Making-of Genf 1850 in 3D
Digitale Unsterblichkeit für das Stadtrelief von Genf um 1850
Das vom Architekten Auguste Magnin erdachte und unter seiner Leitung zwischen 1878 und 1896 konstruierte Relief der Stadt Genf um 1850 ist viel mehr als ein grossflächiger und spektakulärer Modellbau: Es ist gleichzeitig auch ein Meisterwerk der Goldschmiedekunst sowie eine detailgetreue Abbildung der damals noch befestigten Stadt zu einem Schlüsselmoment in ihrer Geschichte. 2010 wurde beschlossen, ein digitales 3D-Modell des sogenannten Magnin-Reliefs zu erstellen, um es im Falle einer unbeabsichtigten Zerstörung wieder herstellen zu können. Zudem wollte man das 3D-Modell in Museen zeigen und evenutell auch zur Unterstützung der Arbeit der Geometer verwenden – besonders um die Zonen der heutigen Stadt zu registrieren, in welchen Bagger bei Aushubarbeiten auf die alten Befestigungsmauern stossen könnten. Doch dazu müsste das Modell natürlich sehr präzise gearbeitet sein.
Da das Magnin-Relief im Dachstuhl der "Maison Tavel" untergebracht ist – dem ältesten existierenden Wohnhaus von Genf, das heute als Museum genutzt wird –, mussten sich die Ingenieure erst vergewissern, dass sich der Fussboden nicht bewegt. Während einer Woche überwachten sie mögliche Erschütterungen des Gebäudes mit einem Präzisions-Theodolit. Da sich am Ort praktisch keine Vibrationen zeigten, konnten sie mit ihrer Arbeit beginnen; sicherheitshalber wurde die Überwachung von Erschütterungen des Gebäudes weitergeführt.
Um das Modell nicht zu beschädigen, installierten die Ingenieure einen Rahmenaufbau mit Schienen über der Miniaturstadt, über welchen sie einen Scanner und einen Fotoapparat lenken konnten. Vorsichtig brachten sie zudem 1’268 kleine Targets (spezielle Zielmarken) an vielen Stellen des Modells an, die ihnen als Bezugspunkte dienten. Der Scanner lieferte schliesslich eine Wolke von 120 Millionen räumlichen Referenzpunkten – gerade so, als hätte man ein äusserst engmaschiges Netz mit einer Genauigkeit von einem Zehntelmillimeter über das Relief gelegt und so einen Abdruck gewonnen. Mit dem Fotoapparat wurden weitere 1'280 Bilder in sehr hoher Auflösung erstellt, deren jeweilige Aufnahmeposition im Raum exakt festgehalten ist – also genug Material, um das Relief als Ganzes wieder herzustellen.
Monatelange Arbeit war anschliessend nötig, um aus der Wolke von Punkten und den Fotografien ein präzises 3D-Modell des Reliefs von Genf um 1850 zu extrahieren. Unter Zuhilfenahme von speziell entwickelten Computerprogrammen haben die Ingenieure alle Ecken und Kanten der drei Befestigungswälle definiert, auch diejenigen der 2'000 Gebäude mit ihren 40'000 Fenstern und 8'000 Dachluken – ganz zu schweigen von den Kaminen, den Treppen, Brunnen, Bäumen und den unzähligen Details, die die Miniaturstadt enthält. Zu guter Letzt wurde das ganze Relief in Form eines digitalen 3D-Modells reproduziert, getreu dem Werk seines Schöpfers.
Das Relief von Genf um 1850 ist ein Meisterwerk an geometrischer Präzision
Nach zahlreichen Versuchen, die zunächst an Modellbauten aus Karton durchgeführt wurden, stellte Auguste Magnin fest, dass sich für den Bau seines Reliefs von Genf um 1850 die besten Resultate erzielen liessen, wenn 3 verschiedene Massstäbe gleichzeitig verwendet wurden: 1:250 für den zweidimensionalen Plan, 1:200 für die Gebäudehöhen und 1:100 für die Geländeneigungen. Diese aus ästhetischen und pädagogischen Überlegungen getroffe Wahl führte dazu, dass die Häuser und die Geländegestaltung stark verformt wurden, besonders in den Stadtvierteln, die an Gefällen zu liegen kamen. Wegen dieser geometrischen Verformungen und weil es bis anhin schwierig war, präzise Masse von so einem fragilen Modell mit solch grosser Fläche zu übernehmen, war das Stadtrelief von Auguste Magnin bis anhin nicht als ein Arbeitsinstrument für Urbanistik betrachtet worden. Zu Unrecht!
