Kartographische Studienarbeit

Kartographische Studienarbeit

Alternative Modellierung mit Blender 3D Wintersemester 2006/2007

Fachbereich VI

Geographie/Geowissenschaften

Leitung: Prof. Dr. Jürgen Bollmann, Dr. Andreas Müller

Rainer Lutz, 773761

Inhaltsverzeichnis 1 Einführung

1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Was ist Blender 3D? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 Grundlagen

2.1 Programmoberäche . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1 Die 3D-Ansicht (3D View) . . . . . . . . . 2.1.2 Das Einstellungsfenster (Buttons Window) 2.1.3 Der UV Editor (UV/Image Editor) . . . . 2.1.4 Speichern und Laden von Projektdateien . 2.2 Steuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 Navigation in der 3D-Ansicht . . . . . . . 2.2.2 Interaktion mit Objekten . . . . . . . . .

3 Stadt- und Landschaftsmodellierung

3.1 Modellierung von Gelände . . . . . . 3.2 Modellierung von Objekten . . . . . 3.2.1 Erstellen von neuen Objekten 3.2.2 Modellierungstechniken . . . 3.3 Materialien und Texturen . . . . . . 3.3.1 Materialien . . . . . . . . . . 3.3.2 Texturen . . . . . . . . . . . 3.3.3 UV Mapping . . . . . . . . . 3.4 Beleuchtung . . . . . . . . . . . . . . 3.5 Animationen . . . . . . . . . . . . . 3.6 Echtzeitvisualisierung . . . . . . . .

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4 Datenaustausch mit Geoinformationssystemen

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4 5

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7 8 14 16 17 19 20 22

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4.1 Vektorgeometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.2 Rastergraken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.3 3D Modelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

5 Vergleich mit 3D Studio Max

5.1 Allgemein . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1 Vorteile . . . . . . . . . . . . 5.1.2 Nachteile . . . . . . . . . . . 5.2 Eigenschaften im direkten Vergleich . 5.2.1 Modellierung . . . . . . . . . 5.2.2 Virtuelle Knotenpunkte . . .

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6 Abbildungsverzeichnis

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7 Tabellenverzeichnis

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8 Literaturverzeichnis

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1 Einführung

1.1 Motivation Die Grundidee dieser Studienarbeit wurde im Rahmen des kartographischen Projektstudiums entwickelt. Dort wurden alle benötigten 3D-Testbilder mit der Open Source Software Blender 3D modelliert bzw. gerendert und nicht wie in den anderen Projekten die Programme 3D Studio Max oder Virtools verwendet. Dies hatte den Vorteil auch an Computern arbeiten zu können, an denen keine der oben genannten kommerziellen Programme installiert waren. Da die Modellierung ohne Probleme verlief, will ich in dieser Studienarbeit Blender 3D als ein alternatives Modellierungswerkzeug vorstellen, um auch anderen Studenten die Möglichkeit zu geben sich für diese Software zu entscheiden. Da ich schon ein wenig länger mit Blender arbeite und es ebenfalls als Open Source Software zu schätzen gelernt habe, werde ich versuchen dieses Programm und dessen wichtigste Funktionen möglichst detailliert und verständlich zu beschreiben. Vorweg sei allerdings noch gesagt, dass diese Studientarbeit nicht eines der oben erwähnten kommerziellen Programme als schlecht oder weniger gut degradiert, sondern nur, wie bereits erwähnt, als eine Entscheidungshilfe dienen soll. Haben Sie Fragen, Kritik oder Anregungen, so können Sie mir auch gerne per E-Mail unter folgender Adresse kontaktieren: [email protected]

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1.2 Was ist Blender 3D? Folgende Zeilen wurden der Startseite von http://www.blender.org entnommen: Blender is the free open source 3D content creation suite, available for all major operating systems under the GNU General Public License. [1] Diese zugegebenermaÿen relativ kurze Beschreibung spiegelt in keinster Weise den Funktionsumfang von Blender 3D wieder, liefert allerdings aber Informationen zur Lizenz und den unterstützten Betriebssystemen. Blender steht unter der GNU General Public License1 , was kurz gesagt meint, dass Blender nicht nur frei und für jedermann verfügbar ist, sondern auch dessen Quellcode komplett eingesehen und ebenfalls nach eigenen Vorstellungen verändert werden darf. Wie bereits in der oben aufgeführten Beschreibung erwähnt, unterstützt Blender eine Vielzahl von verschiedenen Betriebssystemen. Nachfolgend sehen Sie eine Liste der wichtigsten: • Windows 98, ME, 2000, XP oder Vista • Mac OS X ab Version 10.2 • Linux 2.2.5 i386 • Linux 2.3.2 PPC • FreeBSD 6.2 i386 • Irix 6.5 mips3d • Solaris 2.8 sparc

Charakterisieren wir Blender nun ein ein wenig genauer: Blender ist ein 3D-Modellierungswerkzeug, das eine Vielzahl von Funktionen zur Manipulation, Texturierung, Animation sowie zum Rendern von dreidimensionalen Objekten zur Verfügung stellt. Zudem kann Blender verschiedene physikalische Eekte erzeugen, wie beispielsweise die Simulation von Feuer oder Wasser. Ebenfalls ist in das Programm eine sogenannte Game Engine integriert, die es dem Benutzer erlaubt, eigene Echtzeitanwendungen zu erstellen, welche wahlweise auch physikalisch beeinussbar sein können. Blender kann mit einer beachtlichen Anzahl an Datenformaten umgehen, so dass auch eine Weiterverarbeitung von Daten anderer Programme möglich ist oder aktuelle Ergebnisse dort integriert werden können. 1

von der Free Software Foundation herausgegebene Lizenz mit Copyleft für die Lizenzierung freier Software, wobei Copyleft ein Verfahren ist, das Urheberrecht zu verwenden, um eine unbeschränkte Verbreitung von Kopien und veränderten Versionen eines Werkes zu ermöglichen [7]

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Allerdings erfordert Blender eine gewisse Einarbeitungszeit, da beispielsweise viele Kommandos nur oder wesentlich schneller über die Tastatur erreicht werden können. Investiert man allerdings ein wenig Zeit in die anfangs etwas verwirrende Steuerung und hat man sich erst einmal an die zunächst ungewohnte Oberäche gewöhnt, so kann man recht schnell ganz gute Ergebnisse erzielen. An dieser Stelle noch ein kurzes Wort zur verwendeten Blender Version: Für diese Studienarbeit wurde die Version 2.43 verwendet, welche am 18. Februar 2007 veröentlicht wurde. Alle gerenderten Bilder und Bildschirmausschnitte der Programmoberfäche beziehen sich auf diese Version. In neueren Version kann es vorkommen, das verschiedene Funktionen an anderen Stellen auftauchen. In diesem Falle hilft meist ein Blick in die ozielle Blender Dokumentation, welche Sie unter folgender URL nden können: http://wiki.blender.org

Zum Abschluss dieses Kapitels möchte ich noch einmal auf das Literaturverzeichnis am Ende dieser Studienarbeit (S. 91) hinweisen, in dem Sie alle wichtigen Webseiten nden, um sofort mit Blender 3D beginnen zu können.

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2 Grundlagen

2.1 Programmoberäche In diesem Abschnitt werden alle grundlegenden Funktion der Programmoberäche von Blender 3D beschrieben. Hier erhalten Sie Informationen darüber, wie die für die Stadtund Landschaftmodellierung wichtigen Fenster funktionieren und wie sie aufgerufen werden können. Ebenfalls beschreibt dieser Abschnitt Grundfunktionen wie beispielsweise das Speichern und Laden von Projektdateien. Sehen wir uns aber zunächst die Programmoberäche im Überblick an.

Abbildung 2.1: Programmoberäche von Blender 3D

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2.1.1 Die 3D-Ansicht (3D View)

Im oberen Teil der Abbildung 2.1 ist die 3D-Ansicht zu erkennen. Dort werden mit den später erklärten Maus- und Tastaturbefehlen einfachere Objekt- oder Punktmanipulationen wie beispielsweise Verschiebungen, Rotationen oder Skalierungen durchgeführt. In der Szene benden sich bereits drei Objekte: ein Würfel, die Kamera und eine Lichtquelle. Zudem kann man erkennen, dass der Würfel bereits markiert ist (Abb. 2.2). Weitere Informationen zu Kamerasteuerung oder Beleuchtung nden Sie in den Abschnitten 2.2 und 3.4.

Abbildung 2.2: Selektierter Würfel, Kamera und Lichtquelle

Verschiedene Ansichtsmodi Für die 3D-Ansicht existieren mehrere verschiedene Modi, in denen die unterschiedlichsten Eigenschaften eines Objektes manipuliert werden können. Für unseren Zweck reicht es aus, hier die drei wichtigsten Modi zu betrachten. Sie können zwischen verschiedenen Modi umschalten, indem Sie die Auswahlbox am unteren Rand der 3D-Ansicht verwenden. In der Abbildung 2.3 sind bereits die für uns wichtigen Modi gelb hinterlegt.

Abbildung 2.3: Modus Auswahlbox

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Im Folgenden wird für jeden der drei verschiedenen Modi kurz erklärt, welche Funktionen sie allgemein bereitstellen und zu welchem Zweck sie überhaupt verwendet werden.

Objektmodus (Object Mode)

Dieser Modus dient hauptsächlich zur Positionierung der verschiedenen Objekte einer Szene. Hier werden Objekte verschoben, rotiert oder skaliert. Eine Manipulation der diversen Knotenpunkte eines Objektes ist hier allerdings nicht möglich. Mit den verschiedenen Darstellungsarten (Draw Types), welche später etwas genauer erklärt werden, kann in diesem Modus ein erster Gesamteindruck der kompletten Szene betrachtet werden.

Bearbeitungsmodus (Edit Mode)

Der Bearbeitungsmodus beschäftigt sich mit Manipulationen diverser Knotenpunkte eines Objektes, welche auch Vertex bzw. Vertices genannt werden. Hier gibt es, wie auch schon im Objektmodus, die Möglichkeit einen oder auch mehrere Punkte zu verschieben, zu rotieren oder zu skalieren. Dies sind nur die Grundfunktionen dieses Modus. Im Einstellungsfenster, dessen Funktionen im Abschnitt 2.1.2 genauer erklärt werden, gibt es eine Vielzahl an Möglichkeiten die Punkte eines Objektes zu manipulieren. Zudem besteht in diesem Modus die Möglichkeit einem Objekt verschiedene Schnittkanten hinzuzufügen, dies sei hier erwähnt, da es für eine bestimmte Art der Texturierung (UV Mapping genannt) notwendig ist. Genauere Informationen zum UV Mapping erhalten Sie im entsprechenden Kapitel ab Seite 55

Face Select Modus (UV Face Select)

In diesem Modus existieren ebenfalls eine groÿe Anzahl von Funktionen, welche wir aber nicht genauer betrachten wollen. Die einzige Funktion, die wir hier benötigen, ist das sogenannte UV Unwrapping. Dies ist eine Methode, welche mit Hilfe der oben erwähnten Schnittkanten, die Oberäche eines dreidimensionalen Objektes in eine ebene Fläche umwandelt, sodass diese mit einer beliebigen Textur bestückt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass man jedem beliebigen Ausschnitt der gewählten Textur einer der Flächen des Objektes, welche auch als Face bzw. Faces bezeichnet werden, zuweisen kann. Genauere Informationen zum UV Mapping erhalten Sie, wie bereits erwähnt, im entsprechenden Kapitel ab Seite 55

In der nachfolgenden Abbildung können Sie am Beispiel eines Würfels erkennen, wie die drei Modi in der 3D-Ansicht aussehen (Abb. 2.4). Hier wurde die Darstellungsart Wireframe (S. 10) verwendet.

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Abbildung 2.4: Objektmodus, Bearbeitungsmodus und Face Select Modus eines Würfels

Verschiedene Darstellungsarten Zusätzlich zu den diversen Modi existieren auch eine Reihe von Darstellungsarten. Diese geben Ihnen die Möglichkeit das Erscheinungsbild der Objekte einer Szene abzuändern, was hin und wieder bei der Modellierung von Vorteil sein kann. Anschlieÿend werden die wichtigsten Darstellungsarten aufgeführt und kurz deren Funktion erläutert.

Abbildung 2.5: Auswahlbox Darstellungsarten

Gitternetz (Wireframe)

Bei dieser Einstellung wird lediglich das Gitternetz eines Objektes dargestellt. Dies hat den Vorteil, dass verdeckte Objekte oder auch einzelne verdeckte Bereiche eines Objektes schnell zugänglich sind und gegebenenfalls bearbeitet werden können.

Oberäche (Solid )

Hier sehen Sie die Oberächen aller Objekte in der Grundfarbe, welche in den Materialeinstellungen gewählt wurde. Besitzt dieses Objekt kein Material, so erscheint es in grauer Farbe. Mehr zu Materialien und dessen Einstellungen erfahren Sie in Abschnitt 3.3.1

Schattiert (Shaded )

Diese Option gibt Ihnen die Möglichkeit die Oberächen der Objekte in Verbindung mit dem Lichteinfall zu überprüfen. Hier ändert sich die Helligkeit der Objektfarbe entsprechend der Lichteinstrahlung. Es soll dem Benutzer

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ein erster Eindruck vermittelt werden, wie und wo die verschiedenen Objekte beleuchtet werden und spiegelt in keinster Weise das gerenderte Ergebnis wieder.

Texturiert (Textured)

Wurden die Objekte mit UV Mapping texturiert, so können mit dieser Darstellungsart bereits die Texturen in der 3D-Ansicht begutachtet werden. Diese Einstellung ist ebenfalls sehr nützlich um Fotos als Hintergrund oder als eine Art Modellierungshilfe in der Szene einzublenden. Hier gilt das Gleiche wie bei der Darstellungsart Schattiert, denn das gerenderte Ergebnis gibt die Texturen deutlich besser wieder.

Abbildung 2.6: Darstellungsarten Gitternetz, Oberäche, Schattiert und Texturiert

Das Pivotwerkzeug Eine weitere sinnvolle Funktion ist das Pivotwerkzeug. Hiermit ist es möglich den Referenzpunkt abzuändern, um den ein Objekt gedreht oder verzerrt werden soll. Auch hier gibt es wieder eine Reihe von Einstellungen die gemacht werden können, bei denen ich mich aber auf die zwei wichtigsten beschränken will. Abbildung 2.7 zeigt die Einstellungsmöglichkeiten des Pivotwerkzeugs, den 3D-Cursor und einen Würfel mit Mittelpunkt.

Abbildung 2.7: Pivotwerkzeug, 3D-Cursor und Würfel mit Mittelpunkt Wie bereits erwähnt werden nur die zwei wichtigsten Einstellungen hier vorgestellt. Für die Funktion der anderen Möglichkeiten verweise ich auf die Blender Wiki [2].

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Mittelpoint (Median Point)

Bei dieser Einstellung wird der Mittelpunkt eines Objektes als Drehpunkt bzw. als Ausgangspunkt der Skalierung ausgewählt. Den Mittelpunkt eines Würfels sehen Sie in Abbildung 2.7 im rechten Bild. Jedes Objekt besitzt einen Mittelpunkt, der allerdings nicht immer der tatsächliche Mittelpunkt eines Objektes sein muss. Verschiebt man beispielsweise das Objekt nicht im Objektmodus sondern im Bearbeitungsmodus, so bewegt sich der Mittelpunkt des Objektes nicht mit. Aus diesem Grund sollten ganze Objekte immer im Objektmodus verschoben werden, es sei denn dieser Eekt ist gewünscht.

Abbildung 2.8: 90◦ Drehung eines Quaders um dessen Mittelpunkt (Median Point)

3D-Cursor (3D Cursor )

Wählt man die Einstellung 3D-Cursor, so wird dieser als Drehpunkt für Rotationen bzw. als Ausgangspunkt für Skalierungen verwendet. Der 3D-Cursor kann folglich beliebig positioniert werden, sodass auch speziellere Drehungen oder Skalierungen möglich sind. Mit der Tastenkombination Shift+S önet sich eine kleine Dialogbox mit einer Reihe von Optionen, mit denen der 3D-Cursor einfacher positioniert werden kann. Ebenfalls besteht aber auch die Möglichkeit ihn manuell mit Hilfe der linken Maustaste zu setzen.

Abbildung 2.9: 90◦ Drehung eines Quaders um den 3D-Cursor

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Das Transformationswerkzeug Eine weitere äuÿerst nützliche Funktion von Blender 3D ist das Transformationswerkzeug. Abbildung 2.10 liefert einen ersten Überblick.

Abbildung 2.10: Das Transformationswerkzeug Mit diesem Werkzeug kann ein zuvor markiertes Objekt entlang der X-, Y- oder Z-Achse verschoben oder skaliert werden. Zudem besteht die Möglichkeit es um eine der Achsen zu rotieren. Jede der Achsen ist mit einer Farbe gekennzeichnet, sodass sich diese bei dem Transformationswerkzeug schnell wiedernden lassen. Allerdings sollte man darauf achten, wie die Achsen des Werkzeugs angezeigt werden, da hier die Möglichkeit besteht diese beispielsweise auf das globale Koordinatensystem, wessen Achsen in der linken unteren Ecke der 3D-Ansicht angezeigt werden oder auf die aktuelle Ansicht auszurichten. Dies wird mit Hilfe der Auswahlbox Orientation rechts neben den Schaltächen des Werkzeugs eingestellt. Hier sollte allerdings die Auswahl der Option Global in den meisten Fälle ausreichend sein. Für jede der drei Funktionen des Transformationswerkzeugs ändert sich entsprechend der Abbildung 2.11 dessen Aussehen. Nun kann mit der linken Maustaste eine der Achsen in die gewünschte Richtung verschoben werden um den entsprechenden Eekt zu erzielen.

