Software zur 3D Modellierung – ein Überblick.

Auf dem Markt finden sich zahlreiche Anbieter von Software zur 3D Modellierung. Eine entsprechende Auswahl fällt deshalb nicht immer leicht.

In dem folgenden Beitrag möchten wir einige Grundlagen zum Thema 3D-Modellierung und Software näher erläutern und anschließend nach dem Vorstellen einiger Produkte eine Bewertung anhand der Kriterien Qualität der Modellierung, Funktionsumfang und Bedienungsfreundlichkeit vornehmen.

Einer der wichtigsten Funktionen von Software zur 3D Modellierung ist neben der eigentlichen Modellierung die Umwandlung der Objekte in realitätsnahe Bilder. Dieser Vorgang wird als Rendern bezeichnet. Heute sind gerenderte Bilder nahezu in jeder Werbung oder TV-Produktion zu finden.

Das Rendern und eine nachträgliche Bearbeitung führen zu einem Hinzufügen von echteren Farben und Schatten. Auch Schärfeeinstellungen, Lichteffekte und Farbübergänge können realitäsnah hinzugefügt werden.

Für das Modellieren von 3D-Objekten existieren unterschiedliche Ansätze. Einige Ansätze basieren auf mathematischen Funktionen wie z.B. NURBS und andere auf großen Ansammlungen von Polygonen. Es existieren auch Techniken welche Elemente der jeweiligen Ansätze kombinieren wie z.B. „HyperNURBS“.

NURBS ist eine relativ einfache und leistungsfähige Modellierungsmethode. NURBS steht für Non-Uniform Rational B-Splines und ist gegenüber der Polygon-Modellierung eine deutlich modernere Technik.

NURBS arbeitet mit mathematischen Funktionen, wodurch Objekte mithilfe von Kurven modelliert werden können. Diese Kurven werden als Splines bezeichnet und setzen sich aus Punkten und Tangenten zusammen.

Um nun aus diesen Kurven dreidimensionale Objekte zu erzeugen, werden Generatoren benötigt. Durch Extrusion, Rotation, Morphing und Pfadverschiebung entstehen mittels dieser Generatoren die entsprechenden 3D-NURBS-Objekte. Mithilfe von Splines kann ein Nutzer einen Pfad generieren, dieser kann sowohl dazu dienen ein Objekt zu erzeugen, als auch die Ausrichtung eines solchen zu bestimmen. Die Punkte am Anfang und am Ende sind farblich markiert und lassen sich somit in ihrer Richtung bestimmen. Unter den Splines existieren viele verschiedene Typen und es wird auch zwischen offenen und geschlossenen Splines unterschieden.

NURBS-Modellierungen eignen sich besonders für Konstrukteure um besonders genau Möglichkeit zu modellieren. Vorteilhaft an dieser Technik ist die Möglichkeit Objekte beliebig ohne Qualitätsverlust vergrößern zu können. Allerdings lassen sich durch die NURBS-Modellierung nur schwer raue Oberflächen und Polygone erzeugen.

Bei der Polygon-Modellierung hingegen werden einfache geometrische Grundobjekte wie beispielsweise Würfel oder Kegel verwendet, um daraus ein Objekt zu erzeugen.

Hier werden zwei verschiedene Vorgehensweisen unterschieden.

Eine Möglichkeit ist der Beginn mit einer leeren Fläche und darin die Erzeugung eines Punkte-Gitters, welches letztendlich zu einem Polygon-Objekt modelliert wird.

Die Alternative dazu basiert auf der Auswahl eines vorhandenen Standardobjekts, welches als Grundgerüst genommen wird.

Im Vergleich zur NURBS-Modellierung erfordert diese Technik viel Übung und abstraktes Denken, um Objekte modellieren zu können.

Eine Kombination aus beiden Techniken ist HyperNURBS oder Subdivision Surfaces. Es handelt sich dabei um eine Möglichkeit, Polygon-Objekte mithilfe von einem Algorithmus abzurunden. Eine wiederholte Glättung der groben Strukturen führt zu einem weichen und hochauflösenden Modell.

