Modellieren des iPad-Ladegerätes

Autor: Uli Staiger

Der Schwerpunkt dieses CINEMA-4D-Tutorials liegt auf dem Modellieren des iPad-Ladegerätes. Natürlich erfahrt ihr auch, wie das Kabel und der Stecker entstehen und wie die Szene beleuchtet wird.

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I. Modeling

01. Boxmodeling

Wir beginnen mit einem Würfel. Wie immer beim Start mit einem parametrischen Grundobjekt sollte man schon vorab überlegen, wie viele Segmente man dem Objekt zuteilt. Da der Netzstecker etwa ein Fünftel der Gesamtbreite einnimmt, unterteilt ihr den Würfel in X- und Z-Richtung in je fünf Segmente.

 

02. Schnitt setzen

Die zweite Polygonreihe von links muss noch ein weiteres Mal unterteilt werden. Dazu eignet sich am besten das Messer im Loop-Modus. Versucht dabei, in etwa die Mitte der Polygonreihe zu treffen.

 

03. Schnitt positionieren

Weil das Konstruieren von Objekten so genau wie möglich ablaufen sollte, zeige ich euch einen ganz einfachen Weg, wie ihr den Schnitt nachträglich positioniert: Wählt im Punkt-bearbeiten-Modus über eine Loopselektion alle Punkte des Schnittes aus. Dann braucht ihr nur noch im Koordinatenmanager den X-Wert auf -40 cm zu ändern, denn bei 200 cm Kantenlänge liegt die Mitte der zweiten Polygonreihe genau dort.

 

04. Punkte skalieren

Die beiden Punkte, die an der vorderen Ober- und Unterkante entstanden sind, werden mit dem Skalierenwerkzeug auseinandergezogen. Auch hier hilft der Strukturmanager: Wenn ihr es ganz genau machen wollt, muss die Y-Position der beiden Punkte auf 70 bzw. -70 cm liegen. Das Skalierentool könnt ihr auch weglassen und nach dem Selektieren der beiden Punkte deren Y-Wert direkt im Strukturmanager abändern.

 

05. Extrudieren des Netzsteckers

Im Fläche-bearbeiten-Modus selektiert ihr nun die beiden trapezförmigen Polygone und extrudiert sie. Das funktioniert entweder durch Ziehen des Extrudierenwerkzeugs im Viewport oder durch eine Zahleneingabe in das Offset-Feld des Tools. Nur dürft ihr dann nicht vergessen, die Zuweisen-Schaltfläche anzuklicken.

 

06. Kanten schneiden

Beim Verändern des Y-Wertes der beiden Punkte sind vier Polygone entstanden, deren Punkte nicht in einer Ebene liegen. Um dennoch klare Kanten zu schaffen, zieht ihr im Linie-Modus mit dem Messer je einen Schnitt durch die beiden oberen und die beiden unteren Polygone. Ganz genau von Punkt zu Punkt.

 

07. Kante beveln

Zeit, die Kanten zu glätten: Legt ein neues Hyper-NURBS-Objekt an und zieht den Würfel hinein. Mit einer weiteren Loopselektion im Kante-bearbeiten-Modus selektiert ihr nun die Kante, die wir zuvor mit dem Messer gezogen haben. Um dem Hyper-NURBS mehr Widerstand entgegenzusetzen, wird die selektierte Kante nun per Bevel-Befehl verdoppelt: Der innere Offset beträgt 1 cm, die Unterteilung 0. Dann weist ihr den Befehl zu und erhaltet eine hübsche weiche Kante an der neuen Steckerausbuchtung.

 

08. Wichtung Teil 1

Eine höhere Unterteilung des Würfels hätte die Kanten zwar von vornherein weniger stark gerundet, doch wären die abgerundeten Ecken des Gehäuses dann viel zu eckig. Deswegen gehen wir den umgekehrten Weg und schwächen die Rundung des Hyper-NURBS-Objektes durch Wichtung. Wählt zunächst einmal die Kante rund um den noch etwas unförmigen Auswuchs, aus dem wir den Stecker formen wollen.

