Wie man 3D-Modelle erstellt
3D-Modelle sind überall. Sie stecken hinter jedem physischen Objekt, das uns begegnet, und werden in vielen Branchen genutzt. In diesem Leitfaden werden wir die beliebtesten 3D-Modellierungsmethoden behandeln — vom Urentwurf eines Modells bis zur Digitalisierung eines physischen Objekts mit einem 3D-Scanner.
Einführung
Wenn Sie noch nie darüber nachgedacht haben, von wie vielen 3D-Modellen Sie umgeben sind, werden Sie Ihre Umgebung womöglich bald in einem ganz neuen Licht sehen. 3D-Modelle gibt es im Fernsehen, in Filmen und Zeichentrickfilmen, in der Werbung, in Videospielen, in den sozialen Medien, in mobilen Apps, in VR und noch vielen weiteren Bereichen. Doch sie sind nicht nur virtuelle Objekte, die Sie auf einem Bildschirm sehen. Was ist mit der Tasse, die Sie in der Hand halten, dem Stift auf Ihrem Schreibtisch, dem Auto, das Sie fahren, und dem Stuhl, auf dem Sie sitzen? Viele der heutigen physischen Objekte, die Sie sich vorstellen können, waren ebenfalls einmal 3D-Modelle.
Aber wie wurden diese Modelle erstellt?
In diesem Artikel befassen wir uns mit den Grundlagen des 3D-Modellierungsprozesses und betrachten die gängigsten Methoden zur Erstellung von 3D-Modellen: von CAD über Polygonmodellierung bis hin zum 3D-Scannen. Wir werden auch die gängigste Modellierungssoftware besprechen und Tipps geben, wann es besser ist, Modelle von Grund auf zu entwerfen oder einen 3D-Scanner zu verwenden.
Also, fangen wir an! Das Wichtigste zuerst...
Was ist ein 3D-Modell?
In der Computergrafik ist ein 3D-Modell eine digitale Darstellung einer Oberfläche oder eines Objekts, die mit einer speziellen Software erstellt wurde. Ein 3D-Modell stellt einen physischen Körper durch eine Sammlung von Punkten im 3D-Raum dar, die durch verschiedene geometrische Einheiten wie Dreiecke, Linien, gekrümmte Flächen usw. verbunden sind. In einigen Fällen kann ein 3D-Modell die Größe, Form und Textur eines Objekts vermitteln. Der Prozess der Erstellung dieser Darstellung wird als 3D-Modellierung bezeichnet.
Wo und wie werden 3D-Modelle verwendet?
3D-Modelle gehören bei zahlreichen kreativen Berufen dazu. Ingenieure und Designer verwenden 3D-Modelle als Teil ihres Entwurfsprozesses, entweder um neue Produkte zu entwerfen oder um bestehende Produkte neu zu gestalten. Architekten erstellen 3D-Modelle für visuelle Darstellungen von Gebäuden, Landschaften und Innenräumen anstelle von oder zusätzlich zu der Erstellung traditioneller Architekturmodelle.
Spieledesigner verwenden 3D-Modelle in großem Umfang, um 3D-Assets und Charaktere für Konsolen-, Computer- und Handyspiele zu erstellen.
Filmemacher verwenden 3D-Modelle für Spezialeffekte, zur Darstellung von Protagonisten und für verschiedene Objekte in Animations- und Live-Action-Filmen.
Die medizinische Branche setzt auf 3D-Modelle zur Visualisierung der Körperanatomie, zur Erstellung individueller medizinischer Lösungen wie Prothesen oder Orthesen, Zahnimplantate, zur Visualisierung von Ergebnissen der plastischen Chirurgie und vielem mehr.
In Wissenschaft und Bildung werden sie auf vielfältige Weise genutzt: von der Konservierung historischer und archäologischer Fundstücke bis hin zur Visualisierung chemischer Verbindungen, geologischer Modelle und vielem mehr.
Zwei Hauptwege zur Erstellung von 3D-Modellen
Es gibt zwar eine Reihe von Möglichkeiten, 3D-Modelle zu erstellen, doch die meisten lassen sich auf zwei grundlegende Methoden reduzieren: die Erstellung eines Modells in einer 3D-Modellierungssoftware oder die Umwandlung eines Objekts aus der realen Welt in ein digitales Modell mithilfe eines 3D-Scanners. Sehen wir uns einmal die Vor- und Nachteile beider Methoden an. Im Folgenden werden Sie erfahren, welche Methode für Ihre Aufgabe am besten geeignet ist.
