Tipps für Glas-Renderings und realistische Visualisierungen

Glas ist ein wunderbares Material, das Schutz vor den Elementen gewährt und gleichzeitig eine visuelle Verbindung zur Schönheit unserer Umgebung herstellt. Lichtdurchlässigkeit und Wärmekomfort in der kalten Jahreszeit sind zwei der wichtigsten Merkmale des beliebten Materials. Glas – im Kontext der Architektur als „Verglasung“ bezeichnet – ist auch ästhetisch in vielerlei Hinsicht ansprechend, unter anderem wegen seiner reflektierenden Eigenschaften.

Erstellen realistischer Glasoberflächen in Architekturvisualisierungen

Traditionell war die realitätsnahe Darstellung von Glas in Architekturvisualisierungen eine schwierige Angelegenheit. Entweder stimmten die Farbe oder die Reflexionen nicht, oder die anzuwendende Software bzw. die notwendigen Einstellungen waren zu komplex für den durchschnittlichen Designer. Nicht dass die Designer nicht in der Lage wären, diese Aufgaben zu bewältigen – aber der notwendige Zeitaufwand und die dabei anfallenden Kosten wären einfach unverhältnismäßig hoch.

Glücklicherweise gibt es die Rendering-Software von Enscape, mit der das Erstellen eines realistischen Glas-Renderings erheblich vereinfacht wird. Diese moderne, physikalisch basierte Real-time-Rendering-Software steht Ihnen jederzeit innerhalb Ihrer Revit-, SketchUp-, Rhino-, Vectorworks- oder ArchiCAD-Software zur Verfügung. Die Benutzereinstellungen sind ganz einfach: Sie ähneln eher der Bedienung einer Kamera als der Steuerung eines Raumschiffs. Und mit nur wenigen einfachen „Reflexions“-Anpassungen lassen sich erstklassige Glasvisualisierungen erstellen.

Definition von Glas in Revit

In diesem Artikel erfahren Sie, wie Sie Verglasungen in einem Revit-Modell einsetzen, wenn Sie realistisch wirkendes Glas in einer Architekturvisualisierung erstellen möchten. Mit der Entwicklung der Revit-Materialien gibt es hauptsächlich drei Möglichkeiten, Glas zu definieren: Generic (Generische), Glazing (Verglasende) und jetzt auch Advanced (Erweiterte) Materialien seit Revit 2019.

Wie sich diese Optionen unterscheiden und wie sie in Enscape aussehen, ist ein Faktor, den Sie unbedingt kennen müssen, wenn Sie realistische oder ästhetische Ergebnisse erzielen möchten. Die Bilder über und unter diesem Textabschnitt veranschaulichen die beeindruckende Qualität, die wir in Enscape mit minimalem Aufwand erzielen können. Und nicht nur das: Die notwendige Arbeit wird im primären Revit-Modell erledigt – ein Export in ein anderes Format oder in eine Kopie des Modells und weiterer Verfeinerungsaufwand sind nicht notwendig.

Innenraum-Rendering mit ansprechender Verglasung (Bildnachweis: Dan Stine)

Dabei muss man außerdem wissen, dass Enscape eine interne Materialdefinition für Verglasungen hat, d. h. klassisches PBR: Roughness (Rauheit), Specular (Spiegelung) (F0), Metallicness (Metallic-Grad) usw. Die Software versucht, das CAD-Materialsystem diesen Materialdefinitionen zuzuordnen. Im Material-Editor von Enscape in SketchUp, Rhino, Revit und Archicad hat man jedoch die vollständige Kontrolle über alle Parameter.

Glas in SketchUp

Wie gerade erwähnt, verfügen SketchUp/Rhino sowie Revit und ArchiCAD über die meisten Optionen für Glas, wenn es um Enscape geht. Grund dafür ist, dass die nativen Materialien begrenzter sind. Unterstützt werden lediglich eine Textur und ein Transparenzwert. Daher gibt es einen benutzerdefinierten Material-Editor in Enscape. Dieser Editor ist selbstverständlich direkt mit der Rendering-Engine verbunden. So wie Apple ein eigenes Betriebssystem für die eigene Hardware entwickelt, werden hier eine „Zwischeninstanz“ und damit viele potenzielle Probleme vermieden.

