LiteVis – Komplexes Leuchtendesign leicht gemacht

Leuchtendesign

Leuchtendesign in Gebäuden ist eine komplexe Aufgabe. Es ist nicht nur notwendig, Anforderungen wie Gleichmäßigkeit und Intensität der Lichtverteilung, ästhetische Aspekte, Investitionskosten und spezielle Kundenwünsche zu berücksichtigen: Die lange Simulationsdauer derzeit verfügbarer Planungstools macht jede noch so kleine Veränderung extrem mühsam. In einem Gemeinschaftsprojekt, in welchem Forscher aus drei Arbeitsgruppen am VRVis beteiligt waren, entstand ein komplett neuartiger Ansatz, diese Herausforderungen zu bewälti-gen. Dieser wurde sowohl der Forschungswelt als auch der Industrie erfolgreich präsentiert.

Eine fordernde Aufgabe - die Revolution bestehender Workflows

Bis zum heutigen Tage ist Beleuchtungsplanung in einem Gebäude mühsame Kleinarbeit: Nach der Modellierung einer 3D-Geometrie werden durch den oder die Designerin virtuelle Leuchten in der Szene platziert, und ein Simulationslauf wird gestartet. Erst nach einer Wartezeit von mehreren Minuten bis Stunden, welche die komplexe Berechnung benötigt, geben die Resultate Aufschluss darüber, ob die Platzierung und die Auswahl des Leuchtentyps eine gute Entscheidung war, oder ob bestimmte Kriterien in Bezug auf Beleuchtungsqualität oder Ästhetik nicht erreicht wurden. Jede geringste Verbesserung erfordert eine neuerliche, Stunden in Anspruch nehmende Simulation – und falls der Kunde mit nach tagelanger Arbeit nicht zufrieden ist, muss von vorne begonnen werden.

Während die Problematik der Simulationsdauer vom VRVis Forschungszentrum bereits in den letzten Jahren erfolgreich behandelt wurde, erfolgte nun ein Zusammenschluss mehrerer Forscher, um folgende Fragen zu beantworten:

  • Wie können alle Anforderungen (Beleuchtungsqualität, ästhetische Aspekte, Kundenwünsche und Kosten) in einem gemeinsamen Tool integriert werden?
  • Ist es möglich, verschiedene Lichtlösungen zu explorieren, zu vergleichen und zu reihen?
  • Wie kann die Wichtigkeit der Anforderungen interaktiv angepasst und somit die Reihung der Lösungen verändert werden?
  • Ist es möglich, eine bestmögliche Lösung deutlich schneller zu finden als heutzutage, und kann die Qualität dieser Lösung einem Kunden bewiesen werden?

Unterstützt durch unseren Projektpartner (im COMET-Projekt VAMOS sowie durch zusätzlichen Input von Lichtdesignern) sowie durch Förderungen aus dem FFG-Projekt VISAR und den strategischen COMET-Projekten HEDAVICI und ENSEMBLE, begannen Forscher am VRVis 2014 an diesen Herausforderungen für einen besseres Leuchtendesign-Workflow zu arbeiten.

Geschwindigkeit und Erkenntnis - eine Garantie für Erfolg

Während die Simulationsgeschwindigkeit von Lichtlösungen am VRVis bereits in den letzten Jahren um mehrere Größenordnungen (im Vergleich zu am Markt erhältlichen Tools) erhöht wurde, war es notwendig, Simulationsläufe zu automatisieren und zu evaluieren. Durch die Einführung frei konfigurierbarer Messflächen (Abb. 2), für welche bestimmte zu erreichende Lichtqualitätskriterien definiert werden können, konnten die gesammelten Daten nun für den qualitativen und quantitativen Vergleich von Lösungen herangezogen werden. Zusätzlich wurde eine automatische Simulation von verwandten Szenarien entwickelt, was die Berechnung hunderter Variationen einer Szene mit einem Klick ermöglichte (z.B. mit unterschiedlichen Leuchtentypen oder leicht veränderten Leuchtenpositionen). VRVis-Forscher entwickelten eine neuartige Visualisierung, welche die Reihung der Simula-tionsläufe basierend auf der gewichteten Sum-me mehrerer Ziele erlaubt. Durch die interaktive Veränderung der Gewichtung der einzelnen Zielwerte (Abb. 1) sind Lichtdesigner nun in der Lage, die optimale Kundenlösung in Echtzeit zu finden. Jeder Simulationslauf kann sofort in der 3D-Simulationssicht betrachtet werden, und dort sogar mit anderen Ergebnissen mithilfe eines speziellen Falschfarbenmodus verglichen werden

Wirkungen und Effekte

Bereits zu Beginn des Projekts, als lediglich die Basiskonzepte bestanden, erkannte unser Industriepartner das enorme Potenzial des Ansatzes und zeigte großes Interesse, uns mit ihrem Knowhow zu unterstützen: Lichtdesigner von Zumtobel Lighting wurden deshalb eng in die Planung des Interaktionsworkflows mitein-bezogen, und garantierten somit die Anwend-barkeit der neuen Methode. Es existieren seit-dem Pläne für eine Integration der Techniken aus dem Forschungsprototyp ab 2017 in ihre Standardsoftware zu integrieren. Die Industrie würdigte das Projekt mit Nominierungen für den e-Award als auch für den Mercur-Award, wo es den 3. Platz erreichte.

Des Weiteren erlangte das Projekt im Jahr 2015 auch in der akademischen Welt große Aufmerk-samkeit: Die entsprechende wissenschaftliche Publikation wurde auf der prestigeträchtigen IEEE Vis Konferenz in Chicago präsentiert und im TVCG Journal veröffentlicht – und es ist davon auszugehen, dass dies bei weitem nicht der letzte Erfolg oder die letzte Entwicklung am VRVis zu diesem Themengebiet waren.