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Schreibtischlampe - Teil 2


Im zweiten Teil des Lampentutorials möchte ich auf ein etwas subtileres Thema der Modellierung in Cinema 4D eingehen. Gemeint ist hier der Workflow bzw. die Hierarchie des Modellierens. Das klingt jetzt ein wenig seltsam, ist aber ein, wie ich meine, unterschätztes Thema. Es geht prinzipiell darum, dass das Modellieren von Objekten in den meisten Fällen eine Einbahnstraße darstellt. Abb. 1 soll veranschaulichen, was es damit auf sich hat. In diesem Beispiel wollen wir die orangene Kante mit einer Rundung und die grüne Kante mit einer Fase versehen. Dazu gibt es zunächst zwei mögliche Wege:



Hierarchie


  1. Wir fasen die obere Kante und versuchen im Anschluss daran die Rundung in die Ecke zu bringen (roter Pfeil). Es ist deutlich zu sehen, was bei dieser Reihenfolge geschieht. Die Rundung kann nicht über die Fase wachsen, ohne die Polygonstruktur zu zerstören, was an der Art der Berechnung liegt.

  2. Wir legen zuerst die Rundung in die Ecke, schmelzen die evtl. entstehenden Polygone auf den Deckflächen zu N-Gons und erzeugen erst zum Schluss die Fase an der oberen Kante (grüne Pfeile). Im Gegensatz zur ersten Methode, entstehen bei der Rundung keine Kanten, die das Fasen behindern.


Dieses Beispiel macht die Hierarchieebenen beim Modellieren deutlich. Hat man eine Ebene verlassen, ist es oft nicht mehr möglich (oder nur mit Nacharbeit, die recht aufwendig werden kann) zurückzukehren um Änderungen durchzuführen. Man sieht, dass es von Vorteil ist, wenn man sich im Voraus Gedanken darüber macht, welche Details benötigt werden oder wie der Polygon-Flow aussehen soll. Es muss hier allerdings zwischen echten Änderungen in der Polygonstruktur und kleinen Anpassungen unterschieden werden. Letztere sind weitaus häufiger möglich. Wir wollen versuchen uns die gerade erläuterten Dinge, beim Fertigstellen des Lampenfußes, zu verdeutlichen.


In Cinema 4D rufen wir zunächst erneut das Modeling-Layout auf und laden den in Teil 1 erstellten Fuß. Als erstes wird der Schalter erstellt. Zu diesem Zweck selektieren wir die beiden Polygon-Loops im Inneren des Schalterlochs. Um uns die Arbeit zu erleichtern verwenden wir im „Polygon-Bearbeiten“-Modus das Loop-Selektions-Werkzeug (zu finden im Selektions-Menü oder mit dem Tastenkürzel U-L). Nach der Selektion machen wir einen Rechtsklick und wählen „Abtrennen“, siehe Abb. 2.



Lampe-Teil 2.1


Daraufhin erscheint im Objekt-Manager ein zusätzliches Polygonobjekt, welches nur noch die abgetrennten Polygone enthält. Zunächst verstecken wir den Lampenfuß, damit wir einen besseren Überblick haben. Danach schließen wir das „obere“ Ende der Struktur mit dem Polygonloch-Schließen-Werkzeug. Je nach Vorgehensweise, kann es sein, dass die Polygone falsch herum sind, also ihre Unterseite nach oben weist. Daher selektieren wir alle Polygone und schauen uns ihre Farbe an: sind sie gelb liegen sie korrekt, sind sie blau zeigen die Normalenvektoren (welche die Vorderseite definieren) in die falsche Richtung - Diese Farben sind Standardeinstellungen von Cinema 4D. In meinem Fall ist die Ausrichtung der Polys falsch, daher machen wir einen Rechtsklick und wählen „Normalen ausrichten“, wodurch alle Normalen zunächst die gleiche Richtung bekommen. Im Anschluss kann man sie, ggf. mit „Normalen umdrehen“ korrekt ausrichten, siehe Abb. 3.