Bei der Anwendung von Glas in SketchUp spielen Tint Color (Tönungsfarbe) und Reflection Roughness (Reflektionsrauheit) eine Schlüsselrolle. In diesem Beispiel in SketchUp sehen Sie drei verschiedene Verglasungsbedingungen und ihre jeweiligen Einstellungen.

Glaseinstellungen in SketchUp

1. Tint Color (Tönungsfarbe): typische architektonische Anwendung; entspricht dem Lichttransmissionsgrad (VLT)

2. Transparency Texture (Transparenztextur): Bild dient der Darstellung eines Musters im Glas

3. Albedo Color (Albedofarbe): definiert die Farbe des diffus reflektierten Lichts, das nur sichtbar ist, wenn die Opacity (Opazität) > 1 % ist (Transparenz < 99 %). Beispiel: mattiertes Glas.

Je glatter das Material ist (Rauheit -> 0 %), desto stärker reflektiert es die Umgebung. Raue Oberflächen streuen dagegen das einfallende Licht.

Beachten Sie beim Beispiel „Transparenztextur“, dass die Glasscheiben des Geländers ein Muster aufweisen. Das Muster wird durch den Parameter Texture (Textur) definiert, mit dem Sie die Transparenz über ein 2D-Bild steuern können: eine Map. Hierbei geht es um den Opazitätswert: So ergibt ein schwarzer Bereich (der gleich null ist) auf dem Bild einen völlig transparenten Oberflächenbereich, während ein weißer Bereich vollkommen undurchsichtig erscheint. Graue Bereiche werden teilweise transparent dargestellt, z. B. Glas. Wenn Sie ein farbiges Bild laden, wandelt Enscape es automatisch in Schwarz-Weiß um, Sie müssen also selber nichts unternehmen. Das Bild kann invertiert und in der Größe verändert werden, siehe folgende Screenshots.

Mit dem Schieberegler Refractive Index (Brechungsindex) bestimmen Sie, um welchen Faktor das Licht beim Durchgang durch eine transparente Oberfläche gebrochen wird. Diesen Reflexionseffekt kennen wir aus dem Alltag. Denken Sie zum Beispiel an ein Glas Wasser oder an ein sehr dickes Glas. Luft hat einen Brechungsindex von 1,0. Das bedeutet, dass sich Lichtstrahlen in Luft geradlinig ausbreiten. Wasser hat einen Brechungsindex von 1,33. Der Brechungsindex von Fensterglas liegt bei 1,52. Diamanten, um ein weiteres Beispiel zu nennen, haben einen Brechungsindex von 2,42 – ein sehr hoher Wert. Bei Architekturverglasungen kann dieser Wert zwecks Effizienz sehr niedrig sein oder bei 1,0 (d. h. keine Verzerrung) liegen.

So wird Glas in Revit gerendert

Mit Autodesk Revit können wir hervorragende Ergebnisse in Enscape erzielen. Allerdings hat Revit einen eigenen Material-Editor sowie mehrere Material-Shader, die vergleichbare Ergebnisse hervorbringen, wobei leichte Unterschiede zwischen ihnen bestehen. In der folgenden Abbildung sind die drei Optionen hervorgehoben: Generic (Generisch), Glazing (Verglasend) und Advanced (Erweitert).

Standardglasmaterial

In der von Revit bereitgestellten Vorlage ist das Material Glas auf die Shader-Option Glazing (Verglasend) (nicht Generic (Generisch) oder Advanced (Erweitert) eingestellt. Der Wert Reflectance (Reflexionswert) ist allerdings recht niedrig eingestellt, sodass der erste Eindruck in Enscape enttäuschend sein kann. Der Bereich der Reflexion ist in diesem Vergleichsbild zu sehen: Links wurde die Reflexion auf 100 eingestellt, in der Mitte auf 50 und rechts auf 0. Der Standardwert in Revit ist 15, was mit dem Beispiel rechts vergleichbar ist: Es sieht so aus, als wäre kein Glas in der Vorhangfassade vorhanden.

