Schöne neue Welt in 3D

Überall ist 3D momentan im Gespräch. Auf der Photokina 2010 war 3D-Fotografie das Thema. Filme wie Avatar begeistern das Publikum. Kein Wunder unsere Welt ist nunmal dreidimensional.

Derzeitig liest, hört und sieht man ständig neue Produkte zum Thema 3D. Ob das nun Digitalkameras, Videokameras, Spielkonsolen oder Filme sind. Prinzipiell ist das kein neues Phänomen, sondern das Thema taucht mit einer hohen Regelmäßigkeit aus der Versenkung auf, um später wieder zu verschwinden. Das ist bereits seit Erfindung der Fotografie so. Neu ist diesmal die Tatsache, dass auf so breiter Front neue Produkte erscheinen.

Dennoch bleibt bei all diesen Produkten die Anzeige der Inhalte das große Problem. 3D lässt sich auf zweidimensionalen Anzeigegeräten nur anzeigen wenn die Bilder, die das linke Auge sieht, von den Bildern, die das rechte Auge sieht getrennt werden. Meist geschieht das über eine Brille, deren Gläser entweder unterschiedlich gefärbt sind oder die Bilder zeitversetzt zum Auge durchlassen oder die mit polarisiertem Licht arbeiten. Es gibt zwar inzwischen auch Konzepte die 3D-Genuss ohne Brille versprechen, diese Technik ist aber nur sehr eingeschränkt verwendbar und das Ergebnis sieht eher so aus, als würde man mehrere zweidimensionale Bilder hintereinander gestaffelt sehen. Auch das gab es schon. Es nannte sich Diorama, eine Erfindung aus dem 19. Jahrhundert.

Also neu ist ist der derzeitige Hype nun wirklich nicht, aber er zeigt deutlich wie groß das Interesse an 3D-Inhalten ist. Und das ist dann schon interessanter, denn diese Inhalte fallen nicht vom Himmel. Sie müssen erst erstellt werden. 1974 hat Ed Catmull eine digitale Version seiner linken Hand für den Film „Futureworld“ erstellt. Seither ist 3D im modernen Film kaum mehr wegzudenken. Egal ob es sich um einem vollständig animierten 3D-Film handelt oder ob in einen Realfilm 3D-Szenen eingebaut werden. 3D-Filme sind auch Dank der Pionierarbeit der Firma Pixar, zu deren ersten Präsidenten Ed Catmull und Steve Jobs gehörten, heute eine wichtige Größe im Filmgeschäft.

Der 3D-Hype wird vergehen, aber die 3D-Inhalte werden bleiben

Nicht nur der Filmbereich, auch die Technik profitiert von 3D-Darstellungen. So gab es bereits seit den 60er Jahren Software mit deren Hilfe man Autokarosserien entwerfen konnte.

Im Gegensatz zu damals kann man heute solche Arbeiten auf einem gewöhnlichen Standardcomputer mit vergleichsweise günstiger Software erledigen. Zudem ist die Technik leichter beherrschbar geworden. Während man vor einigen Jahren noch eine Lernzeit von ca. 5 Jahren angesetzt hat, kann man heute mit modernen Programmen ohne Vorkenntnisse innerhalb von 2-3 Wochen respektable Ergebnisse erzielen.

In vielen Fällen in denen 3D-Grafiken verwendet werden, werden die Möglichkeiten die man hätte ohnehin nur zu einem Bruchteil ausgenutzt. Bei komplexeren Aufgabenstellungen, so wie im Film, hat man die klassische Trennung zwischen den einzelnen Disziplinen, wie Modellieren und Animation. So dass sich der einzelne auf sein Fachgebiet konzentrieren kann. Das Modellieren muss man unterteilen nach echter Konstruktion, die man nicht so nebenbei erlernen kann und darstellendem Modellieren, das im wesentlichen eine Verlagerung von traditionellen Modelliertechniken mit Plastilin oder Ton in den Computer darstellt.