Lampe-Teil 2.2


Nachdem die Polygone die richtige Lage haben, selektieren wir das zentrale N-Gon und extrudieren es zweimal nach innen und zweimal nach unten. Dann kann das N-Gon gelöscht werden, siehe Abb. 4: 1. Dieses Teil stellt die Einfassung des Schalters dar. Der eigentliche Schalter folgt jetzt. Wie in Abb. 4: 2. zu sehen ist, selektieren wir den letzten Polygon-Loop und trennen ihn ab.



Lampe-Teil 2.3


Auch hier wird die Oberseite auf bekanntem Wege geschlossen und das entstandene N-Gon, mit dem Messer (Modus: Linie), durch Verbinden der Randpunkte in Vierecke zerlegt (Abb. 5: 1.). Die Schaltereinfassung wird versteckt, damit wir freie Sicht auf unseren zukünftigen Schalter haben. Des Weiteren setzen wir mit dem Messer (Modus: Loop), drei Schnitte, wie in Abb. 5: 2. dargestellt.



Lampe-Teil 2.4


Als nächstes ziehen wir die Polygone der unteren Schalterhälfte mit dem Entlang-Normalen-Verschieben-Werkzeug (zu finden in der unteren Leiste, im „Polygon-Bearbeiten“-Modus) nach oben und setzen erneut zwei Schnitte (Modus: Loop), Abb. 6: 1. Der Schalter würde so in der Realität aber nicht funktionieren, daher verschieben wir die in Abb. 6: 2. gezeigten Linien, um eine kleine Wölbung zu erhalten. Zwar funktioniert der Schalter so immer noch nicht, aber glücklicherweise muss er das auch nicht – es muss ja nur so aussehen ;). Da sich der Lampenfuß später in einiger Entfernung zur Kamera befinden wird, kann der Betrachter nicht mehr erkennen, ob die Wölbung technisch funktioniert.



Lampe-Teil 2.5


Ordnet man die drei Teile (Fuß, Schalterfassung, Schalter) je einem HyperNURBS-Objekt unter, erkennt man, dass der Schalter relative große, runde Ecken hat. Dies liegt daran, dass wir sowohl die Fassung als auch den Schalter aus der Geometrie des Fußes modelliert haben. Der große Vorteil dieser Methode ist, dass die Netzlinien an den Rändern optimal passen und die Einzelteile sich auch im HyperNURBS optimal ineinander fügen. In Abb. 7 ist dieses Prinzip dargestellt: Die roten und grünen Linien der beiden Objekte treffen sich am Übergang. Durch den gleichen Linienverlauf erhalten die Objekte die gleichen HypernNURBS-Rundungen. Der Nachteil ist, und jetzt sind wir bei der eingangs erwähnten Hierarchie, dass wir die Schalterecken nicht mehr spitzer machen können. Zumindest nicht, ohne den Fuß zu verändern und den Schalter komplett von vorne zu beginnen. Man sieht hier sehr schön, dass man sich über so viele Details wie möglich, schon im Vorfeld klar sein sollte, um spätere Nacharbeiten, Frust und womöglich Stress zu vermeiden. Dieses Problem hat mich damals als Anfänger häufig frustriert, da ich es immer wieder unterschätzt habe – tut das nicht :).



Lampe-Teil 2.6


Wenn nun alle drei Teile fertig sind, sollte das Zwischenergebnis in etwa dem in Abb. 8 entsprechen (ich habe die Teile gefärbt, damit man sie besser erkennt).



Lampe-Teil 2.7


Der Fuß ist fast fertig, es fehlt nur noch die Öffnung für das Kabel. Wir suchen uns ein Polygon auf der Rückseite des Fußes und extrudieren es ein Stück nach innen, Abb. 9: 1. Danach extrudieren wir nochmal nach innen um einen kleinen Polygonzug zu erhalten, abschließend noch zweimal nach „unten“ und löschen dann die Fläche, siehe Abb.9: 2. Damit im HyperNURBS die Öffnung später nicht zu sehr verzerrt (eiförmig) wird, setzen wir zwei Loop-Schnitte (Abb. 9: 3.).