Vergleich der Reflexionswerte im Verglasungsmaterial von Revit

Erweitertes Material

Die erweiterten Materialien von Revit, die 2019 in Revit eingeführt wurden, haben unterschiedliche Einstellungen für den physikalisch basierten Verglasungs-Shader. Dabei ist zu beachten, dass sich das Material „Verglasend“ von dem ebenso neuen erweiterten Material Glas unterscheidet. Im Gegensatz zu Glas wird das Licht im Verglasungsmaterial nicht zwecks Effizienz gebrochen (wie im vorherigen SketchUp-Abschnitt erwähnt). Das Ergebnis in Enscape ist eine Oberfläche, die von jedem Standpunkt aus stets gut sichtbar ist und eine gute Reflexionsqualität aufweist.

TIPP: Zurzeit wird dieser Materialtyp NICHT empfohlen, wenn Sie optimale Ergebnisse in Enscape erzielen möchten. Wir gehen trotzdem darauf ein, um Unterschiede und Einschränkungen zu erläutern.

Wie bereits erwähnt, unterscheidet sich das verglasende PBR-Material (d. h. das erweiterte Material) vom physikalisch genaueren transparenten Material (d. h. Glas), das wir für eine Vase oder einen Gegenstand aus Massivglas wählen würden. Vielmehr ist das verglasende Material für architektonische Anwendungen optimiert und erzeugt keine Brechung oder interne Reflexion. Diese neueren erweiterten Materialien haben „Basisversionen“, aus denen sich neue Materialien von Grund auf erstellen lassen, wie in der unteren Abbildung gezeigt.

Revit 2019: Bibliothek mit Basisversionen der erweiterten Materialien

Interessant dabei ist, dass das neue erweiterte Material einen Wert für  Visual Transmittance (Transmissionsgrad) (T-Vis oder VLT) hat. Wenn Sie Erfahrung mit der Spezifikation von Verglasungen oder mit Tageslichtanalysen oder -berechnungen haben, sind Sie mit dieser physikalischen Eigenschaft der realen Welt vertraut.

Auch Revit, Autodesk Lighting Analysis, ElumTools und Insight verwenden diese Angabe bei Energieanalysen. In der Grafik unten sehen wir, dass der VLT-Bereich zwischen ca. 60 und 90 % liegt.

Die durchscheinende Farbe entspricht der Eigenfarbe der Rohstoffe, die zur Herstellung des Glases verwendet wurden. Das Licht nimmt beim Durchgang durch das Glas diese Farbe an. Mit dem Erweiterte-Materialien-Shader von Revit für Verglasungen wird bei Eingabe der korrekten Farbe, z. B. aus dem entsprechenden Datenblatt des Herstellers, auch der Wert für den Transmissionsgrad (VLT) korrekt berechnet (siehe Bild unten). Der Transmissionsgrad ist die Gesamtmenge der Lichtstrahlung, die vom Glas durchgelassen wird. ZUR INFORMATION: Das gezeigte Vitro-Beispiel finden Sie hier.

Verglasung definiert mit erweitertem Material von Revit 2019 – spezieller „Verglasungs“-Shader

Im folgenden Bild sehen Sie die Ergebnisse dieser Materialdefinition innerhalb von Enscape. Man kann die durchscheinende Farbe innerhalb des Glases gut erkennen – perfekt! Momentan ist die einzige große Einschränkung bei diesem Material in Enscape, dass das Glas bei direkter Sonneneinstrahlung mattiert dargestellt wird.

Beispiel-Rendering mit dem erweiterten Verglasungsmaterial von Revit

Generisches Material

Mit Revits generischen Materialien haben Sie die meisten Optionen zur Steuerung der verschiedenen Aspekte eines Materials in Revit, wie Sie im folgenden Bild sehen können.

Grafik zum Vergleich der Einstellmöglichkeiten für generische und physikalisch basierte Materialien in Revit

Im unten gezeigten Datenblatt des Herstellers können die Glasfarbe und der Reflexionsgrad direkt zugeordnet werden (Tipp: Nutzen Sie für den RGB-Wert der Farbe ein Pipettenwerkzeug in einer Grafik-App). Der VLT kann als Prozentsatz der 255 Graustufen von Revit übersetzt werden; daraus ergibt sich: 255 x VLT = RGB-Wert (geben Sie das Ergebnis für alle drei ein). Verwenden Sie hierfür den Parameter Tint (Tönung).