Der Vorteil einer schrittweisen Umwandlung von einem groben in ein feines Modell liegt zum einen in der Datenmenge, welche sich gering hält, da nicht alle Bereiche in hoher Qualität vorliegen müssen. Zudem bleibt das Modell übersichtlich und kann falls nötig einfach nachbearbeitet werden. Im Vergleich zur richtigen NURBS-Modellierung können keine echten Pfade erstellt werden. Deshalb ist diese Technik nicht so genau wie die NURBS-Modellierung.

Zu den bekanntesten und besten kostenlosen Softwarelösungen zur 3D Modellierung gehört Blender. Daneben stellen wir im Folgenden die Software 123D von Autodesk und Shapesmith ein wenig näher vor.

Blender ist eine Open-Source-Lösung der Blender Foundation und wird von einer mittlerweile sehr großen Community weiterentwickelt.

In einer von cgenie.com im Jahre 2010 durchgeführten Studie erreicht Blender einen Marktanteil von 5%. Zu den größten Nachteil von Blender gehört das Interface, welches nicht intuitiv aufgebaut ist und erwartete Standards wie drag & drop nicht unterstützt. Deshalb fällt die Einarbeitungszeit mit 3 Monaten verhältnismäßig lang aus.

Dennoch wird die Fähigkeit mit dieser Software 3D-Modelle zu erstellen als gut bewertet und die Beliebtheit der Software ist vor allem in Europa sehr hoch. Der größte Vorteil von Blender ist, dass es durch seine große Community viele Einstiegshilfen und Tutorials gibt, wodurch der Einstieg deutlich erleichtert wird.

Durch den offenen Quellcode wird die Software durch interessierte Programmierer laufend modernisiert.

Blender ist kompatibel mit einer Reihe verschiedener Datei-Formate wie z.B. STL, VRLM oder 3DS. Im Vergleich zu vielen anderen Software-Lösungen zur 3D Modellierung ermöglicht Blender das Verändern von STL-Dateien mithilfe von einfachen Werkzeugen.

Insgesamt kann man mit Blender nicht viel falsch machen. Es handelt sich dabei um ein All-Around-Talent, welches nahezu in jeden Bereich eingesetzt werden kann.

Das Unternehmen Autodesk hat mit 123D eine kostenlose Software zur 3D Modellierung auf den Markt gebracht, welches auch in Form einer mobilen Applikation für das iPad erhältlich ist.

Um den Umgang mit der Software zu erlernen stehen dem User einige Support-Foren und Video-Tutorials kostenlos zur Verfügung. Die Bedienung gilt als einfach und kann durch die intuitive Oberfläche der Software schnell vom Benutzer verstanden werden.

Autodesk bietet nur die Möglichkeit aus vorgegebenen Formen auszuwählen und anzupassen, allerdings lassen sich keine Modelle von Grund auf erstellen. Ein Export des Modells ist nur im OBJ-Format möglich und steht erst nach einer Zahlungsfunktion innerhalb der Applikation zur Verfügung.

Shapesmith ist eine browserbasierte Anwendung zur Erstellung von 3D-Objekten. Die Software ist plattformunabhängig und funktioniert in allen WebGL-fähigen Browsern. Die Bedienung der Anwendung gilt ebenfalls als intuitiv und basiert auf dem Einfügen von Grundkörpern, welche anschließend durch Funktionen wie z.B. Drehen, angepasst werden können.

Die Software ist in der Lage die erstellten Objekte im STL-Format zu speichern. Support erhalten User durch ein Wiki oder durch Lehrvideos.

Neben den bereits vorgestellten kostenlosen Lösungen bietet das Unternehmen Autodesk mit den Software-Lösungen 3ds Max und Maya die beiden größten Programme an.

Die Software 3ds Max ist mit 42% Marktanteil das weltweit aktuell am meisten verbreitete Programm für 3D-Modellierung, 3D Visualisierung und Animation.

Die Software wird seit Anbeginn für Intel-Prozessoren optimiert und nicht wie die meisten anderen Programme für Unix-Plattformen.

