Delftse geodeten tonen 3D-perspecief van GIS-technologie

EEN NIEUW ZICHT OP DELFT

Marion de Boo

[Dit is een weergave van de tekst met weinig plaatjes. Voor een presentatie van deze tekst met heel veel illustraties zie de site van delftintegraal.tudelft.nl ]

Om de gevolgen van grote infrastructurele werken te overzien moet je ze op inzichtelijke wijze presenteren. Bij de afdeling Geodesie in Delft zijn Virtual Reality technieken voor het eerst gekoppeld aan geografische informatiesystemen (GIS). Dat leidt tot fraaie demo's van toekomstige landschappen, maar ook het historische Delft uit de dagen van Vermeer wordt levensecht gepresenteerd. Tegelijkertijd is bij Industrieel Ontwerpen de computeranimatie "Walking with Vermeer" gemaakt, waarmee je door de straatjes van het zeventiende-eeuwse Delft kunt slenteren. "

Delftse geodeten hebben samen met de Amsterdamse kunsthistoricus Kees Kaldenbach een nieuw "Zicht op Delft" gebouwd. Gezeten voor een computerbeeldscherm zweef je met deze Virtual Reality computerapplicatie als het ware boven de stad zoals die er uitzag in 1660, toen Johannes Vermeer zijn wereldvermaarde "Zicht op Delft" schilderde. Je vliegt over zeventiende-eeuwse huisjes en straatjes langs de Delftse grachten en cirkelt boven de Markt met het Stadhuis en rondom de Oude en de Nieuwe Kerk. Het eindproduct van deze VR-oefening was zo'n succes dat die bij het 50-jarig bestaan van de afdeling Geodesie in 1998 als visitekaartje aan het publiek gepresenteerd werd in het Techniek Museum. Bezoekers konden met behulp van een trackball hun eigen denkbeeldige vliegtuig besturen om de historische stad te verkennen en om bijvoorbeeld de plek op te zoeken waar Vermeer destijds zijn schildersezel had opgesteld toen hij zijn "Zicht op Delft" schilderde.

Omdat je de stad vanuit vogelvlucht alleen in grote lijnen ziet, heeft de TU-Delft, eveneens op initiatief van Kaldenbach, nog een tweede demo gemaakt, ditmaal voor een zeventiende eeuwse stadswandeling door Delft. In het ID-studiolab van de faculteit industrieel Ontwerpen is de computeranimatie "Walking with Vermeer"gemaakt, waarmee je als het ware in de stad kunt rondwandelen. Je loopt door een stadspoort met zware donkere balken en slentert door de stadspoorten van Vermeer. "Toen ik dat voor het eerst meemaakte ging ik echt uit mijn dak!" zegt de Amsterdamse kunsthistoricus Kees Kaldenbach. "Ik heb een enorme beeldhonger. Dit is een schitterende manier om de kunst van die oude meesters voor een breed publiek tot leven te brengen!" Kaldenbach is al zijn leven lang gefascineerd door Vermeer. In zijn Amsterdamse huiskamer heeft hij al meer dan 25 jaar lang een replica op ware grootte van het Zicht op Delft - het origineel hangt in het Mauritshuis in Den Haag. Kaldenbach: "Vermeer toont ons de stad vroeg in de morgen in de eerste helft van mei, als het ochtendzonlicht over de rode pannendaken van de huizen langs de Lange Geer en de toren van de Nieuwe Kerk strijkt."