Lampe-Teil 2.8


Als nächstes widmen wir uns dem Kabel der Lampe. Wir erzeugen ein B-Spline-Objekt und fangen in der Oben-Sicht (Liniendarstellung) an Punkte zu setzen. Dabei beginnen wir an der eben modellierten Öffnung im Lampenfuß. Nachdem wir ein paar Punkte erzeugt und dem Spline eine grobe Richtung gegeben haben, verschieben wir die Spline-Punkte so, dass möglichst natürliche Kurven im Kabel entstehen (Abb. 10).



Lampe-Teil 2.9


Man sollte darauf achten, dass das Spline den Fuß im rechten Winkel zur Öffnung verlässt, siehe Abb. 11: 1. Außerdem schieben wir das gesamte Spline-Objekt so, dass das Ende mittig in der Öffnung liegt (Abb. 11: 2.).



Lampe-Teil 2.10


Wir haben jetzt den Verlauf des Kabels, aber es fehlt der Querschnitt, daher wechseln wir zunächst in die Vorne-Sicht und verstecken die bisher erstellen Objekte. Um den Querschnitt zu gestalten erzeugen wir ein Linear-Spline-Objekt und setzen die Punkte in der ungefähren Position (im Attributmanager „Spline schließen“ aktivieren). Abb. 12: 1. zeigt die grobe Geometrie. Im Anschluss selektieren wir die Punkte und richten sie so aus, dass ein doppelsymmetrisches Profil entsteht (entweder die Größen paarweise auf null setzen oder die Koordinaten manuell zuweisen), siehe Abb. 12: 2. Ist das Profil fertig, selektieren wir alle Punkte, machen einen Rechtsklick und wählen „Fasen“. Dann klicken wir in das Editorfenster, halten die Maustaste gedrückt und bewegen die Maus (im Attributmanager muss „linear“ deaktiviert sein!). So erzeugen wir die Rundungen des Kabelprofils (Abb. 12: 3.).



Lampe-Teil 2.11


Aus den beiden Splines werden wir nun das Kabel, mit Hilfe eines Sweep-NURBS, erstellen. Wir erzeugen also ein Sweep-NURBS-Objekt und ordnen ihm die beiden Spline-Objekte unter (am besten in der Zentralperspektive). Die Reihenfolge muss folgendem Prinzip entsprechen: Das Profilspline muss über dem Pfadspline liegen, siehe Abb. 13. Außerdem deaktivieren wir noch die Deckflächen des Sweep-NURBS im Attributemanager. Es kann vorkommen, dass das Profilspline nicht das Ergebnis in Abb. 13 erzeugt, sondern z.B. nur eine ebene Fläche am Pfad entlang gezogen wird. Sollte dies der Fall sein, muss das Profilspline ausgewählt werden und seine Achse im „Objekt-Achse-Bearbeiten“-Modus so lange gedreht werden, bis das gewünschte Ergebnis entsteht. [Funktioniert nur, wenn die Grund-Splines in Spline-Objekte konvertiert wurden].



Lampe-Teil 2.12


Im nächsten Schritt skalieren wir das Profilspline, bis das Kabel in die Öffnung des Lampenfußes passt, Abb. 14: 1. Es kann gut sein, dass durch das Skalieren des Spline-Objektes allein keine optimale Passgenauigkeit erreicht werden kann. In dem Fall modifizieren wir die Öffnung im Fuß, bis das Ergebnis zufriedenstellend ist, Abb. 14: 2. Man sieht hier: kleinere Modifikationen können durchaus möglich sein, auch in längst verlassenen Hierarchieebenen. Besonders wenn, wie in diesem Fall, die bearbeitete Hierarchieebene, die oberste eines Objektes ist. [Als oberste Ebene bezeichnen wir unter anderem die zuletzt bearbeitete, was hier der Kabelöffnung entspricht]



