Virtueller Steinmetz

Wer von einer freien 3D-Modelling- oder 3D-Animationssoftware spricht, meint in der Regel Blender. Tatsächlich ist dies mit Abstand die leistungsfähigste Open-Source-Anwendung für räumliche Simulationen. Allerdings erschwert Blender dem Anwender mit zahlreichen unter der eigenwillig gestalteten Oberfläche verborgenen Funktionen die Bedienung. Zudem ergibt sich bei der Arbeit mit Blender oft das Problem, dass sich die einzelnen Schritte, die für ein komplexes räumliches Modell erforderlich sind, nachträglich nicht mehr nachvollziehen lassen, geschweige denn verändern.

Ganz anders beim freien Modeller K-3D [1]: Er nutzt eine parametrisches Modelling genannte Technik. Dabei behält der Anwender während des gesamten Bearbeitungsvorgangs alle Arbeitsschritte im Blick und kann auch nachträglich noch Veränderungen vornehmen. Besonders bei komplexen 3D-Szenen, die sehr viele Schritte erfordern, erleichtert das parametrische Prinzip die Arbeit. Daher kommt es auch bei professionellen CAD-Programmen zum Einsatz, mit denen Industriedesigner die Formen von Kaffeemaschinen, Staubsaugern oder Flugzeug- und Autoteilen als Prototypen auf dem Computer entwickeln.

K-3D-Pakete für Suse 10.2 hält Opensuse.org bereit [2], RPMs für Mandriva finden Sie bei Nyvalls.se [3]. Ubuntu enthält ein passendes Paket im Universe-Repository, bei Fedora Core 7 werden Sie in den Extras fündig.

Lange Leitung

Das Grundprinzip des parametrischen Modelling, wie es K-3D benutzt, beruht auf der so genannten Pipeline: Fügt der Anwender beispielsweise einen Würfel in die Szene ein (Reiter Create in der Buttonleiste, erster Schalter von links), dann entstehen in der Node List – also der Übersicht über alle Objekte in der Szene – zwei neue Einträge: ein Poly Cube und ein Poly Cube Instance, obwohl in der Szene selbst wie erwartet nur ein neues Objekt zu sehen ist.

Die Node History unter der Node List zeigt beiden Objekte in einer hierarchischen Abhängigkeit: Der Poly Cube hängt vom Poly Cube Instance ab. Welchen Sinn dies hat, wird klar, wenn Sie den Würfel mit Modifiern verändern: Wählen sie Modify | Mesh | BevelPoints aus dem Menü. Der Würfel in der Szene erhält dadurch abgeschrägte Ecken. In der Node History hat sich der neue Eintrag BevelPoints zwischen den Poly Cube Instance und den Poly Cube geschoben (Abbildung 1).

Abbildung 1: K-3D speichert alle an einem Objekt vorgenommenen Veränderungen in einer so genannten Pipeline. Die Einstellungen für alle Arbeitsschritte lassen sich jederzeit nachträglich anpassen.

Ergänzen Sie einen weiteren Modifier: Modify | Mesh | LinearPointNoise fügt der Position der Eckpunkte des Würfels ein Zufallsrauschen hinzu. Die Node History enthält den zusätzlichen Eintrag LinearPointNoise. Wählen Sie diesen nun aus. Im Node Properties Fenster darunter erscheinen die entsprechenden Einstellungen. Deaktivieren Sie nun nacheinander die Kontrollkästchen Use X, Use Y und Use Z: Damit unterbinden sie die Verschiebung in X-, Y- und Z-Richtung des Koordinatensystems. Aktivieren Sie nun in der Node History den Eintrag BevelPoints. In den Node Properties verändern Sie den Werte des Felds Offset, was die Größe der Abschrägungen verändert.

Wenn sie möchten, können Sie nun den Zufallsfaktor über Use X, Use Y und Use Z wieder einschalten. K-3D wendet die Zufallsverschiebung auf den Körper mit den angepassten Abschrägungen an. Hier kommt das Pipeline-Prinzip zum Tragen: Alle Zwischenschritte zwischen PolyCube und PolyCube Instance addieren sich wie in einer Rohrleitung, in der dass Wasser alle Rohrsegmente nacheinader durchfließt. Anfang und Ende einer Pipeline bilden stets eine geometrische Grundform (Cube = Würfel, Sphere = Kugel, Torus = Ring sowie Polygonal Grid, ein netzförmig unterteilte Fläche) und ein Instance-Objekt. Nur letzteres, die Endstufe der Pipeline, zeigt K-3D in der Szene an. Alle Schritte zwischen Grundform und der Instanz der Grundform lassen sich in der Node History jederzeit zum Anpassen der Parameter auswählen. Daher heißt dieses Modelling-Prinzip auch parametrisches Modelling.

Ab in die Praxis

Um einen Eindruck davon zu bekommen, wie die Pipeline und das parametrische Modellieren in der Praxis funktionen, ist es nun an der Zeit, eine erste Grafik mit K-3D zu erstellen: Das antike Säulenfragment in der Aufmachergrafik entsteht in wenigen Arbeitschritten. Beim Modellieren lernen Sie die Stärken des freien Modellers kennen, stoßen allerdings auch auf einige Schwächen.

Erstellen Sie zunächst mit File | New eine neue, leere Szene. Ein Klick auf das vierte Symbol im Reiter Create in der Schalterleiste fügt ins Zentrum der Szene einen Zylinder ein. Noch schneller geht es durch einen Druck auf [F6]. Ein Klick auf das Ring-Symbol (rechtes Symbol der ersten Button-Gruppe im Reiter Create) fügt einen Ring ein, der für den Sockel der Säule bereits richtig skaliert ist. Allerdings sitzt er in der Mitte des Zylinders, nicht, wie er sollte, am unteren Ende. Da sich der Zylinder zur Hälfte unterhalb der als Gitter dargestellten Bodenebene befindet, ziehen wir ihn nach oben und belassen den Ring an der Stelle, an der er sich nach dem Einfügen befindet.