Denn als die Ingenieure in einem Bereich des Reliefs arbeiteten, das Gebäude und eine Kirche enthält, die heute noch immer existieren – dem Stadtviertel de la Madeleine –, entdeckten sie, dass sie es mit einem aussergewöhnlichen Modell zu tun hatten. Sie hatten zuerst die drei Massstäbe in die richtigen Dimensionen gesetzt und das Stadtviertel vergrössert bevor sie es in das amtliche Grundstückverzeichnis der heutigen Stadt Genf platzierten (das Landesinformationssystem Genf-SITG enthält ein dreidimensionales Kataster). Und siehe da – was für eine glückliche Überraschung – stellten sie fest, dass die Abweichungen zwischen dem vergrösserten Modell und den tatsächlich bestehenden Gebäuden sich in einer Grössenordnung von eineinhalb Meter bewegen. Das ist verschwindend wenig, wenn man sich in solchen Grössenverhältnissen bewegt!
Auguste Magnin hatte also nicht nur ein ästhetisches Meisterwerk geschaffen, sondern in Anbetracht der Instrumente seiner Zeit auch ein Meisterwerk an Präzision. Auch wenn die Ingenieure immer noch nicht wissen, wie der Architekt diese Meisterleistung vollbringen konnte, so wurde ihnen dennoch schnell klar, dass sie sein Modell dafür verwenden konnten, um ein komplettes 3D-Modell von Genf im Jahr 1850 herzustellen, das genau mit dem Nationalen Koordinatensystem der Schweiz übereinstimmt. Und das ist noch nicht alles: Sie konnten damit auch die befestigte Stadt, die Genf um 1850 war, wiedererschaffen, um sie der breiten Öffentlichkeit im Web virtuell zugänglich zu machen.
Als Unterstützung für ihre Arbeit konnten sie nicht nur auf die Daten des Scanners und der Fotografien zählen, sondern auch auf zehntausende von Archivbildern des Centre d’iconographie der Bibliothèque de Genève (CIG): alte Fotografien, die in den Strassen von Genf ab 1848 aufgenommen wurden, von Auguste Magnin selbst gefertigte Pläne und Zeichnungen von bemerkenswerten Gebäuden, Stiche, Gravuren und Gemälde der Epoche – und nicht zu vergessen die topographischen Pläne und die Kataster des 19. Jahrhunderts. Das gesamte infrage kommende Material wurde sorgfältig vom CIG gescannt.
Das Relief von Genf um 1850 wird vergrössert und auf das Kataster übertragen
Es gab kein einziges Informatikinstrument, das die drei Massstäbe des Magnin-Reliefs gleichzeitig berücksichtigen und sie in ihre richtigen Proportionen zurückversetzen konnte, das alle Bauteile des Modells vergrössern und diese schliesslich als Ganzes auf die Koordoinaten der nationalen Kartographie der Schweiz abzustimmen vermochte. Die meisten der benötigten Informatikprogramme mussten zuerst geschrieben werden. Besonders die Massstabsunterschiede zwischen den Geländeneigungen und der Gebäudehöhen stellten für die Ingenieure eine grosse Herausforderung dar.
Denn in den sehr steilen Strassen des Stadtmodells hatte Auguste Magnin die Häuserzeilen in mehrere Schnitte zerlegt und versetzt wieder aneinandergereiht: die Hausreihen erhielten so treppenförmig abgestufte Dächer, obwohl ihre Dachlinie in Wirklichkeit fortlaufend ist. Die Ingenieure mussten also Fassade für Fassade bearbeiten, um zu verhindern, dass ihr 3D-Modell der Stadt schräg verzerrte Fenster oder halb im Boden versunkene Türen aufwies...
