VIKA – CAD-Daten als Grundlage für KI-generierte Visualisierungen

Wie Künstliche Intelligenz und klassisches CAD zusammenwachsen – und was das für kleine und mittlere Unternehmen bedeutet.

 

Die Idee: Das CAD-Modell gibt die Form vor, die KI liefert das Bild.

Stell dir vor, du sitzt am Rechner, hast gerade einen Produktentwurf in deinem CAD-Programm fertig, nichts Weltbewegendes, vielleicht ein Gerätegehäuse, ein Fahrzeuganbauteil, ein Maschinenbauelement. Ein rohes 3D-Modell, graue Flächen, kein Licht, keine Materialien und kein Kontext. Und dann öffnest du ein Plugin, tippst drei Sätze in ein Eingabefeld, z.B. „industrial product design, matte steel surface, modern factory background, dramatic lighting“ und drückst auf Rendern. Eine Minute später schaust du auf ein fotorealistisches Bild, das aussieht, als käme es aus einem professionellen Produktkatalog.

Im Rahmen unseres Projekts haben wir genau das entwickelt, VIKA – KI-basierte Visualisierung von CAD-Daten. Ein Projekt, das zeigt, wie generative Künstliche Intelligenz und ingenieurwissenschaftliches Konstruieren zusammenwachsen können.

Die Ausgangssituation.

Wer schon mal in einem kleinen oder mittelständischen Betrieb an der Entwicklung neuer Produkte beteiligt war, kennt das Dilemma: Die erste Projektphase ist immer die unsicherste. Das Modell existiert erst als Idee, vielleicht schon als grober CAD-Entwurf. Aber der Kunde will etwas sehen. Der Vertrieb braucht ein Bild für die Präsentation. Die Geschäftsführung möchte wissen, wie es später mal aussehen könnte.

Was macht man in dieser Situation? Man rendert. Oder man engagiert eine Grafikagentur. Oder man wartet, bis das Modell „fertig genug“ ist, um vernünftige Renderings zu rechtfertigen.

Alle drei Optionen haben einen Haken: Sie kosten Zeit, Geld oder beides. Professionelle Rendering-Software braucht Einarbeitungszeit, Lizenzen, Texturierung und ein Beleuchtungssetup. Stunden, manchmal Tage für ein einzelnes Bild. Agenturen sind teuer. Und warten bedeutet, dass die Abstimmungsschleife mit dem Kunden erst dann beginnt, wenn man eigentlich schon zu weit ist, um noch komfortabel umzusteuern.

Das ist das Problem, das VIKA lösen soll.

KI als kreativer Co-Pilot.

Quelle: ©Christian Böhme / VIKA

Die zentrale Idee hinter VIKA ist so simpel wie elegant. Was, wenn wir die strukturelle Präzision von CAD mit der kreativen Bildgenerierungskraft moderner KI-Systeme kombinieren?

Das Herzstück ist eine Technik namens ControlNet – ein Steuerungsmodul für sogenannte Diffusionsmodelle. Diese KI-Systeme erzeugen Bilder, indem sie aus zufälligem Rauschen Schritt für Schritt ein kohärentes Bild „herausarbeiten“, geleitet von einem Textprompt. ControlNet fügt dieser Kette eine zusätzliche Führungslinie hinzu: ein Strukturbild, das der KI sagt, wie das Ergebnis räumlich aufgebaut sein soll.

Und genau hier kommt das CAD-Modell ins Spiel.

Mit dem Konstruktionsprogramm Rhinoceros wird aus jeder beliebigen 3D-Ansicht automatisch eine sogenannte Tiefenkarte (Depth Map) extrahiert. Das ist ein Graustufen-Bild, in dem helle Pixel für nah liegende Flächen stehen und dunkle für weit entfernte. Die räumliche Struktur des Modells ist darin codiert – ohne Texturen, ohne Materialien, ohne Design. Nur die Geometrie.

Diese Tiefenkarte wird in VIKA als ControlNet-Eingabe verwendet. Die KI nimmt sie als Vorlage, kombiniert sie mit dem Textprompt des Nutzers, und generiert ein Bild, das die Struktur des CAD-Modells beibehält, aber es in eine vollständige, realistische visuelle Welt überführt.

Das Ergebnis: Das Gehäuse bleibt ein Gehäuse. Die Proportionen stimmen. Die Geometrie ist erkennbar. Aber das graue CAD-Modell verwandelt sich plötzlich in ein fertiges Industrieprodukt, fotografiert in einem modernen Studio.

Der Workflow – vom CAD-Modell zum fertigen Bild in fünf Schritten.