3D ist als Gestaltungsmittel endlich mit vernünftigem Zeit- und Geldaufwand verwendbar geworden.

Nur stellt sich nach wie vor die Frage wofür?

Prinzipiell sind virtuelle 3D-Darstellungen immer dann sinnvoll, wenn Fotografieren oder Filmen nicht möglich oder nur unter hohem Aufwand möglich ist.

Das ist zum Beispiel der Fall bei Vorgängen im Körper also im Bereich Medizin und Pharma, bei biochemischen oder chemischen Prozessen und bei Prozessen die extrem schnell oder extrem langsam ablaufen. Oder auch Vorgängen, die sich im Verborgenen abspielen. wie beispielsweise der Verbrennung in einem Motor. Also gibt es ein ungeheures Potential an Visualisierungsmöglichkeiten in allen technischen Bereichen.

Ein weiteres und sehr weites Feld ist die Werbung. Oft müssen Produkte bereits zu einem Zeitpunkt visualisiert werden an dem sie noch nicht produziert wurden.

Beispiel einer 3D-Produktvisualisierung

Eine andere, nicht seltene Situation ist, dass die Produkte nicht fotogen genug sind. Das heißt es müssten selbst bei perfekter Produktfotografie noch unzählige Spuren der industriellen Fertigung optimiert oder retuschiert werden. So will zum Beispiel niemand auf dem Werbefoto Gussnähte sehen. Oder die schiere Menge an Optionen sprengt jeden Rahmen einer vernünftigen Fotoproduktion. Beispiele dafür sind der IKEA-Katalog in dem 20 bis 25% aller Produktabbildungen inzwischen computergenerierte Renderings sind. (Quelle: Proffsfoto) Oder die Car-Configuratoren der Autohersteller. Allein alle Autos in sämtlichen Lackierungen und allen Innenraumkombinationen für die Webpräsentation herzustellen wäre nahezu unmöglich.

Derzeit geht der Trend eher nicht dahin ruhigere Entwicklungszyklen zu realisieren. Daher wird der Bedarf an hochwertigen fotorealistischen Darstellungen virtueller Produkte immer mehr zunehmen. In der Architektur und dem Produktdesign stellt sich die Frage nach dem Einsatz von 3D oft gar nicht mehr, sondern nur noch die Frage nach der benötigten Qualität.

Unbestritten und mit zunehmender Häufigkeit wird 3D-Technologie in Film und Fernsehen eingesetzt. Eine ganze Klasse von Filmen, der Animationsfilm, ist ohne nicht denkbar. Aber auch bei klassischen Produktionen erleichtert der Rückgriff auf 3D-Software manche komplizierte Einstellung. Im Idealfall bemerkt man den Unterschied zwischen virtuellem 3D und Realfilm nicht.

Eine weiterer riesiger Markt sind Computerspiele. Wobei hier keine klassische 3D-Technik eingesetzt wird, bei der das fertige Bild oder der fertige Film, erzeugt wird. Statt dessen wird die jeweilige Szene direkt im Computer berechnet. Die Modelle, die Art ihrer Animation und ihr Aussehen werden aber nach klassischer Art erzeugt.

Üblicherweise muss immer erst ein Modell erzeugt werden. Man kann es bauen oder einscannen. Die Art des Modells bestimmt das Werkzeug. Falls man vorhat das Modell in die Produktion zu geben, kommt man an einem 3D-Konstruktionsprogramm wie SolidWorks, Catia, oder Rhino nicht vorbei. Wenn das Modell nur für Visualisierungszwecke benötigt wird reicht ein Polygonmodeler, wie er in Softwarepaketen wie 3DStudio Max, Cinema4D oder Modo eingebaut ist. Es gibt auch reine Modellierprogramme, die für bestimmte Aufgaben optimiert sind z.B. ZBrush für Charakterdesign.