Methode Nr. 1: 3D-Modellierung
Die erste Möglichkeit, 3D-Modelle zu erstellen, besteht darin, mit einer speziellen 3D-Modellierungssoftware bei Null anzufangen. Diese Methode wird häufig von Fachleuten aus verschiedenen Branchen verwendet: Ingenieure, Industriedesigner, Architekten, CGI-Künstler und viele andere.
SCHLÜSSELPUNKT:
Wenn Sie etwas völlig Neues, noch nie Dagewesenes entwerfen müssen, ist die 3D-Modellierung die perfekte Möglichkeit, Ihrer Fantasie freien Lauf zu lassen und Ihre Ideen zum Leben zu erwecken.
Das Tolle an dieser Methode ist, dass Sie damit etwas entwerfen können, das noch überhaupt nicht existiert — etwas völlig Einzigartiges wie ein neues Bauteil für ein Auto oder eine Fantasiekreatur in einem Videospiel. Oder etwas, das bereits existiert, aber nicht zum Scannen verfügbar ist.
Wenn Sie etwa ein Modell eines weltberühmten Gebäudes benötigen, das sich an einem weit entfernten Ort befindet, kann es viel einfacher und kostengünstiger sein, von Grund auf zu ein 3D-Modell erstellen, indem Sie Referenzmaterialien wie Fotos und Videos verwenden, anstatt zu diesem Ort zu reisen und einen 3D-Scan zu arrangieren (was bei historischen Gebäuden eine Herausforderung für sich sein kann). Oder anders gesagt: Wenn Sie etwas völlig Neues entwerfen müssen, das es noch nicht gibt, ist die 3D-Modellierung die perfekte Möglichkeit, Ihrer Fantasie freien Lauf zu lassen und Ihre Ideen zum Leben zu erwecken.
Es gibt verschiedene 3D-Modellierungstechniken und verschiedene Modellierungssoftware, mit der Sie ein Modell von Grund auf neu entwerfen können. Es hängt alles von dem jeweiligen Objekt ab, das Sie erstellen möchten, und von der beabsichtigten Anwendung.
Parametrische Modellierung
Parametrische 3D-Modellierung oder CAD (Computer Aided Design) ist die gängigste Methode, wie sie von Ingenieuren und Designern verwendet wird, um realistische Computermodelle von zukünftigen Teilen und Baugruppen zu erstellen. Nahezu jedes moderne Produkt, mit dem wir täglich zu tun haben, wurde mithilfe von 3D-CAD-Modellierung erstellt.
Mit dieser Methode erstellt ein Designer ein 3D-Modell eines Objekts, das alle Parameter eines realen Objekts aufweisen kann: Material, Gewicht, Größe, optische Parameter, physikalische Parameter usw. Diese Modelle können dann 3D-gedruckt oder CNC-gefräst werden und auch für komplexe Simulationen verwendet werden. Sie können etwa Baugruppen von Teilen erstellen, um zu sehen, wie sie zusammenpassen, um zu testen, wie sie auf Kräfte reagieren, die auf sie einwirken, um zu beobachten, wie Flüssigkeiten durch sie fließen, um mithilfe von Simulationen zu bewerten, wie sie hergestellt werden, und vieles mehr.
Polygonale Modellierung
Diese Modellierungstechnik ist das Herzstück fast jedes Videospiels oder Science-Fiction-Films, den Sie jemals gesehen oder gespielt haben. Ein polygonales Modell wird aus Polygonen aufgebaut: flache, zweidimensionale Formen, Dreiecke oder Quads, die modifiziert werden, um ein 3D-Netz aufzubauen. Im Gegensatz zur CAD-Modellierung ist diese Technik eher konzept- als maßorientiert. Animations- und Videospielstudios verwenden Polygonmodellierung, um alles mögliche zu entwerfen: von Film- und Spielcharakteren bis hin zu verschiedenen 3D-Assets wie Waffen, Rüstungen, Fahrzeugen und ganzen virtuellen Welten.
