird aus Glas sein, während das Gitter eine metallische Färbung haben wird.

Alpha Mask

Bump Map

Es handelt sich um eine Karte, die verwendet wird, um den Eindruck zu erwecken, dass eine bestimmte Oberfläche Unebenheiten oder Unvollkommenheiten aufweist, wodurch die Oberfläche realistischer erscheint. Im Gegensatz zur Höhenkarte oder Versatzkarte wird die Geometrie der Oberfläche nicht verändert. In der Regel wird sie in Graustufen dargestellt: Je dunkler ein Pixel ist, desto „eingedrückt“ wird die Karte sein; je heller ein Pixel ist, desto mehr wird die Karte erhaben sein.

Bump Map

FAQ zu fotorealistischen Renderings und BIM

Ist es möglich, fotorealistische Renderings in BIM zu integrieren?

Ja, Software wie Edificius von ACCA ermöglicht die Integration zwischen BIM-Design und Echtzeit-Rendering, wodurch die Visualisierung von Materialien, Lichtern und Schatten in Echtzeit während des Entwurfsprozesses möglich ist.

Wie erzielt man einen fotorealistischen Effekt im Rendering eines Projekts?

Es ist entscheidend, präzise 3D-Materialien und PBR-Maps wie Albedo, Normal, Roughness und Metallic zu verwenden, zusammen mit einer konsistenten Verwaltung von Texturen und UV-Koordinaten, um realistische Ergebnisse zu erzielen.

Was ist der Unterschied zwischen Bump Map und Height Map?

Die Bump Map simuliert Relief, ohne die Geometrie zu verändern, und ist ideal für Mikroreliefs. Die Height Map verändert tatsächlich die Geometrie, erzeugt realistischere Effekte, erfordert jedoch mehr Rechenressourcen.

Wie verwaltet man Texturen zwischen verschiedenen Rendering-Engines?

Jede Engine interpretiert Texturen anders. Es ist wichtig, sie konsistent vorzubereiten, unter Berücksichtigung von Maßstab, Kontinuität (nahtlos) und UV-Koordinaten, um Verzerrungen oder visuelle Unterschiede zwischen Software zu vermeiden.

Wie importiert man benutzerdefinierte Texturen in BIM-Projekte?

Es muss auf Auflösung, reale Skalierung und Kontinuität geachtet werden. Texturen müssen nahtlos sein und den tatsächlichen Größen der Objekte entsprechen, um visuelle Konsistenz und Genauigkeit der metrischen Berechnungen zu gewährleisten.

Was sind die wichtigsten Arten von Maps, die in BIM verwendet werden?

Die wichtigsten Karten sind Albedo, Normal, Roughness, Metallic, Ambient Occlusion, Emissive, Alpha und Height, die Farbe, Relief, Reflexionen, Transparenz und andere Details von Materialien definieren.

Wie funktionieren Diffuse-, Specular-, Normal-, Height-, Alpha- und Bump-Maps?

Diffuse: Grundfarbe des Materials; Specular: Reflexionen; Normal: Mikroreliefs; Height: verändert die tatsächliche Geometrie; Alpha: Transparenz oder Ausschnitt-Masken; Bump: Simulation von Rauheit, ohne die Geometrie zu verändern.