Gewässerraum und Siedlungsbild 3D-Visualisierung als Planungshilfe

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1 Masterarbeit Gewässerraum und Siedlungsbild 3D-Visualisierung als Planungshilfe Januar 2016 Autorin Nina Philipp Leitung Prof. Dr. Adrienne Grêt-Regamey Betreuung Dr. Ulrike Wissen Hayek ETH Zürich Institut für Raum und Landschaftsentwicklung Fachbereich PLUS, Planung von Landschaft und Urbanen Systemen

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3 Vorwort & Dank Die vorliegende Masterarbeit entstand im Rahmen des Studiengangs Raumentwicklung und Infrastruktursysteme an der Professur für Planung von Landschaft und Urbanen Systemen (PLUS) der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH). Anstoss für diese Arbeit war einerseits die aktuelle kantonale Aufgabe der Gewässerraumfestlegung und andrerseits mein persönliches und fachliches Interesse für landschaftsplanerische Fragestellungen. Besonders im Zusammenhang mit Aspekten der Siedlungsentwicklung bestehen für die Landschaftsplanung viele Interessenskonflikte. Diese Spannungsfelder zwischen Landschaft und Siedlung, zwischen Ökologie und Erholung, zwischen extensiver und intensiver Nutzung werfen spannende Fragen auf und bergen reichlich Forschungsbedarf. Die gegenwärtige Thematik der Gewässerraumfestlegung, welche durch die Revidierung des schweizerischen Gewässerschutzgesetzes ins Leben gerufen wurde, bot die Gelegenheit, Fragestellungen dieser Art zu untersuchen. Meine Faszination für visuelle Darstellungsformen und meine Freude an gestalterischen Arbeiten halfen mir, das für mich völlig neue Gebiet der 3D-Visualisierung rasch zu begreifen und mich dafür zu begeistern. Die Frage nach dem Nutzen und der Einsatzmöglichkeit dieser Visualisierungsform in der Planungspraxis und dessen Verknüpfung mit der Thematik Gewässerraumfestlegung führten schlussendlich zur Forschungsidee dieser Arbeit. An dieser Stelle möchte ich allen Personen herzlich danken, welche mich während der 16-wöchigen Arbeit unterstützt haben: Prof. Dr. Adrienne Grêt-Regamey, für das ermöglichen dieser Arbeit am PLUS Betreuerin Dr. Ulrike Wissen Hayek für ihre hilfsbereite und kompetente Unterstützung, die wertvollen Inputs und die angenehme Begleitung während dem ganzen Semester Lisa Stähli, für ihre Hilfsbereitschaft und die nützlichen Tipps zu technischen Angelegenheiten Orencio Robaina Martinez de Salinas, für seine Hilfe bei informationstechnischen Fragen Roman Hanimann (Van de Wetering), Dr. Stefan Suter (AWEL Zürich) und Dr. Roni Hunziker (Hunziker, Zarn & Partner), für die Bereitstellung von Unterlagen und Informationen Johannes Rebsamen, für das Ausleihen der Oculus Rift und den wertvollen Austausch Den Interviewpartnern, für ihre Bereitschaft zur Teilnahme und ihr engagiertes Mitwirken Meinem Vater Beat Philipp, für die Durchsicht des Berichtes Meiner Familie und meinem Partner, für die nötige Ablenkung und die immerwährende Unterstützung im Verlaufe meines Studiums i

4 Abkürzungen ANU ARE AV AWEL BPUK DK GIS GR GSchG GSchV HQ100 IRL PLUS RK VLP-ASPAN VR ZPL Amt für Natur und Umwelt Amt für Raumentwicklung Amtliche Vermessung Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft Bau- Planungs- und Umweltdirektoren-Konferenz Development Kit Geographisches Informationssystem Gewässerraum Gewässerschutzgesetz Gewässerschutzverordnung 100-jährliches Hochwasser Institut für Raum- und Landschaftsentwicklung Planung von Landschaft und Urbanen Systemen Rechtsklick Schweizerische Vereinigung für Landesplanung Virtual Reality Zürcher Planungsgruppe Limmattal ii