Een zeventiende-eeuwse stadswandeling

Bij het ID-Studiolab van de faculteit Industrieel Ontwerpen is onderzoeker Aldo Hoeben in de ban van Vermeer geraakt. Hoeben studeerde in februari 2001 af, nu werkt hij twee dagen bij de vakgroep en drie dagen bij zijn eigen mediavormgevingsbureau Studio PKO in Delft. Hoeben: "Tijdens mijn studie heb ik het nut voor van allerlei softwarepakketten voor schetsende ontwerpers bekeken. We gebruiken hier nu een Tablet PC, waarbij je met diverse pennen op een touchscreen kunt schetsen. Maar dan heb je wèl goede software nodig."
Zo stuitte hij op het softwarepakket Canoma, één van de eerste softwarepakketten waarmee je in 3D kunt schetsen volgens een werkwijze waarbij je als uitgangspunt geen abstract model kiest, maar een foto of schets, waaraan de ontwerper vervolgens de juiste geometrie toevoegt om er snel een 3D-object van te maken. Bij het ID-Studiolab waren ze juist op zoek naar aantrekkelijk oefenmateriaal toen de Amsterdamse kunsthistoricus Kees Kaldenbach aanklopte. Hij verscheen precies op het juiste moment. Hij bleek een kenner van het zeventiende-eeuwse Delft van Vermeer (die van 1632 tot 1675 leefde) en zijn tijdgenoten. Veel materiaal is aanwezig bij de afdeling Beeld en Geluid van het gemeentearchief in Delft. Aan de hand van deze oude schetsen en prenten is in samenwerking met afstudeerder Petrik de Heus de schitterende computeranimatie Walking with Vermeer gemaakt. Als in een filmpje kun je door de zuidelijke stadspoorten die Vermeer ons toonde in zijn "Gezicht op Delft" de zeventiende-eeuwse stad in wandelen. De Rotterdamse Poort en de Schiedamse Poort zijn in 1834-1836 afgebroken, maar het Armentarium en de Sebastiaansbrug zijn er nog steeds. De karakteristieke details voor deze zeer herkenbare quick time wandeling zijn ontleend aan verschillende prenten, die men met enig kunst- en vliegwerk in elkaar laat overlopen. Het kostte ongeveer 100 uur om voldoende details uit de schetsen en prenten in het computerprogramma te manipuleren en te bewerken. Hoeben: "Het is tijdrovend, maar je kunt er fraaie resultaten mee bereiken." Telkens als de wandelaar van standpunt verandert, verandert uiteraard zijn perspectief en daarom moet het programma telkens razendsnel het nieuwe gezichtspunt doorrekenen met behoud van de juiste perspectiefverhoudingen.
Lastig was ook dat de ontwerpers te maken kregen met een zekere mismatch tussen verschillende tekeningen of prenten. "Vooral bij die overlap ontstaan allerlei interessante artefacten, die hebben hun eigen esthetiek", zegt Hoeben. "Hoe dan ook, het idee om met moderne technieken door zeventiende-eeuwse tekeningen te wandelen is volstrekt nieuw, dat is nog nooit vertoond."
Een ander probleem is dat schetsen niet altijd perspectivisch correct zijn. Maar voor zo'n softwarepakket moeten de geometrische maten exact kloppen, anders ontstaan er allerlei wiskundige problemen. Al in de zeventiende eeuw gebruikten kunstenaars allerlei trucs om het perspectief te manipuleren. Zo is van Vermeer bekend dat hij graag met de Camera Obscura werkte. Vermeer's fameuze schilderij "Zicht op Delft" is voor de computeranimatie overigens niet gebruikt. Een van de redenen daarvoor is dat dit vooral een vergezicht is, dat weinig diepte-informatie bevat. "En eigenlijk", zegt Kaldenbach, "is het werk van Vermeer daarvoor ook te heilig."
Werpt zo'n zeventiende-eeuwse stadswandeling voor Kaldenbach nu ook meer licht op Vermeer's werk? "Nou nee," zegt de kunsthistoricus, "eerder het tegendeel. Hoe meer je je met Vermeer bezighoudt, hoe meer je je gaan verwonderen. Hij tovert, absoluut. Iedereen is het er over eens dat Vermeer tal van beeldende vraagstukken op een sublieme manier heeft opgelost door heel subtiel te manipuleren, maar hoe hij dat nou precies heeft aangepakt, daar kom je nou net nooit achter. Het recept blijft geheim, dat is zo wonderlijk."

Inrichtingsvraagstukken inzichtelijk maken

Geodeet ir. Edward Verbree kwam voor het eerst met Kaldenbach in contact in de zomer van '98. Een jaar daarvoor was de sectie GIS-technologie van de TU-Delft, waaraan Verbree als universitair docent verbonden is, gestart met een relatief groot derde geldstroomproject in het kader van het Land, Water, Milieu en Informatietechnologieprogramma (LWI). Deze investeringsregeling van de overheid richtte zich op de verbetering en ondersteuning van besluitvormingsprocessen. Een van de ontwikkelde producten is een geografisch informatiesysteem voor het gebruik van geografische data in een 3D visualisatie- en interactieomgeving.
Verbree: "Dat idee is niet nieuw. Kijk naar de oude kartografen. Op Middeleeuwse kaarten zie je stad en landschap altijd in vogelvluchtperspectief, met herkenbare stadspoorten en kerktorens. Voor een overzicht van grotere gebieden hou je dat echter niet vol - je kunt moeilijk een kaart van de hele Randstad in vogelvlucht tekenen. Daarom verwerken we geografische data tegenwoordig in tweedimensionale kaarten, als een platgeslagen werkelijkheid. Huizen zijn geabstraheerd tot vlakjes en wegen tot lijnen. Zo kun je volgens uniforme regels een kaart van heel Nederland maken en kaarten met elkaar vergelijken. Maar een 3 dimensionale afbeelding blijft natuurlijk veel inzichtelijker."
Voor allerlei inrichtingsvraagstukken, bijvoorbeeld rond nieuwe infrastructurele projecten zoals snelwegen en spoorwegen, moet het ontwerp eerst worden "verkocht" aan de overheid en aan de burgers. Inspraak wordt steeds belangrijker. Om die inspraak goed te laten functioneren moet je de belanghebbenden duidelijk kunnen maken hoe de nieuwe werkelijkheid eruit zou gaan zien. Voor een nieuw gebouw kun je een fotomontage maken, of een leuke artist impression. Maar voor grote infrastructurele projecten zoals de HSL of de Betuwelijn zijn andere presentatietechnieken nodig om de gevolgen inzichtelijk te maken.
Verbree: "Inspraak moet meer zijn dan alleen een feedback in de trant van 'nou ja, dat lijkt me wel aardig'. Burgers moeten ook bepaalde aanpassingen het plan kunnen beoordelen als laatste fine tuning in het ontwerp. Als er bijvoorbeeld een geluidsscherm voor je huis moet komen, wil je op zijn minst inspraak in de materiaalkeuze, je wilt bijvoorbeeld een doorzichtig scherm."

