# Technische Modellierungsansätze

erstellt von: Werner Pötzelberger
erstellt am: 08.03.2006 geändert am: 09.12.2008 Modul-ID: 13304
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Keywords
3D-Grafik Modellierung Polygone Nurbs parametrische Modellierung Subdivision-Flächen Primitives Boolsche Operationen Displacement-Maps Metaballs

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Vorbemerkung

Modellierung zählt neben Animation und Rendering zu den Kernbereichen der Computeranimation. Ähnlich wie in den zwei anderen Bereichen stehen je nach Anwendungsgebiet und Anforderung viele unterschiedliche Zugänge zur Verfügung. Für Computeranimationen werden andere Modellierungswerkzeuge und auch andere Softwarepakete eingesetzt als z.B. im CAD-Bereich, wo aus den Daten reale Objekte erzeugt werden. Bei Modellen für Echtzeitanwendungen muss besonders auf die Topologie der Geometrie geachtet werden und es können ausschließlich Polygone eingesetzt werden. Im CAD-Bereich werden andere Geometriebeschreibungen verwendet.

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Geometriebeschreibung

Die gängigen 3d-Computeranimationsprogramme bieten Nurbs, Polygone und Subdivision-Flächen an und können Objekte von einer Geometriebeschreibung in eine andere konvertieren. Exporter oder eigenständige Konvertierungsprogramme wie z.B.: Polytrans oder Deep Exploration können Geometriebeschreibungen umwandeln.

| Polygon: Objekte werden durch ein Netz aus planaren Dreiecks-Flächen beschrieben. Software: 3ds max, Maya, Cinama4d, Softimage, .... mehr Details zu Polygone
| Nurbs: (NonUniform Rational B-Spline) Aus Nurbs-Kurven werden sogenannte Freiformflächen (im Raum frei schwingende Fläche) definiert. Die generierte Nurbs-Fläche kann durch Kontrollpunkte (CVs – Control Vertices) weiter bearbeitet werden. Software: Rhinoceros, Maya, 3ds max, Softimage, .... mehr Details zu Nurbs
| Subdivision-Flächen: Subdivision-Flächen sind eine Kombination aus Nurbs- und Polygoneigenschaften. Die organischen Modelliereigenschaften der Nurbsflächen werden mit den umfangreichen Polygonbearbeitungswerkzeugen verknüpft. Software: Maya, 3ds max, Cinam4d, Softimage, ... mehr Details zu Subdivision Flächen

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Modellierung mit Primitives

| Durch Kombinieren von Primitives (Standardgrundkörpern) wie Kugel, Würfel, Zylinder, Kegel oder Torus werden Objekte zusammengestellt. Grundkörper besitzen Attribute wie Radius oder Unterteilung. Softwarepakete wie 3dsmax, Cinama4d oder Maya stellen Nurbs-, Polygon- und Subdivision-Primitives zur Verfügung. mehr Details zu Modellierung mit Primitives

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Modellierung mit Boolschen Operatoren

| Flächen bzw. Objekte werden vereinigt (union), geschnitten (intersection) und abgezogen (difference). Bei Polygonobjekten entstehen zum Teil problematische Netzstrukturen. Boolsche Operationen bei Nurbsflächen werden exakt bearbeitet und liefern meist die besseren Ergebnisse. mehr Details zu Boolsche Operationen

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Flächen aus Kurven

| Hier gibt es Kurven, die anschließend um eine Achse rotiert werden (Rotationskörper), entlang eines Pfades extrudiert oder geloftet werden oder an so genannten Rail-Kurven gezogen werden. Es entstehen Extrusions-, Loftobjekte, Rail-Flächen oder Patches. Aus Kurven können sowohl Nurbs, Polygone, als auch Subdivision-Flächen erzeugt werden. Je nach Software stehen entweder Bézier-Kurven und/oder Nurbs-Kurven zur Verfügung. Bézier-Kurven Nurbs-Kurven Flächen aus Kurven Bézier-Patches

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Modellierung mit Deformer

| Hier werden Objekte mit strukturverändernden Operatoren wie Biegen, Verdrehen oder Verjüngen verändert. Ein Beispiel für eine lineare Transformation wäre das Bewegen eines Objektes entlang einer Achse. Bei einer nichtlinearen Transformation wird das Objekt ungleichmäßig verändert. Deformer werden sowohl beim Modellieren, als auch beim Animieren eingesetzt. Details zu Modellieren mit Deformer

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Low-Polygon-Modellierung

| Wie der Name schon zu verstehen gibt, handelt es sich um eine Modellierungstechnik ausschließlich für Polygone. Unterteilte Polygongrundkörper wie Quader, Zylinder oder Kugeln werden durch Polygonbearbeitungswerkzeuge modelliert. Polygone werden unterteilt, extrudiert, geschnitten und verbunden, bis die gewünschte Form erreicht ist. Dabei wird versucht, sich durch möglichst wenig Geometrie (Dreiecke) der Form anzunähern. Die Technik wird besonders für Echtzeitanwendungen eingesetzt. Polygone Low-Polygon-Modellierung Box-Modellierung

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High-Polygon-Modellierung

| High-Polygon-Modellierung ist eine Variante des Polygonmodellierens, die im Gegensatz zu Low-Polygon-Modellierung den Ansatz verfolgt, so viele Details, wie möglich in die Geometrie zu packen. Die Anzahl der Polygone ist dabei nicht definiert. Durch weitere Subdivisions werden hochauflösende und detailreiche Modelle generiert. Subdivision-Flächen sind speziell für High-Polygon-Modellierung entwickelt worden. High-Polygon-Modellierung Subdivision-Flächen

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Modellieren mit Displacement-Maps

| Displacement Maps sind in den meisten Fällen Graustufenbilder, die benutzt werden, um eine Freiform- Oberfläche oder ein Polygon an jedem Punkt in der Richtung seiner lokalen Normalen zu verschieben. Displacement Maps produzieren ähnliche Effekte wie Bump Maps. Details zu Displacement-Map Vergleich Bump-Mapping / Displacement

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Modellieren mit Metaballs

| Metaballs, auch sehr häufig als Blobs bezeichnet (Binary Large Objects), sind polygonale Flächenannäherungen an eine isometrische Oberfläche. Diese Technik ähnelt sehr additiven Modellierungsverfahren wie Arbeiten mit Ton oder Knetmasse. Diverse Grundkörper werden zur finalen Form addiert. Details zu Metaballs

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Parametrische Modellierung

| Parametrisches Modellieren ist eine konstruktive Methode zur Erstellung von 3d-Modellen und ein eigener, großer Bereich der 3d-Konstruktion. Ein Überbegriff dafür ist CAD. (Computer Aided Design). Details zu Parametrische Modellierung