Quelle: ©Christian Böhme / VIKA

Was in der Theorie nach viel Aufwand klingt, ist in der Praxis erstaunlich schnell erklärt:

• • 1. Modell öffnen, Ansicht wählen
       Das CAD-Modell liegt in Rhino vor. Der Nutzer positioniert die Kamera so, wie er das Bild später haben möchte – Perspektive, Winkel, Ausschnitt.
    2. Plugin starten
       Ein einziger Button im Rhino-Interface öffnet das VIKA-Plugin. Ein schlichter Dialog mit Textfeldern und Schiebereglern erscheint.
    3. Prompt eingeben
       Der Nutzer beschreibt in freiem Text, wie das Ergebnis aussehen soll. Material, Umgebung, Lichtstimmung, Stil – alles in natürlicher Sprache. Englisch funktioniert am besten, da die KI-Modelle überwiegend auf englischsprachigen Bildbeschreibungen trainiert wurden. Wer möchte, kann zusätzlich einen Negative Prompt angeben – Begriffe, die im Ergebnis vermieden werden sollen, etwa „blurry, low quality, distorted“.
    4. Parameter anpassen
       Über Schieberegler lassen sich Qualitätsstufe, Promptbindung und Modelltreue einstellen.
    5. Rendern
       Ein Klick. Etwa eine Minute Wartezeit. Dann öffnet sich ein Speicherdialog für das fertige PNG-Bild.

Das war’s.

Lokal, sicher, schnell.

Ein Punkt, der in Gesprächen mit Unternehmenspartnern immer wieder auftaucht, ist das Thema Datensicherheit.

CAD-Daten sind oft schutzbedürftig. Konstruktionszeichnungen, Patente, Designentwürfe – das ist geistiges Eigentum.

VIKA ist bewusst als lokales System konzipiert. Der KI-Server läuft auf dem eigenen Rechner, die Berechnung passiert auf der eigenen GPU. Kein Internet, keine externen APIs, keine Daten verlassen das Unternehmensnetzwerk. Die CAD-Geometrie bleibt, wo sie hingehört, beim Konstrukteur.

Auf die eigene Hardware zugeschnittene Arbeitsprozesse, erlauben die optimale Performance. Das eingesetzte Modell – Stable Diffusion XL in Kombination mit ControlNet – ist ein open-source-basiertes Diffusionsmodell, das in der wissenschaftlichen und Entwickler-Community weit verbreitet ist.

Das Rendering-Ergebnis: 1024 × 1024 Pixel, in etwa einer Minute, vollständig lokal.

Zur Einordnung: Traditionelle Rendering-Software braucht für ein vergleichbares Ergebnis – mit Texturierung, Materialzuweisung und Beleuchtungssetup – oft mehrere Stunden Vorbereitung und anschließend weitere Stunden Rechenzeit, je nach Szenenkomplexität und Hardware.

Was die ersten Ergebnisse zeigen.

In ersten Testläufen haben wir verschiedene CAD-Modelle durch den VIKA-Workflow geschickt.

Was dabei immer wieder auffällt ist: Die KI ist kreativ auf eine Art, die überrascht. Man gibt ihr eine Geometrie und einen Kontext und sie füllt das Bild mit Details, die man selbst vielleicht gar nicht explizit beschrieben hätte. Reflexionen auf einer metallischen Oberfläche. Atmosphärisches Licht. Hintergründe, die zur Produktaussage passen.

Das ist natürlich kein Ersatz für professionelle Visualisierung in späten Produktionsphasen. Materialdetails, produktspezifische Oberflächen, dokumentationsgerechte Darstellungen – das bleibt Aufgabe von Rendering-Experten. Aber als Kommunikationsmittel in frühen Entwicklungsphasen, als schnelle Ideenvisualisierung für interne Abstimmungen oder als Gesprächsgrundlage im Kundengespräch? Dafür ist VIKA genau richtig.

Die Vision – Welche Ausbaustufen sind denkbar.

VIKA ist ein Demonstrator, kein fertiges Produkt. Die aktuellen Ergebnisse zeigen ein Potenzial, das wir erst ansatzweise ausgeschöpft haben.

In weiteren Entwicklungsschritten sind folgende Richtungen denkbar; präzisere Tiefenkarten durch direkte Z-Buffer-Integration, Batch-Rendering mehrerer Ansichten in einem Durchlauf, Stilkonsistenz über mehrere Bilder einer Produktfamilie hinweg, oder sogar langfristig gedacht, die Rückübersetzung generierter Bilder in geometrische Grundstrukturen. KI als Brücke vom Modell ins Bild, und vom Bild zurück ins Modell.

Der erste Schritt war aber zu zeigen, dass der Ansatz grundsätzlich funktioniert, und das tut er.

 

Autor: Dipl.-Des. Christian Böhme

Bei Fragen zum Thema wenden Sie sich gern an:

Constance Möhwald
Modellfabrik Virtualisierung
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