Lampe-Teil 2.13


Auch hier ist keine absolute Präzision nötig, da der Betrachter aus der späteren Kameraentfernung, sofern man die Lampe überhaupt von hinten sieht, nur recht wenig von der Öffnung wahrnehmen wird. Für den nächsten Schritt sollte man sich, zumindest ungefähr, überlegen, wie weit die Kamera vom Kabel entfernt sein wird. Denn daran werden wir die Anzahl der Kabelsegmente einstellen. Je näher sich die Kamera am Kabel befindet, desto mehr Segmente werden benötigt, damit das Kabel nicht eckig wirkt. Wir stellen nun sowohl für den Profilspline als auch den Pfadspline im Attributmanager die Art und die Anzahl der Zwischenpunkte ein, siehe Abb. 15. Am besten experimentiert man hier mit den Werten, bis man für die gewählte Kameraentfernung das optimale Ergebnis (mit den wenigsten Zwischenpunkten) gefunden hat. Man kann auch den Phong-Tag des Sweep-NURBS variieren, um das Endergebnis zu verbessern.



Lampe-Teil 2.14


Zum Schluss kümmern wir uns noch um das letzte, fehlende Teil des Lampenfußes: den Stecker. Zunächst erzeugen wir ein simples Polygon (zu finden bei den Grundobjekten) und konvertieren es in ein Polygonobjekt. Den Phong-Tag stellen wir auf 20° ein und wählen den „Punkte-Bearbeiten“-Modus aus. Jetzt setzen wir zwei der vier Punkte genau auf die z-Achse, also geben ihnen die x-Koordinate 0. Die x-Koordinate der beiden anderen Punkte wird etwas vergrößert, siehe Abb. 16: 1. Nachdem wir das Polygon etwas nach oben geschoben haben, selektieren wir die rechte Kante und extrudieren sie nach unten (Kante-Winkel 90°). Dabei soll die y-Koordinate der orangenen Linie auf 0 liegen, Abb. 16: 2. Wir selektieren danach die lila Linie und wenden das Bevel-Werkzeug (Typ: Linear) an, wodurch die in Abb. 16: 3. gezeigte Fase entsteht.



Lampe-Teil 2.15


Als nächstes selektieren wir die hintere Kante und wählen das Extrudier-Werkzeug aus. Dort stellen wir im Attribute-Manager die Unterteilung auf 5 und extrudieren die Linie nach hinten, siehe Abb. 17: 1. Anschließend wird erst in der oben-Ansicht (Abb. 17: 2.) und dann in der Seitenansicht (Abb. 17: 3.) eine Verjüngung modelliert.



Lampe-Teil 2.16


Ist die Struktur des Steckers modelliert, schneiden wir zusätzlich an den in Abb. 18 gezeigten sechs Stellen mit dem Messer (Modus: Loop), wodurch später die Kanten des Steckers im HyperNURBS definiert werden.



Lampe-Teil 2.17


An diesem Beispiel sieht man gut, wie sich, durch das Ausnutzen von Symmetrien, viel Arbeit sparen lässt. Wir erzeugen zwei Symmetrieobjekte, ordnen dem ersten das Stecker-Objekt und dem zweiten das erste Symmetrieobjekt mit samt dem Stecker-Objekt unter. Danach passen wir die Symmetrieebenen im Attributemanager so an, dass aus dem Viertel-Stecker ein kompletter Stecker wird. Auch hier konvertieren wir beide Symmetrieobjekte in Polygonobjekte, selektieren alle Punkte und wählen „Optimieren“, wodurch wir ein zusammenhängendes Netz erhalten (Abb. 19). Wer will kann an der Ober- und Unterseite noch Details an den Stecker modellieren, die ich mir in diesem Tutorial spare.



Lampe-Teil 2.18


Es werden jetzt noch die beiden Polygonlöcher (vorne und hinten) geschlossen und jeweils ein Stück nach innen extrudiert. Hier sollte man darauf achten, dass sich dicht beieinander liegende Linien durch das innen extrudieren nicht überschneiden. Sollte es dennoch dazu kommen, kann man einen kleinen Trick anwenden: Innen extrudieren (Offset: 0) und dann die Fläche kleiner skalieren. Dies hat den gleichen Effekt, verhindert aber meistens die Überschneidungen (Abb. 20).