Auch die Unregelmässigkeiten der Anpassungen zwischen den 118 Platten, aus denen das Relief zusammengesetzt ist, mussten ausgeglichen werden. Denn Auguste Magnin hatte sein Modell von 30m2 in mehreren Teilen gefertigt, die anschliessend zusammengefügt wurden. Dies hat zwei Gründe: Einerseits ging es darum, die minutiöse Arbeit der Kunsthandwerker, die die Gebäude gestalteten, zu erleichtern und andererseits sollte das ganze Modell – das stolze 680 kg auf die Waage bringt – auch an einen anderen Platz gestellt werden können. Da das Stadtmodell seit seiner Fertigstellung im Jahr 1896 mehrfach auf- und abgebaut wurde, haben die Seiten der einzelnen Platten gelitten, weshalb sie heute nicht mehr genau aufeinander passen.
Jedes Plattenelement der Miniaturstadt wurde also einzeln, Strasse für Strasse, Haus für Haus, behandelt. Zwar konnte ein grosser Teil der Operationen automatisiert werden, aber zahlreiche Details und Anschlüsse mussten von Hand erledigt und nachjustiert werden. Nebenbei bemerkt, die Ingenieure hätten all dies nicht ohne die Hilfe der auf die Denkmäler der Stadt spezialisierten Historiker fertigbringen können – und auch nicht ohne die Hilfe der Spezialisten im 19. Jahrhundert. Hierfür zogen sie den sehr detaillierten "Plan Céard" von 1840 bei, der aus 30 vom Geometer François Janin im Massstab von 1:240 gezeichneten Plänen besteht. Sie haben auch das von Auguste Magnin selbst gezeichnete Album des monuments de Genève en 1850 zu Rate gezogen, das eine ganze Reihe von Plänen und wunderschönen Architektur-Zeichnungen enthält.
Es dauerte insgesamt sechzehn Monate, um die 118 Platten des Reliefs zu modellieren, zu kontrollieren, von der Oberleitung der Amtlichen Vermessung genehmigen zu lassen und anschliessend in das Kataster von Genf zu übertragen. Schliesslich war es fertig: das vollständige, dreidimensionale Stadtmodell von Genf 1850, das dem Relief von Auguste Magnin wie ein "Abguss" gleicht und exakt in das digitale Raster des offiziellen Grundbuchamtes und des Katasters integriert ist.
Auf diese Weise wird sichtbar, welche Häuser und Teile der Befestigungsanlagen verschwunden sind, welche umgebaut wurden und welche immer noch vorhanden sind. Es lässt sich nun auch bestimmen, ob nach der Zuschüttung der Verteidigungsgräben, die 1850 begann, immer noch dicke Mauern im Untergrund vorhanden sind.
Das Modell Genf 1850 lebendig gestaltet
Das frisch fertiggestellte 3D-Modell Genf 1850 ist zunächst eine "weisse" Stadt: glatt, ohne Oberflächenbeschaffenheit, farblos, als wäre sie aus Gips gegossen. Um sie auszustaffieren und ihr das Ambiente ihrer Epoche zu verleihen haben Spezialisten aus verschiedenen Fachbereichen zusammengearbeitet: Geometer, Geomatiker, Historiker und 3D-Designer. Die Spezialisten suchten zunächst für verschiedene Bauteile des Modells ihre Entsprechungen in der heutigen Stadt und Umgebung. Wichtig war, dass die Elemente seit 1850 wenig verändert wurden. Sie fotografierten sie aus verschiedenen Perspektiven, um eine Grundlage von Dokumenten für die Nachbildung der Materialien zu schaffen: Pflastersteine, Dachziegel, Fassadenputz, Quadersteine, Holzteile von Türen und Fenstern etc. Insgesamt wurden eine Palette von rund fünfzig Bauteilen digital nachgebildet. Jedes dieser Elemente wurde anschliessend in drei verschiedenen Alterungszuständen nachgebildet: ohne Abnutzung, leicht verschmutzt oder stark lädiert. Zusätzlich wurde im Zufallsprinzip eine leichte Patina "aufgetragen", damit die virtuelle Stadt nicht schablonenhaft erscheint. Speziell dafür entwickelte Informatik-Algorithmen haben diese repetitive Arbeit selbstverständlich vereinfacht. Aber die eng nebeneinander stehenden und ineinander verschachtelten Gebäude der damaligen Stadt Genf wiesen zahlreiche Besonderheiten auf, deshalb haben die Spezialisten einen grossen Teil dieser Arbeiten mit grosser Detailtreue "von Hand" gefertigt, immer die unentbehrlichen Archivbilder des Centre d’iconographie vor Augen. Die Baumarten und all die anderen Pflanzen, die damals in der Stadt und auf den Befestigungsanlagen wuchsen, wurden mit der Hilfe von Botanikern des Konservatoriums und des Botanischen Gartens der Stadt Genf ausgewählt – und auch hier dienten die Dokumente der damaligen Zeit als Grundlage.