Die nächste Phase ist die Texturierung. Das Modell ist „nackt“, also ohne Farbe und Oberflächenstruktur. Um diese möglichst realistisch zu erzeugen werden mit Hilfe von Fotos, Scans und Bildbearbeitung, z.B. in Photoshop, Texturen erzeugt. Im 3D-Programm werden diese dann auf das Modell gelegt . Bei komplex geformten Modellen ist oft nur mit ausgefeilten Werkzeugen möglich, die ideale Struktur und Oberflächenbeschaffenheit zu erzeugen. Ein wirklich sehr gutes Hilfsmittel ist hier BodyPaint von Maxon, das Bestandteil von Cinema 4D ist oder als Stand-Alone-Lösung für andere 3D-Programme genutzt werden kann.

Als nächstes wird Licht benötigt. Eine gute Beleuchtung macht fast die halbe Wirkung aus. Gerade auf diesem Gebiet sind in letzter Zeit unglaubliche Fortschritte gemacht worden. Nicht nur was die Bildqualität angeht, sondern auch was die Geschwindigkeit betrifft. Früher waren Berechnungszeiten von Tagen für ein Szenenbild die Regel, heute rechnet man in Minuten.

Abschließend kommt die Animation ins Spiel. Sie muss nicht immer sein, bei Architektur- oder Produktdarstellungen ist sie beispielsweise oft überflüssig oder zu zeitaufwändig, aber wenn sie gezielt und wohldosiert eingesetzt wird ist ihre Wirkung kaum zu übertreffen. Ein besonders faszinierendes Beispiel sind physikalische Simulationen, bei denen den Modellen realistische Verhaltensweisen, wie Elastizität oder Gewicht zugeordnet werden, die dann von der Software zu einem korrekten physikalischen Animationsverhalten interpretiert werden.

Viele dieser Techniken sind bereits Open Source, so dass es inzwischen eine Unzahl an Programmen gibt, die mehr oder weniger das gleiche können.

Durch die hohe Konkurrenz ist eine Situation entstanden, die ehemals extrem teuere Spezialsoftware durchaus finanzierbar gemacht hat. Es gibt die klassischen All-in-one-Pakete, wie Maya, 3D-StudioMax, Cinema4D, Modo, Softimage und Houdini, und auch das vollkommen kostenlose OpenSouce Projekt „Blender„. Es gibt reine Modeler, wie Rhino, Silo und Z-Brush und es gibt reine Renderprogramme, die nur die Bilder erzeugen, wie Brazil, Flamingo oder Renderman. Ein Exot ist diesem Zusammenhang EIAS3D, ursprünglich „ElectricImage“, eines der ersten im Filmbereich verwendeten 3D-Programme überhaupt, das von der Industrial Light and Magic Rebel Unit eingesetzt wurde, um Kosten für Spezialcomputer und Spezialsoftware zu sparen. Das „Programm“ besteht aus einem Renderprogramm und einem Animationsprogramm, der Modeler fehlt.

Bei diesem riesigen Software-Angebot und dem großen KnowHow das sich über die Jahre angesammelt hat ist nun der Zeitpunkt gekommen an dem sich der Einsatz von 3D-Software auch bei kleineren Projekten rechnet.

Wohin geht als die Reise mit 3D-Darstellungen?

In vielen Fällen sind sie heute schon unverzichtbar. In den meisten anderen Gebieten der Visualisierung stellen 3D Inhalte einen Zusatznutzen dar, der immer häufiger gefragt wird. Am Beispiel von Photoshop in den immer neue kleine 3D-Tools eingebaut werden, kann man ablesen, dass dieses Marktpotential auch von Herstellern erkannt wird, die mit 3D-Software nichts zu tun haben.

Es lohnt sich auf jeden Fall in eine 3D-Software zu investieren. Allerdings sollte man sich von der Vorstellung verabschieden, dass man diese komplexe Materie quasi nebenbei erledigen kann. Zeit muss man neben der Investition in die Software ebenfalls mitbringen.

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