GRUNDLAGENDER MEDIENTECHNIK

Digitaler 3D-Modellbau3D-Modeling

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Albrecht 15. Dezember 1998

Inhalt der Vorlesung

Termin InhaltOktober 3 Einführung,

Grundlagen der RechentechnikNovember 3 Internet und Web-Design,

Digitale Bilder

Kurswoche

Dezember 3 Bildbearbeitung, 3D-Modeling Kurswoche

Januar 2 Rendering, CAD/CAM und RPT Projektwoche.

Vorlesungsfreie Zeit/Projektwochen/Prüfungen22. Januar bis 31. März 1999

April 3 Text- u. Layout, Grafikdesign,Mai 3 Digitaler Modellbau, Rapid-

Prototyping, Virtuelle Realität

Kurswoche

Juni 3 Multimedia, Video, Beleg Kurswoche

Digitaler 3D-Modellbau

1. Was ist digitaler 3D-Modellbau

2. Grundlagen

3. Anwendungen

4. Marktübersicht Software-Systeme

5. Softwarekurse zu 3D-Modeling

6. Perspektiven

1. Digitaler 3D-Modellbau

Grafik DesignTechnischeZeichnung

Rechnerinternes Modell

MaßgerechtKonstruktion, CAD

FreihandVirtuelle Realität

2D 3D 2D 3D

3D-Modeling

1. Unterschiede bei 3D-Modeling

Maßgerecht konstruierte Modelle (CAD)

- Objekte mit exakten Maßen - Exakte Anschlüsse, Paßfähigkeit - Technische Zeichnungen mit Bemaßungen - Anwendungsfall: Mechanische Produktion

Freihand gestaltete Modelle (VR)

- Objekte in fotorealistischer Umgebung - Optische Wirkung entscheidend - Anwendungsfall: Virtuelle Welten

1. Was ist VR-Modeling ?

VR = Virtuelle Realität: Objekte in Welt VR benötigt immer 3D-Modelle ! VR-Modeling hat das Ziel: Schaffung

virtueller, digitaler Produkte / Welten Modellqualität:

Fotorealistische, visuelle Wirkung Zu VR-Modeling gehören: 3D-Modeling,

Rendering, Animation, Interaktion

1. Was ist CAD-Modeling ?

CAD = Computer Aided Design: Objekte CAD benötigt maßgerechte 2D + 3D Mod. CAD ist die digitale Entwurfsphase

der rechnergesteuerten Produktion: CAM Modellqualität: Maßgerecht und paßfähig Zum CAD-Modeling gehören:

2D- und 3D-Modellbau sowie Rendering Modeling am Beispiel von CAD >> b.w.

1. So funktionieren CAD und VR

2D-Modell

3D-Modell

Rendering

Animation

RapidPrototyping

CAM

VR

CAD

1. Was ist 3D-Modeling

Ziel: Rechnerinterne 3D-Modelle Zwei Arten von Modellen:

1. Maßgerecht konstruierte Modelle 2. Freihand gestaltete Modelle

Dafür: Unterschiedliche Software ! Unterschiedliche Arbeitsweise !

Die Schrittfolge aber ist gleich: >> 2-D-Modeling >> 3D-Modeling >> >> Rendering >> Animation

1. Vorteile von 3D-Modellen

3D-Modell

Modifizieren Zeichnungen Ansichten Rendern: Foto Animieren: Video Prototyp Steuern:Produktion

1. Verwendung der 3D-Modelle

3D-Modell

CAD/CAM R. Prototyping Virtuelle Welten Präsentation Multimedia Internet Grafik Design

1. Modeling, Fachbegriffe

Begriff.

ErklärungObjekt Baustein eines digitalen ModellsGenerieren Erzeugen von Objekten/ModellenEditieren Veränderung von Objekten/ModellenModell Nachbildung des ArbeitsgegenstandesRechnerinternes Modell Digitales Modell des Arbeitsgegenst.Geometriemodell Geometrische Abmessungen des AGMaßstab des Modells Möglichst immer 1:1Rendering Geometriemodell + Farbe Licht TexturAnimation Bewegung eines 2D-oder 3D-ModellsRapid Prototyping Umsetzung des digitalen Modells

in ein physisches Modell oder ProduktVR Virtuelle Realität, Virtuelle WeltenEntwurf Ergebnis des GEP (Gest. Entw. Proz.)

2. Grundlagen Modeling I

CAD-Ergebnis:

- 2D-, 3D-Modelle für den CAM-Prozeß

- Digitaler Modellbau

- Präsentation:

>> Nebenwirkung für Ingenieure

>> Hauptarbeitsfeld für Designer !! Vector- und Pixelgrafik =>

Objekt oder kein Objekt !! DEMO

2. Pixel- und Vectorgrafik

Pixelgrafik Vectorgrafik

AP

Q

2. Grundlagen Modeling II

CAD-Prinzip -> 2D/3D-Montage DEMO

Wie groß ist das Bausteinsortiment ? Unterschied zwischen Reißbrett und

CAD:

Analoges Zeichnen <-> digitale Montage 3 Bereiche: 2D, 3D, Rendering DEMO

- 2D/3D-Modellbau: Zeitaufwand !!