Abbildung 2.11: Werkzeuge zum Verschieben, Rotieren und Skalieren Es existieren noch eine Reihe weiterer Funktionen wie beispielsweise die Möglichkeit, ähnlich diverser Bildbearbeitungsprogramme, Objekte verschiedenen Ebenen zuzuweisen

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und somit diese mit dem Ausblenden ihrer Ebene aus dem Sichtfeld zu entfernen. Da diese aber für uns nicht weiter von Bedeutung sind, will ich hier nicht näher darauf eingehen. Zudem gibt es in jedem Fenster ein Menü, über welches viele Funktionen des aktuellen Fensters erreichbar sind. Dort können auch deren Tastaturbefehle nachgelesen werden. Am Beispiel der 3D Ansicht kann man die drei Menüpunkte View, Select und Object erkennen. Das oben genannte Menü und auch einige der Funktionen sind z.T. abhängig vom gewählten Ansichtsmodus. So existieren speziell im Bearbeitungsmodus (Edit Mode) einige neue Funktionen, während man auf andere nicht zugreifen kann. Es kann beispielsweise in Bearbeitungsmodus, da dort einzelne Punkte, Kanten oder Flächen markierte werden können, eben genau zwischen der Auswahl dieser Bestandteile des Objekt umgeschaltet werden. Das heiÿt, dass man wahlweise entweder Punkte, Kanten oder Flächen selektieren kann. Abbildung 2.12 zeigt die Funktionsleisten der Ansichtsmodi Object Mode, Edit Mode und UV Face Select.

Abbildung 2.12: Funktionsleisten der verschiedenen Ansichtsmodi Für genauere Informationen kann ich Ihnen die Links aus dem Literaturverzeichnis empfehlen. Dort erhalten Sie weitere Informationen, falls Sie sich für einen spezielleren Bereich von Blender 3D interessieren. Hier ist vor allem die englische Dokumentation zu empfehlen [2]. Es existiert aber auch eine ausführliche Dokumentation in deutscher Sprache, welche ebenfalls im Literaturverszeichnis aufgeführt ist [3]. 2.1.2 Das Einstellungsfenster (Buttons Window)

Betrachten wir nun eines der mächtigsten Fenster von Blender 3D: das Einstellungsfenster (Buttons Window). Hier können alle komplexeren Einstellungen gemacht werden, sodass dieses Fenster einen sehr groÿen Umfang an Funktionen besitzt. Deswegen können an dieser Stelle nicht alle Einstellungsmöglichkeiten behandelt werden, da dies sonst den Rahmen der Studienarbeit sprengen würde. Aus diesem Grund wird hier nur der Aufbau des Einstellungsfensters mit Hilfe der sogenannten Kontexte (Panels)  etwas näher beschrieben. Spezielle Funktionen, wie beispielsweise das Arbeiten mit Materialien, werden

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später genauer betrachtet. Schauen wir uns zunächst einmal das Einstellungsfenster in Abbildung 2.13 an, um dort die allgemeine Funktion eines Kontextes zu erklären.

Abbildung 2.13: Einstellungsfenster mit geönetem Editing-Panel Die in Abbildung 2.13 gelb hinterlegten Schaltächen werden verwendet, um zwischen den verschieden Kontexten umzuschalten. Es werden von jedem Kontext verschiedene Funktionen bereitgestellt, sodass diese lediglich die Funktionen in diverse Kategorien einordnen. Es wird grundsätzlich zwischen sechs Kontexten unterschieden, welche jedoch teilweise einige Subkontexte aufweisen.

Abbildung 2.14: Verschiedene Kontexte und deren Subkontexte Die nachfolgenden Zeilen beschreiben die einzelnen Kontexte ein wenig genauer:

Logik Kontext (Logic)

In diesem Kontext kann man die verschiedenen Einstellungen der Game Engine von Blender 3D vornehmen. Diese wird für 3D-Echtzeitvisualisierungen benötigt und in Abschnitt 3.6 näher behandelt.

Skript Kontext (Scripts)

Hier verarbeitet Blender verschiedene Einstellungen zu dessen Scriptsystem, welches zur Erweiterung von Blender benötigt wird. Da dieser Kontext von uns aber nicht verwendet wird, ndet sich in dieser Studienarbeit auch keine genauere Erklärung zu diesen Funktionen.

Schattierungskontext (Shading)

Dieser Kontext ist der wichtigste in Bezug auf das Texturieren von Objekten. Hier können alle nötigen Materialeinstellungen gemacht und den Objekten beliebige Texturen zugewiesen werden. Ebenso können im Subkontext Lamp buttons spezielle Einstellungen zu den Lichtquellen gemacht werden. Nähere Informationen zu Materialien und Lichquellen nden Sie im Kapitel 3.

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Objekt Kontext (Object)

Schaut man sich diesen Kontext ein wenig genauer an, so kann man erkennen, dass er zum einen eine Reihe von Funktionen zur Darstellung und Animation von Objekten bietet, zum anderen besteht aber auch die Möglichkeit das gewählte Objekt physikalisch zu beeinussen. Hier stellt Blender beispielsweise Funktionen zum Generieren von Partikel- oder Wassereekten zur Verfügung.

Bearbeitungskontext (Editing)

Hier wird eine groÿe Anzahl von Funktionen speziell zum Bearbeiten der einzelnen Objekte angeboten. Besonders im Bearbeitungsmodus (Edit Mode) erscheinen viele verschiedene Einstellungsmöglichkeiten, welche von der Manipulation einzelner Punkte bis hin zum Erzeugen komplett neuer Objekte führen.

Render Kontext (Scene)

Alle Einstellungen bezüglich des Renderns eines Bildes oder des Animierens einer Bildsequenz werden in diesem Kontext gemacht. Hier können Einstellungen wie beispielsweise die Gröÿe des ausgegebenen Bildes oder dessen Format gemacht werden. Ebenso können verschiedene Optionen zur gerenderten Bildqualität angewählt werden.

Zum Abschluss dieses Abschnitt möchte ich erneut erwähnen das hier nur die verschiedenen Kontexte und deren Grundfunktionen, nicht aber speziellere Einstellungsmöglichkeiten behandelt wurden. Diese werden hauptsächlich in Kapitel 3 behandelt. 2.1.3 Der UV Editor (UV/Image Editor)

In diesem Abschnitt wird die Oberäche des UV Editors dargestellt, da dieser für das sogenannte UV Mapping von groÿer Bedeutung ist. Dieses Verfahren wird in Abschnitt 3.3.3 genauer erklärt, sodass sich die Beschreibung hier nur auf die Oberäche dieses Fensters bezieht. Um den UV Editor komfortable nutzen zu können müssen wir zunächst ein neues Fenster erzeugen und darin der UV Editor aufrufen. Dies funktioniert folgendermaÿen: 1. Aufteilen der 3D-Ansicht in zwei gleichgroÿe Fenster Durch einen Rechtsklick auf die Begrenzungslinien zwischen 3D-Ansicht und Einstellungsfenster önet sich ein Kontextmenü, in dem die Option Split Area gewählt werden muss. Daraufhin erscheint, wenn Sie den Mauszeiger in die 3DAnsicht bewegen, ein Linie an der sich das Fenster aufteilt, falls die linke Maustaste gedrückt wird.

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2. Starten des UV/Image Editors Haben Sie bei Punkt 1 alles richtig gemacht, so sehen Sie nun zwei Fenster mit der jeweils gleichen 3D-Ansicht. Da aber im rechten Fenster der UV Editor erscheinen soll, muss dort mit Hilfe der Fenster-Auswahlbox der UV Editor geönet werden. In Abbildung 2.15 wurde die Auswahl des UV Editors gelb hinterlegt.

Abbildung 2.15: Aufteilen eines Fensters und Önen des UV Editors Sind die oben genannten Schritte durchgeführt sieht man nun im rechten Fenster den Image Editor, aber noch nicht den UV Editor. Um diesen zu önen muss in der 3DAnsicht zum Ansichtsmodus UV Face Select gewechselt werden. Erst jetzt bendet man sich im UV Editor. Hier kann mit Hilfe des Menüs am unteren Rand des Fensters ein Bild geladen werden, um dieses auf das gewählte Objekt zu projizieren. Wie Sie sehen ist zur Verwendung des UV Editors ein Aufteilen des Fensters recht sinnvoll. Zu dessen Oberäche ist aber an dieser Stelle nichts mehr zu sagen, sodass erneut auf den Abschnitt 3.3.3 hingewiesen wird. 2.1.4 Speichern und Laden von Projektdateien

Zum Abschluss dieses Abschnittes sollte noch kurz ein wenig über die Speicher- und Ladefunktionen berichtet werden, bevor wir uns der Maus- bzw. Tastatursteuerung von Blender 3D widmen. Diese entsprechen nicht, wie die gesamte Oberäche von Blender

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3D, den Standard-Dialogen des Betriebssystems, sondern besitzen ein eigenes Aussehen. Folgende Abbildung 2.16 zeigt nur den Speichern-Dialog von Blender 3D. Der ÖnenDialog sieht allerdings ähnlich aus.

Abbildung 2.16: Speichern-Dialog von Blender 3D Im oberen Bereich bendet sich der Pfad des aktuellen Ordners und darunter der Name der ausgewählten Datei. Will man das Projekt als ein neues speichern, so gibt man in das untere der beiden Felder einen beliebigen Namen ein und klick auf die Schaltäche Save . Ebenso funktioniert das Laden einer Datei. Um zwischen verschiedenen Ordner zu navigieren werden die beiden Schaltächen links neben den Eingabefeldern benutzt, wobei mit der Schaltäche P der Ordner, welcher in der Hierarchie über dem aktuellen liegt, ausgewählt wird. Mit der darunter liegenden Schaltäche wird zu speziellen Ordnern oder auch zu verschiedenen Festplatten bzw. Partitionen gewechselt. Zum Schluss noch ein kleiner Tipp, da dieser sehr viel Arbeit ersparen kann:

Beim Beenden fragt Blender nicht nach, ob Sie eventuelle Änderungen speichern wollen. Das heiÿt, dass Programm wird sofort beendet, womit das aktuelle Projekt verloren gehen kann. Da dies natürlich nicht in Ihrem Sinne ist, sollten Sie vor jeden Beenden von Blender den aktuellen Stand Ihres Projektes abspeichern.

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2.2 Steuerung Dieser Abschnitt berichtet über die Steuerung von Blender 3D. Da es von groÿer Bedeutung ist mit der Steuerung von Blender vertraut zu sein und man so viel Zeit sparen kann, beschäftigt sich dieses Kapitel mit den zwei Arten der Steuerung. Zum einen wird die grundlegende Maussteuerung vorgestellt und zum anderen die Tastatursteuerung. Es wird allerdings nicht speziell zwischen den beiden Bereichen unterschieden, da viele der Befehle auch kombiniert werden können, sodass eine Aufteilung in mehrere separate Abschnitte nicht sinnvoll wäre. Dieser Abschnitt soll hauptsächlich als eine Referenz für die wichtigsten Maus- und Tastaturbefehle betrachtet werden und zum nachschlagen dieser dienen. Erschrecken Sie sich bitte nicht über die groÿe Anzahl der Befehle mit denen Blender arbeitet. Diese können mit ein wenig Übung recht schnell erlernt werden. Deshalb werden diese in Kapitel 3 auch ständig wiederholt, um ein gewisses Gefühl für die Steuerung von Blender entwickeln zu können. Um die verschiedenen Maus- und Tastaturbefehle ein wenig hervorzuheben und ebenfalls vereinfacht darzustellen, werden zunächst einige Abkürzungen deniert (Tab. 2.1): Maus- /Tastaturbefehl

Linke Maustaste Rechte Maustaste Mittlere Maustaste

Bewegen der Maus bei gedrückter Maustaste Mausrad hoch Mausrad runter Taste X

Kombination Strg und Taste X Kombination Alt und Taste X Kombination Shift und Taste X

Abbkürzung

LMT RMT MMT

Anmerkung

Die mittlere Maustaste kann mit Tastenkombination Alt+LMT simuliert werden LMT←, LMT→ Analog für die anderen LMT↑, LMT↓ Maustasten MRad+ Hier ist das Drehen des Mausrades in Richtung Bildschirm oder PC gemeint MRadHier ist das Drehen des Mausrades in Richtung des Benutzers gemeint X X steht für jede beliebige Taste auf der Tastatur, ausgenommen Strg, Alt oder Shift

Strg+X Alt+X Shift+X

Tabelle 2.1: Abkürzungen und Farbvarianten

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2.2.1 Navigation in der 3D-Ansicht

Um in der 3D-Ansicht sinnvoll zu navigieren, sind einige Maus- und Tastaturbefehle notwendig. Diese werden speziell für die Navigation in der 3D-Ansicht in diesem Abschnitt genauer beschrieben. Wird in Blender ein neues Projekt erstellt, so ist die Szene nicht leer sondern erhält bereits einen Würfel, die Kamera und eine Lichtquelle. Eine neue Szene startet stets in der Draufsicht (Top View). Weiterhin existiert ebenfalls eine Ansicht von vorne (Front View) und eine von der Seite (Side View). Durch diese Ansichten kann bequem per Nummernblock durchgeschaltet werden. Ebenso gibt es dort die Funktionen die aktuelle Szene aus Sicht der Kamera zu betrachten oder eine Möglichkeit zwischen Parallel- und Zentralperspektive zu wechseln. In der nachfolgenden Tabelle 2.2 sind die einzelnen Funktionen des Nummernblocks aufgelistet. Taste des Nummernblocks

Taste Taste Taste Taste Taste Taste Taste Taste Taste Taste Taste Taste Taste Taste

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 , Enter + -

Auswirkung

Wechsel in die Kameraansicht (Camera View) Wechsel in die Frontansicht (Front View) Rotation der Ansicht um die Längsachse Wechsel in die Seitenansicht (Side View) Rotation der Ansicht um die Querachse Wechsel zwischen Zentral- und Parallelperspektive Rotation der Ansicht um die Querachse Wechsel in die Draufsicht (Top View) Rotation der Ansicht um die Längsachse Keine Funktion Häug benutzte nahe Ansicht Häug benutzte weite Ansicht Vergröÿerung der Ansicht Verkleinerung der Ansicht

Tabelle 2.2: Tastenbefehle des Nummernblocks Die Tasten 0, 1, 3 und 7 des Nummernblocks werden am häugsten verwendet. Somit ist es äuÿert sinnvoll sich diese Tasten einzuprägen. Einige der oben aufgeführten Tasten können ebenfalls in Kombination mit der Taste Strg verwendet werden. Möchte man beispielsweise ein Objekt nicht von vorne, sondern von hinten betrachten, so verwendet man die Tastenkombination Strg+1 . Tabelle 2.3 listet alle Tasten des Nummernblocks und deren Funktion auf, welche in Kombination mit der Taste Strg verwendet werden können.

