Gestaltung | Architektur | Künste
Céline Cattin, 2005 | Windisch, AG
In dieser Arbeit wurde ein Programm entwickelt, welches eine Visualisierung von einem Modell ausgibt, das aus zwei oder drei Blickwinkeln ein unterschiedliches Motiv darstellt. Beginnend mit der Darstellung von einzelnen Punkten in einem Würfel, bis hin zur Erstellung von zusammenhängenden Drahtfiguren sowie 3D-Drucken. Der Fokus lag dabei auf der Optimierung der Modelle bezüglich der Anzahl benötigter Punkte. Zu jedem dieser Teilschritte wurden Modelle mit den Buchstaben C und A aus Plexiglas und Draht nachgebaut und mit dem 3D-Drucker gedruckt.
Fragestellung
Ziel dieser Arbeit war es, zu untersuchen, inwieweit es möglich ist, ein Programm zu entwickeln, das dabei hilft, Modelle im Stil von Markus Raetz zu erstellen. Das Programm gibt eine Visualisierung von einem Modell aus, das von mehreren Seiten betrachtet, unterschiedliche Motive darstellt. Der Schwerpunkt lag auf der Optimierung der Modelle – sowohl ästhetisch als auch algorithmisch – mit dem Ziel, die erforderliche Anzahl an Bildpunkten zu reduzieren und die Motive mit einer minimalen Punkteanzahl darzustellen.
Methodik
Es wurden drei Methoden entwickelt, um solche Modelle zu bauen. In einem ersten Schritt wurden STL-Modelle erstellt und anschliessend mit dem 3D-Drucker ausgedruckt. Dafür wurden zwei Bilder von je einer Seite durch einen Würfel projiziert und dann die Anzahl Bildpunkte reduziert, welche in beiden Ansichten vorkommen. Als zweite Variante wurden die Bildpunkte in Perlen umgewandelt und in einem Plexiglaswürfel an Fäden befestigt, um ein Perlenmodell darzustellen. Da für solche Modelle sehr viele Perlen benötigt werden, stellte sich die Frage nach der minimalen Anzahl Perlen. Durch Berechnungen konnte die optimale Anzahl an Punkten ermittelt werden, mit der dasselbe Modell dargestellt werden kann. In drei Schritten wurde ein Algorithmus entwickelt, welcher die minimale Anzahl Bildpunkte berechnet. Im letzten Teilschritt wurden dann Modelle mit Hilfe einer Visualisierung aus Draht geformt. Die Implementierung erfolgte vollständig in Python unter Nutzung von JetBrains als Entwicklungsumgebung. Der Quellcode ist Open Source, auf GitHub veröffentlicht und standardkonform dokumentiert. Hauptsächlich wurde die NumPy-Bibliothek verwendet.
Ergebnisse
Zum Vergleich der Optimierungsalgorithmen wurde anhand von 676 Bildpaaren die Optimierungsleistung der einzelnen Verfahren berechnet. Durch das erste Optimierungsverfahren konnte die Anzahl Bildpunkte bereits um 92.14% reduziert werden! Beim zweiten Optimierungsverfahren wurde derselbe Durchschnitt wie beim ersten Optimierungsalgorithmus festgestellt. Dieses Ergebnis unterstreicht, dass die Anzahl der reduzierten Punkte gleich ist, egal von welcher Würfelseite der Algorithmus startet. Mit dem dritten Optimierungsalgorithmus konnte eine Lösung für die beweisbare minimale Anzahl Punkte berechnet werden. Dabei wurden nur noch 4.32% der ursprünglichen Punkte gebraucht. Es lässt sich also zeigen, dass zum Visualisieren des Optimums durchschnittlich 95.68% der Punkte der ursprünglichen Darstellung weggelassen werden können.
Diskussion
Das Ziel dieser Arbeit wurde erreicht und die Fragestellung mit drei verschiedenen Ansätzen beantwortet. Entgegen den Erwartungen stellten nicht das Finden und Darstellen der Modelle die grösste Schwierigkeit dar, sondern das Erarbeiten der Optimierungsalgorithmen. Um den Arbeitsprozess zu erleichtern, hätten die einzelnen Algorithmen vermehrt an kleineren Objekten getestet und auf Fehler kontrolliert werden sollen. Auch die Benutzeroberfläche des Programms hätte man besser und übersichtlicher darstellen können. Für eine Annäherung an die Metallskulpturen von Markus Raetz, könnte man einen einstellbaren Parameter in das Programm integrieren, um die Oberfläche der Modelle glatter zu gestalten.
Schlussfolgerungen
Der Hauptfokus dieser Arbeit lag auf der Entwicklung von drei Optimierungsalgorithmen, welche die Bildpunkte zweier dargestellter Motive reduzieren. Dabei gelang es, die minimale Anzahl benötigter Punkte zu berechnen und diese in unterschiedlichen Arten so darzustellen, dass die beiden Bilder erkennbar waren. Tests an einem Set von 676 Buchstabenpaaren ergaben eine hervorragende Optimierungsrate von durchschnittlichen 95.68%. Mit diesem Programm wurde ein Grundbaustein für das Bauen von Drahtfiguren mit wechselnden Motiven gelegt. In einem weiteren Schritt könnte man die Drahtlänge optimieren oder mehrfarbige Motive darstellen. Diese Arbeit verbindet computergestützte Optimierung mit gestalterischem Anspruch und zeigt, wie algorithmisches Design neue Wege für die Umsetzung von Kunstwerken im Stil von Markus Raetz eröffnet.
Würdigung durch den Experten
Gordan Savicic
Das Projekt beeindruckt durch seine Umsetzung. Durch die Unterstützung von Algorithmen wird für den Betrachter letztlich etwas Analoges und Haptisches geschaffen. Die verschiedenen Optimierungen des 3D-Modells zeugen von hohem Engagement und Lernprozess. Hervorzuheben ist die interdisziplinäre Herangehensweise, welche gestalterische Fragestellungen mit der technischen Optimierung eines Produktionsprozesses verbindet. Das Projekt von Céline Cattin stellt exemplarisch dar, wie Computer-Code und kreative Prozesse in Synergie zusammenwirken können.
Prädikat:
sehr gut
Kantonsschule Wettingen
Lehrer: Oliver Probst