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GRUNDLAGENDER MEDIENTECHNIK
Digitaler 3D-Modellbau3D-Modeling
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Albrecht 15. Dezember 1998
Inhalt der Vorlesung
Termin InhaltOktober 3 Einführung,
Grundlagen der RechentechnikNovember 3 Internet und Web-Design,
Digitale Bilder
Kurswoche
Dezember 3 Bildbearbeitung, 3D-Modeling Kurswoche
Januar 2 Rendering, CAD/CAM und RPT Projektwoche.
Vorlesungsfreie Zeit/Projektwochen/Prüfungen22. Januar bis 31. März 1999
April 3 Text- u. Layout, Grafikdesign,Mai 3 Digitaler Modellbau, Rapid-
Prototyping, Virtuelle Realität
Kurswoche
Juni 3 Multimedia, Video, Beleg Kurswoche
Digitaler 3D-Modellbau
1. Was ist digitaler 3D-Modellbau
2. Grundlagen
3. Anwendungen
4. Marktübersicht Software-Systeme
5. Softwarekurse zu 3D-Modeling
6. Perspektiven
1. Digitaler 3D-Modellbau
Grafik DesignTechnischeZeichnung
Rechnerinternes Modell
MaßgerechtKonstruktion, CAD
FreihandVirtuelle Realität
2D 3D 2D 3D
3D-Modeling
1. Unterschiede bei 3D-Modeling
Maßgerecht konstruierte Modelle (CAD)
- Objekte mit exakten Maßen - Exakte Anschlüsse, Paßfähigkeit - Technische Zeichnungen mit Bemaßungen - Anwendungsfall: Mechanische Produktion
Freihand gestaltete Modelle (VR)
- Objekte in fotorealistischer Umgebung - Optische Wirkung entscheidend - Anwendungsfall: Virtuelle Welten
1. Was ist VR-Modeling ?
VR = Virtuelle Realität: Objekte in Welt VR benötigt immer 3D-Modelle ! VR-Modeling hat das Ziel: Schaffung
virtueller, digitaler Produkte / Welten Modellqualität:
Fotorealistische, visuelle Wirkung Zu VR-Modeling gehören: 3D-Modeling,
Rendering, Animation, Interaktion
1. Was ist CAD-Modeling ?
CAD = Computer Aided Design: Objekte CAD benötigt maßgerechte 2D + 3D Mod. CAD ist die digitale Entwurfsphase
der rechnergesteuerten Produktion: CAM Modellqualität: Maßgerecht und paßfähig Zum CAD-Modeling gehören:
2D- und 3D-Modellbau sowie Rendering Modeling am Beispiel von CAD >> b.w.
1. So funktionieren CAD und VR
2D-Modell
3D-Modell
Rendering
Animation
RapidPrototyping
CAM
VR
CAD
1. Was ist 3D-Modeling
Ziel: Rechnerinterne 3D-Modelle Zwei Arten von Modellen:
1. Maßgerecht konstruierte Modelle 2. Freihand gestaltete Modelle
Dafür: Unterschiedliche Software ! Unterschiedliche Arbeitsweise !
Die Schrittfolge aber ist gleich: >> 2-D-Modeling >> 3D-Modeling >> >> Rendering >> Animation
1. Vorteile von 3D-Modellen
3D-Modell
Modifizieren Zeichnungen Ansichten Rendern: Foto Animieren: Video Prototyp Steuern:Produktion
1. Verwendung der 3D-Modelle
3D-Modell
CAD/CAM R. Prototyping Virtuelle Welten Präsentation Multimedia Internet Grafik Design
1. Modeling, Fachbegriffe
Begriff.
ErklärungObjekt Baustein eines digitalen ModellsGenerieren Erzeugen von Objekten/ModellenEditieren Veränderung von Objekten/ModellenModell Nachbildung des ArbeitsgegenstandesRechnerinternes Modell Digitales Modell des Arbeitsgegenst.Geometriemodell Geometrische Abmessungen des AGMaßstab des Modells Möglichst immer 1:1Rendering Geometriemodell + Farbe Licht TexturAnimation Bewegung eines 2D-oder 3D-ModellsRapid Prototyping Umsetzung des digitalen Modells
in ein physisches Modell oder ProduktVR Virtuelle Realität, Virtuelle WeltenEntwurf Ergebnis des GEP (Gest. Entw. Proz.)
2. Grundlagen Modeling I
CAD-Ergebnis:
- 2D-, 3D-Modelle für den CAM-Prozeß
- Digitaler Modellbau
- Präsentation:
>> Nebenwirkung für Ingenieure
>> Hauptarbeitsfeld für Designer !! Vector- und Pixelgrafik =>
Objekt oder kein Objekt !! DEMO
2. Pixel- und Vectorgrafik
Pixelgrafik Vectorgrafik
AP
Q
2. Grundlagen Modeling II
CAD-Prinzip -> 2D/3D-Montage DEMO
Wie groß ist das Bausteinsortiment ? Unterschied zwischen Reißbrett und
CAD:
Analoges Zeichnen <-> digitale Montage 3 Bereiche: 2D, 3D, Rendering DEMO
- 2D/3D-Modellbau: Zeitaufwand !!