Genf 1850 in die Landschaft seiner Zeit einbetten
Als das 3D-Modell Genf 1850 an Farbe gewann, waren die Fachleute schnell davon überzeugt, dass die befestigte Stadt noch sehr viel mehr dazugewänne, wenn sie in eine Landschaft zu liegen käme, wie sie damals vorherrschte. Die Berge zu rekonstruieren war nicht allzu schwierig: die Jurakette, der Mont-Salève und die Alpen haben sich seit 1850 kaum verändert. Ein grosser Teil der wenig bevölkerten Landteile rund um das damalige Genf ist hingegen überbaut worden. Und auch hier wurde das Problem gelöst dank eines Fachkollegen aus dem 19. Jahrhundert: Jean-Rodolphe Mayer. Zwischen 1828 und 1831 hatte dieser Geometer nämlich den gesamten Kanton Genf im Massstab 1:15'000 kartographiert, und auf seinen Plänen nicht nur die Gebäude, Wege und Wasserläufe minutiös vermerkt, sondern auch erfasst, wie die Landschaft tatsächlich aussah: Felder, Wälder, Rebberge, Kiesgruben, Wiesen, Gärten etc. Als weitere Informationsquellen dienten Stiche, Gravuren und Bilder dieser Zeit. Die Arbeit wurde stark erleichtert durch die reichhaltigen geografischen Daten des "Landesinformationssystems Genf-SITG", das zahlreiche historische Karten enthält, die präzise mit der heutigen Topografie übereinstimmen.
4 Ansichten auf den Parc des Bastions: zeitgenössische Gravur, zeitgenössische Fotographie, Stadtmodell Auguste Magnins und 3D-Modell.
Um die Landschaftselemente nachzubilden haben die Spezialisten keinen einfachen Weg gewählt: Alle Elemente, die Nahe bei den Befestigungsanlagen der Stadt liegen, existieren in drei Dimensionen. Insgesamt wurden mehrere Hunderttausend dreidimensionale Bäume und Büsche in Zusammenarbeit mit Botanikern "gepflanzt". Was die 3D-Grashalme betrifft, so beläuft sich ihre Anzahl auf mehrere Milliarden.
Vorbereitungen von Genf 1850 für den Rundgang im Web
Während das 3D-Modell Genf 1850 virtuell Gestalt annahm, entwickelte ein Team von Informatikern die nötigen Web-Hilfsmittel, um die befestigte Stadt von damals im Internet zu besichtigen. Die "PromenAdd" genannte Technologie benutzt für das Bildrendering der 3D-Objekte gleichzeitig die Berechnung in Realtime (für Videospiele verwendet) und die Vorberechnung (für Kinofilme benutzt). Für den Stadtspaziergang müssen die Internetbesucher keine besondere Software herunterladen: ein gewöhnlicher Computer mit einer Standard-Übertragungsgeschwindigkeit reicht aus. Die Reise in die damalige Stadt gleicht ein bisschen der Navigation in Google Street View. Allerdings sind in Genf 1850 die Schritte kürzer und die Bilder in besserer Auflösung und man kann sich auch "fliegenderweise" im Luftraum über der Stadt fortbewegen, um eine Draufsicht auf die Stadt und die Umgebung zu geniessen. Insgesamt können sich die Besucher auf 1'333 virtuellen Wegen bewegen und an 963 Kreuzungen anhalten, die gleichzeitig Orte von allgemeinem Interesse sind. Nicht weniger als 200'000 verschiedene Ansichten von Genf 1850 zeigen sich dem Internetsurfer beim virtuellen Spaziergang durch die Strassen und den Luftraum über der Stadt. Um diese unglaublich grosse Menge an Darstellungen in hoher Auflösung zu generieren, die auf dem 3D-Modell basieren, mussten 16 leistungsstarke Server während sechs Monaten arbeiten – eine Leistung, die der Produktion von zwei Hollywood-Spielfilmen in 3D entspricht. Als Beleuchtung für die befestigte Stadt und ihre Umgebung wurde ein Tageslicht wie im Juni um 10 Uhr morgens gewählt.