Het Delft van Vermeer

Als wetenschappelijke 'vingeroefening' voor het maken van een inzichtelijk, 3-dimensionaal geografisch informatiesysteem (GIS) gingen de gedachten van de Delftse geodeten in eerste instantie uit naar de noordoostelijke tak van de Betuwespoorlijn. Verschillende ingenieursbureaus zouden hiervoor gegevens leveren, maar het hele plan werd afgeblazen door de politiek. Ook ontwerpgegevens rond een ander project, de aanleg van de vaste oeververbinding in de Westerschelde, bleken lastig verkrijgbaar omdat dit project inmiddels al bijna klaar was. Verbree: "Daarop besloten we om dan zelf maar aan de slag te gaan. Juist op dat moment klopte Kees Kaldenbach bij ons aan met zijn idee om het Delft uit de dagen van Vermeer voor het publiek inzichtelijk te maken. Van die oude stad waren alleen maar een paar aanzichten van gebouwen en een paar oude kaarten beschikbaar. Kaldenbach wilde een computeranimatie laten maken, waarbij je in vogelvlucht over het Delft van Vermeer zou kunnen vliegen. Hij kwam precies op het goede moment."
Kaldenbach heeft het doek jarenlang tot in alle details geanalyseerd. Hij kent de geschiedenis van elk scheepje op het doek en weet van een aantal gebouwen dat ze door Vermeer om redenen van compositie zijn gemanipuleerd. "Zulke informatie kun je in een geografisch informatiesysteem verwerken", zegt Verbree. "Hiervoor worden de interessante gegevens uit de kaart gehaald, in het systeem gemodelleerd en vervolgens weer gevisualiseerd voor de gebruiker. Dat laatste kan in de vorm van een nieuwe kaart, maar ook in de vorm van een computeranimatie."
In principe kun je een geografisch informatiesysteem op twee manieren vullen. Je kunt eerst in de buitenwereld gaan meten hoe de werkelijkheid in elkaar zit. Dat ga je modelleren met vlakjes en lijntjes en dat presenteer je visueel in een kaartvorm. Of je kunt juist beginnen bij die kaarten en daaruit de werkelijkheid reconstrueren. De werkelijkheid van het zeventiende-eeuwse Delft is verdwenen, maar die oude stadskaarten bestonden nog, evenals afbeeldingen van verschillende gebouwen. Daaruit konden de onderzoekers een 3D-animatie afleiden, die bijvoorbeeld interessant is voor historici en andere belangstellenden.