Digitale Formgebung
Diese Methode, die auch von 3D-Spezialisten in Spielen und Animationsfilmen verwendet wird, eignet sich am besten für die Erstellung hyperrealistischer Objekte mit organischen und glatten Formen. Sie wird auch für die Erstellung von Prototyp-Modellen für Design, Skizzen und 3D-Druck verwendet. Der Prozess ist dem Bildhauen mit echten Materialien wie Ton oder Stein sehr ähnlich. Mit pinselähnlichen Bildhauerwerkzeugen können Sie das polygonale Netz eines Objekts bearbeiten, indem Sie verschiedene Teile seiner Geometrie verschieben, ziehen und verdrehen oder zusätzliche geometrische Merkmale hinzufügen, um eine organische Struktur zu imitieren. Die digitale Formgebung erfordert mehr künstlerische Fähigkeiten — und ist kniffliger und zeitaufwändiger als die polygonale Modellierung. Deshalb werden beide Methoden in vielen Fällen kombiniert verwendet: Das Objekt wird zunächst modelliert und dann zur Detailarbeit an einen 3D-Spezialisten geschickt, der dann die endgültige Form abrundet.
Unabhängig davon, für welche Methode Sie sich entscheiden, ist es wichtig, die richtige Modellierungssoftware zu wählen, die über alle notwendigen Werkzeuge verfügt, um Ihnen bei der Erstellung Ihres 3D-Modells zu helfen.
Die beste 3D-Modellierungssoftware für Anfänger
Wenn Sie gerade erst anfangen und auf der Suche nach der besten Software für die 3D-Modellierung sind, haben wir ein paar tolle Empfehlungen für Sie. Zuallererst sollten Sie Blender ausprobieren.
Abgesehen von der Tatsache, dass es kostenlos ist, kommt Blender mit vielen Tutorials, einer starken Community und ist insgesamt eine ideale Software für Anfänger. Diese Open-Source-3D-Computergrafiksoftware eignet sich für alles — von visuellen Effekten, über den Druck von 3D-Modellen, bis hin zu interaktiven Anwendungen und Videospielen.
Für Profis und fortgeschrittene Anwender sind Softwareprogramme mit spezifischen Funktionen für jeden Schritt der Nachbearbeitung möglicherweise am besten geeignet. Werfen Sie einmal einen Blick auf Autodesk Maya, besser bekannt als Maya. Aufgrund seiner hochgradig anpassbaren Benutzeroberfläche ist diese Software ein Favorit in der Videospielindustrie sowie für all diejenigen, die sich mit 3D-Modellierung oder 3D-Animation beschäftigen. Sie können Maya einen Monat lang ausprobieren, bevor Sie es kostenpflichtige erwerben müssen.
Alternativ können Sie auch 3ds Max ausprobieren, das ebenfalls mit einer einmonatigen Testversion verfügbar ist. Dieses Programm ist auf die Modellierung von Charakteren, Animationen und hyperrealistisches Rendering Ihrer gescannten Objekte spezialisiert und überzeugt durch Geschwindigkeit und Benutzerfreundlichkeit.
Wenn Sie nach einer Software für digitale Formgebung suchen, sollten Sie ZBrush ausprobieren. ZBrush ist vor allem für seine Fähigkeit bekannt, mit High-Poly-Modellen, also solchen mit besonders vielen Polygonen, arbeiten zu können. Das Programm eignet sich hervorragend für die Kombination mit Artec Studio. Ähnliche Alternativen sind 3D-Coat oder Autodesk Mudbox.
Wenn Sie auf der Suche nach einer CAD-Modellierungssoftware sind, sollten Sie SOLIDWORKS in Betracht ziehen, den Branchenstandard für mechanische Konstruktionssoftware. SOLIDWORKS wird von Ingenieuren und Konstrukteuren für die Modellierung von Teilen und Baugruppen verwendet und umfasst Simulationsfunktionen sowie Zeichen- und Montagewerkzeuge. Andere in Frage kommende CAD-Software-Lösungen sind AutoCAD, Fusion 360 oder Rhinoceros.
Diese Programme werden von vielen Studios standardmäßig verwendet. Wenn Sie ein 3D-Modell erstellen möchten, werden Sie wahrscheinlich mit mindestens einem dieser Namen arbeiten.