- Rendering ist Präsentation >> Design

2. Grundlagen Modeling III

Unterschied 2D und 3D DEMO2D.dwg

- Bild = 3D-Ansicht oder 3D-Modell? =>

- Nur festzustellen mit Rechner oder CAM Animation 2D, 3D -> Modell oder Real. ?? 3 Klassen v. 3D-Modellen DEMOmod.dwg

- Kanten, Flächen, Volumenmodell =>

- Normalfall: Hybridmodell

- Spez. Generierungs und Editierverfahren

2. 3D-Ansicht oder 3D-Modell?

2. Kanten-, Flächen, Volumenmodell

2. Kanten-, Flächen, Volumenmodell

2. Grundlagen Modeling IV

Boolsche Operationen DEMObool.dwg

- Generieren und Editieren mit B.O.

- Vorwiegend bei Volumenmodellen

2. Grundlagen Modeling V

Was ist Rendering ?

- Kamera

- Licht

- Material

- (Animation) 3D-Studio MAX und ALIAS Gesonderte Vorlesung: RENDERING

2. Grundlagen Modeling VI

CAD/CAM: Spezialbereich IT => der Rechneranwendung

CAD in der Wirtschaft =>

- CAD nur mit CAM effektiv

- CAD/CAM ist Realität, CIM nicht

- Arbeitsteilung am gleichen RIModell

- CAD: Workflow über Datennetz Gesonderte Vorlesung: CAD/CAM

3. Bereiche für Rechnereinsatz Bereich PC WS SC

Verwaltung / Büro

Datenbanken

Kommunikation

Textverarbeitung

Desk-Top-Publishing

Grafikdesign

Bildverarbeitung

CAD

CAM

CIM

Multimedia

Animation

Virtuelle Realität

Messen, Steuern, Regeln

KI und Expertensysteme

Simulation

3. CAD in der Wirtschaft

3. CAD-Anwendungen

CAD + CAM + XXX = CIM => Generierung von *RIM* für CAM Mustervorlagen für Webmaschinen Zuschnitte für Möbelherstellung Entwürfe von Produkten Architektur-Entwürfe Fotorealistische Präsentationen Herstellung Technischer Zeichnungen

3. Anwendung 3D-Modelle

3D-Modell

CAD/CAM R. Prototyping Virtuelle Welten Präsentation Multimedia Internet Grafik Design

3. Vor-/Nacht. digitaler Modellbau

Vorteile Nachteile

Produktivitätssteigerung Hohe Investkosten pro ArbeitsplatzKosteneinsparungen Hohe Qualifikation der BedienerQualitätssteigerung Hohe Betriebs- und WartungskostenEinfache Korrekturen Erneuerungsrate Hard- und SoftwareHohe Flexibilität Freisetzung von ArbeitskräftenKonkurrenzfähig

4. Marktübersicht CAD-Systeme

Haupttanwendung CAD: Mechanik, Architektur, Elektronik =>

Deutscher Markt 1996: 1,65 Mia. DM 55 Systeme 11/1996 im Angebot

davon 42 auch für Windows

Macintosh spielt bei CAD keine Rolle

4. Marktübersicht CAD-Systeme

4. CAD-Systeme WS+UNIX

Hersteller Name

Computervision Medusa*, CADDS 5 EDS Unigraphics Unigraphics* Hewlett Packard HP/PE SolidDesigner IBM CATIA* Intergraph Solid Edge Matra Datavision Euclid 3 Parametric Technology Pro/ENGENEER* Silicon Graphics ALIAS * auch unter Windows NT

4. CAD-Systeme PC+Windows

Hersteller Name

Applicon Bravo* Autodesk AutoCAD Mechanical Desktop Bentley Microstation 95 / Modeler* CADKEY Inc. CADKEY Professional Mensch und Maschine Genius 13.1Solid Works Solid Works 96 * auch unter UNIX

4. Marktübersicht VR-Systeme

Neuer Anwendungsfall: Objekte in Welt Markt sehr in Bewegung, Innovativ Modernere Softwarephilosophie als CAD Neue Interaktionsverfahren u. Werkzeuge VR-Modell auf CAD-System übertragen:

Schwierig bis unmöglich !! >> anders herum: Im Prinzip JA !

Macintosh für 3D-Modeling ... Warum ?