Karma

De 3D computeranimatie is met behulp van geavanceerde computerprogramma's uitgevoerd in vier stappen. Als eerste stap is een historische plattegrond van Delft op een vlakbedscanner gelegd en gedigitaliseerd. Hiervoor kozen Kaldenbach en Verbree een historische plattegrond die eind 17de eeuw gemaakt werd door Frederik de Witt. Verbree: "Als je die inscant zie je elk huis en elk weggetje terug in de vorm van beeldelementen."
Deze informatie werd als een stelsel van punten en lijnen overgebracht in een Geografisch Informatie Systeem (GIS). Een punt geeft een locatie aan, een lijn een begrenzing. Onderling samenhangende punten en lijnen vormen een veelhoek (polygoon). Zo is bijvoorbeeld een eenvoudig, rechthoekig huis in het computerprogramma gedefinieerd door een rechthoek. Andere veelhoeken symboliseren bijvoorbeeld straten, grachten of bouwland. Zo krijgt elke veelhoek zijn eigen objectidentiteit. In het GIS-systeem zijn verschillende lagen mogelijk, een brug bijvoorbeeld krijgt zowel de code 'straat' als 'water'.
Vervolgens krijgen de rechthoekjes die huizen voorstellen allemaal hun eigen kenmerkende hoogte, die tevoren per object is vastgelegd. Zo ontstaat al een levensechte kaart met huizenblokken. Als vierde en laatste stap tenslotte zijn met behulp van een 3D-Computer Aided Design (3D-CAD-)programma driedimensionale representaties van een aantal GIS-objecten gemaakt, zodat ze ruimtelijk getoond kunnen worden. Hiervoor is gebruik gemaakt van Karma, een krachtig softwareprogramma, ontwikkeld door de afdeling Geodesie in samenwerking met Technische Wiskunde en Informatica van de TU Delft. In het laatste stadium heeft ook het bedrijf MCW-studio's eraan meegewerkt.
Tenslotte werden verschillende 3D-objecten zoals huizen en kerken beplakt met 'fotorealistische texturen', zoals stukjes foto's van muren, dakpannen etc. Zo konden bijvoorbeeld molens, stadswallen en poorten, de Oude en de Nieuwe Kerk levensecht worden aangekleed. Hierbij werd zoveel mogelijk historisch beeldmateriaal uit oude schilderijen en tekeningen gebruikt. Telkens als het gezichtspunt verandert, moet het veranderende beeld razendsnel opnieuw uit het model worden opgebouwd (real-time rendering). Dit stelt hoge eisen aan de gebruikte systemen, de programmatuur en aan de modelbouw zelf.
Om het nòg levensechter te maken krijgt de bezoeker een stereobril zodat het beeld in stereo, dus met dieptewerking, wordt getoond. Door het zeer frequent (30 keer per seconde) afwisselend tonen van afzonderlijke beelden voor het linker- en het rechteroog, die via de stereobril apart worden opgevangen, zijn de hersenen in staat een 3D-beeld te reconstrueren.

Open GIS-standaard

Het navigeren in zo'n 3D-wereld is niet gemakkelijk, je moet gebruikers daar enigszins in trainen. De demoversie die in het Techniek Museum aan het grote publiek werd gepresenteerd was Monkey Proof gemaakt, zoals dat oneerbiedig heet, door alle interactieve mogelijkheden eruit te halen en alleen een navigatieknop aan de gebruiker beschikbaar te stellen.
Voor andere toepassingen, zoals bijvoorbeeld het ontwerp van grote infrastructurele werken, is het programma voorzien van allerlei interactiemogelijkheden, zodat gebruikers zelf allerlei wijzigingen in het ontwerp kunnen aanbrengen en beoordelen. Verbree: "De uitdaging voor ons is vooral geweest om één totaalsysteem te bouwen, waarin planologen hun ideeën op landelijk èn lokaal niveau kwijt kunnen en dat je telkens naar de nieuwste inzichten kunt bijwerken. Bovendien kan men dan de te gebruiken kaarten steeds up-to-date houden.
Nu werken planologen, constructeurs, ecologen en landschapsarchitecten allemaal aan hun eigen traject, de politiek draait dan soms alles weer terug en telkens zijn er weer inspraakrondes. Als je al dat basismateriaal kunt onderbrengen in één GIS, dat alle betrokkenen als uitgangspunt voor hun bewerkingen kunnen gebruiken, spaart dat veel tijd en geld. En dan kun je nieuwe ideeën die halverwege het proces opborrelen gemakkelijker meenemen." Het systeem Karma is volgens deze architectuur opgezet.
In de toekomst zullen mensen van het Kadaster, de Topografische Dienst, de Rijks Planologische Dienst, de gemeente enzovoorts gaan werken met "open" geografische databases, volgens de zogenoemde Open-GIS standaard. Zo moeten de bestanden van de Onroerende Zaak Belasting, het waterleidingbedrijf en noem maar op via generieke tools onderling gekoppeld kunnen worden en toegankelijk worden via internet. In samenspraak met de industrie wordt hard aan standaardisatie gewerkt. Verbree: "Het mooiste zou het zijn als je geografische basisgegevens hebt, die bij de bronhouder in een Geo-Database Management Systeem staan, en vanuit allerlei applicaties bevraagd kunnen worden. Daar moeten we naar toe."

Tekst Marion de Boo, verschenen in Delft Integraal, 26 juni 2001. Zie ook samenvatting in NRC Handelsblad, Wetenschapsbijlage 30 juni 2001.

Films:

http://studiolab.ide.tudelft.nl/vermeer/

This page was updated May 17, 2005. Update 8 dec 2914.