5 Zusammenfassung Die Forderung nach mehr Raum für Schweizer Gewässer hat 2011 zu einer Revidierung der Gewässerschutzgesetzgebung geführt. Die Kantone wurden dadurch verpflichtet, bis 2018 Gewässerräume für sämtliche kantonalen Gewässer festzulegen. Der festgelegte Gewässerraum, welcher gemäss Gewässerschutzverordnung (GSchV) eine beachtliche Breite aufweisen muss, darf lediglich extensiv genutzt werden. Das verunmöglicht unter anderem den Neubau von Bauten und Anlagen sowie neuen Infrastrukturen. Dies führt vor allem innerhalb des Siedlungsgebietes zu Konflikten und wird das Siedlungsbild langfristig zwingend beeinflussen. Mit Hilfe von GIS-basierten 3D-Visualisierungen wurden sowohl der Ist-Zustand als auch ein Szenario für das Jahr 2080 modelliert und so denkbare, langfristige Auswirkungen der Gewässerraumfestlegung auf das Siedlungsbild dargestellt. Als Untersuchungsperimeter wurde ein Abschnitt der Reppisch in Dietikon gewählt. Die Erstellung der 3D-Visualisierungen erfolgte in CityEngine, einer 3D-Modellierungssoftware welche auf prozeduralen Visualisierungsregeln basiert und die Einbindung von GIS-Daten und Texturen unterstützt. Die Beurteilung der 3D-Visualisierungen auf ihre Brauchbarkeit und Qualität zur Abschätzung von langfristigen Auswirkungen der Gewässerraumfestlegung auf das Siedlungsbild erfolgte im Rahmen von leitfadengestützten Experteninterviews. Hierzu wurden 13 Probanden aus der Planungspraxis interviewt. Die 3D-Visualisierungen wurden ihnen einerseits als Web Scene am Bildschirm und andrerseits mit der Oculus Rift als Virtual Reality Scene präsentiert. Das Hauptaugenmerk der Befragung lag dabei auf antizipierbaren Chancen und Konflikten, welche sich zwischen einer qualitätsvollen Siedlungsentwicklung und der Gewässerraumfestlegung ergeben können. Zudem wurde das Einsatzpotential solcher 3D-Visualisierungen in der Planungspraxis beurteilt. Die qualitative Befragung hat sowohl Vorteile als auch Problembereiche der 3D-Visualisierungen aufgezeigt. Ein besonderer Mehrwert liegt in dem verstärkten Raumgefühl, welches das Abschätzen von Dimensionen erlaubt und weniger räumliches Vorstellungsvermögen voraussetzt. Gesetzliche Vorgaben und deren denkbare Folgen können realitätsnah dargestellt und dadurch besser beurteilt und diskutiert werden. Als problematisch hat sich die realitätsnahe Darstellung eines fiktiven zukünftigen Szenarios herausgestellt. Die Vielzahl an Unsicherheiten und getroffenen Annahmen schienen die Glaubwürdigkeit des Modells zu verringern. Grundsätzlich wurden die 3D-Visualisierungen als nützliches Hilfsmittel und wertvolle Diskussionsgrundlage beurteilt, welche die Probanden dazu anregte und dabei unterstützte, sich mit der Thematik Gewässerraum zu befassen und mögliche Konflikte und Chancen zu erkennen. Die 3D- Visualisierungen können als wertvolle Planungshilfe dienen, weil sie eine gemeinsame Informationsbasis bieten, welche sowohl von Experten als auch von Laien verstanden wird. Der konkrete Nutzen der 3D- Visualisierungen ist jedoch stark von deren Qualität abhängig, welche wiederum von Faktoren wie Korrektheit, Detailgrad, Verständlichkeit, Flexibilität und Präsentationsform beeinflusst wird. iii