- Rendering ist Präsentation >> Design
2. Grundlagen Modeling III
Unterschied 2D und 3D DEMO2D.dwg
- Bild = 3D-Ansicht oder 3D-Modell? =>
- Nur festzustellen mit Rechner oder CAM Animation 2D, 3D -> Modell oder Real. ?? 3 Klassen v. 3D-Modellen DEMOmod.dwg
- Kanten, Flächen, Volumenmodell =>
- Normalfall: Hybridmodell
- Spez. Generierungs und Editierverfahren
2. 3D-Ansicht oder 3D-Modell?
2. Kanten-, Flächen, Volumenmodell
2. Kanten-, Flächen, Volumenmodell
2. Grundlagen Modeling IV
Boolsche Operationen DEMObool.dwg
- Generieren und Editieren mit B.O.
- Vorwiegend bei Volumenmodellen
2. Grundlagen Modeling V
Was ist Rendering ?
- Kamera
- Licht
- Material
- (Animation) 3D-Studio MAX und ALIAS Gesonderte Vorlesung: RENDERING
2. Grundlagen Modeling VI
CAD/CAM: Spezialbereich IT => der Rechneranwendung
CAD in der Wirtschaft =>
- CAD nur mit CAM effektiv
- CAD/CAM ist Realität, CIM nicht
- Arbeitsteilung am gleichen RIModell
- CAD: Workflow über Datennetz Gesonderte Vorlesung: CAD/CAM
3. Bereiche für Rechnereinsatz Bereich PC WS SC
Verwaltung / Büro
Datenbanken
Kommunikation
Textverarbeitung
Desk-Top-Publishing
Grafikdesign
Bildverarbeitung
CAD
CAM
CIM
Multimedia
Animation
Virtuelle Realität
Messen, Steuern, Regeln
KI und Expertensysteme
Simulation
3. CAD in der Wirtschaft
3. CAD-Anwendungen
CAD + CAM + XXX = CIM => Generierung von *RIM* für CAM Mustervorlagen für Webmaschinen Zuschnitte für Möbelherstellung Entwürfe von Produkten Architektur-Entwürfe Fotorealistische Präsentationen Herstellung Technischer Zeichnungen
3. Anwendung 3D-Modelle
3D-Modell
CAD/CAM R. Prototyping Virtuelle Welten Präsentation Multimedia Internet Grafik Design
3. Vor-/Nacht. digitaler Modellbau
Vorteile Nachteile
Produktivitätssteigerung Hohe Investkosten pro ArbeitsplatzKosteneinsparungen Hohe Qualifikation der BedienerQualitätssteigerung Hohe Betriebs- und WartungskostenEinfache Korrekturen Erneuerungsrate Hard- und SoftwareHohe Flexibilität Freisetzung von ArbeitskräftenKonkurrenzfähig
4. Marktübersicht CAD-Systeme
Haupttanwendung CAD: Mechanik, Architektur, Elektronik =>
Deutscher Markt 1996: 1,65 Mia. DM 55 Systeme 11/1996 im Angebot
davon 42 auch für Windows
Macintosh spielt bei CAD keine Rolle
4. Marktübersicht CAD-Systeme
4. CAD-Systeme WS+UNIX
Hersteller Name
Computervision Medusa*, CADDS 5 EDS Unigraphics Unigraphics* Hewlett Packard HP/PE SolidDesigner IBM CATIA* Intergraph Solid Edge Matra Datavision Euclid 3 Parametric Technology Pro/ENGENEER* Silicon Graphics ALIAS * auch unter Windows NT
4. CAD-Systeme PC+Windows
Hersteller Name
Applicon Bravo* Autodesk AutoCAD Mechanical Desktop Bentley Microstation 95 / Modeler* CADKEY Inc. CADKEY Professional Mensch und Maschine Genius 13.1Solid Works Solid Works 96 * auch unter UNIX
4. Marktübersicht VR-Systeme
Neuer Anwendungsfall: Objekte in Welt Markt sehr in Bewegung, Innovativ Modernere Softwarephilosophie als CAD Neue Interaktionsverfahren u. Werkzeuge VR-Modell auf CAD-System übertragen:
Schwierig bis unmöglich !! >> anders herum: Im Prinzip JA !
Macintosh für 3D-Modeling ... Warum ?