Eine idelalisierte Stadt
Natürlich entspricht das 3D-Modell von Genf 1850 nicht der historischen Wirklichkeit, da es in weiten Teilen auf dem Stadtrelief von Auguste Magnin basiert. Das digitale Modell zeigt eine idealisierte, (momentan noch) unbewohnte Stadt, deren Gebäude eher einheitlich ausschauen, besonders was die Türen, Fenster und Kamine betrifft. Um sich besser vorstellen zu können, wie Städte damals aussahen, eignen sich Fotografien aus dem 19. Jahrhundert, auf denen man vom Kohlerauch geschwärzte Häuser sieht, den von den mit Werbung bemalten Fassaden abbröckelnden Putz, die mit Waren verstopften engen Strassen, über denen Wäsche zwischen den Häuserzeilen zum Trocknen aufgehängt war, sowie aus alten Holzbrettern angebaute Gebäudeteile, die den Wohn- und Arbeitsraum erweiterten.
Aber trotz seiner nicht fotorealistischen Darstellung eignet sich das 3D-Modell Genf 1850 gut, um sich eine Vorstellung von der damaligen befestigten Stadt und ihrer Umgebung zu machen. Darüber hinaus bietet es mit seinen Dokumenten eine solide Grundlage, mit welcher die historische Wirklichkeit noch besser abgebildet werden kann, um nahtlos in das Zeitalter der Digital Humanities überzugehen, dieser noch jungen Disziplin für Forschung, Ingenieurwesen und Unterricht, welche Geisteswissenschaften mit den neuen Technologien verbindet, um die Verbreitung von Wissen zu fördern.
Im virtuellen Genf 1850 kann man Fotos von früher, Texte, Kommentare, kurz: alle Arten von Informationen hinzufügen, die immer dort zur Verfügung stehen, wo sie gesucht und gebraucht werden.
Nächste Etappe: ein 3D-Wiki zu Genf 1850
Die zahlreichen Akteure, die am Projekt Genf 1850 mitgearbeitet haben, möchten es nicht bei dieser Ausgestaltung belassen. Sollte sich eine Finanzierungsmöglichkeit finden, haben sie vor, die Web-Hilfsmittel so weiterzuentwickeln, dass autorisierte User alle Arten von Informationen, die mit der historischen Vergangenheit der Örtlichkeiten sowie der städtebaulichen Entwicklung zusammenhängen, leicht in der virtuellen Darstellung der Stadt "verankern" können – angefangen bei den tausenden von Bildern, die in den Archiven des Centre d’iconographie de la Bibliothèque de Genève darauf warten, ans Licht geholt zu werden. Die Web-Site www.geneve1850.ch würde damit einen neuen Massstab in der Geschichte des Internets setzen, indem sie zeigt, dass es möglich ist, ein virtuelles Lexikon im Stil eines 3D-Wikipedia zu realisieren, in dem sich die Informationen durch ihren situativ vorgegebenen Kontext an geeigneter Stelle befinden, in dem man in selbst gewählter Reihenfolge durch die Dokumente navigieren kann, welche den virtuellen Raum für die Internetbenutzer gestalten, und in dem nicht zuletzt die Navigation allen Websurfern offen steht – ohne dass hierzu eine bestimmte Software heruntergeladen werden muss.
Ein kleiner Schritt in diese Richtung wurde bereits unternommen: In den virtuellen Strassen und Befestigungsanlagen von Genf 1850 kann man bereits jetzt rund einhundert Info- und Merkblätter abrufen (als pdf, vorerst nur auf Französisch), welche weiterführende geschichtliche Informationen über die wichtigsten Gebäude und Bauwerke der Stadt enthalten. Interessant zu wissen ist auch, dass die Auswahl dieser bedeutenden Monumente von Auguste Magnin selbst getroffen wurde.
Vergleich zwischen einer alten Fotografie und dem 3D-Modell Genf 1850