Lampe-Teil 2.19


Den Stecker werden wir jetzt noch am freien Ende des Kabels ausrichten. Zu diesem Zweck skalieren wir den Stecker und richten ihn am Kabelende aus (Abb. 21).



Lampe-Teil 2.20


Man könnte das prinzipiell so lassen, aber der Übung (und der Realität) halber optimieren wir die Übergangsstelle zwischen Stecker und Kabel noch ein wenig. Dazu wechseln wir in eine Seitenansicht und stellen die Darstellung auf "Linien". Dann passen wir die Geometrie des Steckers an, indem wir das Ende flacher gestalten. Wir verletzen hier keine Hierarchieebenen, da wir das gesamte Objekt, also alle Ebenen, gleichzeitig durch das Verschieben der Punkte verändern (Abb. 22: 1.). Man muss dabei aber darauf achten, dass man auf diese Weise nur kleine Änderungen durchführen kann, da sich die Kantenwinkel nicht relativ zu der Verschiebung ändern, sondern erhalten bleiben. Dies kann zu unrealistisch wirkenden Kanten führen. Das Ergebnis sollte nun ungefähr wie in Abb. 22: 2. aussehen.



Lampe-Teil 2.21


Schaut man sich die realen Flachstecker an, wird man feststellen, dass die meistens Kabel um 90° gedreht in den Stecker münden. Da wir das Sweep-NURBS nicht konvertiert haben, können wir, neben der Anpassung der Lage des Kabels, auch seine Rotation um die Längsachse beeinflussen. Dazu wählen wir das Sweep-NURBS im Objektmanager aus und rufen im Attributemanager den Objekt-Tab auf. Diesen erweitern wir durch einen Klick auf „Details“. Dort finden wir neben einem Feld für die Skalierung auch ein Feld für die Rotation. Durch verschieben der kleinen Punkte kann die Rotation des Anfangs- und Endpunktes sowie die Interpolation verändert werden, siehe Abb. 23.



Lampe-Teil 2.22


Abschließend erstellen wir noch ein Kapsel-Grundobjekt, reduzieren die Umfangssegmente ein wenig, passen den Phong-Tag an und konvertieren es. Nach dem Konvertieren können die Punkte des einen Endes gelöscht werden, Abb. 24: 1. Wir skalieren die Kapsel kleiner und ziehen sie in die Länge (Kantenloop am offenen Ende verschieben). Jetzt kann man die Kapsel kopieren (oder mit einem Symmetrieobjekt verdoppeln) und am Stecker ausrichten, Abb. 24: 2.



Lampe-Teil 2.23


Außerdem kann man die Spitzen der Stecker durch Selektion der Polygone und dem Extrudier-Werkzeug ein wenig dicker machen. Wenn alles fertig ist sollte man für die spätere Szene bedenken, dass die Punkte des Kabel-Splines noch in einer Ebene liegen. Die Punkte zwischen Stecker und Lampenfuß (ohne den Anfangs und Endpunkt) sollte man soweit nach unten schieben, bis das Kabel mit seiner aktuellen Dicke auf der Bodenfläche liegt.

Abb. 25 zeigt das vorläufige Endergebnis der Lampe.



Lampe-Teil 2.25


Dies war der zweite Teil des Lampentutorials. Es wird vielen vermutlich schwer fallen sofort zu verstehen, wie die angesprochenen Hierarchieebenen in einem realen Modell aussehen. Aber so klischeehaft folgendes auch klingen man, es ist leider so: Da hilft nur Übung! Wer beide Teile gemacht hat, ist womöglich auch ohne den dritten Teil in der Lage, den Rest der Lampe zu modellieren. Ich hoffe, dass ich euch mit dem Tutorial eine Hilfe sein konnte :)



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