 

09. Wichtung Teil 2

Aus dem Strukturmenü ruft ihr den Befehl Hyper-NURBS-Wichtung setzen auf. Nun kann man entweder den Wert der Wichtung zwischen 100 und -100 einstellen, oder – eine Variante, die mir besser gefällt: Klickt zunächst auf Setzen, ohne den Wert zu verändern. Dann klickt ihr das neu entstandene Wichtungs-Icon im Objektmanager an und zieht im Viewport den Mauszeiger nach links bzw. rechts. Links ist die Glättung zu 100% vorhanden, rechts zu 0%. Die Zwischenwerte werden durch eine mehr oder weniger intensive Rotfärbung der selektierten Kante angezeigt.

 

10. Gebogene Kanten geradeziehen

Nun setzt ihr im Loopmodus weitere Schnitte mit dem Messer: einen ganz knapp vor die Fläche, aus der später die Stromkontakte herausgeführt werden. Das gibt der Kante ihre charakteristische Form. Zwei weitere Schnitte legt ihr einige cm von der Ober- und der Unterkante des Gehäuses entfernt an. Um sie exakt zu positionieren, markiert ihr sie nacheinander im Punkte-bearbeiten-Modus und teilt den einzelnen Punkten im Strukturmanager je einen Wert von 36 bzw. -36 zu.

 

11. Polygon auswählen

Damit ist die Modellierung des Gehäuses im Wesentlichen abgeschlossen; jetzt kümmern wir uns um die Ausarbeitung der Schweißnaht und des Steckeraufsatzes. Stellt die Rendererunterteilung des Hyper-NURBS auf den Wert 2 und wandelt es in ein Polygonobjekt um. Dann selektiert ihr im Fläche-bearbeiten-Modus das Polygon mit den Koordinaten X=15 cm, Y=50 cm und Z=-25 cm.

 

12. Scheibe positionieren

Nachdem genau dieses Polygon gelöscht wurde, legt ihr eine Scheibe mit einem Radius von 5 cm an exakt dieselbe Position. Wir brauchen 3 Scheiben- und 32 Umfangsegmente.

 

13. Verbinden und Löschen

Damit die Scheibe mit dem Gehäuse “vernäht” werden kann, ist es notwendig, beide Objekte zu einem einzigen zusammenzufassen. Das funktioniert am besten mit dem Befehl Verbinden und Löschen aus dem Objektmenü des Objektmanagers. Wer mit einer Version arbeitet, die älter als R11.5 ist, muss beide Befehle nacheinander ausführen.

 

14. Polygone unterteilen

Die zum Vernähen verfügbaren Polygone sind noch zu wenig unterteilt. Sie werden selektiert und mit dem Befehl Unterteilen des Funktionenmenüs in 64 Einzelpolygone aufgeteilt. Der Unterteilungswert 1 würde zu vier Flächen führen, 2 zu 16 und 3 zu den benötigten 64 Flächen. Jetzt lassen sich die 32 Außenkanten der Scheibe ganz einfach mit den 32 neu entstandenen Kanten der umliegenden Polygone verbinden. Verwendet dazu das Brücke-Werkzeug im Kante-bearbeiten-Modus.

 

15. Neuen Schnitt in XY-Ebene positionieren

Damit wir eine gleichmäßige Naht extrudieren können, sollte diese ebenso breit sein wie der äußerste Polygonring der Scheibe. Mit dem Messerwerkzeug setzt ihr einen neuen Schnitt, diesmal allerdings im Modus Ebene. Selektiert wie in Schritt 04 die ganze Punktereihe und setzt ihren X-Wert auf 3,333 cm.

 

16. Neuen Schnitt in ZY-Ebene positionieren

Im rechten Winkel zum ersten Schnitt setzt ihr einen zweiten; der Z-Wert beträgt auch hier 3,333 cm. Die grün markierten Polygone beschreiben nun eine schöne Kurve. Wer mag, kann die Schritte 11 bis 16 auch an der Unterseite des Gerätes durchführen. Da das Teil aber wahrscheinlich immer auf der Seite liegend dargestellt wird, könnt ihr euch diesen Schritt auch sparen.