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Tastenkombination

Strg+1 Strg+2 Strg+3 Strg+4 Strg+6 Strg+7 Strg+8

Auswirkung

Wechsel in die Rückansicht Verschieben der Ansicht nach unten Wechsel in die Seitenansicht Verschieben der Ansicht nach links Verschieben der Ansicht nach rechts Wechsel in die Ansicht unterhalb der Szene Verschieben der Ansicht nach oben

Tabelle 2.3: Tastenbefehle des Nummernblocks in Kombination mit Strg-Taste Da es mit machen der Funktionen ein wenig mühsam ist in der Szene zu navigieren, existieren ebenfalls eine Reihe an Mausbefehlen, mit denen man sich teilweise etwas komfortabler in der Szene fortbewegen kann. Will man aber die vor allem für die Modellierung wichtigen Ansichten (Top, Side und Front View) verwenden, so sollte man auf den Nummernblock zurückgreifen, da nur so garantiert ist, das man sich tatsächlich in der gewünschten Ansicht bendet. Die Navigation mit der Maus ist recht einfach gehalten und beschränkt auf die mittlere Maustaste, das Mausrad und die Tasten Strg und Shift . Durch das Mausrad wird lediglich die Navigation in der 3D-Ansicht ein wenig vereinfacht und deshalb sollten Sie auch auf diese Option zurückgreifen, falls Ihre Maus ein Mausrad besitzt. Nun aber zur Navigation in der 3D-Ansicht. Tabelle 2.4 gibt Auskunft über die verschiedenen Möglichkeiten mit der Maus zu navigieren und führt für jede ebenfalls einen alternativen Befehl ein. Mausbefehl

MRad+ MRadMMTl MMT↔ Strg+MRad+ Strg+MRadShift+MRad+ Shift+MRad-

Alternativer Befehl

Strg+MMT↑ Strg+MMT↓ Alt+LMTl Alt+LMT↔ Shift+MMT← Shift+MMT→ Shift+MMT↓ Shift+MMT↑

Auswirkung

Vergröÿerung der Ansicht Verkleinerung der Ansicht Rotation der Ansicht um die Längsachse Rotation der Ansicht um die Querachse Verschieben der Ansicht nach links Verschieben der Ansicht nach rechts Verschieben der Ansicht nach unten Verschieben der Ansicht nach oben

Tabelle 2.4: Befehle zur Maus-Navigation In der oben aufgeführten Tabelle sind alle wichtigen Kommandos zur Navigation in der 3D-Ansicht enthalten, sodass mit ein wenig Übung bequem durch die Szene navigiert werden kann. Allerdings möchte ich noch ein weiteres Kommando zur dieser Liste hinzufügen, da dieses sich ebenfalls als sehr nützlich erweisen kann. Es handelt sich um die Taste C, welche

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zum Zentrieren der Ansicht auf den 3D-Cursor verwendet wird. Will man gleichzeitig den 3D-Cursor im Ursprung positionieren, so muss man diesen Befehl in Kombination mit der Shift -Taste verwenden, also Shift+C . 2.2.2 Interaktion mit Objekten

Bei der Interaktion mit Objekten geht Blender 3D ein völlig anderen Weg als viele Grakprogramme. Hier ist die Steuerung zunächst etwas ungewohnt, da beispielsweise Objekte nicht mit der linken Maustaste, sondern mit der rechten markiert werden. Dies ist anfangs ein wenig verwirrend, da mit der linken Maustaste das Gestensystem von Blender gesteuert wird, mit dem man verschiedene Operationen, wie Verschiebungen, Rotationen oder Skalierungen per Gesten durchführen kann. Dieses System soll hier aber nicht genauer beschrieben werden. Für weitere Informationen verweise ich auf die Dokumentation von Blender [2]. Tabelle 2.5 listet die wichtigsten Kommandos auf, die etwas mit der Interaktion mit Objekten zu tun haben. Maus-/Tastaturbefehl

RMT RMTl, RMT↔ G R S A Enf

Auswirkung

Selektion eines beliebigen Objektes Verschieben eines beliebigen Objektes Verschieben des selektierten Objektes Rotieren des selektierten Objektes Skalieren des selektierten Objektes Selektierten/Deselektieren aller Objekte einer Szene Entfernen des selektierten Objektes

Diese Befehle können nur während einer Aktion ausgeführt werden: X Beschränkung der Aktion auf die X-Achse Y Beschränkung der Aktion auf die Y-Achse Z Beschränkung der Aktion auf die Z-Achse Shift+X Beschränkung der Aktion auf die Y- und Z-Achse Shift+Y Beschränkung der Aktion auf die X- und Z-Achse Shift+Z Beschränkung der Aktion auf die X- und Y-Achse Strg Ausrichten des Objekts am groÿen Raster Strg+Shift Ausrichten des Objekts am mittleren Raster Shift Ausrichten des Objekts am kleinen Raster LMT Bestätigen einer Aktion RMT Abbrechen einer Aktion Tabelle 2.5: Tastatur- und Mausbefehle zur Interaktion mit Objekten Die letzten beiden Zeilen von Tabelle 2.5 behandeln das Abbrechen und Bestätigen von Aktionen. Dies sollt im Folgenden ein wenig genauer erklärt werden.

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Diese beiden Befehle können nur während des Verschiebens, Rotierens, Skalierens oder ähnlichen Aktionen durchgeführt werden. Genau dann besteht die Möglichkeit mit den oben aufgeführten Maustasten die momentane Aktion zu bestätigen oder abzubrechen. Skaliert man beispielsweise gerade ein Objekt, so kann man diese Skalierung mit Hilfe der linken Maustaste bestätigen oder falls erwünscht, mit der rechten Maustaste abbrechen und somit zur Ausgangsgröÿe zurückkehren. Ebenso können während einer dieser Aktionen durch gedrückthalten der Tasten Strg und/oder Shift die aktuelle Aktion am Raster des Koordinatensystems ausgerichtet werden. Die genauen Werte der Aktion können dann in der Fusszeile des 3D-Ansichtfensters abgelesen werden, wie in Abbildung 2.17 gelb hinterlegt. Zusätzlich können, bevor eine Aktion durchgeführt wird, mit der Taste N die Transformationseigenschaften (Transform Properties) aufgerufen werden, welche dann während der Aktion die aktuellen Werte des Objektes anzeigen. Es empehlt sich dieses Informationsfenster ständig geönet zu lassen.

Abbildung 2.17: Transformationseigenschaften Wie in Tabelle 2.5 aufgeführt besteht ebenfalls die Möglichkeit eine der verschiedenen Aktion (Verschieben, Rotieren, Skalieren, etc.) auf eine oder zwei der Koodinatenachsen zu beschränken. Dies geschieht während einer Aktion und unter Verwendung der Tasten X, Y, Z und gegebenenfalls der Shift -Taste. So kann beispielsweise ein Objekt nur entlang der X-Achse verschoben werden. Es gibt noch eine groÿe Anzahl speziellerer Befehle, welche allerdings hier nicht das Thema sein sollen. Diese werden dann genau an der Stelle erklärt, an der sie auch verwendet werden. Gehen wir aber nun zum praktischen Teil der Studienarbeit über.

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3 Stadt- und Landschaftsmodellierung

3.1 Modellierung von Gelände Dieser Abschnitt beschäftigt sich mit der Modellierung von Gelände. Hier werden hauptsächlich Methoden vorgestellt, welche zum Einlesen von Höhendaten des zu modellierenden Geländes verwendet werden. Da Blender kaum Möglichkeiten bietet Punktrasterkoordinaten sofort einzulesen, wird hier eine andere Vorgehensweise vorgestellt. Das Programm kann nämlich mit Graustufenkarten umgehen, mit welchen man das Gelände je nach Wert der Farbe absetzten oder erhöhen kann. Um dies ein wenig genauer zu erklären, wird das Einlesen von Graustufenkarten mit Hilfe des nachfolgenden Beispiels vorgestellt.

Zunächst sollte man sich Gedanken darüber machen, wie groÿ das Areal ist, welches modelliert werden soll. Im diesem Beispiel wird von einer Gröÿe von 50 x 50 Metern ausgegangen. Da es allerdings in Blender nicht die Möglichkeit gibt diverse Distanzeinstellungen vorzunehmen, muss man sich in diesem Fall ein wenig anders behelfen. Von nun an gilt also, dass eine Blendereinheit (BE), also 1.000, für einen Meter steht. Somit müsste die Ebene 50 BE lang und 50 BE breit sein. Beispiel 3.1.1

Der bestehende Würfel wird nun gelöscht und mit Hilfe der Leertaste und der Option Add → Mesh → Plane in dem sich önenden Kontextmenü durch eine Ebene ersetzt (Abb. 3.1). Genaueres zum Erstellen von Objekten ndet sich im Abschnitt 3.2.1.

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Abbildung 3.1: Kontextmenü zum Erstellen einer Ebene

Nun wird die Ebene skaliert und um genau zu überprüfen, ob diese die richtigen Maÿe besitzt, werden mit der Taste N deren Tranformationseigenschaften (Transform Properties) aufgerufen. Dort können alle Eigenschaften bzgl. Position, Rotation und Gröÿe der Ebene abgerufen und ebenfalls auch verändert werden. Abbildung 3.2 zeigt die Tranformationseigenschaften der bereits skalierten Ebene.

Abbildung 3.2: Tranformationseigenschaften der bereits skalierten Ebene

Da Blender aus der Ebene, welche nur aus vier Punkten und einer Fläche besteht, nicht einfach ein dreidimensionales Geländemodell berechnen kann, müssen wir diese zunächst in mehrere Punkte und Flächen aufteilen. Dies geschieht im Bearbeitungsmodus (Edit Mode) unter dem Kontext Editing, in welchem das Fenster Mesh Tools verwendet wird. Dort nutzen wir die Option Subdivide einige Male, bis die Ebene die gewünscht Auösung besitzt. Je öfter die Ebene unterteilt wird, desto genauer wird später das Gelände wiedergegeben, was aber auch die Zeit zum Rendern des Bildes erhöhen kann. Im Beispiel wurde die Ebene siebenmal unterteilt, was für ein recht gutes Ergebnis ausreichen sollte. Dies illustriert Abbildung 3.3.

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Abbildung 3.3: Unterteile Ebene und Mesh Tools

Ist dies getan, so wird die Graustufenkarte, welche in einem gängigen Bildformat vorliegen sollte, als Textur in die Texturliste der Ebene geladen. Um dies zu tun muss für die Ebene zunächst ein Material erstellt, dort eine Textur erzeugt und dieser die Graustufenkarte zugewiesen werden. Da dies hier allerdings nicht das Thema ist, werden für weitere Infomationen die Abschnitte 3.3.1 und 3.3.2 empfohlen. Dort werden die oben genannten Schritte wesentlich genauer erklärt. Bevor dies getan wird, sollte man sich allerdings im Klaren sein, welche Graustufenkarte verwendet wird. In diesem Beispiel soll es die folgende sein (Abb. 3.4).

Abbildung 3.4: Verwendete Graustufenkarte

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Mit Hilfe dieser Textur, in deren Graustufen die Höhenwerte codiert wurden und dem sogenannten Displacement Mapping kann aus der Ebene eine dreidimensionale Landschaft erzeugt werden. Dieses Verfahren nutzt also die Graustufen der Textur um die Ebene entsprechend dieser zu verformen, was leider erst zu sehen ist, nachdem die Szene gerendert wurde. Um das Displacement Mapping für eine Textur zu aktivieren muss zunächst in die Materialeinstellungen (Material buttons) der Ebene das Register Map To geönet werden. Zuvor sollte allerdings die Textur ausgewählt werden, für welche die oben aufgeführte Graustufenkarte bereits geladen wurde. Dort wird die Schaltäche Col deaktiviert und statt dessen die Option Disp gewählt. Diese Schaltäche besitzt drei Stufen, welche mit jedem Mausklick weiter geschaltet werden können. Zum einen kann die Option komplett abgeschaltet werden und zum anderen gibt es entweder die Möglichkeit, dass die weiÿen Flächen der Graustufenkarte die höchsten Stellen markieren und die schwarzen damit die niedrigsten oder umgekehrt. Mit den Reglern Nor und Disp kann zudem die Stärke des Eektes verändert werden, sodass die Höhenunterschiede zwischen weiÿen und schwarzen Bereichen entsprechend der Vorlage angepasst werden können. Nach dem ersten Rendern erschient die Ebene möglicherweise noch ein wenig eckig, wie Abb 3.6 zeigt. Dies kann im Kontext Editing unter dem Fenster Link and Materials mit dem Auswählen der Option Set Smooth behoben werden. Diese Vorgehensweise wird neben dem Register Map To in Abbildung 3.5 gezeigt.

Abbildung 3.5: Einstellen der Funktion Set Smooth und des Diplacement Mappings

Wurde die Textur entsprechend der Abschnitte 3.3.1 und 3.3.2 korrekt geladen, so sollte sich zum Abschluss das folgende Bild ergeben (Abb. 3.6). Hier wird ebenfalls ein Vergleich der Szenen mit und ohne Verwendung der Option Set Smooth dargestellt. In Abbildung 3.7 sehen Sie zudem die Auswirkungen den Regler Nor und Disp.

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Abbildung 3.6: Vergleich der Szene ohne und mit der Einstellung Set Smooth

Abbildung 3.7: Verwendung niedrigerer Höheneinstellungen mit Hilfe des Reglers Disp Da diese Variante des Displacement Mappings allerdings den Nachteil hat, dass die Auswirkungen der Graustufenkarte erst beim gerenderten Bild in Erscheinung treten und dies somit nur dann verwendet werden kann, wenn das entstandene Gelände ohne Gebäude oder andere Objekte dargestellt werden soll, wird im zweiten Beispiel eine andere Variante vorgestellt, welche allerdings auf der oben beschriebenen basiert. Hier wird das Gelände nun auch im Objekt- und Bearbeitungsmodus dargestellt, sodass dort problemlos Gebäude oder ähnliche Gegenstände positioniert werden können.

Dieses Beispiel stellt, wie schon erwähnt, eine andere Möglichkeit vor um die Höheninformationen einer Graustufenkarte mit Hilfe des Displacement Mappings Beispiel 3.1.2

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auszulesen und dies in Form einer Ebene zu codieren. Da die ersten Schritte des vorherigen Beispiels bis an die Stelle übernommen werden können, an der die Schaltäche Disp aktiviert wird, werden diese hier nicht erneut aufgeführt. Gehen wir also davon aus, dass die Graustufenkarte bereits wie oben unter dem Namen GSK geladen und deren Farbinformationen mit dem Deaktivieren der Schaltäche Col im Register Map To nicht dargestellt werden. Zudem wurde die Ebene bereits siebenmal unterteilt. Mit diesen Voraussetzungen wechseln wir nun in den Kontext Editing und betrachten dort das Fenster Modiers ein wenig genauer. Hier ist momentan nur die Schaltäche Add Modier zu sehen und wird diese nun angeklickt, so önet sich eine Liste, in welcher verschiedene Modier ausgewählt werden können. Ein Modier verändert das Objekt auf eine bestimmte Art und Weise. Je nachdem welcher gewählt wurde, kann das Objkekt beispielsweise weiter unterteilt oder an einer beliebigen Achse gespiegelt werden. In dieser Liste wird nun der Eintrag Displace gewählt, da die Graustufenkarte mit Hilfe des Displacement Mappings in der Ebene codiert werden soll. Abbildung 3.8 zeigt dieses Vorgehen ein wenig genauer.

Abbildung 3.8: Modier Fenster und Displace Modier

Da die Ebene nun den Displace Modier besitzt, muss diesem nur noch die Graustufenkarte zugewiesen werden. Hierfür wird das Eingabefeld Texture verwendet, in welches der Name der Textur, hier also GSK, eingetragen wird. Zudem sind die drei quadratischen Schaltächen rechts neben dem Namen Displace zu aktivieren, da mit diesen der aktuelle Modier im gerenderten Bild, im Objekt Modus und im Bearbeitungsmodus dargestellt werden kann. Um das Ergebnis der Graustufenkarte aber tatsächlich im Bearbeitungsmodus betrachten zu können muss ebenfalls eine kleine runde Schaltäche, welche erst bei Aktivieren des Modiers im Bearbeitungsmodus erscheint, eingeschaltet werden. Abbildung 3.8 illustriert die oben genannten Schritte.

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Abbildung 3.9: Auswählen der Graustufenkarte und Aktivieren dieser im Bearbeitungsmodus

Wurden diese Einstellungen korrekt durchgeführt, so sollten ähnliche Ergebnisse wie diese aus Abbildung 3.10 in der 3D-Ansicht erscheinen.

Abbildung 3.10: Displace Modier im Objekt- und Bearbeitungsmodus

Da hier allerdings die Möglichkeit besteht, dass die Höhenverhältnisse nicht mit den tatsächlichen übereinstimmen, wird im Folgenden erklärt, wie dies reguliert werden kann. In den Einstellungen des Displace Modiers gibt es zwei Regler, mit welchen die Höheneinstellungen vorgenommen werden können. Zum einen ist dies der Regler Midlevel, mit welchem man die Ebene ausgehend von deren Mittelpunkt nach oben oder unten verschieben kann und zum anderen der Regler Strength, mit welchem der Höhenunterschied zwischen dem tiefsten und höchsten Punkt eingestellt werden kann. Abbildung 3.11 zeigt im oberen Bild die Auswirkungen des Reglers Midlevel und im unteren die des Reglers Strength, während beim mittleren Bild keine Änderungen vorgenommen wurden.

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Abbildung 3.11: Auswirkungen der Regler Midlevel und Strength

Wird das Bild nun gerendert, so erhält man die gleichen Ergebnisse wie beim vorherigen Beispiel. Dies wurde dort in den Abbildungen 3.6 und 3.7 dargestellt.

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3.2 Modellierung von Objekten In diesem Abschnitt werden einige der Modellierungstechniken von Blender 3D vorgestellt. Dies geschieht, wie auch schon zuvor bei der Modellierung von Gelände anhand diverser Beispiele. Hier sollen vor allem die Grundlagen für die Modellierung von Objekten, wie beispielsweise Gebäuden, geschaen werden. Sollten Sie sich für fortgeschrittenere Techniken interessieren, so verweise ich an dieser Stelle erneut auf die Dokumentation zu Blender 3D [2].

3.2.1 Erstellen von neuen Objekten

Für die Modellierung eines Objektes sollte zunächst ein Grundkörper existieren, aus welchem dann ein gewünschtes Objekt modelliert werden kann. Deshalb wird hier an einigen Abbildungen das Erstellen neuer Objekte erklärt. Mit Hilfe der Leertaste kann ein Kontextmenü geönet werden, mit welchem im Untermenü Add eine Reihe von verschiedenen Objekten erzeugt werden können. Der Bereich Mesh wird hier ein wenig genauer betrachtet. Dort gibt es einige Objekte, welche in den folgenden Abschnitten näher beschrieben werden. Zunächst zeigt Abbildung 3.12 das Kontextmenü zum Erstellen der Mesh-Objekte.

Abbildung 3.12: Kontextmenü zum Erstellen eines Objektes Abbildung 3.13 zeigt alle wichtigen Mesh-Objekte, welche in Blender 3D als Grundformen verwendet werden können. Ein häug verwendetes Objekt ist beispielsweise die Ebene, welche kein dreidimensionales Objekt ist, sondern nur eine Länge und eine Breite besitzt, allerdings keine Höhe. Ebenen werden häug als Boden verwendet. Ebenso lassen sich mit ihnen auch sehr gut Objekte modellieren, welche nur eine geringe Dicke besitzen, wie beispielsweise Fensterschieben oder Papier.

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Wichtig ist noch zu erwähnen, dass bei allen Objekten, in denen runde Formen vorkommen, sich beim Erstellen mindestens ein weiteres Menü önet, in dem eine Anzahl an Knotenpunkten (Vertices) angegeben wird, abhängig davon wie grob oder fein die Kreisform angenähert werden soll. Das heiÿt, je gröÿer die angegebene Zahl, desto runder wirkt beispielsweise die Kugel. Allerdings sollte im Zuge der Performance nicht mit diesen Werten übertrieben werden.