Methode Nr. 2: 3D-Scannen
Die zweite Weg, 3D-Modelle zu erstellen, ist das Scannen. Im Gegensatz zur CAD- oder Polygonmodellierung, bei der Sie ein Modell komplett von Grund auf neu entwerfen, können Sie mit dieser Methode eine exakte digitale Kopie eines realen Objekts, einer Person oder einer Umgebung mithilfe eines 3D-Scanners erstellen. Diese Methode kann für sich allein verwendet werden, häufiger jedoch als Ergänzung zu Ihrem bestehenden Modellierungs-Ablauf — etwa, um etwas zu scannen, das anschließend in eine CAD-Software zur Neugestaltung oder Prüfung oder in eine Polygonmodellierungs- oder Formgebungssoftware zur weiteren Ausbesserung und Bearbeitung geladen wird.
SCHLÜSSELPUNKT:
Im Gegensatz zur polygonalen Modellierung, bei der Sie ein Modell von Grund auf neu entwerfen können, können Sie mit dem 3D-Scannen eine exakte digitale Kopie eines realen Objekts, einer Person oder einer Umgebung erstellen. Diese Methode kann für sich allein verwendet werden, häufiger jedoch als Ergänzung zu Ihrem bestehenden Modellierungs-Ablauf.
Der Prozess des 3D-Scannens variiert je nach der Technologie, auf der der Scanner aufbaut. Es gibt 3D-Scanner mit Strukturlicht, Laser-Triangulations-Scanner, Time-of-Flight-Laserscanner und andere. Einige Smartphones und Tablets können heute dank eingebauter oder zusätzlichen Sensoren, die es ihnen ermöglichen, die Welt in 3D zu erfassen, auch als Scanner verwendet werden. Unabhängig von der verwendeten Technologie ist das Ausgangsprodukt eines jeden 3D-Scanners dasselbe: ein 3D-Modell eines realen Objekts, das auf unzählige Arten verwendet werden kann — von CAD über Reverse Engineering, Qualitätskontrolle bis hin zu Denkmalschutz, CGI und mehr.
Sehen wir uns einmal einige Beispiele dafür an, wie 3D-Scannen in Verbindung mit herkömmlicher 3D-Modellierung verwendet werden kann.
3D-Scannen für CAD
3D-Scannen kann u. a. zur Erfassung der exakten geometrischen Informationen eines Objekts verwendet werden. Ein solches Objekt kann dann dann analysiert, nachgebaut oder auf Fehler und Abweichungen von einem ursprünglichen CAD-Modell oder einer Skizze untersucht werden muss. Das ist besonders nützlich, wenn Sie keinen Zugriff auf die ursprünglichen 3D- oder 2D-CAD-Dateien eines Produkts haben. Anstatt Stunden damit zu verbringen, das Modell von Grund auf neu zu erstellen, können Sie es einfach scannen und haben es in wenigen Minuten auf dem Bildschirm. Das ist nicht nur schneller, sondern auch präziser als die Verwendung traditioneller Modellierungstechniken oder berührungsbasierter Messverfahren wie CMM.
Neben der Abbildung von Objekten in 3D ermöglichen 3D-Scanner auch die Erstellung kundenspezifischer Lösungen, die mit traditioneller Modellierung nicht möglich wären. So nutzen Ärzte und medizinisches Fachpersonal 3D-Scannen, um Lösungen für ihre Patienten zu entwerfen, die auf deren individuellen Körperparametern basieren, etwa einen maßgeschneiderten Rollstuhl auf Grundlage des Wirbelsäulenscans des Patienten, eine maßgefertigte Schuhsohle oder eine speziell angefertigte Beinprothese.
3D-Scannen für polygonale Modellierung und Bildhauerei
3D-Scanner sind auch ein ideales Werkzeug, wenn Sie einen hohen Grad an Fotorealismus erreichen müssen, was mit polygonaler Modellierung oder digitaler Formgebung nicht immer möglich ist. Viele Spielestudios, die sich auf Sportspiele spezialisiert haben, verwenden 3D-Scanner, um die Gesichter berühmter Sportler zu scannen, damit ihre 3D-Charaktere so realistisch wie möglich aussehen. Filmstudios verlassen sich auf 3D-Scanner, wenn sie hyperrealistische 3D-Assets wie Waffen oder Fahrzeuge entwerfen müssen oder wenn sie einen Charakter erstellen müssen, der auf dem Aussehen eines echten Schauspielers basiert. Anstatt Stunden damit zu verbringen, diese Dinge von Grund auf zu entwerfen, können sie reale Objekte oder Personen mit einem Scanner erfassen und die Modelle zur weiteren Bearbeitung in ihre bevorzugte 3D-Designsoftware laden.