 

17. Polygone auswählen und extrudieren

Die Schweißnaht reicht einmal um das Gehäuse herum, wobei der Steckeraufsatz ausgespart wird, denn er besteht aus einem einzigen Guss. Sie ist viel einfacher zu erstellen als die erste Naht: Selektiert im Kante-bearbeiten-Modus die mittlere umlaufende Kante jeweils bis zu den gerade neu geschaffenen Polygonen. Dann bevelt ihr die Kante mit einem Wert von 0,7 cm. Wählt nun sämtliche neuen Polygone aus und extrudiert sie um 1 cm, sodass die Nähte nach innen ins Gehäuse gezogen werden.

 

18. Stromkontakte einfügen

Die Kontakte bestehen aus drei ineinandergeschobenen Zylinder-Grundobjekten. Am besten wählt ihr den Mittelpunkt der Vorderseite des Steckers aus, dann habt ihr die Koordinaten, an denen der Kontakt aufgebaut wird. Der äußerste Zylinder besitzt einen Radius von 6,5 cm und wird gerundet, die anderen beiden Zylinder sind nur geringfügig größer. Ein Symmetrieobjekt verteilt den Kontakt und seine Kopie an die passenden Stellen des Steckers.

 

19. Kabelspline malen

Das Kabel malt man am einfachsten mit dem Freihand-Spline in der Oben-Ansicht. Dann müssen die Y-Werte der einzelnen Splinepunkte nach oben verschoben werden, damit die Kabelwicklungen sich nicht durchdringen, sondern über- und untereinander verlaufen. Ein Kreis von 3 cm Radius bildet den Profilspline, ein Sweep-NURBS-Objekt formt aus beiden Splines das fertige Kabel.

 

20. Bogen für USB-Stecker anlegen

Das Steckergehäuse entsteht in einer separaten Datei. Es wird aus einem Spline mithilfe des Extrude-NURBS-Objektes erzeugt. Die Grundfläche besteht aus zwei Bogen-Splines mit einem Radius von 12 cm: Einer verläuft von 90° zu -90°, seine Kopie von 90° zu 270°. Kehrt man den Z-Wert der Kopie um, so entstehen zwei einander gegenüberstehende Halbkreise.

 

21. Splines verbinden

Beide werden in Polygonobjekte umgewandelt und mit dem Befehl Verbinden und Löschen zu einem einzigen Objekt verbunden. Das besteht dennoch aus zwei Teilen, die wir zusammenfügen müssen. Selektiert die beiden untersten Punkte im Punkte-bearbeiten-Modus. Den Befehl Segmente verbinden findet ihr im Strukturmenü; es ist ein Unterbefehl von Spline bearbeiten. Jetzt müsst ihr nur noch Spline schließen im Attributemanager anklicken, um den Spline für das Extrude-NURBS-Objekt tauglich zu machen.

 

22. Spline extrudieren und Steckkontakt vorbereiten

Nachdem ihr den Spline dem Extrude-NURBS untergeordnet habt, extrudiert ihr um 33 cm. Achtung: Vergewissert euch, dass ihr in der richtigen Richtung extrudiert, sonst bekommt ihr nur ein flaches Objekt. Den Innenteil des Steckers formt ihr aus einem Würfel, dessen Fläche 23 x 83 cm beträgt und der 9 cm hoch ist. Unterteilt ihn fünf Mal in Y-Richtung und dreißig Mal in Z-Richtung.

 

23. Kontakte extrudieren

Wer bis hierher gekommen ist, dem werden die einzelnen Extrusionsschritte keine Schwierigkeiten bereiten, deshalb verzichte ich auf eine allzu ausführliche Beschreibung: Die drei Innenreihen der Front werden selektiert, extrudiert, danach selektiert ihr die oberste Reihe erneut und extrudiert die einzelnen Flächen nach innen, ohne das Häkchen Gruppen erhalten zu setzen. So formt ihr nach und nach die Steckkontakte des iPad-spezifischen USB-Steckers.