Abbildung 3.13: Auswahl der in Blender verfügbaren Objekte

3.2.2 Modellierungstechniken

Kommen wir nun aber zu den interessanteren Dingen, wie den Modelierungstechniken. Blender bietet eine Vielzahl von Möglichkeiten Objekte zu manipulieren, angefangen beim einfachen Duplizieren eines Objektes bis hin zum dreidimensionalen Zeichnen und Verformen mit Hilfe eines Stiftes (Sculpt Mode). Solche speziellen Werkzeuge sollen hier allerdings nicht besprochen werden, da man allein über diese eine komplette Studienarbeit verfassen könnte.

Grundtechniken In diesem Abschnitt sollen einige kleinere Werkzeuge vorgestellt werden, welche hin und wieder sehr nützlich sein können.

Duplizieren eines Objektes

Mit der Tastenkombination Shift+D kann ein Objekt dupliziert werden. Dies funktioniert sowohl im Objekt Modus, als auch im Bearbei-

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tungsmodus, obwohl dort nicht das gesamte Objekt dupliziert werden muss. Allerdings vervielfacht Blender nicht das Material des Objektes, sodass dieses das gleiche ist, wie das des Basis Objektes, das heiÿt beide Objekte teilen sich das Material. Will man aber den Objekten verschiedene Materialien zuweisen, so muss man beide zuvor individualisieren.

Doppelte Knotenpunkte entfernen

Verschiebt man einige der Knotenpunkte bzw. Vertices im Bearbeitungsmodus so, dass zwei oder mehr dieser Knotenpunkte exakt die gleiche Position besitzen, so kann man mit der Funktion Rem Doubles doppelte Knotenpunkte entfernen und somit das Objekt wieder korrekt schlieÿen. Diese Funktionen ndet sich entweder im Kontext Editing und dort unter Mesh Tools oder es kann mit Hilfe der Taste W in der 3D-Ansicht ein Kontextmenü aufgerufen werden, wo ebenfalls diese Option verfügbar ist. Abbildung 3.14 zeigt die Funktion Rem Doubles an beiden Stellen.

Abbildung 3.14: Entfernen doppelter Knotenpunkte

Knotenpunkte abspalten

Es gibt zwei Möglichkeiten Knotenpunkte eines Objektes abzuspalten. Zum einen können selektierte Knotenpunkte im Bearbeitungsmodus so abgespaltet werden, dass diese zwar vom Objekt separiert wurden, allerdings aber noch zu diesem gehören und zum anderen können diese selektierten Knotenpunkte ein eigenes, neues Objekt bilden und werden somit komplett aus dem aktuellen Objekt entfernt. Hierfür stehen die beiden Tasten Y für die Funktion Split und P für die Funktion Separate zur Verfügung. Abbildung 3.15 illustriert diese beiden Fälle.

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Abbildung 3.15: Abspalten der Knotenpunkte mit Spilt und Separate

Border Select

Diese Funktion wird während des Bearbeitungsmodus mit Hilfe der Taste B aktiviert. Daraufhin erscheint eine Art Fadenkreuz, mit dem ein beliebiger Bereich aufgezogen werden kann und alle Knotenpunkte darin werden beim Loslassen der Maustaste markiert. Ebenso existiert hiervon ein zweiter Modus, welcher durch zweifaches Drücken der Taste B aktiviert wird. Dieser simuliert einen Stift, welcher über das Mausrad verkleinert bzw. vergröÿert werden kann. Mit diesem können somit, wie in einem Grakprogramm, beliebige Knotenpunkte durch Malen im 3D-Fenster markiert werden. Der Vorteil dieser Methode ist, wenn man zusätzlich das Objekt in der Darstellungsart Gitternetz betrachtet, so werden nicht nur die zu sehenden Knotenpunkte, sondern auch die Knotenpunkte dahinter markiert. Dies verdeutlicht Abbildung 3.16

Abbildung 3.16: Auswirkung des Border Select Werkzeugs

Umdrehen der Normalenvektoren

Jede Fläche, also jedes einzelne Face, in Blender besitzt einen sogenannten Normalenvektor. Dieser gibt an in welche Richtung seine Fläche ausgerichtet ist, das heiÿt aus welcher Richtung diese beispielsweise Licht empfangen kann. Die Normalenvektoren können im Kontext Editing mit der Schaltäche Draw Normals des Fensters Mesh Tools 1 aktiviert und damit im Bearbeitungsmodus sichtbar gemacht werden. Zudem kann ihre Länge mit dem

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Regler NSize geändert werden, falls diese zu kurz erscheinen. Sind nun einige der Normalenvektoren nicht in die gewünschte Richtung ausgerichtet, so können deren Flächen markiert und mit Hilfe der Taste W und des Eintrags Flip Normals in dem sich önenden Kontextmenü um 180◦ gedreht werden. Da es recht mühsam sein kann alle Normalen einzeln zu umzudrehen, existieren zwei weitere Funktionen, welche die Normalenvektoren entweder innerhalb oder auÿerhalb des Objektes neu berechnen, das heiÿt, dass nun alle Vektoren entweder nach auÿen oder nach innen zeigen. Hierfür werden die Tastenkombinationen Strg+N und Strg+Shift+N verwendet.

Abbildung 3.17: Normalenvektoren eines Würfels und deren Manipulationsmöglichkeiten

Extrudieren (Extrude) Das Extrudieren ist ein sehr mächtiges Werkzeug, mit welchem recht schnell verschiedene Objekte modelliert werden können. Hiermit ist es möglich, ähnlich dem Duplizieren eines Objektes, die selektierten Knotenpunkte zu vervielfachen, wobei diese allerdings nicht ein separates Objekt bilden, sondern mit den Ursprungspunkten über Kanten verbunden sind. Um markierte Knotenpunkte zu extrudieren wird die Taste E und eine der Optionen in dem sich önenden Kontextmenü verwendet. Danach können die neu entstandenen Knotenpunkte an eine beliebige Stelle verschoben werden. Um dies ein wenig zu verdeutlichen zeigt Abbildung 3.18 dies an einem Beispielobjekt.

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Abbildung 3.18: Extrudieren eines Würfels in zwei verschiedene Richtungen Abbildung 3.18 zeigt ebenfalls das Kontextmenü mit verschiedenen Möglichkeiten des Extrudierens. Dieses kann bis zu vier Schaltächen aufweisen, je nachdem, wie viele und welche Knotenpunkte des Objektes selektiert wurden. Hier gibt es im Einzelnen folgende Auswahlmöglichkeiten, welche ebenfalls in Abbildung 3.19 dargestellt werden:

Region

Diese Funktion extrudiert zusätzlich zu den selektierten Knotenpunkten auch alle Kanten und Flächen, welche durch diese Knotenpunkte entstehen oder aufgespannt werden.

Individual Faces

Diese Funktion erfordert es, dass mindestens eine Fläche ausgewählt wurde. Mit ihr können die selektierten Flächen dann jeweils in die Richtung des eigenen Normalenvektors, welcher für jedes Face in Blender existiert und generell senkrecht auf diesem steht, extrudiert werden.

Only Edges

Mit dieser Methode werden die Flächen, welche die selektierten Knotenpunkte aufspannen, beim Extrudieren ignoriert und nur deren Kanten erzeugt.

Only Vertices

Hier werden neben den Flächen ebenfalls auch nicht die Kanten zwischen den neu entstandenen Knotenpunkten erzeugt. Kanten, welche von den alten zu den neuen Knotenpunkten reichen, werden allerdings konstruiert.

Abbildung 3.19: Verschiedenen Möglichkeiten selektiere Knotenpunkte zu extrudieren

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Die extrudierten Knotenpunkte können allerdings nicht nur verschoben, sondern auch beliebig rotiert oder skaliert werden. Rotationen werden zudem oft im Zusammenhang mit dem Pivot Werkzeug verwendet, da hiermit recht schnell verschiedene Rohrkonsturktionen, wie in Abbildung 3.20 im linken Bild dargestellt, modelliert werden können.

Abbildung 3.20: Extrudieren mit Hilfe von Rotationen und Skalierungen

Das Knife Tool Ein weiteres sehr nützliches Werkzeug ist das sogenannte Knife Tool. Es lässt sich erahnen, dass man mit diesem Werkzeug Objekte auf irgendeine Art und Weise zerteilen kann. Allerdings wird mit dem Knife Tool das Objekt nicht in zwei Teile aufgeteilt, wofür bereits die Funktionen Split und Separate verwendet werden können, sondern es fügt zwischen jeweils zwei Knotenpunkten einen neuen ein. Dies wird in Abbildung 3.21 verdeutlicht.

Abbildung 3.21: Allgemeine Funktion des Knife Tools und deren Werkzeuge

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Nun wollen wir uns ein wenig genauer mit dem Knife Tool beschäftigen. Es besteht aus vier verschiedenen Werkzeugen, welche über ein Kontextmenü gestartet werden können. Dieses wird mit Hilfe der Taste K aufgerufen und ebenfalls in Abbildung 3.21 gezeigt.

Loop Cut

Die Funktion Loop Cut erzeugt neue Knotenpunkte unabhängig davon, welche selektiert wurden, immer in einem abgeschlossenen Zyklus. Kann der Zyklus nicht geschlossen werden, so erzeugt Blender die neuen Knotenpunkte so weit wie möglich. Diese Zyklen werden mit pinken Linien dargestellt während man die Maus über sie bewegt. Mit einem Mausklick können die neuen Knotenpunkte erzeugt und daraufhin entsprechend den eigenen Vorstellungen verschoben werden.

Knife (Exact)

Dieses Werkzeug ähnelt einem Stift, mit welchem eine Linie in die 3DAnsicht gezeichnet werden kann. Somit entstehen Schnittpunkte dieser Linie mit den Kanten des Objektes, wo nach dem Bestätigen mit der Eingabe -Taste neue Knotenpunkte erzeugt werden. Damit dies funktioniert, müssen wie auch bei den beiden anderen Knife Werkzeugen, mindestens zwei Knotenpunkte selektiert sein.

Knife (Midpoints)

Dies ist eine Abwandelung des exakten Schnittswerkzeugs, da hier die gezeichnete Linie nur dafür verwendet wird, die Kanten zu markieren, welche aufgeteilt werden sollen. Die neuen Knotenpunkte werden stets auf der Hälfte der Strecke zwischen den zwei selektierten erzeugt.

Knife (Multicut)

Das Multicut Tool funktioniert vom Prinzip her wie das vorherige Werkzeug. Allerdings kann hier in einem weiteren Kontextmenü angegeben werden, wie viele Knotenpunkte neu erzeugt werden sollen. Abbildung 3.22 zeigt dies im rechten Bild am Beispiel von zwei neuen Knotenpunkten je Kante.

Abbildung 3.22: Verschiedene Werkzeuge des Knife Tools (Loop Cut, Exact, Midpoints und Multicut

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Zum Abschluss dieses Kapitels soll an einem Beispiel das Extrudieren und das Verwenden des Knife Tools dargestellt werden. Es soll mit Hilfe dieser Werkzeuge ein Haus modelliert werden, welches Önungen für Türen und Fenster besitzt. Da es an dieser Stelle nicht darauf ankommt ein realistisch wirkendes Haus zu modellieren, sondern nur darum geht, den Umgang mit den verschiedenen Werkzeugen ein wenig verständlicher zu machen, wird hier nur ein sehr einfaches Beispiel aufgeführt.

Um ein Haus zu modellieren benötigen wir zunächst einen Quader, welcher die Form eines Hauses besitzt. Bei diesem werden die oberen vier Knotenpunkte selektiert und nach oben extrudiert. Danach werden die vier neu entstandenen Punkte soweit skaliert, bis nur noch zwei übrig sind und sich eine typische Dachform ergibt. Zudem sollten diese Punkte mit der Funktion Rem Doubles bearbeitet werden. Die Vorgehensweise dieser Schritte wird in Abbildung 3.23 verdeutlicht. Beispiel 3.2.1

Abbildung 3.23: Grundform des Hauses entstanden durch Extrudieren der oberen Fläche

Da die Grundform des Hauses modelliert wurde, benutzen wir nun das Knife Tool um dieses in mehrere Abschnitte einzuteilen. Diese Abschnitte werden dann so positioniert, dass nur noch einige der Faces gelöscht werden müssen, damit zwei Fenster und eine Tür entstehen. Die Önungen wirken allerdings ein wenig unrealistisch, weswegen sie zusätzlich noch einmal nach innen extrudiert wurden. Das Einteilen des Hauses in verschiedene Abschnitte mit Hilfe des Knife Tools wird auf der linken Seite der Abbildung 3.24 gezeigt, während rechts das gerenderte Ergebnis dargestellt wird.

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Abbildung 3.24: Verwenden des Knife Tools und gerendertes Endergebnis Wie Sie sehen gibt es einige sehr mächtige Werkzeuge in Blender. Der Umgang mit diesen erfordert jedoch ein wenig Übung, mit der aber dann recht schnell wesentlich komplexere Objekte erzeugt werden können. Da diese Objekte aber immer noch nicht realistisch genug wirken, beschäftigen wir uns im nächsten Abschnitt mit Materialien und Texturen.

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3.3 Materialien und Texturen Da mit der Modellierung von Landschaften und anderen Objekten, wie Gebäuden oder Straÿen auch deren Texturierung verbunden ist, beschäftigt sich dieser Abschnitt mit Materialien und Texturen in Blender 3D. Um eine Szene realistisch wirken zu lassen müssen zuvor modellierte Objekte auch texturiert werden. Dies ist ein Verfahren bei den man dreidimensionale Objekte mit zweidimensionalen Bildern oder Strukturen bestücken kann und geschieht in Blender über die sogenannten Materialien. Das heiÿt, bevor einem Objekt eine Textur zugewiesen werden kann, muss dieses bereits ein Material besitzen. 3.3.1 Materialien

Dieser Abschnitt beschäftigt sich mit den Materialen von Blender 3D. Ein Material wird mit Hilfe der Materialeinstellungen (Material buttons) im ShadingKontext erzeugt und bietet eine groÿe Anzahl an Funktionen, sodass auch ohne speziell zugewiesene Texturen viele Oberächeneigenschaften sehr gut simuliert werden können. Jedes Objekt der Szene kann ein eigenes Materíal besitzen oder sich dieses mit einem anderen Objekt teilen. Betrachten wir aber zunächst die Materialeinstellungen, an Hand derer die weiteren Funktionen erklärt werden. Zudem gibt es im weiteren Verlauf dieses Abschnitts einige Beispiele, an denen wichtige Einstellungsmöglichkeiten vorgeführt werden.

Abbildung 3.25: Materialeinstellungen eines gewählten Objektes Bevor wir zu den oben erwähnten Beispielen kommen, will ich zunächst einige Worte über die wichtigsten Fenster der Materialeinstellungen verlieren.

Das Vorschaufenster (Preview)

Am linken Rand der Materialeinstellungen ist das Vorschaufenster zu sehen, hier können mehrere verschiedenen Vorschaumodi gewählt werden, sodass dort das aktuelle Material beispielsweise auf einer Kugel oder einem Würfel angezeigt wird. In Abbildung 3.26 werden zwei der verschiedenen Modi dargestellt.

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Abbildung 3.26: Vorschaufenster der Materialeinstellungen

Die Grundeinstellungen (Links and Pipeline)

In diesem Fenster werden Grundeinstellungen, wie beispielsweise der Name des Materials gewählt oder die Transparenz des Objektes aktiviert. Ebenso sieht man hier, ob mehrere Objekte dieses Material benutzen. Will man aber, dass nur das aktuelle Objekt das Material benutzt, so klick man auf die Zahl neben dessen Namen und bestätigt dies. Über die Schaltäche links neben dem Namen des Materials kann ebenfalls ein bereits bestehendes ausgewählt werden. Es gibt hier noch einige weitere Einstellungsmöglichkeiten, die aber für speziellere Funktionen benötigt werden.

Abbildung 3.27: Grundeinstellungen für ein oder mehrere Objekte

Materialeinstellungen und Ramp Shader (Material - Ramp)

In den Materialeinstellungen, mit denen an dieser Stelle nicht das gesamte Einstellungsfenster gemeint ist, sondern nur das in Abbildung 3.27 dargestellte, werden die Grundfarben des Material gesetzt. Hier können drei verschiedene Farben eingestellt werden, welche über die Schaltächen Col für die Hauptfarbe, Spe für die Glanzfarbe und Mir für die spiegelnde Farbe des Objektes angewählt und daraufhin mit den Reglern rechts von ihnen bestimmt werden können. Ebenso ist es möglich die Farben mit den Farbfeldern links der drei Buttons sofort zu auszuwählen. Klickt man auf diese erscheint ein Farbauswahldialog, mit dem jede beliebige Farbe gewählt werden kann. Mit dem Regler am unteren Rand des Fensters kann zusätzlich des Alphawert, also die Transparenz des Materials eingestellt werden. Um das Material allerdings tatsächlich durchsichtig wirken zu lassen, muss in den Grundeinstellungen die Schaltäche ZTransp aktiviert sein. Der zweite Register dieses Fensters beschäftigt sich mit den

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Ramp Shadern. Hier können diverse Farbverläufe auf der Oberäche des Objektes erzeugt werden. Allerdings soll hier nicht näher darauf eingegangen werden.