4. Software für VR-Modeling
Hersteller Name
Kinetix 3D Studio MAX 2.5 MetaCreation Bryce 3D Neon Grafix 3D 3D Life Grafix Maxon Cinema 4D XL MetaCreation Ray Dream Studio Microsoft Softimage 3D Literatur: c’t 1998, Heft 2 und Heft 16
5. Softwarekurse im MZ
Grafik-Design
TextverarbeitungLayoutgestaltung
Bildbearbeitung
GRAFIK-DESIGN 2D-Konstruktion
KONSTRUKTION
Rendering
3D-Konstruktion
5. Software-Kurse 3D-Modeling
Drei aufeinander aufbauende Kurse 2D-, 3D-Konstruktion, Rendering =>
Rendering mit 3D-Studio MAX Nur Einführung, aber je 100 Stunden
erforderlich, bis zu selbständiger Arbeit Aufbaustudiengang DEM: Hanisch Crash-Kurs: 3D-Studio MAX: AL/Hanisch
5. Software AutoCAD 13 C4
Das System läuft auf allen PC’s im Pool Betriebssystem Windows NT Schulversion, C4-Patch, 03.01.1996 Warum verwenden wir AutoCAD ?
- Weltweiter Marktführer PC-CAD
- Viele Systemapplikationen
- Teuer: Vollversion 7.500 DM (ACAD 14)
6. Perspektiven 3D-Modeling
30 Jahre Entwicklung: Ausgereifte Tools, Schwerpunkt CAD
Hauptproblem: Manipulation im 3D-Raum Neu: Software für virtuelle Welten VR sehr hohes Innovationspotential !! Von WS zu PC mit Windows NT/2000 3D-Modeling: Grundlage der meisten
Rechneranwendungen im Design !!
Zusammenfassung IZusammenfassung:Rechnergestützter Entwurf: CAD I
Aspekt Inhalt
Was ist CAD ? CAD = Computer Aided Design= Rechnergestützter Entwurf, Ziel ist das RIM
CAD bedeutet: Maßgerechte Generierung von zwei- und dreidimensionalen, rechnerinternen Modellen
CAD hat drei Aspekte: 2D-, 3D-Modellierung und RenderingRendering: Für Designer größere Bedeutung als f. IngenieureWelche Bereiche des Rechnereinsatzes
gibt es außer CAD ?
CAD-Anwendung - CAD + CAM +XXX = CIM- CAD ist Vorstufe von CAM- Digitale Mustervorlagen für Jacquard-Webmaschine- Die Technische Zeichnung ist nur ein Nebenprodukt !
CAD-Anwendungsbeispiel ?
CAD-Grundlagen - Unterschied Vektor- und Pixelgrafik = Objekte oder nicht ! CAD ist Vectorgrafik, objektorientiert
- Generierungsprinzip bei CAD ist die Montage von Objekten- Wichtig sind: Objektsortiment, Generierungsverfahren, Editiermöglichkeit, Konstruktions- und Darstellungshilfen Was ist der Unterschied zwischen CAD und Reißbrett ? Nennen Sie 2D-Objekte, die als Bausteine montiert werden ?
Technischer Stand Man unterscheidet:CAD-Systeme auf Workstations unter UNIX
Beispiel: CATIA, Pro Engineer, ALIASCAD-Systeme auf PC unter Windows NT
Beispiel: Bravo, AutoCAD, MicroStation Mit welchen Systemen arbeiten wir an der Burg ?
Vorlesung im Netz unter: X:\1KURSE\ALBRECHT\VORLESUNG\CAD\cad.ppt
Zusammenfassung IIZusammenfassung:Rechnergestützter Entwurf: CAD II
Aspekt Inhalt
CAD-Grundlagen - Unterschied: 3D-Ansicht (= 2d = Bild) und 3D Modell (= 3d)- Drei Klassen von 3D-Modellen: Kanten-, Flächen- und Volumenmodellen. Unterschiede? Normalfall: Hybridmodell- Rendering von 3D-Modellen bedeutet: Kamera, Licht und Material (Animation ist fast Nebenwirkung !)- Generieren und Editieren mit Boolsche Operationen Was ist ein Hybridmodell und wann kann ich es rendern ?
CAD/CAMin der Wirtschaft
- CAD funktioniert sinnvoll nur als CAD/CAM- Zwei Prozesse kreuzen sich: CAD/CAM und PPS- Arbeitsteilung mindestens: Konstruktion, Technologie,
Verfahrenstechnik und Design- Workflow der Entwicklung mit Datennetz- Vorteile: Flexibel, Effektivität, Qualität- Nachteile: Qualifikation, Investitionen, Wartung, Update
CAD/CAM-Anwendungsbeispiel ?
CAD Perspektiven - Nach 30 Jahren Entwicklung: Ausgereifte Softwaretools- Probleme: Numerische Eingabe, Manipulation im Raum
Echtzeitmanipulation mit gerenderten Modellen- Tendenz: 2D- und 3D-Modellierung auf PC-Systemen
3D-Modelle im Grafikdesign
CAD an der Burg Verschiedene Angebote, u.a.:MT. Grundlagen: Softwarekurse und profess. 3D-Entwurf
mit AutoCAD und SGI/ALIASInnenarchitektur: Spez. PC-Software, 2D-, 3D-ModelleMode Textil: Programmierung Jaqucard-Webmaschine
Das Letzte ... vom 14.05.98
Das Letzte ... vom 15.12.98
AL/061298
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