Einstellung eines generischen Materials zum Abgleich mit realen Produktdaten

Gerendertes Ergebnis bei Einsatz eines generischen Materials zur Darstellung realer Verglasungen

Tipp: Stellen Sie den Wert „Luminance“ (Luminanz) im Farbdialog von Revit ein, um den VLT anzupassen, wenn Sie eine Farbe statt Graustufen-RGB verwenden. In diesem ElumTools-Artikel erfahren Sie, wie Sie einen RGB-Wert einem realen VLT-Wert zuordnen.

Hier sehen Sie ein weiteres Beispiel mit einem deutlich niedrigeren VLT-Wert aus der Produktreihe des Herstellers.

Eine Variation des vorherigen Beispiels mit einem dunkleren VLT-Wert

Gerendertes Ergebnis bei Einsatz eines generischen Materials zur Darstellung realer Architekturverglasungen

Sichtbare Lichtreflexion (VLR)

Die Einstellungen, die Sie über die Reflektivitäts-Schieberegler in Revit vornehmen können, entsprechen nicht 1-zu-1 dem VLR-Prozentsatz aus den Datenblättern des Herstellers, sondern einer physikalisch noch plausiblen Teilmenge des Bereichs. Das bedeutet: Für einen „Standardwert“ von 50 % Spiegelungsgrad nehmen wir eine Zuordnung zum tatsächlichen physikalischen Wert von 4 % des reflektierten Lichts (bei einem Winkel von 0°, den wir als F0 bezeichnen) an. Die maximale Spiegelung (Schieberegler bei 100 %) entspricht dem physikalischen Wert von 12 %. Dieser liegt eigentlich schon über dem höchsten plausiblen Wert für reine Glasmaterialien, den wir zu diesem Zeitpunkt in Referenzwerken gefunden haben. Außerdem ist zu beachten, dass Enscape für Materialien mit 2 Schiebereglern in Revit (direkt und schräg) den Durchschnittswert beider Schieberegler nimmt.

Verglasungsmaterial

Zum Schluss werfen wir noch einen Blick auf das „verglasende“ Material von Revit. Hierbei stellen wir fest, dass wir vergleichbare Ergebnisse erzielen, wenn wir das Verfahren anwenden, das wir gerade für reale Produktdaten beschrieben haben. Auch hier bestimmt die Tönung den VLT der Verglasung.

Einstellung eines Verglasungsmaterials für die Zuordnung zu realen Produktdaten

Gerendertes Ergebnis bei Einsatz eines verglasenden Materials zur Darstellung realer Verglasungen

Von den drei Verfahren für das Rendern von Glas in Enscape sind also die beiden letzteren die besten, wenn unsere Ergebnisse der realen Welt ähneln sollen.

Fazit

Mit der Verwendung von Glas in Gebäuden oder auch in Gegenständen könnten wir uns noch lange beschäftigen. Die in diesem Beitrag behandelten Methoden reichen jedoch aus, um die ansprechenden Ergebnisse der Abbildungen sowie zusätzliche Variationen zu erzielen. Hierzu müssen lediglich, wie oben beschrieben, die entsprechenden Einstellungen vorgenommen werden. Beachten Sie, dass Sie viele dieser Einstellungen in Real-time visualisieren können, wenn Sie Enscape in einem zweiten Bildschirm öffnen. Dadurch wird der Prozess erheblich erleichtert.

Da Glas bei Architekturprojekten eine äußerst wichtige Rolle spielt, ist es ein großer Vorteil, solch eindrucksvolle Ergebnisse in einer Real-time-Rendering-Engine sehen zu können, die darüber hinaus einen Livelink zu unserer bevorzugten 3D-Modellierungsumgebung bietet.

Wenn Sie sich inspirieren lassen möchten, schauen Sie sich die Projekte anderer Kunden in der Visualisierungsgalerie  von Enscape an. Wenn Sie Enscape noch nicht ausprobiert haben, laden Sie jetzt die Anwendung kostenlos herunter und testen Sie sie in Revit, SketchUp, Rhino, ArchiCAD und/oder Vectorworks. Wenn Sie sich noch im Studium befinden, können Sie von der kostenlosen Studenten-Lizenz profitieren.