Abbildung 3.28: Materialeinstellungen und Ramp Shader

Shader-, Spiegel- und Transparenzeinstellungen (Shaders - Mirror Transp)

Das erste Register mit dem Namen Shader beschäftigt sich mit den Reexions- und Glanzeinstellungen des Objektes. Hier kann, mit Hilfe der Reglers Ref und der Auswahlbox links davon, die Menge des vom Objekt reektierten Lichtes eingestellt werden, wobei bei einem Wert von 0.0 kein Licht und bei einem Wert von 1.0 das komplette Licht reektiert wird. Zudem kann mit dem Reglern Spec , Hard und der Auswahlbox links davon die Stärke des Oberächenglanzes und die Gröÿe des Glanzlichtes reguliert werden. Es existieren ebenfalls noch Einstellungenmöglichkeiten zur Art der Schatten, die ein Objekt empfangen kann, die Möglichkeit, dass das Objekt selbst Licht emittiert und einige andere Funktion, welche dann erklärt werden, wenn wir sie tatsächlich benötigen. Im zweiten Register können diverse Einstellungen zu Spiegelungen (in Abb. 3.29 gelb hinterlegt) und Transparenz (grün hinterlegt) gemacht werden. Hier können mit den Schaltächen Ray Mirror und Ray Transp diese Funktionen aktiviert werden, wobei sie beim Rendern allerdings nur in Erscheinung treten, wenn im Kontext Scene die Funktion Ray gewählt ist. Es können hier verschiedene Einstellungen zur Stärke der Spiegelung (Regler Ray Mir ) oder zur Brechung des Lichtes an transparenten Objekten (Regler IOR) gemacht werden. Verschiedene Ergebnisse dieser Einstellungen werden in den Beispielen am Ende dieses Abschnittes dargestellt

Abbildung 3.29: Shader-, Spiegel- und Transparenzeinstellungen

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Textureinstellungen (Texture - Map Input - Map To)

Das vierte und letzte Fenster der Materialeinstellungen beschäftigt sich mit der Verarbeitung von Texturen. Genauere Informationen hierzu nden sich in den Abschnitten 3.3.2 und 3.3.3. Abbildung 3.30 gibt allerdings einen Überblick über deren Funktionsvielfalt.

Abbildung 3.30: Textureinstellungen Nachdem ein Teil der Einstellungsmöglichkeiten von Materialien beschrieben wurde, will ich mich nun den versprochenen Beispielen widmen, in denen diverse Materialien anhand einiger Kugeln vorstellt werden. Da hier keine Beispiele für die Modellierung von Objekten aufgeführt werden sollen, habe ich mich bewusst auf Kugeln beschränkt, weil diese die verschiedenen Materialien recht gut zur Geltung bringen. Zudem wurde für alle gerenderten Bilder als Lichtquelle ein sogenanntes Area Light verwendet, zu welchem Sie in Abschnitt 3.4 weitere Informationen erhalten.

Als erstes betrachten wir fünf Kugeln, bei denen der Wert des reektierten Lichtes stufenweise erhöht wurde. Hier sieht man, dass die linke Kugel in Abbildung 3.31, welche einem Reexionswert von 0.2 besitzt, am wenigsten Licht zurückwirft und somit am dunkelsten erscheint. Betrachtet man allerdings die rechte der Kugeln (Refexionswert 1.0), so sieht man, dass diese das Licht komplett reektiert und somit am hellsten wirkt. So kann für jedes beliebige Objekt der Reexionwert nach den eigenen Wünschen angepasst werden. Folgende Werte wurden für alle fünf Kugeln verwendet (alle anderen Werte wurden nicht verändert): Beispiel 3.3.1

• Objektfarbe (Col): Rot 1.0, Grün 0.0 und Blau 0.0 • Stärke des Oberächenglanzes (Spec): 0.5 (CookTorr) • Gröÿe des Glanzlichtes (Hard): 50

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Abbildung 3.31: Beispiel einer Variation der Reexionswerte

Im zweiten Beispiel wollen wir uns mit dem Oberächenglanz von Objekten beschäftigen. Abbildung 3.32 zeigt wiederum fünf Kugeln, bei denen diesmal allerdings nicht die Reexionswerte von Kugel zu Kugel verändert wurden, sondern die Stärke des Oberächenglanzes. Dieser wird über den Regler Spec gesteuert. Die linke Kugel besitzt erneut den niedrigsten Wert, das heiÿt, dass bei ihr der Oberächenglanz mit dem Wert 0.0 komplett ausgeschaltet wurde. Mit dieser Einstellung werden vor allem matte Oberächen modelliert. Betrachtet man nun die anderen Kugeln, so erkannt man dort einen immer stärker werdenden Glanzeekt, wobei deutlich wird, dass das Glanzlicht sich nicht in der Gröÿe verändert, sondern lediglich stärker wird. Folgende Werte wurden für alle fünf Kugeln verwendet (alle anderen Werte wurden nicht verändert): Beispiel 3.3.2

• Objektfarbe (Col): Rot 1.0, Grün 0.0 und Blau 0.0 • Reexionswert (Ref): 0.7 (Lambert) • Gröÿe des Glanzlichtes (Hard): 50

Abbildung 3.32: Beispiel einer Variation des Oberächenglanzes

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Das dritte Beispiel behandelt verschiedene Einstellungen der Gröÿe des Glanzlichtes. Da es in allen Beispielen eine weiÿe Farbe hat, kann es sich gut von der Grundfarbe der Kugeln absetzen. In Abbildung 3.33 sind fünf ausgewählte Gröÿen dargestellt. Erlaubt sind Gröÿenangaben von 1 bis 511, wobei zu beachten ist, dass hohe Werte ein kleines Glanzlicht erzeugen und niedrige Werte ein groÿes. Folgende Werte wurden für alle fünf Kugeln verwendet (alle anderen Werte wurden nicht verändert): Beispiel 3.3.3

• Objektfarbe (Col): Rot 1.0, Grün 0.0 und Blau 0.0 • Reexionswert (Ref): 0.7 (Lambert) • Stärke des Oberächenglanzes (Spec): 1.0 (CookTorr)

Abbildung 3.33: Beispiel einer Variation der Gröÿe des Glanzlichtes

Das vierte und letzte Beispiel zeigt einige Materialien, welche Spiegelund Transparenzeekte erzeugen. Hier wurden verschiedene Einstellungen, wie ZTransp, Ray Transp und Ray Mirror verwendet. So wurde beispielsweise die Transparenz der beiden äuÿeren Kugeln mit der der Schaltäche ZTransp aktiviert, während die Kugeln rechts bzw. links davon die Funktion Ray Transp und zusätzlich einen leichten Spiegeleekt benutzten. Die mittlere Kugel besitzt keine Transparenzeinstellungen, sondern verwendet nur Spiegeleekte. All diese Eekte treten allerdings nur dann auch richtig in Erscheinung, wenn sich zudem mehrere Objekte in der Szene benden. Abbildung 3.34 zeigt diese fünf Materialien im Vergleich. Beispiel 3.3.4

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Abbildung 3.34: Beispiel verschiedener Spiegel - und Transparenzeekte Natürlich sind die vorgestellten Funktionen nur ein kleiner Teil des tatsächlichen Umfangs der Materialeinstellungen von Blender 3D. So gibt es beispielsweise auch die Möglichkeit einem Objekt bzw. einem Teil dieses Objektes ein anderes Material zuzuweisen, sodass ein Objekt mehrere Materialien besitzen kann, was als Multi-Material bezeichnet wird. Dieser Abschnitt sollte lediglich die Grundlagen für das Arbeiten mit Materialien schaffen. Wenn Sie sich über weitere Funktionen informieren wollen, verweise ich erneut auf die Dokumentation von Blender 3D [2]. 3.3.2 Texturen

Da bei Materialien nicht nur verschiedene Einstellungen gemacht, sondern diesen auch Texturen zugewiesen werden können, beschäftigt sich dieser Abschnitt mit dem Generieren und Laden von Texturen, sowie dem Ausrichten dieser auf die Oberäche eines Objektes. Zunächst muss zwischen zwei Arten von Texturen unterschieden werden. Zum einen gibt es Texturen, welche von Blender mit Hilfe verschiedener Algorithmen erzeugt werden, die sogenannten prozeduralen Texturen und zum anderen können Bilder geladen und diese dem Material zugewiesen werden.

Generieren und Laden von Texturen Jedes Material kann bis zu zehn Texturen aufnehmen und jeder dieser Texturen kann ein eigener Name zugewiesen werden. Ebenso kann mit der Schaltäche links neben jeder Textur diese aktiviert oder deaktiviert werden. In Abbildung 3.35 ist die Liste der Texturen eines Materials zu sehen.

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Abbildung 3.35: Texturenliste des Materials Das aktuelle Material besitzt bereits eine Textur, was daran zu erkennen ist, dass die erste Schaltäche der Texturenliste beschriftet ist und dort der Name dieser Textur erscheint. Um nun eine weitere Textur zu erzeugen wählt man einen leeren Speicherplatz in der Liste an und fügt mit der nun erscheinenden Schaltäche Add New eine neue Textur ein. Somit besitzt das Material nun zwei Texturen, welchen allerdings noch keine Eigenschaften zugewiesen wurden, was heiÿt, dass diese noch keine Auswirkungen auf das Material haben und deshalb auch nicht dargestellt werden. Es muss also zunächst für jede der Texturen die entsprechenden Eigenschaft eingestellt werden. Exemplarisch soll nun eine der Texturen vom Programm generiert und der anderen das Bild aus Abbildung 3.36 zugewiesen werden.

Abbildung 3.36: Verwendete Textur Um dies zu tun muss zunächst in den Subkontext Texture buttons gewechselt werden. Dort können alle Einstellungen bezüglich prozeduralen oder geladenen Texturen gemacht werden. Beginnen wir mit dem Erstellen einer prozeduralen Textur. Abbildung 3.36 zeigt die Textureinstellungen und die Liste der möglichen Texturtypen.

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Abbildung 3.37: Textureinstellungen Da eine prozedurale Textur erzeugt werden soll, wird hier der Eintrag Clouds gewählt. Für prozedurale Texturen kommen ebenfalls alle anderen Einträge auÿer den Optionen Plugin , EnvMap und Image in Frage. Jeder der oben nicht genannten Optionen bietet eine Reihe an Funktionen zum Erzeugen verschiedenster Texturen, was hier aber nicht genauer betrachtet wird. Nachdem die Option Clouds gewählt wurde (Abb. 3.38), erscheint im Vorschaufenster auf der linken Seite eine wolkenähnliche Struktur, welche über das Einstellungsfenster rechts neben der Texturliste eventuell noch verändert werden kann.

Abbildung 3.38: Vorschau und Einstellungen der Clouds Textur Rendern wir nun die Szene, so erhalten wir den folgenden Eekt (Abb. 3.39). Hier wurde zusätzlich im Fenster Map To in den Materialeinstellungen der erzeugten Textur eine blaue Farbe zugewiesen, während die graue Farbe die Grundfarbe des Würfels darstellt. Diese Textur besteht somit aus zwei verschiedenen Farben - der Materialfarbe und der Texturfarbe.

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Abbildung 3.39: Prozedurale Textur mit der Einstellung Clouds Auf ähnliche Weise verfahren wir mit der Wandtextur aus Abbildung 3.36. Diese muss zunächst geladen werden, das heiÿt, dass in diesem Fall der Texturtyp Image für die zweite Textur in der Liste ausgewählt werden muss, da die erste erhalten bleiben soll. Daraufhin önen sich folgende Fenster (Abb. 3.40), welche uns ermöglichen eine Textur zu laden. Zudem sind erneut eine Reihe weiterer Einstellungsmöglichkeiten verfügbar, von denen aber zunächst keine benötigt wird. Im Fenster Image kann nun mit der Schaltfäche Load und des darauf folgenden Auswahldialogs die Wandtextur geladen werden.

Abbildung 3.40: Optionen zum Laden einer Textur Ist dies geschehen, wird die erste Textur in den Materialeinstellungen über die Schaltäche links neben deren Namen deaktiviert und die zweite Textur, falls nicht bereits geschehen, aktiviert. Abbildung 3.41 zeigt das fertige Bild mit der geladenen Wandtextur. Wie Sie sehen wird diese Textur nicht automatisch richtig auf dem Würfel platziert. Deshalb muss sie manuell ausgerichtet werden.

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Abbildung 3.41: Geladene Wandtextur mit falscher Ausrichtung

Ausrichten von Texturen (Mapping) Um eine Textur korrekt an einem Objekt auszurichten gibt es hauptsächlich zwei Möglichkeiten. Zum einen kann ein bestimmter 3D-Körper gewählt werden, dessen Form der des gewählten Objektes ähnelt und somit die Textur korrekt auf der Oberäche wiedergibt oder zum anderen kann das sogenannte UV Mapping verwendet werden, welches in Abschnitt 3.3.3 genauer beschrieben wird. Wenden wird uns also dem ersten Verfahren zu. Hierfür muss zunächst in den Materialeinstellungen die gewünschte Textur, in diesem Fall die zweite, ausgewählt und danach in das Register Map Input gewechselt werden, wie Abbildung 3.42 zeigt.

Abbildung 3.42: Einstellungen zum Ausrichten der Textur Im Register Map Input erscheinen erneut ein Reihe von Einstellungsmöglichkeiten, von denen die für dieses Verfahren verwendeten in Abbildung 3.42 bereits grün hinterlegt sind. Die Option Orco wird beibehalten, da diese das gewollte Verfahren darstellt. Mit den Schaltächen Flat , Cube , Tube und Sphe kann die Form, welche die Textur annehmen soll gewählt werden, was in diesem Fall bedeutet, dass wir die Schaltäche Cube aktivieren. Mit den zwölf Schaltächen darunter und den sechs Zahlenfeldern rechts

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daneben können weitere Eigenschaften wie die Ausrichtung der Textur entlang der verschiedenen Objektachsen, die Position der Textur auf der Oberäche und die Gröÿe der Textur eingestellt werden. Abbildung 3.43 zeigt einige Möglichkeiten dieser Methode, welche mit Hilfe der oben erwähnten Eigenschaften geändert wurden.

Abbildung 3.43: Rotierte, normale und verkleinerte Wandtextur

Weitere Einstellungen Um erweiterte Einstellungen an den Texturen durchzuführen, muss das Register Map To ein wenig genauer betrachtet werden. Dort gibt es eine Vielzahl spezieller Einstellungen, mit denen beispielsweise verschiedene Eekt, wie das normale Color Mapping, welches mit der Schaltäche Col aktiviert wird, das sogenannte Bump Mapping (Nor , mit dem Oberächenstrukturen simuliert werden oder auch das Alpha Mapping (Alpha ) erzeugt werden können. Ebenso kann dort die Farbe von prozeduralen Texturen oder deren Mischungsverhältnis mit der Grundfarbe des Objektes geändert und genauere Einstellungen zu den oben genannten Verfahren gemacht werden. Abbildung 3.44 zeigt das Register Map To und dessen Einstellungsmöglichkeiten.

Abbildung 3.44: Erweiterte Textureinstellungen Da bei der Stadt- und Landschaftsmodellierung des öfteren zweidimensionale Bäume in Form von Texturen verwendet werden, soll nun an einem Beispiel das Alpha Mapping in Blender 3D vorgestellt werden.

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In diesem Beispiel sollen folgende Baumtexturen (Abb. 3.45) verwendet werden, von denen die linke die Farbe des Baumes vorgibt und mit der rechten soll mit Hilfe des Alpha Mappings der schwarze Bereich um der Baum herum entfernt werden.

Beispiel 3.3.5

Abbildung 3.45: Baumtextur

Zunächst wird mit Hilfe der Leertaste und dem Wählen der Option Add → Mesh → Plane eine neue Ebene in die Szene integriert und so positioniert, das diese in der Kamera erschient. Ist dies geschehen, so wird für die Ebene ein Material erzeugt und die oben aufgeführten Texturen der Reihe nach geladen und vorteilshalber sofort mit Namen versehen (beispielsweise Col und Alpha). An der ersten Textur, welche dem Baum die Farbe geben soll, werden keine der Einstellungen verändert. Es sollte lediglich darauf geachtet werden, dass im Register Map Input die Optionen Orco und Flat und im Register Map To die Option Col ausgewählt sind. Als nächstes betrachten wir die Alpha-Textur, bei welcher einige Einstellungen im Register Map To gemacht werden müssen. Dort wird die Schaltäche Col deaktiviert und im Gegenzug dafür das Alpha Mapping aktiviert. Abbildung 3.46 zeigt die oben genannten Schritte.

Abbildung 3.46: Einstellungen im Register Map To

Zum Abschluss dieses Beispiel muss in den Materialeinstellungen nur noch der Alpha-

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wert des Materials im Fenster Material auf den Wert 0.0 gestellt und die Transparenz mit der Schaltäche Ray Transp im Fenster Mirror Transp aktiviert werden, was in Abbildung 3.47 dargestellt wird. Das tatsächliche Endergebnis zeigt Abbildung 3.48.