 

24. Metallklammern ausformen

Die Metallklammern auf der Oberseite: Nachdem ihr drei Messerschnitte im Modus Loop gesetzt habt, selektiert ihr zwei Polygone in der Nähe der Würfelkanten. Sie werden extrudiert, dann selektiert ihr im Kante-bearbeiten-Modus die vordere und die hintere Kante der Extrusion. Zieht sie mit dem Verschiebenwerkzeug wieder zurück auf ihr ursprüngliches Niveau: Zum Schluss werden Steckkontakt und Steckergehäuse in einem Nullobjekt zusammengefasst und gespeichert.

 

25. Einzelteile mit Boden zusammenfügen

Nun kehrt ihr in die ursprüngliche Datei zurück. Mit dem Hinzuladen-Befehl des Dateimenüs ladet ihr den Stecker und verschiebt ihn an eine passende Stelle am Ende des Kabels. Fügt aus den Szeneobjekten einen Boden ein. Da das Gehäuse auf seinem Netzkontakt aufliegt, müsst ihr es um etwa 5° kippen. Damit ist das Modellieren abgeschlossen.

 

II. Materialien, beleuchten und rendern

26. Kunststoffmaterial anlegen

Das wichtigste Material ist das des Kunststoffgehäuses. Der Farbkanal besteht aus reinem Weiß, im Diffusionskanal teilt ihr einen Buya-Noise zu, der aber nur 10% Deckkraft bekommt. Die Spiegelung bekommt eine Helligkeit von 35%, das Glanzlicht ist klein, damit ein harter Kunststoffeindruck entsteht. Außerdem brauchen wir noch ein weniger stark reflektierendes Material mit schwachem, stumpfem Glanzlicht für Boden und Kabel und ein chromglänzendes Material für die Metallteile des USB- und des Netzsteckers.

 

27. Signet vorbereiten

Kopiert das Kunststoffmaterial und ladet die Datei “Birne.jpg” in den Farbkanal. Natürlich könnt ihr auch selbst ein Symbol entwerfen, als JPG oder PSD speichern, um es später an eine passende Stelle zu setzen.

 

28. Material mappen

Wählt eine Fläche von etwa 6 x 12 Polygonen in der Nähe des Kabelanschlusses aus. Dann zieht ihr das Birne-Material darauf. Am einfachsten gelingt die Texturierung per Quader-Mapping. Position und Größe des Symbols lassen sich über die Offset- und Kacheln-Werte steuern.

 

29. Materialorientierung festlegen

Die Orientierung des Materials lässt sich im Texturachse-bearbeiten-Modus verändern. Neben dem Objekt-Drehen-Tool könnt ihr in diesem Modus auch das Skalieren- oder das Verschiebnwerkzeug einsetzen, um Richtung, Größe oder Position eines Materials zu optimieren. Nach der Platzierung der Birne wird das Material “Rechteck.jpg” auf der Oberseite des USB-Steckergehäuses aufgebracht.

 

30. Polygonlichter anlegen

Die Beleuchtung mit Polygonlichtern kommt der Lichtsetzung im Fotostudio wohl am nächsten. Ihr braucht keinen Schatten zuzuteilen, auch die Spiegelung in der Oberfläche der Objekte erfolgt automatisch. Ich habe links ein Polygonobjekt als Hauptlicht und rechts hinten eines als Aufhelllicht gesetzt. Die Materialien für die Polygone bestehen nur aus einem einzigen Kanal: dem Leuchtenkanal. Dem Hauptlicht habe ich ein warmes, dem Aufhelllicht ein etwas kühles, bläuliches Licht zugeteilt, um die leichten Farbschwankungen einer Blitzanlage darzustellen.

 

31. Rendervoreinstellungen festlegen

Das Beleuchten mit Polygonlichtquellen funktioniert allerdings nur, wenn die Global Illumination aktiviert ist. Als Wert für die Strahlentiefe genügt 2, das Gamma, vergleichbar mit der Helligkeit der Aufnahme, setzt ihr am besten auf 3. Der Effekt der Ambient Occlusion sorgt für dunkle Kernschatten und damit für eine realistische Wiedergabe der Szene.

 

Das fertige Ergebnis des iPad-Ladegerätes:

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