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In diesem Tutorial werden Grundlagen zur Modellierung von Gebäuden gezeigt. Schritt für Schritt werden Wände sowohl aus 3D- als auch aus 2D-Objekten erzeugt.

In diesem Tutorial werden zwei Grundtechniken vorgestellt, mit denen sich die Gebäudebestandteile modellieren lassen. Zunächst wird gezeigt, wie aus einfachen zweidimensionalen Grundformen eine Wand mit zwei Fenstern und einer Tür entsteht. Danach werden wir ein etwas schmuckvolleres Wandsegment mit Hilfe von dreidimensionalen Objekten, auch Körper genannt, erstellen.

Modellieren von Wänden aus zweidimensionalen Objekten

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Eine einfache Technik zur Erstellung von Wänden besteht in der Verwendung von zweidimensionalen Objekten, welche später mit Hilfe des Modifizierers Extrude in ein dreidimensionales Objekt umgewandelt werden. Diese Technik wird auch in einer etwas anderen Form in der BAT-Hilfe vorgestellt, welche leider nur in englischer Sprache zur Verfügung steht.

Die zweidimensionalen Objekte sind in gmax unter der Werkzeugauswahl Create und dort unter Shapes zu finden. Insgesamt stehen zehn verschiedene zweidimensionale Objekte zur Verfügung. Dies sind:

 

 

englischdeutschenglischdeutsch
Line Linienzug Rectangle Rechteck
Circle Kreis Ellipse Ellipse
Arc Bogen Donut Ring
N-Gon N-Eck Star Stern
Text Text Helix Spirale

Welche Bedeutung die einzelnen Objekttypen haben, lässt sich am Besten durch eigenes Ausprobieren erkunden. Insbesondere durch das Ändern der Objektparameter im Rollup Parameters lassen sich interessante Formen erreichen. Um nun eine Wand mit zwei Fenstern und einer Tür zu modellieren, fangen wir mit einem einfachen Rechteck an. Bei der Wahl der richtigen Größe ist zu bedenken, dass die Gebäude durch die Ansicht in SC4 etwas zusammengedrückt wirken, wenn man für die Höhe der Gebäude das gleiche Längenmaß wie für die Breite und Länge verwendet. Eine Skalierung der Höhe um den Faktor 5/3 ist für ein normales Aussehen geeignet. Ein sechs Meter hohes Gebäude sollte also mit 10 Metern Höhe modelliert werden.

Möchte man das zu erschaffende Gebäude einer Gebäudefamilie zuordnen, so sollte man sich für die Breite und Tiefe an den Werten orientieren, welche die Gebäudefamilien verwenden. Diese Größen lassen sich im SC4 Plugin Manager ermitteln, indem man ein Gebäude auf die gewünschte RCI-Gruppe zieht. Auf der Karte Common öffnet man dann die Auswahl für Building/Prop Family (Tabellenspalte Values). Hinter dem RCI-Typ stehen zwei Zahlen durch ein x getrennt, welche die Breite und Tiefe der Grundplatte für Gebäude dieser Familie angeben.

Experten-TIPP: Gebäude mit einer Grundfläche, welche in Breite oder Tiefe 64 Meter überschreiten, werden im Lot Editor nicht zur Auswahl angeboten! Größere Gebäude sollten in ein Gebäude und mehrere Probs mit dem Wert True für Query as Main Building zerlegt werden. Dieser Wert ist im Property Editor des SC4 Plugin Manager auf der Karte Advanced zu finden.

Nachdem das Rechteck in der Ansicht von Links oder von Vorn in der passende Größe (hier im Beispiel 4 m hoch und 8 m breit, die Werte lassen sich genau im Rollup Parameters einstellen) erzeugt wurde, so sollten wir bei selektierten Rechteck das Häkchen bei Start New Shape im Rollup Object Type entfernen. Hiermit erreichen wir, dass aus dem Rechteck durch das Hinzufügen von weiteren zweidimensionalen Objekten ein editierbarer Spline wird.

Exkurs Spline

ImageUnter einem Spline wird in der Computergrafik ein Methode zur einfachen Beschreibung von Kurven mit Hilfe von End-, Anfangs- und Stützpunkten beschrieben. Diese Punkte parametrisieren Polynome (z.B. Bezier-Polynome), mit denen sich die Verbindungspunkte zwischen den End und Anfangspunkt berechnet lassen. Diese Berechnung werden in Grafikkarten direkt durch spezielle Hardware sehr schnell ausgeführt.

Ein Spline lässt sich leicht mit Bleistift und Papier veranschaulichen. Nehme dir ein Blatt Papier und male drei Punkte auf das Papier, welche nicht auf einer Geraden liegen. Verbinde die Punkte durch zwei gerade Linien miteinander und markiere die Mitte der beiden Linien jeweils mit einem Punkt und verbinde diese Punkte wieder durch eine gerade Linie. Im nächsten Schritt markiere wieder die Mitten der innen liegenden Kanten mit einen Punkt und verbinde die mittleren Punkte zweier aneinander stoßenden Kanten wieder mit einer geraden Linie, wie im Bild oben zu sehen.