Abbildung 3.47: Materialeinstellungen für Alpha Mapping

Abbildung 3.48: Fertiger Baum in der gerenderten Szene

3.3.3 UV Mapping

Eine andere Art Texturen auf eine Oberäche zu bringen ist das UV Mapping. Hier wird die Textur nicht mit Hilfe von Grundkörpern auf die Oberäche des Objektes gelegt, sondern es kann jeder Teiläche, welche (Face genannt wird, ein beliebiger Ausschnitt der Textur zugewiesen werden. Hierdurch kann ein Objekt wesentlich genauer texturiert werden, was beispielsweise für Texturen wichtig ist, welche nicht mehrfach, also gekachelt auf einer Oberäche auftauchen sollen, sondern an einer speziellen Position. Dieses Verfahren soll an dem nachfolgenden Beispiel genauer erklärt werden. Hier soll ein Haus mit verschiedenen Tür-, Fenster- und Dachziegeltexturen versehen werden. Beispiel 3.3.6

Erstellen einer Vorlage für die Textur

Um das Beispiel ein wenig zu vereinfachen soll das Haus lediglich aus einem Quader mit aufgesetztem Prisma bestehen. Trotzdem sollte diese Konstruktion ausreichen um die

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Grundlagen des UV Mappings zu verdeutlichen. Abbildung 3.49 zeigt ein gerendertes Bild dieses noch nicht texturierten Objektes.

Abbildung 3.49: Haus ohne Texturen

Um diesem Haus nun eine Textur via UV Mapping zuzuweisen, müssen dessen Flächen zunächst so voneinander getrennt werden, sodass das gesamte Haus auseinandergefaltet und in einer Ebene positioniert werden kann. Dieses Auseinandefalten übernimmt Blender für uns, allerdings muss dem Programm vorher gesagt werden, an welchen Stellen das Haus aufgeschnitten werden soll. Hierfür stehen die sogenannten Seams zur Verfügung, mit deren Hilfe die Schnittkanten markiert werden, an denen das Haus aufgeschnitten werden soll. Dies funktioniert nur im Bearbeitungsmodus (Edit Mode) und mit der Tastenkombination Strg+E. Daraufhin önet sich ein Kontextmenü mit einer Reihe von Optionen, von denen nur die beiden ersten für das UV Mapping interessant sind. Hiermit können Kanten als Schnittstellen an- oder abgewählt werden, wenn sie zuvor selektiert wurden. Abbildung 3.50 illustriert diesen Schritt und zeigt wie Kanten aussehen, die als Schnittkanten markiert wurden.

Abbildung 3.50: Markieren einer Schnittkante (Seam)

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Da eine Schnittkante allerdings nicht ausreicht um das gesamte Haus in die Ebene aufzufalten müssen nun acht weitere gesetzt werden, was in Abbildung 3.51 dargestellt wird. Als Anmerkung sei noch gesagt, dass dies nicht die einzige Möglichkeit ist die Schnittkanten zu setzen.

Abbildung 3.51: Schnittkanten zum Aualten des Hauses in die Ebene (Seam)

Nun wird, wie in Abschnitt 2.1.3 angegeben, der UV Editor in einem neuen Fenster geönet und in der 3D-Ansicht zum Face Select Modus (UV Face Select) gewechselt. Hier soll nun mit Hilfe der Funktion Unwrap das Modell des Hauses in die Ebene aufgefaltet werden. Dafür müssen zunächst alle Faces des Modells selektiert werden, was mit der Taste A geschieht. Wurde dies korrekt durchgeführt, so haben alle Faces eine rosa Farbe. Nun kann über die Taste U das Kontextmenü UV Calculation aufgerufen werden, bei welchem die Option Unwrap gewählt wird. Daraufhin wird das Haus in die Ebene aufgefaltet und im UV Editor dargestellt (Abb. 3.52).

Abbildung 3.52: Ergebnisse vom Aualten des Hauses

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Wie man sieht sind die Faces ein wenig verschoben. Dies kann aber recht schnell behoben werden, da die Steuerung ähnlich der des Bearbeitungsmodus ist. Ist dies getan so kann, so wird das Ergebnis des Aualtens vorteilshalber als Bild gespeichert, welches dann später als Vorlage für die Textur dienen soll. Dieses Bild wird in Abbildung 3.53 dargestellt und wurde mit dem Befehl UVs → Scripts → Save UV Face Layout gespeichert. Nun kann das Bild beliebig mit Texturen versehen werden, wie es in Abbildung 3.53 auf der rechten Seite zu sehen ist.

Abbildung 3.53: Ergebnisse vom Aualten des Hauses und die daraus erstellte Textur

Beispiel 3.3.7

Laden und Zuweisen der erstellten Textur

Wurde nun erfolgreich eine Textur erstellt, so muss diese nur noch geladen und dem Objekt zugewiesen werden. Im geöneten UV Editor wird zunächst die Textur geladen (Image → Open) und sich davon überzeugt, ob diese immer noch in das aufgefaltete Haus hineinpasst, welches gegebenenfalls verschoben werden müsste. Zusätzlich sind aber auch noch einige Einstellungen beim Material des Hauses zu tätigen. Dort muss ebenfalls die Haustextur in die Texturliste geladen und im Register Map Input die Einstellung UV aktiviert werden. Abbildung 3.54 illustriert diese beiden Schritte.

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Abbildung 3.54: Laden der Haustextur und Einstellen des UV Mappings

Ist dies getan, so kann die Szene gerendert werden und man erkennt, dass die zuvor erstellte Textur korrekt auf die Oberäche des Hauses gelegt wurde. Abbildung 3.55 zeigt das nale Ergebnis.

Abbildung 3.55: Haus mit zuvor angefertigter Textur

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3.4 Beleuchtung Die Beleuchtung ist eine die wichtigsten Elemente einer realistisch wirkenden 3D-Szene. Deshalb werden hier die verschiedenen Beleuchtungseinstellungen von Blender 3D vorgestellt. Man hat die Wahl zwischen fünf Arten von Lichtquellen, welche in die Szene integriert werden können. Diese werden später genauer vorgestellt. Zunächst soll aber erklärt werden, wie eine neue Lichtquelle der Szene hinzugefügt wird. Dies geschieht ebenfalls über die Leertaste, durch welche das Kontextmenü von Blender aufrufen wird. Dort kann mit der Option Add → Lamp eine der fünf Lichtquellen ausgewählt werden, welche dann in der Szene erscheint. Die Einstellungen dieser Lichquelle können in den Materialeinstellungen im Subkontext Lightning buttons durchgeführt werden, welche in Abbildung 3.56 exemplarisch für den Typ Lamp dargestellt werden.

Abbildung 3.56: Vorschaufenster, Licht- und spezielle Schatteneinstellungen In Folgenden werden die Eigenschaften der einzelnen Typen von Lichtquellen ein wenig genauer vorgestellt. Es handelt sich im Einzelnen um die Typen Lamp, Area, Spot, Sun und Hemi.

Das Lamp Licht (Lamp)

Hierbei handelt es sich um eine punktförmige Lichtquelle, welche Licht in alle Richtungen abstrahlt, allerdings nur scharfe Schatten wirft. Dies verkürzt aber im Gegensatz zu einigen der anderen Lichtquellen die Zeit zum Rendern des Bildes. Da das Lamp Licht nicht sehr realistisch wirkt, kann ich es nur zum Testen von verschiedenen Einstellungen und für längere Animationen oder Echtzeitvisualisierungen empfehlen. Abbildung 3.57 stellt die Auswirkungen dieser Lichtquelle auf ein kegelförmiges Objekt dar. Ebenfalls ist in der linken oberen Ecke das Symbol dieser Lichtquelle in der 3D-Ansicht zu sehen.

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Abbildung 3.57: Lamp Licht in der gerenderten Szene und in der 3D-Ansicht

Das Area Licht (Area)

Diese Lichtquelle strahlt ihr Licht nicht in alle Richtungen ab, sondern nur entlang der gestrichelten Linie, welche in der 3D-Ansicht zu erkennen ist. Zudem gibt deren Rechteck, an wie groÿ der Bereich ist von dem das Licht ausgesendet wird, was über die Regler Size in den Beleuchtungseinstellungen geregelt werden kann. Diese Lichtquelle wirft wesentlich weichere und damit auch natürlichere Schatten als das Lamp Licht, was mit der Einstellung Ray Shadow und dem Regler links davon (Samples ) stufenweise verbessert werden kann. Weichere Schatten setzen allerdings auch eine längeres Rendern voraus. Abbildung 3.58 wurde mit der Einstellung Ray Shadow und einem Samples -Wert von 9 gerendert.

Abbildung 3.58: Area Licht in der gerenderten Szene und in der 3D-Ansicht

Das Spot Licht (Spot)

Das Spot Licht ist die komplexeste Lichtquelle. Dort können wesentlich mehr Einstellungen gemacht werden als bei den anderen Lichtquellen. Es handelt sich hier um ein klassisches Scheinwerferlicht, welches nur einen be-

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stimmten Bereich beleuchten kann. Das heiÿt, dass von der Position des Spots sich das Licht kegelförmig ausbreitet, bis es auf eine Oberäche trit. Diese Lichtquelle kann mit zwei Arten von Schatten umgehen, dem bereits vorgestellten Ray Shadow und dem Buf.Shadow . Der Buered Shadow wirkt wesentlich weicher und besitzt ein Reihe von Einstellungesmöglichkeiten, ein Beispiel hierfür ndet sich im unteren Bild von Abbildung 3.59 wieder. Zudem gibt es bei diesem Licht ebenfalls die Möglichkeit über den sogenannten Halo-Eekt Staubpartikel im Licht zu simulieren.

Abbildung 3.59: Spot Licht mit Raytracing Schatten und gepuerten Schatten

Das Sun Licht (Sun)

Durch dieses Licht soll, wie der Name schon sagt, Sonnenlicht simuliert werden. Es gehört zur Kategorie der einfachen Lichter und besitzt somit nur wenige Schatteneinstellungen, ist allerdings ein gerichtetes Licht, was erneut durch die gestrichelte Linie dargestellt wird. Zudem nimmt die Lichtintensität nicht ab, sodass Sonnenlicht nur durch abgeschlossene Räume unterbrochen werden kann. Abbildung 3.60 zeigt eine gerenderte Szene mit der Sun Lichtquelle.

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Abbildung 3.60: Sun Licht in der gerenderten Szene und in der 3D-Ansicht

Das Hemi Licht (Sun)

Die letzte Lichtquelle in Blender 3D ist das Hemi Licht, welches ebenfalls nur zur Simulation von Sonnenlicht verwendet sollte. Da bei diesem keinerlei Schatteneinstellungen möglich sind, versteht sich von selbst, dass dieses Licht keine Schatten wirft und nach Möglichkeit nur unterstützend zu anderen Lichtquellen eingesetzt werden sollte. Es handelt sich hier erneut um ein gerichtetes Licht, welches ausgehend von einer Halbkugel (Hemisphere) ausgestrahlt wird (Abb. 3.61).

Abbildung 3.61: Hemi Licht in der gerenderten Szene und in der 3D-Ansicht

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3.5 Animationen Animationen sind ein sehr umfangreiches Kapitel von Blender 3D, weswegen sie hier nicht sehr detailliert betrachtet werden können. Aus diesem Grund beschäftigt sich der Abschnitt hauptsächlich mit dem Beispiel einer Kamerafahrt durch eine zuvor erstellte Szene. Einfachere Animationen können in Blender sehr schnell mit Hilfe der sogenannten Keyframes erstellt werden.

Folgende zwei Szeneausschnitte sollen in diesem Beispiel mit einer Kamerafahrt verknüpft werden (Abb. 3.62) Beispiel 3.5.1

Abbildung 3.62: Start- und Endpunkt des Kamerafahrt

Da dies in Blender nicht besonders schwierig ist, stellen wir noch eine weitere Bedingung. Während der Kamerafahrt soll die Kamera immer auf den gleichen Punkt ausgerichtet sein. Dies macht die Kamerafahrt ein wenig interessanter und wirkt zudem realistischer. Für dieses Beispiel wird eine Anzeige benötigt, welche bisher noch nicht betrachtet wurde. Diese zeigt die Position an, an der sich die Animation gerade bendet, was allerdings nicht in Sekunden oder Millisekunden angegeben wird, sondern mit den sogenannten Frames. Das heiÿt, dass für jedes Frame, welches wir in unserer Animation verwenden, später ein Bild gerendert wird. In Abbildung 3.63 wird die Anzeige des aktuellen Frames dargestellt, welche sich in der Kopfzeile des Einstellungsfensters bendet.

Abbildung 3.63: Frameanzeige in der Kopfzeile des Einstellungsfensters

Da die Kamera während der Animation immer den gleichen Punkt anvisieren soll, müssen wir diesen mit einem Empty Objekt markieren und auf dieses die Kamera ausrichten.

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Dieses spezielle Objekt wird im fertigen Bild nicht dargestellt und lässt sich mit Hilfe der Leertaste und der Option Add → Empty erstellen. Nun wird es an die gewünschte Position verschoben und die Kamera darauf ausgerichtet. Um dies zu tun muss zunächst die Kamera und danach unter Zuhilfenahme der Taste Shift das Empty-Objekt markiert werden, sodass beide Objekte gleichzeitig angewählt sind. Nun wird die Tastenkombination Strg+T betätigt und in dem sich önenden Kontextmenü die Option TrackTo Constraint gewählt. Ist dies getan, so erkennt man, wie eine gestrichelte Linie zwischen Kamera und Objekt verläuft. Bewegt man nun die Kamera, so schaut diese immer in Richtung des mit ihr verbundenen Empty-Objektes. Abbildung 3.64 zeigt, wie sich Kamera und Empty-Objekt vor und nach den oben genannten Schritten verhalten.

Abbildung 3.64: Anwenden der TrackTo Constraint Funktion

Da nun die Kamera auf das Empty-Objekt ausgerichtet ist, kann die Animation auf der Basis von Keyframes erzeugt werden. Ein Keyframe ist ein spezielles Frame, bei dem man die Position des Animierten Objektes, hier der Kamera, bestimmen kann. Besitzt die Animation nun zwei Keyframes, so kann das Objekt bei jedem der beiden Keyframes eine andere Position annehmen und in den Frames dazwischen wird die Animation vom Programm berechnet. Dies hat den Vorteil, das man nicht für jedes Bild die Position des Objektes selbst bestimmen muss. Die Kamera soll sich auf einer Linie bewegen, was bedeutet das wir hier nur zwei Keyframes benötigen. Eines bei Frame 1 und das andere bei Frame 30. Dazu markiert man die Kamera, stellt die Frameanzeige auf 1, drückt die Taste I auf der Tastatur und wählt in dem sich önenden Kontextmenü die Einstellung LocRot, da die Kamera sich bewegt und über das Empty-Objekt ebenfalls gedreht wird. Nun wechselt man zum Frame 30, verschiebt die Kamera an die gewünschte Stelle und führt dort die gleiche Prozedur durch. Abbildung 3.65 illustriert diese beiden Schritte der Übersicht halber in einer leeren Szene.

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Abbildung 3.65: Erstellung der beiden Keyframes

Betrachtet man nun die Animation mit den Tasten Alt+A, so erkennt man wie sich die Kamera von ihrem Startpunkt aus zum denierten Endpunkt bewegt, während sie immer auf das Empty-Objekt ausgerichtet ist. Die fertige Animation der anfangs gezeigten Szene kann in Abbildung 3.66 als Bildsequenz betrachtet werden, wird aber ebenfalls im Dateianhang dieser Studienarbeit unter dem Namen Animation Kamerafahrt mitgeführt.

Abbildung 3.66: Bildsequenz der Kamerafahrt

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3.6 Echtzeitvisualisierung Dieser Bereich von Blender 3D ist sehr mächtig und stellt eine Vielzahl an Funktionen bereit. Deshalb kann hier nicht besonders genau auf die Game Engine von Blender eingegangen werden, da dies den Rahmen sprengen würde. Es werden hier kurz die Möglichkeiten der Game Engine angesprochen und danach auf eine recht gute Beschreibung dieser verwiesen. Die Game Engine bietet eine Reihe von Möglichkeiten einfachere Projekte ganz ohne jegliche Programmierkenntnisse durchzuführen und dabei recht gute Ergebnisse zu erzielen. Es ist aber zudem auch möglich eigenen Programmcode mit Hilfe der Programmiersprache Python in das Projekt einzubinden. Die Einstellungen der Game Engine werden im Kontext Logic vorgenommen. Dort können für jedes Objekt drei verschiedene Einstellungen aktiviert werden. Im Einzelnen sind dies: • Sensors • Controllers • Actuators

Diese bieten viele Einstellungsmöglichkeiten, um Objekte zu steuern oder diese auf andere Weise zu beeinussen, wozu sie über Linien verbunden werden müssen. Abbildung 3.67 illustriert diesen Vorgang.

Abbildung 3.67: Auswahl der in Blender verfügbaren Objekte Da nun kurz die Grundelemente der Interaktion zwischen Objekten angesprochen wurden, will ich noch einige Worte über die eingebaute Physik Engine verlieren. Diese kann verwendet werden um verschiedene physikalische Eekte wie beispielsweise Fall- oder Rollbewegungen zu simulieren. Ebenso können Kollisionseekte realistisch simuliert werden. Mit der Physik Engine von Blender 3D können so aber auch naturgetreue Animationen erzeugt und danach mit fotorealistischen Objekten gerendert werden. Da hier nicht alle Funktionen im Detail beschrieben werden können, habe ich der Studienarbeit eine Projektdatei von Blender (.blend) beigelegt, welche einige Funktionen der

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Game Engine an einem praktischen Beispiel vorführt. Um dieses Beipiel zu starten, können Sie die blend-Datei in Blender önen und die Simulation mit der Taste P ausführen. Dort erhalten Sie auch weitere Informationen. Ebenso kann ich auf die im Literaturverzeichnis aufgeführte Website Blender Summer of Documentation verweisen, da es dort ein gesamtes Kapitel zum Thema Game Engine gibt, was zwar in englischer Sprache vorliegt, aber trotzdem recht gut verständlich ist. [4]

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4 Datenaustausch mit Geoinformationssystemen In diesem Kapitel wird in einigen Abschnitten die Schnittstelle zu Geoinformationssystemen (GIS) vorgestellt. Hier werden verschiedene Möglichkeiten des Datenaustausches zwischen Blender und GIS-Systemen beschrieben und diese anhand der verfügbaren Import- und Export-Formate nahegelegt.