3ds Max bietet für Anwender eine große Vielfalt verschiedener Funktionen. Wenn ein Anwender dennoch Funktionen vermissen sollte, können Sie mithilfe von Plugins einfach nachgerüstet werden.

Darüber hinaus kann die intuitive Benutzeroberfläche auf die Bedürfnisse des Anwenders angepasst werden.

Es werden 2 verschiedene Versionen der Software angeboten. Während 3ds Max für Spieleentwickler und Filmproduzenten entwickelt wurde, richtet sich die Version 3ds Max Design an Architekten und Konstrukteure.

Bei der Unterstützung von Dateiformaten gehört 3ds Max zur absoluten Oberklasse. Es kann 3DS, VRML, STL und noch viele weitere Datei-Formate sowohl importieren als auch exportieren. Durch gute Dokumentationen und Trainingsmaterialien ist eine zügige Einarbeitung in die Software möglich.

Insgesamt ist die Qualität der Modellierung und die benutzerfreundliche Oberfläche als ausgezeichnet einzustufen.

Negativ anzumerken ist, dass die Software sehr teuer ist und zudem im Bereich der NURBS-Modellierung nur sehr wenig bieten kann. Insgesamt gilt die Software als veraltet. Dennoch kann davon ausgegangen werden, dass diese Software in der Industrie weiterhin am meisten genutzt werden wird.

Eine weitere sehr bekannte Software zur 3D Modellierung ist unter dem Namen Maya bekannt. Die Software wird hauptsächlich in den Bereichen der Filmindustrie und der Computerspielentwicklung genutzt.

Die Software verfügt über einen enormen Funktionsumfang und ist deswegen auch schon ausgezeichnet worden.

Ein großer Vorteil von Maya ist die hohe Anpassungsfähigkeit der Oberfläche und die Kompatibilität zur Software von Drittanbietern. Ähnlich wie 3ds Max unterstützt Maya nahezu alle Datei-Formate.

Zum Erlernen der Software sind sehr gute Trainingsmaterialien vorhanden. Die Software kann auch sehr gut die NURBS-Modellierung anwenden, wodurch sehr genaue Modelle ermöglicht werden.

Mit Maya greifen Nutzer mit Sicherheit auf eine der komplettesten und umfangreichsten Software-Lösungen auf dem Markt zurück. Daneben profitieren User aus einer großen Auswahl von Dokumentationen und Trainingsvideos.

Allerdings erfordert die Software aufgrund der großen Anzahl von Funktionen eine längere Einarbeitungszeit und ist zudem ähnlich zu 3ds Max sehr teuer.

Allerdings haben die kostenpflichtigen Programme den Vorteil, dass nahezu jedes Format importiert und exportiert werden kann.

Je nach Anforderung bzw. Präferenz des Anwenders kann die Auswahlentscheidung höchst unterschiedlich ausfallen.

Fazit:

Die Qualität der 3D Modellierung ragt bei 3ds Max besonders heraus.

Möglichkeiten sich in die Software einzuarbeiten z.B. durch Foren oder Videos sind bei Blender aufgrund der großen Community stark verbreitet. Für nahezu jedes Problem kann der Nutzer ein entsprechendes Tutorial im Internet finden. Allerdings ist die Benutzeroberfläche nicht sonderlich intuitiv und recht gewöhnungsbedürftig.

Aufgrund der leichten Bedienung ist die kostenfreie Software 123D von Autodesk als die am leichtesten zu handhabende Software einzustufen. Die Komplexität der Bedienbarkeit von Blender oder Shapesmith hingegen ist eher mittelmäßig.

Aufgrund des deutlich größeren Funktionsumfangs ist die Bedienung bei den kostenpflichtigen Lösungen Autodesk 3ds Max oder Maya komplexer. Hinzu kommen die hohen Kosten zur Beschaffung der Software.

Allerdings haben die kostenpflichtigen Programme den Vorteil, dass nahezu jedes Format importiert und exportiert werden kann.

Je nach Anforderung bzw. Präferenz des Anwenders kann die Auswahlentscheidung höchst unterschiedlich ausfallen.