Wenn dieser Vorgang oft genug wiederholt wird, dann wird das Auge getäuscht und die inneren Linien bilden einen Bogen. Dieser entstandene Bogen wird auch als uniformer B-Spline bezeichnet. In der Computergrafik-Praxis kommen jedoch B-Splines zum Einsatz, welche aus vier Punkten berechnet werden, je ein Anfangs- und Endpunkt und zwei Stützpunkte. Bei uniformen B-Splines liegen beide Stützpunkte an der gleichen Koordinate.

Erstellung von Maueröffnungen

Das alternativ in der BAT-Hilfe vorgestellte Vorgehen verlangt das Zeichnen der Maueröffnungen für Fenster und Türen als weitere eigenständige Objekte, welche nach einer Konvertierung in ein editierbaren Spline mühsam mit Attach aus dem Rollup Geometry zu einem einzelnen Objekt zusammengesetzt werden. In unserer Vorgehensweise zeichnen wir einfach die gewünschten Maueröffnungen in das Rechteck für die Wand ein. (Achtung! Das erste Rechteck muss beim Zeichnen des nächsten Rechtecks selektiert sein, ansonsten wird es ein eigenständiges Objekt.) Dabei ist darauf zu achten, dass es zu keinen Überlappungen zwischen den Objekten kommt. Zum Beispiel sollte die untere Linie der Tür etwas höher als die untere Linie der Wand sein. Für einen solchen Abstand zur unteren Linie ist es ratsam, das Einrasten an Rasterlinien "2D Snap Toggle" auszuschalten. Das Ergebnis sollte dann etwa wie folgt aussehen.

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Diese vier Rechtecke stellen ein einziges Element dar. Zur Prüfung kann man irgendwo außerhalb des Wandrechteckes klicken. Alle eben gezeichneten Elemente müssen die gleiche Linienfarbe haben. Um aus dem zweidimensionalen Objekt ein dreidimensionales Objekt mit einer bestimmten Dicke zu erzeugen, ist aus der Modifier List der Modifizierer Extrude zu wählen und unter dem Rollup Parameters die gewünschten Einstellungen vorzunehmen. Für unsere Wand reicht es aus, mit dem Wert Amount die Dicke der Wand zu bestimmen. Ein sinnvoller Wert für Amount ist 0,3. Das Ergebnis unserer bisherigen Bemühungen ist im nächsten Bild zu sehen.

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Als weiteres sind die Maueröffnungen noch mit zwei Fenstern und einer Tür zu versehen. Zur Vereinfachung der Arbeit sollte das Einrastwerkzeug im dreidimensionalen Raum auf Punkten einrasten. Hierzu ist der Magnet mit der hochgestellten 3 am unteren Rand der Arbeitsfläche zu aktivieren und unter den Grid und Snap Settings (Rechtsklick auf das Einrastwerkzeug) Vertex auszuwählen. Alle anderen Einstellungen sollten deaktiviert sein. Wenn jetzt der Mauszeiger in die Nähe eines Punkts geführt wird, so wirkt dieser Punkt magnetisch. Dies erlaubt uns ein schnelles punktgenaues Setzen der Rechtecke für die Fenster und die Tür. Als Tür und Fenster werden einfach mit dem entsprechenden Werkzeug Rechtecke in die Öffnungen eingezeichnet. Die Rechtecke für Fenster und Türen müssen dabei nicht extrudiert werden.

Nun sollten alle vier Objekte unserer Wand noch mit Materialien versehen werden. Hierzu ist, wie schon im ersten BAT-Tutorial gezeigt wurde, für jedes Objekt der Modizierer UVW-Map zu wählen und dann mit Hilfe des Material Editors neue Materialien zu erzeugen und den Objekten zuzuweisen. Allerdings ist darauf zu achten, daß ein Material auf einer Oberfläche eines Objekts nur von einer Seite aus zu sehen ist und ein Rechteck hat nur eine Oberfläche. Gegebenenfalls sind daher Recktecke noch um 180 Grad zu drehen, um das Material nach außen hin sichtbar zu machen. Soll ein Material von allen Seiten aus sichtbar sein, so muss das Objekt noch den Modifizierer Extrude erhalten, gegebenenfalls mit einer Höhe von 0. Das Endergebnis sieht wie eine aus Natursteinen schief gemauerte Schuppenwand aus, welche eine verrostete Wellblechtür besitzt. Mit anderen Texturen könnte dies aber auch die Außenwand eines hübschen Eigenheims sein.

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Modellieren von Wandbestandteilen aus dreidimensionalen Objekten

ImageAlternativ zum Erstellen von Wänden aus zweidimensionalen Objekten, welche durch den Modifizierer Extrude in dreidimensionale Objekte umgewandelt werden, lassen sich Wände auch gleich mit Hilfe von dreidimensionalen Objekten bzw. Körpern modellieren. Ein besonderes Hilfsmittel hierbei sind die bool'schen Funktionen auf dreidimensionalen Objekte. Das Wesentliche für den Umgang mit den dreidimensionalen Objekten ist in der Werkzeugauswahl Create und dort unter Geometry zu finden.