4.1 Vektorgeometrie Dieser Abschnitt beschäftigt sich mit der Vektorgeometrie eines Geoinformationssystems. Hier soll erklärt werden, wie diese, welche beispielsweise einen Grundriss zeigt, in Blender importiert wird. Dies hat den Vorteil, dass ausgehend von dem Grundriss die Szene recht schnell modelliert werden kann. Für dieses Vorgehen wird eines der folgenden Formate verwendet: • Drawing Exchange Format (.dxf) • Scable Vector Graphics (.svg)

Da Blender zur Zeit mit verschiedenen Versionen des dxf-Formates nicht besonders gut zurecht kommt und deren Önen bei gröÿeren Geometrien sehr lange dauern kann, wird hauptsächlich die Verarbeitung von svg-Dateien erläutert. Das Einbinden von dxf-Dateien verläuft aber mit Ausnahme einiger spezieller Einstellungen analog, sofern eine unterstützte Datei-Version verwendet wird. Um eine der oben genannten Dateien zu importieren muss die entsprechende Funktion im Dateimenü von Blender gewählt werden. Am Beispiel einer svg-Datei wäre der Befehl File → Import → Paths auszuwählen, wie Abbildung 4.1 zeigt.

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Abbildung 4.1: Importieren von svg-Dateien Wird die vorgestellte Option zum Importieren einer svg-Datei gewählt, so önet sich zunächst ein Kontextmenü (Abb. 4.2), in welchem das benötigte Pfad-Format gewählt werden kann. Im aktuellen Fall wäre somit das Format Inkscape (.svg) zu wählen. Ist dies getan, so erscheint der Standard-Auswahldialog von Blender, mit dessen Hilfe die zu importierende svg-Datei selektiert und mit der Schaltäche Import SVG bestätigt werden kann. Daraufhin önet sich an der Position des Mauszeigers ein weiteres Kontextmenü (Abb. 4.2), mit welchem verschiedene Einstellungen zur Gröÿe des importierten Objektes getätigt werden können. Wurde dort eine der Optionen gewählt, so wird die angegebene Datei importiert. Das Importieren von Vektorgeometrien, besonders von dxf-Dateien, kann allerdings einige Zeit in Anspruch nehmen, weshalb man hier ein wenig Geduld haben sollte, auch wenn das Betriebssystem recht schnell die Warnung Keine Rückmeldung ausgibt.

Abbildung 4.2: Wählen des Import-Formates und der Import-Gröÿe Wurde die Datei korrekt eingelesen, so erscheint diese in der Szene und kann dort weiterverarbeitet werden. Bevor dies geschieht sollte sie allerdings zunächst so skaliert werden,

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dass deren Maÿstab sich mit den Einheiten in Blender (BE) überdeckt. So sollte beispielsweise ein Meter eines Grundrisses eine Blendereinheit also 1.000 in Anspruch nehmen. Dies kann natürlich beliebig skaliert werden, sodass eine Blendereinheit auch für zehn oder hundert Meter stehen kann. Hier sollte je nach Maÿstab und Detaillierungsgrad der Vektorgeometrie entschieden werden. Die oben genannte Vorgehensweise ist aber nicht zwingend nötig um Vektorgeometrien zu verarbeiten, erleichtert allerdings das Modellieren anderer Objekte. Das nachfolgende Beispiel demonstriert, wie ein Grundriss in Blender importiert und dieser an die Blendereinheiten angepasst wird und somit optimal weiterverarbeitet werden kann.

Bevor Vektorgeometrien in Blender importiert werden können, sollte zunächst allerdings sichergestellt werden, dass kein Objekt der Szene selektiert ist. Dies geschieht mit Hilfe der Taste A, welche nun solange (höchstens zweimal) betätigt wird, bis alle Objekt abgewählt sind. Die nachfolgende svg-Datei soll nun in Blender eingelesen werden (Abb. 4.3). Beispiel 4.1.1

Abbildung 4.3: Beispiel einer svg-Datei

Wie oben erklärt, wird mit dem Befehl File → Import → Paths und der Option Inkscape (.svg) in dem sich önenden Kontextmenü der Auswahldialog von Blender aufgerufen. Dort kann eine beliebige svg-Datei ausgewählt werden, was mit einem Klick auf die Schaltäche Import SVG und dem Auswählen der Option As is im Select Size Kontextmenu bestätigt wird. Wurde die Geometriedatei korrekt eingelesen, so sollte diese in Blender als ein sogenanntes Curve-Objekt erscheinen und kann nun wie alle anderen

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Objekt bearbeitet werden. Abbildung 4.4 zeigt die eingelesene svg-Datei als Curve-Objekt in der 3D-Ansicht.

Abbildung 4.4: Eingelesene svg-Datei in der 3D-Ansicht

Das somit neu entstandene Curve-Objekt kann und wird mit hoher Wahrscheinlichkeit viel zu groÿ für die aktuelle Szene sein, sodass es zunächst skaliert werden muss. Hierzu werden mit der Taste N die Transformationseigenschaften des Objektes aufgerufen und dort die Schaltäche Link Scale aktiviert, damit das Curve-Objekt proportional skaliert werden kann. Mit den Reglern DimX und DimY kann nun die Gröÿe des Kartenausschnittes individuell angepasst werden. Abbildung 4.5 verdeutlicht dieses Vorgehen ein wenig genauer.

Abbildung 4.5: Skalieren des Curve-Objektes

Wurde die Karte, den eigenen Vorstellungen entsprchend skaliert, so kann im Bearbeitungsmodus bei Bedarf der rechteckige Rahmen, welcher nicht zur Karte gehört, entfernt werden. Ist dies getan so kann das Curve-Objekt mit all seinen Eigenschaften genutzt werden. Zudem besteht aber auch die Möglichkeit es in ein Mesh-Objekt umzuwandeln und somit basierend auf diesem eine dreidimensionale Szene zu erstellen. Hierzu wird im Menü der 3D-Ansicht die Option Objekt → Convert Object Type... und in dem

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sich önenden Kontextmenü die Funktion Mesh gewählt. Je nach importierten svg-Datei müssen nach der Konvertierung allerdings einige Flächen manuell nachbearbeitet werden. Zum Abschluss zeigt Abbildung 4.6 zwei Curve-Objekte, wobei das selektierte die Linien und das andere die Flächen der Geometriedatei beinhaltet. Zu beachten ist allerdings, dass beide Objekte manuell voneinander getrennt wurden.

Abbildung 4.6: Linien und Flächen der importierten Geometriedatei

4.2 Rastergraken Blender kann mit verschiedenen Rastergraken umgehen, welche über die Materialeinstellungen mit Hilfe einer Textur beispielsweise auf eine Ebene projiziert werden können. Dieser Vorgang wurde in den Abschnitten 3.3.2 und 3.3.3 näher erläutert. Rastergraken können aber ebenfalls dazu verwendet werden um Höheninformationen mit Hilfe eines Geoinformationssystems in Graustufenkarten zu kodieren, welche mit Displacement Mapping in Blender als 3D-Modell dargestellt werden. In Abschnitt 3.1 wurde dies bereits genauer erklärt und wird somit an dieser Stelle nicht weiter ausgeführt. Mit folgenden Rastergraken kann Blender umgehen und diverse Informationen aus ihnen extrahieren. Alle in Tabelle 4.1 aufgeführten Formate können sowohl eingelesen, als auch ausgegeben werden.

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Format

Tagged Image File Format Joint Photographic Experts Group Bitmap Portable Network Graphics Targa/Targa Raw Radiance HDR Open EXR Digital Picture Exchange

Endungen

.tif .jpg, .jpeg .bmp .png .tga .hdr .exr .dpx

Tabelle 4.1: Rastergrakformate in Blender

4.3 3D Modelle Da Geoinformationssysteme in der Regel auch über Programme verfügen, welche Landschaften dreidimensional darstellen können, besteht somit die Möglichkeit auf einige Formate der 3D-Grak zurückzugreifen. Blender kann auf eine Vielzahl von 3D-Grak Formaten zugreifen und diese somit in die Szene einbinden. Ein vor allem bei GIS-Systemen verwendeter Standard sind VRMLDateien. Blender unterstützt sowohl den Import, als auch den Export von VRML-Dateien (.wrl) der Version 1.0, was VRML zu einer guten Schnittstelle zwischen Geoinformationssystemen und Blender macht. Es besteht somit die Möglichkeit bereits fertige und vor allem maÿstabsgetreue Landschaftsmodelle in Blender einzubinden und basierend auf diesen eine weitere Modellierung durchzuführen. Da einige GIS-System nur VRML-Dateien der Version 2.0 erzeugen, können Objekte im VRML-Format nicht immer in Blender eingelesen werden. Hier ist leider ein separates Programm nötig, welches VRML 2.0 einlesen und dieses in VRML 1.0 oder ein anderes von Blender unterstütztes Format konvertieren kann. Anhand des nachfolgenden Beispiels soll der Import von VRML-Dateien verdeutlicht werden. Als Grundlage dient bei beiden Beispielen ein zuvor in einem GIS-System erstelltes Landschaftsmodell.

Um eine VRML-Datei zu importieren, muss folgender Befehl ausgeführt werden File → Import → VRML 1.0. Daraufhin önet sich sofort der Dateiauswahldialog von Blender und es kann eine VRML-Datei ausgewählt werden. Es sollte aber darauf geachtet werden, dass VRML-Dateien mit der Endung .wrl gekennzeichnet werden und nicht etwa mit .vrml oder ähnlichen Dateiendungen. Wird nun die Schaltäche Import VRML betätigt, so lädt Blender das VRML-Objekt in die Szene. Abbildung 4.7 zeigt den oben beschriebenen Vorgang. Beispiel 4.3.1

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Abbildung 4.7: Importieren von VRML-Dateien

Nun, da das VRML-Objekt in die Szene importiert wurde, kann es wie jedes andere Mesh-Objekt beliebig bearbeitet werden. So können beispielsweise häug auftretende grobe Oberächen recht einfach geglättet oder diverse Manipulationen am Mesh-Objekt vorgenommen werden. In Abbildung 4.8 wird zum Abschluss dieses Beispiels das eingelesene VRML-Objekt in der 3D-Ansicht dargestellt.

Abbildung 4.8: Importiertes VRML-Objekt in der 3D-Ansicht

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5 Vergleich mit 3D Studio Max Zum Abschluss dieser Studienarbeit möchte ich noch ein Kapitel dem Vergleich von Blender mit anderen Programmen, speziell aber 3D Studio Max widmen. Hier wird z.T. nur meine eigene persönliche Meinung dargestellt, welche keines der Programme schlecht machen soll, da in beiden sehr viel Arbeit steckt und diese auch im professionellen Bereich verwendet werden. Im den folgenden zwei Abschnitten werden die Vor- und Nachteile von Blender gegenüber 3D Studio Max betrachtet. Hier erhalten Sie Informationen darüber für welche Aufgaben und Probleme Sie eher auf Blender und für welche Sie auf 3D Studio Max zurückgreifen sollten.

5.1 Allgemein 5.1.1 Vorteile

Einer der gröÿten Vorteile von Blender gegenüber 3D Studio Max ist die Tatsache, dass Blender eine Open Source Software ist. Somit ist es frei verfügbar. Dies impliziert, dass Blender eine groÿe Fangemeinde besitzt und somit entsprechend viele Anleitungen zum Modellieren und Texturieren im Internet zu nden sind. Im Bereich der Modellierung hat Blender meiner Meinung nach ein kleinen Vorsprung, da man hier, nachdem man die etwas längere Einarbeitungszeit überwunden hat, sehr komfortabel auch komplexere Objekte modellieren kann. Dies wird auch durch das schnelle Wechseln zwischen Objekt- und Bearbeitungsmodus unterstützt, während bei 3D Studio Max erst ein bearbeitbares Netz erzeugt werden muss. Weiterhin bietet Blender auch recht gute Funktionen zur Herstellung physikalischer Effekte wie beispielsweise Feuer oder Wasser und ebenso eine eingebaute Game Engine, mit der Echzeitvisualisierungen möglich sind. Zudem können auch bei dieser diverse physikalische Eekte beachtet werden. Um dies mit 3D Studio Max durchzuführen ist allerdings ein weiteres Programm nötig, wie beispielsweise Virtools.

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5.1.2 Nachteile

Es gibt aber auch einige Nachteile bei Blender 3D. Hier muss beispielsweise mit einer gröÿeren Einarbeitungszeit als bei 3D Studio Max gerechnet werden, da Blender nicht die gewohnte Oberäche des Betriebssystems verwendet, sondern ein teilweise sehr eigenes Aussehen hat. Ebenso sollten zum eektiven Arbeiten mit Blender viele der Tastaturkürzel beherrscht werden, da nicht immer alle Schaltächen sofort verfügbar sind. Hier hat 3D Studio Max den Vorteil, dass alles wie gewohnt in einer Menüleiste untergebracht ist und zudem viele Werkzeuge über Werkzeugleisten direkt verfügbar sind. Ebenso denke ich, dass 3D Studio Max in Sachen Support ein wenig besser dastehen könnte, da dieses ein kommerzielles Programm ist und die Kunden somit einen Anspruch auf Support haben. Ein weiterer Nachteil von Blender ist dieser, dass dort, meines Wissens nach, nicht die Möglichkeit besteht spezielle Einstellungen für stereoskopische Präsentationen zu machen, welche aber in der Kartographie oft von Vorteil sein können. Alles in allem ist Blender meiner Meinung nach aber eine sehr gute Software um in den Bereich der 3D Visualisierung einzusteigen, aber auch von anderen Programmen umzusteigen, weil Blender ebenso professionell genutzt werden kann.

5.2 Eigenschaften im direkten Vergleich Dieser Abschnitt beschäftigt sich mit dem Vergleich einzelner Eigenschaften beider Programme. Es soll anhand einiger Funktionen ein direkter Vergleich zwischen Blender und 3D Studio Max ermöglicht werden. Dies geschieht mit Hilfe diverser Modellierungsbeispiele, welche je Programm einmal durchgeführt und eventuelle Vor- oder Nachteile erläutert werden. 5.2.1 Modellierung

Zunächst beschäftigen wir uns mit der Modellierung eines Beispielobjektes, mit dessen Hilfe grundlegende Funktionen wie das Bearbeiten einzelner Knotenpunkte und das Extrudieren diverser Flächen verglichen werden. Das in Abbildung 5.1 dargestellte Objekt soll nun zunächst in Blender und im darauolgenden Beispiel in 3D Studio Max modelliert werden. Hierbei dient in beiden Beispielen eine Szene als Ausgangspunkt, in welcher lediglich die Kamera und eine Lichtquelle vorkommen.

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Abbildung 5.1: Zu modellierendes Objekt

Zunächst soll in Blender ein Würfel als Ausgangsobjekt eingefügt werden. Dieser wird im Kontextmenü von Blender, welches mit der Leertaste aufgerufen wird, mit Hilfe der Option Add → Mesh → Cube erzeugt und in dessen Länge und Breite mit dem Transformationswerkzeug jeweils um die Hälfte reduziert. Abbildung 5.2 zeigt dieses Vorgehen. Beispiel 5.2.1

Abbildung 5.2: Skalieren des Würfels mit dem Transformationswerkzeug

Nun wird mit der Taste Tab in den Bearbeitungsmodus gewechselt und mit Hilfe der Extrude Funktion (Taste E) die vier unteren Knotenpunkte in zwei Schritten zu einer Bodenplatte extrudiert. Durch einen schnellen Wechsel in den Bearbeitungsmodus entsteht somit folgendes Ergebnis (Abb. 5.3).

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Abbildung 5.3: Extrudierte Bodenplatte

Hat die Bodenplatte nun die gewünschte Gröÿe, so wird erneut durch Extrudieren der obere Teil des Quaders um circa ein Viertel verlängert und zwischen den vier neu entstandenen Knotenpunkten mit Hilfe des Knife Tools und der Taste K zusätzlich zwei weitere erzeugt. Abbildung 5.4 verdeutlicht diesen Vorgang.

Abbildung 5.4: Verwendung der Knife Tools

Als nächstes wird ausgehend von den zuvor erzeugten Knotenpunkten der Ring des Objektes in zwei verschiedene Richtungen extrudiert. Hierbei wird darauf geachtet, dass die neu erzeugten Knotenpunkte immer mit Hilfe der Taste Strg am Koordinatenraster ausgerichtet werden, wodurch der Ring auf beiden Seiten gleich aussieht. Zum Abschluss dieses Beispiels wird der obere Teil des Ringes um eine halbe Blendereinheit extrudiert, was im rechten Bild der Abbildung 5.5 dargestellt wird. Mit der Funktion Rem Doubles werden überschüssige Knotenpunkte entfernt um die Abgeschlossenheit des Objektes zu garantieren, da dies bei der Verwendung von virtuellen Knotenpunkten in nachfolgenden Beispiel eine groÿe Rolle spielen kann.