4. Software für VR-Modeling

Hersteller Name

Kinetix 3D Studio MAX 2.5 MetaCreation Bryce 3D Neon Grafix 3D 3D Life Grafix Maxon Cinema 4D XL MetaCreation Ray Dream Studio Microsoft Softimage 3D Literatur: c’t 1998, Heft 2 und Heft 16

5. Softwarekurse im MZ

Grafik-Design

TextverarbeitungLayoutgestaltung

Bildbearbeitung

GRAFIK-DESIGN 2D-Konstruktion

KONSTRUKTION

Rendering

3D-Konstruktion

5. Software-Kurse 3D-Modeling

Drei aufeinander aufbauende Kurse 2D-, 3D-Konstruktion, Rendering =>

Rendering mit 3D-Studio MAX Nur Einführung, aber je 100 Stunden

erforderlich, bis zu selbständiger Arbeit Aufbaustudiengang DEM: Hanisch Crash-Kurs: 3D-Studio MAX: AL/Hanisch

5. Software AutoCAD 13 C4

Das System läuft auf allen PC’s im Pool Betriebssystem Windows NT Schulversion, C4-Patch, 03.01.1996 Warum verwenden wir AutoCAD ?

- Weltweiter Marktführer PC-CAD

- Viele Systemapplikationen

- Teuer: Vollversion 7.500 DM (ACAD 14)

6. Perspektiven 3D-Modeling

30 Jahre Entwicklung: Ausgereifte Tools, Schwerpunkt CAD

Hauptproblem: Manipulation im 3D-Raum Neu: Software für virtuelle Welten VR sehr hohes Innovationspotential !! Von WS zu PC mit Windows NT/2000 3D-Modeling: Grundlage der meisten

Rechneranwendungen im Design !!

Zusammenfassung IZusammenfassung:Rechnergestützter Entwurf: CAD I

Aspekt Inhalt

Was ist CAD ? CAD = Computer Aided Design= Rechnergestützter Entwurf, Ziel ist das RIM

CAD bedeutet: Maßgerechte Generierung von zwei- und dreidimensionalen, rechnerinternen Modellen

CAD hat drei Aspekte: 2D-, 3D-Modellierung und RenderingRendering: Für Designer größere Bedeutung als f. IngenieureWelche Bereiche des Rechnereinsatzes

gibt es außer CAD ?

CAD-Anwendung - CAD + CAM +XXX = CIM- CAD ist Vorstufe von CAM- Digitale Mustervorlagen für Jacquard-Webmaschine- Die Technische Zeichnung ist nur ein Nebenprodukt !

CAD-Anwendungsbeispiel ?

CAD-Grundlagen - Unterschied Vektor- und Pixelgrafik = Objekte oder nicht ! CAD ist Vectorgrafik, objektorientiert

- Generierungsprinzip bei CAD ist die Montage von Objekten- Wichtig sind: Objektsortiment, Generierungsverfahren, Editiermöglichkeit, Konstruktions- und Darstellungshilfen Was ist der Unterschied zwischen CAD und Reißbrett ? Nennen Sie 2D-Objekte, die als Bausteine montiert werden ?

Technischer Stand Man unterscheidet:CAD-Systeme auf Workstations unter UNIX

Beispiel: CATIA, Pro Engineer, ALIASCAD-Systeme auf PC unter Windows NT

Beispiel: Bravo, AutoCAD, MicroStation Mit welchen Systemen arbeiten wir an der Burg ?

Vorlesung im Netz unter: X:\1KURSE\ALBRECHT\VORLESUNG\CAD\cad.ppt

Zusammenfassung IIZusammenfassung:Rechnergestützter Entwurf: CAD II

Aspekt Inhalt

CAD-Grundlagen - Unterschied: 3D-Ansicht (= 2d = Bild) und 3D Modell (= 3d)- Drei Klassen von 3D-Modellen: Kanten-, Flächen- und Volumenmodellen. Unterschiede? Normalfall: Hybridmodell- Rendering von 3D-Modellen bedeutet: Kamera, Licht und Material (Animation ist fast Nebenwirkung !)- Generieren und Editieren mit Boolsche Operationen Was ist ein Hybridmodell und wann kann ich es rendern ?

CAD/CAMin der Wirtschaft

- CAD funktioniert sinnvoll nur als CAD/CAM- Zwei Prozesse kreuzen sich: CAD/CAM und PPS- Arbeitsteilung mindestens: Konstruktion, Technologie,

Verfahrenstechnik und Design- Workflow der Entwicklung mit Datennetz- Vorteile: Flexibel, Effektivität, Qualität- Nachteile: Qualifikation, Investitionen, Wartung, Update

CAD/CAM-Anwendungsbeispiel ?

CAD Perspektiven - Nach 30 Jahren Entwicklung: Ausgereifte Softwaretools- Probleme: Numerische Eingabe, Manipulation im Raum

Echtzeitmanipulation mit gerenderten Modellen- Tendenz: 2D- und 3D-Modellierung auf PC-Systemen

3D-Modelle im Grafikdesign

CAD an der Burg Verschiedene Angebote, u.a.:MT. Grundlagen: Softwarekurse und profess. 3D-Entwurf

mit AutoCAD und SGI/ALIASInnenarchitektur: Spez. PC-Software, 2D-, 3D-ModelleMode Textil: Programmierung Jaqucard-Webmaschine

Das Letzte ... vom 14.05.98

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AL/061298