Zunächst sollten wir einen Blick auf die dreidimensionalen Objekte werfen, welche zur Verfügung stehen. Dies sind neun verschiedene Formen, wobei die Teekanne aus den Annalen der Geschichte der Computergrafik stammt und normalerweise dazu dient, die Leistungsfähigkeit von unterschiedlichen Algorithmen zur Bestimmung der Farbe eines einzelnen Bildpunktes zu zeigen. Diese Algorithmen werden auch als Pixel-Shader bezeichnet. An Objekten stehen uns zur Verfügung:

englischdeutschenglischdeutsch
Box Quader Cone Kegel(-stumpf)
Sphere Kugel aus Rechtecken GeoSphere Kugel aus Dreiecken
Cylinder Zylinder Tube Röhre
Torus Torus Teapot Teekanne
Plane Fläche

 

Auch hier gilt wieder das Prinzip, sich durch Ausprobieren mit den Grundformen vertraut zu machen. Auch das Herumspielen mit den Objektparametern der Grundformen ist lohnend, um die Möglichkeiten des BAT kennen zu lernen. Um die Technik für die Konstruktion von Objekten mit Hilfe von bool'schen Funktionen vorzustellen, soll ein Mauerelement mit einem Erker gebaut werden. Zunächst erstellen wir hierzu einen Quader und einen Zylinder wie auf den folgendem Bild zu sehen ist.

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Auf der linken Seite ragt aus dem grünen Mauerelement unser runder Erker heraus. Als nächstes wollen wir den überflüssigen Teil des Zylinders rechts der Wand entfernen. Hierzu zeichnen wir zunächst einen Quader, welcher ab der Wand den kompletten rechten Teil des Zylinders einschließt. Dann tauschen wir Standard Primitives gegen Compound Objects aus, wie es rechts auf dem Bild zu sehen ist. Wie zu sehen ist, ändern sich nun die zur Verfügung stehenden Rollups. Nun wählen wir den Zylinder aus und klicken im Rollup Object Type auf den Schalter Boolean. Unsere Oberfläche sollte nun in etwa wie im folgendem Bild aussehen.

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ImageUnter dem Rollup Pick Boolean ist nun der Schalter Pick Operand B zu klicken und dann auf den großen hellblauen Quader. Wenn im Rollup Pick Boolean unterhalb des Schalters "Pick Operand B" die Auswahl Move selektiert und im Rollup Parameters als Operation die Auswahl Subtraction (A-B) gewählt ist, dann wird der hellblaue Quader und der rechte Teil des Zylinders entfernt, wie es im rechten Bild zu sehen ist. (Weiter unten im Rollup Display/Update sollte unter Display die Auswahl Result getroffen sein, um das Ergebnis der Operation zu sehen!).

Die Operationen zwischen den als Operanden gewählten Körper A und B lassen sich als mengentheoretische Verknüpfung der durch die Körper eingeschlossen Positionen im Raum verstehen. Die Operation Union bildet dabei die Vereinigungsmenge, Intersection die Schnittmenge, Subtraction (A-B) ist A ohne B und Subtraction (B-A) B ohne A. Mit der Operation Cut ist es möglich, Körper in mehrere Teile zu zerschneiden. Die Operation läßt sich auch nach der Auswahl des Operanden B noch ändern und deren Auswirkung auf die beiden Operanden beobachten.

 

ImageAls nächstes wollen wir die beiden verbleibenden Objekte zu einem einzelnen Objekt verbinden. Hierzu können wir entweder die bool'sche Operation Union verwenden, oder aber auch unter dem Rollup Objekt Type den Schalter Connect drücken. Auch hier ist wieder zunächst ein Objekt (der Zylinderrest) zu wählen und nach Connect mit Pick Operand B das zweite Objekt (der Quader) auszuwählen. Das Endergebnis beider Operationen ist das selbe und sollte in etwa wie links dargestellt aussehen.

Ein Fenstersturz wird nun auf die gleiche Art und Weise herausgebrochen, wie wir schon den Zylinder beschnitten haben. Wie bilden also einen Quader und richten ihn an der entsprechenden Position im Wandelement aus und erzeugen dann mit der bool'schen Operation Subtraction (A-B) den Fenstersturz. Der Vorgang ist in den folgenden beiden Bilder zu sehen.

 

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Jetzt können wir noch ein paar Verzierungen an dem Wandelement mit Hilfe der bool'schen Operationen anbringen. Im folgenden Bild ist das Ergebnis zu sehen, wenn noch eine Röhre aus dem Erker unterhalb des Fenstersturz herausgeschnitten wird. Mit noch etwas Farbe ließe sich die Verzierung noch etwas hervorheben. Aber mit dieser Möglichkeit werden wir uns noch in einem späteren Artikel der BAT-Tutorials auseinander setzen.

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Im nächsten Teil des BAT-Tutorial werden wir dann kennenlernen, wie wir aus dem in diesem Tutorial erzeugten Wandelement mit dem Werkzeug Array in bester Plattenbau-Manier eine Hauswand erzeugen, und was man noch alles mit dem Werkzeug Array anstellen kann.