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Abbildung 5.5: Modellieren des Ringes

Dieses Beispiel zeigt das Modellieren des gleichen Objektes in 3D Studio Max, womit ein Vergleich mit dem Vorgehen in Blender möglich ist. Hier wird nicht wie in Blender ein Würfel als Ausgangsobjekt gewählt, sondern der gewünschte Quader direkt mit Hilfe dessen Eigenschaften erstellt. Erstellen wir nun also einen Quader und passen dessen Gröÿe an. Hierfür wird das Werkzeugfenster an der rechten Seite der Programmoberäche verwendet, bei welchem im Reiter Erstellen die Schaltäche Geometrie ausgewählt sein sollte. Direkt unter dieser erscheint nun eine Auswahlbox, in welcher der Eintrag Standard Grundkörper selektiert wird. Ist dies getan, so kann mit der darunterliegenden Schaltäche Quader und den sich önenden Eigenschaften ein Quader entsprechend den oben dargestellten Vorgaben in einer der vier verschiedenen Ansichten erzeugt werden. Abbildung 5.6 illustriert diese Vorgehensweise. Beispiel 5.2.2

Abbildung 5.6: Erstellen eines Quaders

Als nächstes wird der Quader in ein bearbeitbares Netz umgewandelt, wozu mit der rechten Maustaste das Kontextmenü von 3D Studio Max aufgerufen und dort unter dem Eintrag

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Konvertieren in: die Option In bearbeitbares Netz umwandeln gewählt wird. Ist dies getan, so können, bei selektiertem Quader, im Werkzeugfenster unter dem Reiter Ändern verschiedene Teile des Quaders verändert werden. Da nun der Fuÿ des Objektes erstellt werden soll, muss die Fläche unterhalb des Quaders mit Hilfe der Funktion Polygon des Werkzeugfensters selektiert werden. Daraufhin wird in den Eigenschaften im unteren Bereich des Werkzeugfensters zunächst der Regler links neben der Schaltäche Extrudieren einmalig betätigt und danach die Funktion Abschrägen aktiviert und die Fläche des Fuÿes mit Hilfe des Reglers rechts davon erzeugt. Zudem wird zusätzlich die gerade erzeugte Fläche nach unten extrudiert. Abbildung 5.7 zeigt die vorgestellten Schritte.

Abbildung 5.7: Erstellen der Fuÿäche durch Extrudieren

Nun wird die obere Fläche so aufgeteilt, dass aus ihr der Ring extrudiert werden kann. Hierzu wird diese selektiert und mit der Funktion Facettieren in vier Teilächen aufgeteilt. Da diese Funktion die neu erzeugten Knotenpunkt ein wenig nach oben versetzt sollten diese mit dem Betätigen der Schaltäche Ebnen wieder in eine Ebene gebracht werden. In Abbildung 5.8 werden diese Einstellungen und ebenfalls deren Eekt dargestellt.

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Abbildung 5.8: Aufteilen der oberen Fläche in vier Teilächen

Wurde die obere Fläche korrekt aufgeteilt, so können die Teilächen nach oben extrudiert und in die verschiedenen Richtungen verschoben werden. Auf die gleiche Weise wird mit den restlichen Abschnitten des Ringes verfahren, wobei zu beachten ist, dass der Ring in beide Richtungen symmetrisch extrudiert werden sollte. Abbildung 5.9 zeigt links einen Zwischenschritt der Ringkonstruktion und rechts das Endergebnis.

Abbildung 5.9: Modellieren des Ringes

5.2.2 Virtuelle Knotenpunkte

Virtuelle Knotenpunkte, sogenannte Subsurfaces, können sowohl in Blender, als auch in 3D Studio Max erzeugt werden. Hierdurch wird ein Objekt virtuell in mehr Knotenpunkte eingeteilt als es tatsächlich besitzt. Somit können verschiedene Rundungen recht einfach erzeugt werden, ohne sich selbst um die Knotenpunkte kümmern zu müssen.Anhand des in den oben aufgeführten Beispielen erstellten Objektes soll nun zunächst in Blender und daraufhin in 3D Studio Max dieses mit virtuellen Knotenpunkte versehen werden.

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Um in Blender virtuelle Knotenpunkte hinzuzufügen muss der sogenannte Subsurf-Modier im Kontext Editing aktiviert werden. Dort können im Fenster Modiers mit Hilfe der Schaltäche Add Modier und Auswahl der Option Subsurf virtuelle Knotenpunkte für das gerade selektierte Objekt erzeugt werden (Abb. 5.10). Beispiel 5.2.3

Abbildung 5.10: Subsurf Modier des selektierten Objektes

Ist dies getan, so kann mit den Reglern Levels und Render Levels die Anzahl der virtuellen Knotenpunkte in der 3D-Ansicht bzw. im gerenderten Bild verändert werden. Zudem kann zwischen zwei Arten von virtuellen Knotenpunkten unterschieden werden Simple Subdiv. und Catmull-Clark. Ersteres unterteilt das Objekt lediglich in mehrere Knotenpunkte, verändert aber dessen Aussehen nicht, sodass hier der Eekt erst nach betätigen der Schaltäche Apply zu sehen ist (Abb.5.11).

Abbildung 5.11: Simple Subdiv. angewandt auf das zuvor erstellte Objekt

Catmull-Clark hingegen rundet die Kanten je nach Anzahl der virtuellen Knoten mehr oder weniger stark ab. Um dies zu verdeutlichen wurden in Abbildung 5.12 sich zwei verschiedene Genauigkeitsstufen gegenübergestellt.

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Abbildung 5.12: Zwei Genauigkeitstufen des Catmull-Clark Algorithmus im Vergleich

3D Studio Max besitzt eine dem Subsurf-Modier ähnliche Funktion, das sogenannte Mesh Smooth. Diese wird im Reiter Ändern des Werkzeugfenster an der linken Seite der Programmoberäche aktiviert. Es muss allerdings zunächst ein Objekt gewählt werden, zu dessen Modikatoren-Liste dann mit Hilfe der darüberliegenden Auswahlbox der Modikator MeshSmooth hinzugefügt wird, wie in Abbildung 5.13 dargestellt. Beispiel 5.2.4

Abbildung 5.13: Hinzufügen des MeshSmooth Modikators

Betrachtet man nun das 3D-Fenster, so erkennt man, dass sich das Objekt ein wenig verändert hat, genauer gesagt diverse Ecken wurden abgerundet. In den Eigenschaften dieses Modikators, welche sich im unteren Teil des Werkzeugfensters benden, können nun verschiedene Einstellungen ähnlich den bekannten aus Blender gemacht werden. Die Eigenschaften Unterteilungsmethode und Betrag der Unterteilung werden hier ein wenig genauer betrachtet und deren Auswirkung in Abbildungen 5.15 und 5.16 dargestellt.

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Zunächst zeigt Abbildung 5.14 aber die oben erwähnten Eigenschaften.

Abbildung 5.14: Eigenschaften des MeshSmooth Modikators

Über die Auswahlbox kann zwischen drei verschiedenen Unterteilungsmethoden gewählt werden - Klassisch, Quad-Ausgabe und NURBS. Abbildung 5.15 zeigt die Unterschiede im 3D-Fenster.

Abbildung 5.15: Unterteilungsmethoden Klassisch, Quad-Ausgabe und NURBS

Wie auch in Blender kann die Anzahl der Knotenpunkte mit Hilfe des Reglers Wiederholungen verändert werden. Allerdings kann hier selbst entschieden werden, ob man für die 3D-Fenster und das fertig gerenderte Bild jeweils einen Regler verwendet oder ob dieser für beide Fälle der selbe ist (Abb. 5.14). Zudem besteht im Gegensatz zu Blender auch die Möglichkeit mit dem Regler Glätte diese für das Objekt und gegebenenfalls auch für das gerenderte Endergebnis zu variieren. Abbildung zeigt anhand von drei verschiedenen Beispielen die Auswirkungen dieser Regler an der Unteteilungsmethode Klassisch.

Abbildung 5.16: Auswirkungen der Regler Wiederholungen und Glätte

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6 Abbildungsverzeichnis

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17

Programmoberäche von Blender 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Selektierter Würfel, Kamera und Lichtquelle . . . . . . . . . . . . . . . . Modus Auswahlbox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Objektmodus, Bearbeitungsmodus und Face Select Modus eines Würfels Auswahlbox Darstellungsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Darstellungsarten Gitternetz, Oberäche, Schattiert und Texturiert . . . Pivotwerkzeug, 3D-Cursor und Würfel mit Mittelpunkt . . . . . . . . . . 90◦ Drehung eines Quaders um dessen Mittelpunkt (Median Point) . . . 90◦ Drehung eines Quaders um den 3D-Cursor . . . . . . . . . . . . . . . Das Transformationswerkzeug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Werkzeuge zum Verschieben, Rotieren und Skalieren . . . . . . . . . . . Funktionsleisten der verschiedenen Ansichtsmodi . . . . . . . . . . . . . Einstellungsfenster mit geönetem Editing-Panel . . . . . . . . . . . . . Verschiedene Kontexte und deren Subkontexte . . . . . . . . . . . . . . . Aufteilen eines Fensters und Önen des UV Editors . . . . . . . . . . . . Speichern-Dialog von Blender 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Transformationseigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . .

7 8 8 10 10 11 11 12 12 13 13 14 15 15 17 18 23

Kontextmenü zum Erstellen einer Ebene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tranformationseigenschaften der bereits skalierten Ebene . . . . . . . . . . Unterteile Ebene und Mesh Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verwendete Graustufenkarte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einstellen der Funktion Set Smooth und des Diplacement Mappings . . Vergleich der Szene ohne und mit der Einstellung Set Smooth . . . . . . Verwendung niedrigerer Höheneinstellungen mit Hilfe des Reglers Disp . Modier Fenster und Displace Modier . . . . . . . . . . . . . . . . . . Auswählen der Graustufenkarte und Aktivieren dieser im Bearbeitungsmodus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.10 Displace Modier im Objekt- und Bearbeitungsmodus . . . . . . . . . . .

25 25 26 26 27 28 28 29

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9

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30 30

3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23 3.24 3.25 3.26 3.27 3.28 3.29 3.30 3.31 3.32 3.33 3.34 3.35 3.36 3.37 3.38 3.39 3.40 3.41 3.42 3.43 3.44 3.45

Auswirkungen der Regler Midlevel und Strength . . . . . . . . . . . . Kontextmenü zum Erstellen eines Objektes . . . . . . . . . . . . . . . . . Auswahl der in Blender verfügbaren Objekte . . . . . . . . . . . . . . . . Entfernen doppelter Knotenpunkte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Abspalten der Knotenpunkte mit Spilt und Separate . . . . . . . . . Auswirkung des Border Select Werkzeugs . . . . . . . . . . . . . . . . . Normalenvektoren eines Würfels und deren Manipulationsmöglichkeiten . Extrudieren eines Würfels in zwei verschiedene Richtungen . . . . . . . . . Verschiedenen Möglichkeiten selektiere Knotenpunkte zu extrudieren . . . Extrudieren mit Hilfe von Rotationen und Skalierungen . . . . . . . . . . Allgemeine Funktion des Knife Tools und deren Werkzeuge . . . . . . . . Verschiedene Werkzeuge des Knife Tools (Loop Cut, Exact, Midpoints und Multicut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grundform des Hauses entstanden durch Extrudieren der oberen Fläche . Verwenden des Knife Tools und gerendertes Endergebnis . . . . . . . . . . Materialeinstellungen eines gewählten Objektes . . . . . . . . . . . . . . . Vorschaufenster der Materialeinstellungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grundeinstellungen für ein oder mehrere Objekte . . . . . . . . . . . . . . Materialeinstellungen und Ramp Shader . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Shader-, Spiegel- und Transparenzeinstellungen . . . . . . . . . . . . . . . Textureinstellungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beispiel einer Variation der Reexionswerte . . . . . . . . . . . . . . . . . Beispiel einer Variation des Oberächenglanzes . . . . . . . . . . . . . . . Beispiel einer Variation der Gröÿe des Glanzlichtes . . . . . . . . . . . . . Beispiel verschiedener Spiegel - und Transparenzeekte . . . . . . . . . . . Texturenliste des Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verwendete Textur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Textureinstellungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vorschau und Einstellungen der Clouds Textur . . . . . . . . . . . . . . Prozedurale Textur mit der Einstellung Clouds . . . . . . . . . . . . . . Optionen zum Laden einer Textur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geladene Wandtextur mit falscher Ausrichtung . . . . . . . . . . . . . . . Einstellungen zum Ausrichten der Textur . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rotierte, normale und verkleinerte Wandtextur . . . . . . . . . . . . . . . Erweiterte Textureinstellungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Baumtextur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

87

31 32 33 34 35 35 36 37 37 38 38 39 40 41 42 43 43 44 44 45 46 46 47 48 49 49 50 50 51 51 52 52 53 53 54

3.46 3.47 3.48 3.49 3.50 3.51 3.52 3.53 3.54 3.55 3.56 3.57 3.58 3.59 3.60 3.61 3.62 3.63 3.64 3.65 3.66 3.67

Einstellungen im Register Map To . . . . . . . . . . . . . . . . . . Materialeinstellungen für Alpha Mapping . . . . . . . . . . . . . . . Fertiger Baum in der gerenderten Szene . . . . . . . . . . . . . . . . Haus ohne Texturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Markieren einer Schnittkante (Seam) . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schnittkanten zum Aualten des Hauses in die Ebene (Seam) . . . . Ergebnisse vom Aualten des Hauses . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ergebnisse vom Aualten des Hauses und die daraus erstellte Textur Laden der Haustextur und Einstellen des UV Mappings . . . . . . . Haus mit zuvor angefertigter Textur . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vorschaufenster, Licht- und spezielle Schatteneinstellungen . . . . . . Lamp Licht in der gerenderten Szene und in der 3D-Ansicht . . . . . Area Licht in der gerenderten Szene und in der 3D-Ansicht . . . . . Spot Licht mit Raytracing Schatten und gepuerten Schatten . . . . Sun Licht in der gerenderten Szene und in der 3D-Ansicht . . . . . . Hemi Licht in der gerenderten Szene und in der 3D-Ansicht . . . . . Start- und Endpunkt des Kamerafahrt . . . . . . . . . . . . . . . . . Frameanzeige in der Kopfzeile des Einstellungsfensters . . . . . . . . Anwenden der TrackTo Constraint Funktion . . . . . . . . . . . . Erstellung der beiden Keyframes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bildsequenz der Kamerafahrt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Auswahl der in Blender verfügbaren Objekte . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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54 55 55 56 56 57 57 58 59 59 60 61 61 62 63 63 64 64 65 66 66 67

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8

Importieren von svg-Dateien . . . . . . . . . . . . . . Wählen des Import-Formates und der Import-Gröÿe Beispiel einer svg-Datei . . . . . . . . . . . . . . . . Eingelesene svg-Datei in der 3D-Ansicht . . . . . . . Skalieren des Curve-Objektes . . . . . . . . . . . . . Linien und Flächen der importierten Geometriedatei Importieren von VRML-Dateien . . . . . . . . . . . . Importiertes VRML-Objekt in der 3D-Ansicht . . . .

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70 70 71 72 72 73 75 75

5.1 5.2 5.3 5.4 5.5

Zu modellierendes Objekt . . . . . . . . . . . . . . . . . Skalieren des Würfels mit dem Transformationswerkzeug Extrudierte Bodenplatte . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verwendung der Knife Tools . . . . . . . . . . . . . . . . Modellieren des Ringes . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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78 78 79 79 80

88

. . . . . . . .

5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12 5.13 5.14 5.15 5.16

Erstellen eines Quaders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Erstellen der Fuÿäche durch Extrudieren . . . . . . . . . . . . . . . . Aufteilen der oberen Fläche in vier Teilächen . . . . . . . . . . . . . . Modellieren des Ringes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Subsurf Modier des selektierten Objektes . . . . . . . . . . . . . . Simple Subdiv. angewandt auf das zuvor erstellte Objekt . . . . . . Zwei Genauigkeitstufen des Catmull-Clark Algorithmus im Vergleich Hinzufügen des MeshSmooth Modikators . . . . . . . . . . . . . . . Eigenschaften des MeshSmooth Modikators . . . . . . . . . . . . . Unterteilungsmethoden Klassisch, Quad-Ausgabe und NURBS Auswirkungen der Regler Wiederholungen und Glätte . . . . . . .

89

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

80 81 82 82 83 83 84 84 85 85 85

7 Tabellenverzeichnis

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

Abkürzungen und Farbvarianten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tastenbefehle des Nummernblocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tastenbefehle des Nummernblocks in Kombination mit Strg-Taste . Befehle zur Maus-Navigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tastatur- und Mausbefehle zur Interaktion mit Objekten . . . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

19 20 21 21 22

4.1 Rastergrakformate in Blender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

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8 Literaturverzeichnis [1] Blender Foundation. Blender 3D, http://www.blender.org, 2007. [2] Blender Wiki. Blender User's Documentation, http://wiki.blender.org, 2007. [3] Deuschsprachige Blendercommunity. Blender http://de.wikibooks.org/wiki/Blender_Dokumentation, 2007.

Dokumentation,

[4] Englischsprachige Blendercommunity. Blender - Summer of Documentation, http://wiki.blender.org/index.php/BSoD, 2006. [5] Grakdesign Studio Regensburg. Noctua Graphics, http://www.noctua-graphics.de, 2007. [6] Mike Stüven. Texturenwelt.de, http://www.texturenwelt.de, 2007. [7] Wikipedia - Die freie Enzyklopädie. GNU General Public License, http://de.wikipedia.org/wiki/GNU_General_Public_License, 2007.

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