Photogrammetrie
In bestimmten Fällen greifen einige Fachleute zusätzlich zum 3D-Scannen und 3D-Modellieren auf eine weitere Modellierungsmethode zurück: die Photogrammetrie. Diese Methode ist dem 3D-Scannen sehr ähnlich, da sie es ermöglicht, ein 3D-Modell von etwas zu erstellen, das in der realen Welt existiert, indem man mehrere Bilder davon mit einer Kamera (oder mehreren Kameras) aufnimmt und sie alle zusammenfügt.
Photogrammetrie ist jedoch im Vergleich zum 3D-Scannen zeitaufwändiger, da Sie Hunderte von Aufnahmen machen müssen, um das Objekt von allen Seiten zu erfassen. Außerdem wird das Modell nicht in Echtzeit erstellt, wie es bei 3D-Scannern der Fall ist. Daher können Sie auch nicht sofort sehen, ob etwas falsch gelaufen ist, um dann umgehend einzugreifen.
Der Hauptvorteil der Photogrammetrie ist die Fähigkeit, ein Objekt mit einer besonders hohen Texturqualität zu reproduzieren — besser als bei den meisten 3D-Scanner. Der Nachteil dieser Methode ist jedoch, dass sie nicht so genau ist. Für die besten Ergebnisse sowohl bei der Textur als auch bei der Geometrie empfiehlt es sich, 3D-Scanner und Photogrammetrie gemeinsam einzusetzen.
Marktplätze zum Speichern und Verkaufen von 3D-Modellen
Sobald Ihr 3D-Modell fertig ist, gibt es mehrere Möglichkeiten, dieses zu verwenden und weiterzugeben. Wenn Sie ein Modell für den internen Gebrauch erstellen, können Sie es auf Ihrem Computer speichern oder auf einen Dateifreigabedienst, wie etwa Dropbox, hochladen. Wenn Sie es jedoch mit jemandem teilen möchten, der keine kompatible 3D-Software hat, um es zu betrachten, könnte es eine gute Idee sein, das Modell auf eine Website hochzuladen, auf der Sie Ihre Modelle nicht nur speichern, sondern auch anderen Personen erlauben können, sie anzusehen oder herunterzuladen.
Es gibt viele Websites zum Speichern und Verkaufen von 3D-Modellen. Einige von ihnen, wie Sketchfab oder Kraken von Turbosquid, ermöglichen es Ihnen, Ihre eigenen Modellsammlungen zu erstellen, die sowohl beschränkt als auch öffentlich zugänglich sind. Bei Sketchfab können Sie beispielsweise ein Modell nicht nur unverändert hochladen, sondern auch die Beleuchtung und andere Parameter anpassen und einen Einbettungscode erhalten, mit dem Sie es auf einer Website veröffentlichen können, so wie Sie es mit einem YouTube-Video oder einem Tweet tun würden.
Einige dieser Plattformen, darunter Sketchfab, Turbosquid, CGTrader und Quixel, ermöglichen es Ihnen, 3D-Modelle nicht nur zu speichern, sondern auch an Personen zu verkaufen, die sich dafür interessieren könnten. Spiele-Engines wie Unity und Unreal Engine haben für 3D-Modelle ihre eigenen Marktplattformen, auf denen Spieleentwickler 3D-Assets für ihre Spiele kaufen können.
Die Entwickler der beliebtesten 3D-Modellierungs- und Designsoftware wie Autodesk haben ihre eigenen Seiten, auf denen es auch möglich ist, 3D-Modelle direkt aus der Software hochzuladen. Ähnlich ist es mit 3D-Scanning-Software wie Artec Studio, die den Export des fertigen 3D-Modells in ihren nativen 3D-Viewer View Shape ermöglicht.
Fazit
Wie Sie sehen können, gibt es verschiedene Möglichkeiten, 3D-Modelle zu erstellen. In Fällen, in denen Sie etwas modellieren müssen, das es noch gar nicht gibt, werden Sie es wahrscheinlich in einer 3D-Modellierungssoftware entwerfen wollen. Wenn Sie jedoch etwas modellieren müssen, das bereits existiert, sollten Sie 3D-Scannen in Betracht ziehen. Sie sparen nicht nur Zeit und Mühe, sondern erhalten auch präzise Ergebnisse, die Sie mit herkömmlichen Modellierungswerkzeugen vielleicht nie erreichen könnten.
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