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© The LEGO Group

Mit LeoCAD Lego-Modelle entwerfen

Klötzchenwelt

Computer Aided Design muss nicht immer staubtrocken sein: Mit LeoCAD erstellen Sie aus Lego-Bausteinen raffinierte Modelle am Bildschirm.

Bereits seit 1947 stellt die dänische Firma Lego Group ihre beliebten farbigen Bauklötze aus Kunststoff her. Ursprünglich nur für Kinder gedacht, genießt Lego inzwischen als kreatives Spielzeug für Jung und Alt gesellschaftliche Akzeptanz. Die Größe und die Ausführung der einzelnen Bausteine orientiert sich nach Themenwelten und Altersgruppen – je älter die anvisierte Zielgruppe, desto kleinteiliger, spezifischer und vielfältiger fallen die Bauelemente aus. Von großem Vorteil ist dabei, dass sich alle verfügbaren Elemente miteinander kombinieren lassen: Somit sind der Fantasie keinerlei Grenzen gesetzt.

Erwacht beim Erwachsenen die Sehnsucht nach den heißgeliebten Steckbausteinen wieder, beginnt meist kurz darauf das Durchforsten der eigenen (oder auch elterlichen) Abstellkammer. Im Erfolgsfall stellt sich schnell heraus, dass man stets zu wenige passende Bausteine für das angepeilte Bauvorhaben besitzt. Fehlen Teile in einer bestimmten Farbe oder Größe, bleiben als Alternativen nur Kompromisse am Modell oder der Nachkauf der fraglichen Klötzchen.

Wie in der Baubranche üblich, geht Letzteres heutzutage recht schnell ins Geld. Obendrein sind einige Bauteile vergleichsweise selten geworden, werden nicht in der gewünschten Farbe produziert oder sind nicht mehr in den aktuell verkauften Bausätzen enthalten. Abhilfe schaffen hier beispielsweise Pick a Brick, Legos Service zur individuellen Nachbestellung einzelner Teile in (fast) jeder gewünschten Farbe und Menge, oder BrickLink [1], eine internationale Handelsplattform für Bausteine und Modelle.

Lego und Elektronik

In der zweiten Hälfte der 90er-Jahre ergänzte Lego sein System um Elektronikkomponenten, zunächst unter der Bezeichnung "Lego Technik Computer Control". Dieser Bereich ging um die Jahrtausendwende in der Kategorie Robotik auf und nennt sich seitdem "Lego Mindstorms". Den entsprechenden Baustein zum Programmieren und Steuern von Motoren, Leuchten und Pneumatikelementen nannte Lego ursprünglich "Robotic Command Explorer" (RCX), seit 2006 heißt er "Lego Mindstorms NXT". NXT lässt sich beispielsweise mithilfe der Software TuxMinds [9] programmieren. Ein entsprechendes DEB-Paket gibt es zwar nicht, die Software läuft aber problemlos unter Linux.

Seit 2013 heißt der Steuerbaustein "Mindstorms Evolution 3" (EV3), bleibt aber kompatibel zum Vorgänger NXT. Sowohl NXT als auch EV3 verwenden die gleiche Hardwarebasis und setzen jeweils auf einem ARM-Prozessor auf. Als Software kommt von Haus aus ein Linux-Derivat zum Einsatz, gegebenenfalls bestücken Sie die Speicherkarte auch direkt mit Debian [10]. Parallel dazu gibt es die Alternativentwicklung Ev3dev [11], die es ermöglicht, vorbereitete Images für Linux, Mac OS X und Windows einzubinden.

Ein Modell zusammenklicken

Für klamme Baumeister, mobile Tüftler und vorausschauend Planende lohnt sich in jedem Fall der Blick ins Softwareregal: Hier wartet das freie, grafische Programm LeoCAD [2] auf seinen Einsatz, mit dem Sie das gewünschte Modell am Bildschirm zusammenklicken können. Das schont nicht nur das Budget, es entfällt auch das sehnsuchtsvolle Warten auf eine Nachlieferung fehlender Bausteine.

Sie benötigen jedoch etwas Geduld und Geschick, um die virtuellen Steinchen an der richtigen Position miteinander zu verankern, sowie ein entsprechendes Vorstellungsvermögen, um das Modell im dreidimensionalen Raum zusammenzustellen. Dafür bietet LeoCAD alles, um das Modell nach Belieben um alle Achsen im Raum zu drehen, in der Ansicht zu vergrößern, mit Lichteffekten oder einem Hintergrundbild zu versehen und die Modelldaten auch für die Weiterverarbeitung durch Renderingprogramme wie Povray [3], WaveFront oder 3DStudio vorzubereiten [4].

An Software benötigen Sie neben LeoCAD noch die Bibliothek LDraw [5], die den in LeoCAD verfügbaren Umfang an Bausteinen erheblich vervollständigt. Darüber hinaus bezeichnet LDraw einen offenen Standard für Lego-CAD-Programme zur Erstellung von Modellen, dazu passender Bauanleitungen und Animationen. Allerdings steht die Bibliothek nicht unter einer freien Lizenz zur Verfügung.

Pakete für LeoCAD und LDraw finden Sie beispielsweise in den Repositories von Debian und Ubuntu. LDraw liegt im Paket ldraw-parts im Bereich "Non-free" beziehungsweise "Multiverse" vor.