6 Januar 2016 Nina Philipp Telefon: iv

7 Inhaltsverzeichnis Vorwort & Dank... i Abkürzungen... ii Zusammenfassung... iii Inhaltsverzeichnis... v Abbildungs- & Tabellenverzeichnis... vi Abbildungen... vi Tabellen...vii 1. Einleitung Ausgangslage Vorgehen und Ziele Forschungsfragen Aufbau der Arbeit Grundlagen & Theorie Gewässerraum - Rechtliche Grundlagen Gewässer im Siedlungsgebiet Einsatz von 3D-Visualisierungen in der Raum- und Landschaftsentwicklung Grundsatzüberlegungen zur Entwicklung von 3D-Visualisierungen D-Visualisierung einer Gewässerraumvariante im Siedlungsgebiet Wahl der Programme Workflow Erstellung der Visualisierungen Evaluation der 3D-Visualisierungen Untersuchungsdesign Ergebnisse Diskussion Nutzen der 3D-Visualisierungen als Planungshilfe bei der Gewässerraumfestlegung Potentiale & Grenzen für den Einsatz der 3D-Visualisierungen in der Praxis Methodenkritik Schlussfolgerungen & Ausblick Quellen Anhang 1: Interviewleitfaden... I Anhang 2: Antworten & Auswertung der Interviews...IV v

8 Abbildungs & Tabellenverzeichnis Abbildungen Abbildung 1: Gewässerraumberechnung - Schlüsselkurve (AWEL, 2014a)... 5 Abbildung 2: Reppisch, minimaler Gewässerraum gemäss GSchV und gemäss Kanton (Baudirektion & PLUS ETH Zürich, 2015) Abbildung 3: Gefahrenkarte (GIS-ZH [maps.zh.ch], 2014) Abbildung 4: Kernzonenplan Dietikon (Stadt Dietikon, 2011) Abbildung 5: Oculus Rift DK Abbildung 6: Schematischer Aufbau einer CGA Regel Abbildung 7: Konzept Lovett (Eigene Darstellung, Grundlagen: Lovett, et al., 2015) Abbildung 8: Workflow 3D-Visualisierung Abbildung 9: Bearbeitungsperimeter Reppisch in Dietikon (Eigene Darstellung, Abbildung 10: Ist-Zustand und Szenario 2080 (Eigene Darstellung, Grundlagen: Van de Wetering, 2015, GIS-ZH, 2014 & Google Earth Pro, 2015) Abbildung 11: CityEngine Benutzeroberfläche Abbildung 12: Terrain-Layer erstellen Abbildung 13: CGA Rule für ein Gebäudemodell Abbildung 14: Modellierte Objekttypen Abbildung 15: Bildentzerrung mit Crop Image Funktion Abbildung 16: Facade Wizard Abbildung 17: Export als Web Scene Abbildung 18: Web Scene Benutzeroberfläche Abbildung 19: Web Scene Vergleichsmodus; links Szenario 2080, rechts Ist-Zustand Abbildung 20: Unity Benutzeroberfläche Abbildung 21: Export von CityEngine zu Unity (FBX-Format) Abbildung 22: Szene in Unity laden Abbildung 23: Transform Einstellungen übernehmen Abbildung 24: Directional Light Abbildung 25: Render Settings Abbildung 26: Implementierung von Wasser Abbildung 27: Kameraeinstellungen für Pfadpunkt übernehmen Abbildung 28: Pfaderzeugung Abbildung 29: Unity Spline Interpolator und Spline Controller hinzufügen Abbildung 30: Unity Einstellungen OVRPlayerController Abbildung 31: Oculus Configuration Abbildung 32: Bildschirm Einstellungen Abbildung 33: Oculus Rift - Splitscreen Abbildung 34: Impressionen Web Scene Abbildung 35: Präsentation der Web Scene (links) und der VR Scene (rechts) vi

9 Tabellen Tabelle 1: Kernthemen aus dem Synthesebericht der Pilotprojekte (AWEL, 2014b)... 7 Tabelle 2: Verwendete Daten Tabelle 3: Struktur des Interviewleitfadens Tabelle 4: Stichprobenplan vii