Einstieg in LeoCAD

Das GUI-Programm LeoCAD setzt sich in der Bedienung aus drei Komponenten zusammen: einer Icon- und Menüleiste oben, einem zentral angeordneten Modellbild mit Koordinatensystem (Gitter) sowie einem Auswahlfeld mit Liste, drehbarem Vorschaubild des Bausteins samt Suchfeld und drei Farbpaletten (rechts). Letztere umfassen sowohl die Standardfarben als auch Zwischentöne und die Option für Transparenz. Die drei Farbpaletten mit Solid Colors (oben), Special Colors (unten) und Translucent Colors (mittig) stehen für alle Bausteine uneingeschränkt zur Verfügung. Die meisten Aktionen erreichen Sie sowohl über einen Menüpunkt als auch über ein Icon. Als Dreh- und Angelpunkt für das Konstruieren dient das Modellbild in der Mitte des Programmfensters. Es zeigt zu Beginn eine leere, transparente Fläche mit angedeuteten Noppen. Diese Rasterfläche passt sich automatisch der Modellgröße an (Abbildung 1).

Abbildung 1: In der ersten Baustufe erhält unser Beispiel-Tux seine charakteristischen gelben Füße.

Anhand eines kleinen Tux-Modells stellen wir nachfolgend die Möglichkeiten von LeoCAD Stück für Stück vor. Für den ersten Bauabschnitt, die charakteristischen gelben Füße, wählen Sie im Auswahlfeld aus der oberen Farbpalette ("Solid Colors") zunächst das entsprechende Rechteck aus. Danach wählen Sie aus der Kategorie Plate eine Platte der Größe 2x3 und fügen sie mittels [Einfg] dem Modell hinzu. Alternativ nutzen Sie den Menüpunkt Piece | Insert oder das Icon mit dem grauen Baustein links neben der Glühbirne.

Für das Bäuchlein des Pinguins benötigen Sie nun drei Bausteine in Weiß – zwei abgeschrägte Blöcke der Größe 2x2 und eine kleine Platte dazwischen. Wählen Sie zunächst Weiß aus der Farbpalette, danach den Baustein Slope Brick 45 2x2 inverted. Tragen Sie dazu den Text inverted in das Suchfeld unter dem Auswahlfeld ein, um die Liste der Bausteine passend zu filtern. Im Suchfeld spielen Groß- und Kleinschreibung der Begriffe keine Rolle, wohl aber Leerzeichen. Offensichtlich betrachtet LeoCAD die Eingabe als einzige, vollständige Zeichenkette.

Nachdem Sie den invertierten Baustein mittels [Einfg] dem Modell hinzugefügt haben, drehen Sie ihn mithilfe des blauen Doppelpfeils um die senkrechte Achse in Position. Klicken Sie dazu mit der linken Maustaste auf den Pfeil und halten Sie während der Drehung nach rechts die Maustaste gedrückt, bis der Stein um 90 Grad einrastet. Danach klicken Sie mit der linken Maustaste auf den senkrechten, blauen Pfeil und schieben den Baustein nach unten, bis er bündig auf der gelben Platte aufsetzt. Sinngemäß ebenso verfahren Sie mit den beiden Bausteinen Plate 2x2 und Slope Brick 45 2x2.

Rücken und Flügel von Tux sind schwarz. Daher benötigen Sie einen Baustein der Größe 2x2 (Brick 1x2), eine kleine Platte (Plate 2x1) sowie zwei abgeschrägte Bausteine der Größe 1x3 (Slope Brick 33 3x1) für die beiden Flügel. Um diese besser positionieren zu können, drehen Sie zuvor das Modell um etwa 90 Grad im Uhrzeigersinn. Dazu klicken Sie auf das Icon mit dem Kreis und den drei Pfeilen. Daraufhin erscheint ein Kreis mit vier Quadraten, die eine Drehung um die jeweilige Achse ermöglichen (Abbildung 2). Halten Sie die linke Maustaste gedrückt, um die Drehung vorzunehmen. Sie können das Modell von allen Seiten betrachten, um die ideale Einfügeposition für den Baustein zu finden.

Abbildung 2: Ein hübscher Rücken … bildet die Baustufe 2 des Tux-Modells.

Nun braucht das Tux-Modell nur noch einen Kopf. Er besteht aus neun Bausteinen – drei kleinen Platten der Größe 2x2 (zweimal schwarz und einmal gelb), einem schwarzen Baustein der Größe 1x2, einer schwarzen, kleinen Platte der Größe 1x2 sowie zwei weißen Bausteinen der Größe 1x1 samt den Augen (Brick 1x1 with Headlight). Die Augen bestehen aus zwei schwarzen, runden Platten (Plate 1x1 round), die Sie vorn an die beiden weißen Bausteine aufstecken (Abbildung 3).

Abbildung 3: Im dritten Schritt vollenden Sie das Tux-Modell mit dem Bau des Kopfs.

Nach der Vollendung speichern Sie das Modell über die Menüleiste als Datei oder exportieren es in ein anderes Format (File | Export). Zur Auswahl stehen neben Formaten für Renderer auch Webseiten (HTML/PNG), kommaseparierte Listen (CSV) und eine spezifische Zusammenstellung für die Handelsplattform BrickLink.

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