Deformationen und Partikel: Statische Deformatoren

Top-Tutorial, Tutorials 5. Juni 2014 – 0 Kommentare

Die übrigen Deformatoren lassen sich grob in zwei Gruppen einteilen, nämlich in die Animationseffekte und in Deformatoren, die hauptsächlich der Formveränderung eines Objekts dienen. Wir beginnen bei der Besprechung daher zuerst mit den Deformatoren, die für die Modellierung interessanter sind.

CINEMA-4D - Das FFD-Objekt bietet einen Käfig, der das darin befindliche Objekt verzerrt.

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Das FFD-Objekt in CINEMA 4D

Diese Abkürzung steht für Frei-Form-Deformation und stellt wie gewohnt einen Quader zur Verfügung, der diesmal jedoch wie ein Würfel-Grundobjekt individuell unterteilt werden kann. Dazu stehen Ihnen Gitterpunkte-Parameter im Attribute-Manager zur Verfügung, über die Sie die gewünschte Anzahl an Kontrollpunkten in X-, Y- und Z-Richtung eingeben können.

Die Bedienung dieses Deformators erfolgt dann auch etwas ungewohnt im Punkte-Modus. Dort werden nun nämlich die Gitterpunkte des FFD-Objekts angezeigt und können hier auch wie normale Punkte an einem Polygon-Objekt selektiert und z. B. verschoben werden. Die Abweichung der so verzerrten Form von dem ursprünglichen FFD-Quader wird als Deformation auf die zugewiesene Geometrie übertragen (siehe Abbildung 4.7).

CINEMA-4D - Das FFD-Objekt bietet einen Käfig, der das darin befindliche Objekt verzerrt.

Abbildung 4.7: Das FFD-Objekt bietet einen Käfig, der das darin befindliche Objekt verzerrt.

Je nach Anzahl der Gitterpunkte erlaubt Ihnen dies dadurch eine individuelle Verzerrung des Modells. Wichtig ist hierbei nur, dass immer nur der Teil einer Geometrie verformt werden kann, der vollständig innerhalb des FFD-Objekts liegt. Passen Sie daher immer die Größe des FFD-Objekts an die zu verformende Geometrie an, bevor Sie mit dem Bearbeiten der FFD-Punkte beginnen. Die Geometrie sollte also zu Beginn vollständig vom FFD eingehüllt sein.

Das Wickel-Objekt in CINEMA 4D

Hiermit lassen sich Objekte entsprechend einer Zylinder- oder Kugeloberfläche verformen. Die Abmessungen des virtuellen Kugel- oder Zylinder-Objekts legen Sie mit den Werten für Radius und Höhe fest. Eine angedeutete Darstellung der im Wickeln-Menü ausgewählten Form erleichtert die Platzierung und Skalierung. Der Weite-Wert gibt die Breite des Deformationsfelds entlang der X-Achse an. Entspricht dieser Wert also der Breite des zu verformenden Objekts, wird dieses vollständig erfasst.

Am besten gehen Sie so vor, dass Sie noch vor der Unterordnung des Deformators unter Ihrer Geometrie zuerst die gewünschte Deformationsform über das Wickeln-Menü auswählen und dann den Spannung-Wert auf 0% einstellen. Damit wird die Wirkung des Deformators praktisch ausgeschaltet. Die Deformationsebene ist jetzt im Editor deutlich zu erkennen und kann über Weite und Höhe an die Abmessungen Ihrer zu verformenden Geometrie angepasst werden.

Anschließend nutzen Sie den Radius-Wert, der ebenfalls über den Anfasser auf der Z-Achse des Deformators verändert werden kann, um den äußeren Rahmen des Deformators ebenfalls an die Abmessungen Ihrer Geometrie anzupassen. Positionieren Sie das Deformations-Objekt schließlich so, dass die angezeigte Ebene dort durch die Geometrie läuft, wo später die virtuelle Kugel- oder Zylinderoberfläche verlaufen soll. Wenn Sie nun den Wickel-Deformator unter Ihrer Geometrie gruppieren und den Spannung-Wert langsam wieder auf 100% steigern, sollten Sie bereits sehen, wie Ihr Objekt entweder auf die Hülle eines halben Zylinders oder auf einen Kugelabschnitt gewickelt wird (siehe auch die Beispiele in Abbildung 4.8).

CINEMA-4D - Zylinderförmiges und kugelförmiges Wickeln von Objekten

Abbildung 4.8: Zylinderförmiges und kugelförmiges Wickeln von Objekten

Der Umfang dieser Verformung wird beim Zylinder über die beiden Winkel Länge Start und Länge Ende definiert. Liegen zwischen diesen Werten 360°, wird das Objekt ein Mal vollständig um den Zylinder gewickelt. Bei der Kugelform kommen zusätzlich noch die Werte für Breite Start und Breite Ende hinzu, um die Wicklung in Richtung der Polkappen zu steuern. Bei den Einstellungen Breite Start -90° und Breite Ende 90° nimmt die Wicklung den gesamten Bereich zwischen den Polen ein. Der Prozentwert für Z skalieren lässt Sie gleichzeitig die Dicke der Geometrie senkrecht zur Zylinder- oder Kugeloberfläche vorgeben. Bei kleinen Werten lassen sich so auch volumetrische Objekte dünn auf die Wicklungsoberfläche auftragen.

Der Wert für Verschiebung fügt dem gewickelten Objekt zusätzlich eine Verschiebung entlang der Y-Achse des Deformators hinzu. Differenzen zwischen Länge Start und Länge Ende über 360° führen dann zu einer spiraligen Windung der Geometrie. Sie kennen diesen Effekt bereits vom Lathe-NURBS-Objekt. Der dortige Verschiebung-Parameter hat exakt die gleiche Wirkung.

Die Polygonreduktion in CINEMA 4D

Stellen Sie sich vor, Sie haben eine sehr fein unterteilte Geometrie z. B. durch Import aus einer anderen Software erhalten und benötigen von diesem Objekt sehr viele Kopien in Ihrer Szene. Wäre es da nicht nützlich, die Polygonanzahl dieses Objekts beliebig reduzieren zu können, bis das gewünschte Verhältnis zwischen Polygonanzahl und Detailtiefe erreicht ist? Exakt dafür ist die Polygonreduktion gedacht. Es geht hier also nicht um einen verzerrenden Deformator.

Die Berechnung dieses Objekts wird durch die Unterordnung unter einer Geometrie gestartet. Die Anzahl der einzusparenden Polygone kann dabei über den Wert für Polygonreduktion-Stärke vorgegeben werden. Ein Fortschrittbalken in der Statuszeile unten links im Layout zeigt bei komplexeren Modellen den Fortschritt der Berechnung und die Anzahl der tatsächlich eingesparten Polygone an. Natürlich kann das Einsparen von Polygonen auch zum Verlust markanter Details oder gar zur Verstümmelung eines Modells führen. Gehen Sie daher bei der Reduzierung schrittweise vor, bis ein akzeptables Ergebnis erzielt wird. Das Original bleibt zu jedem Zeitpunkt erhalten. Erst die Umrechnung über Mesh > Konvertieren > Aktuellen Zustand in Objekt wandeln erzeugt tatsächlich das polygonreduzierte Objekt. In der unteren Abbildung sehen Sie beispielhaft den Effekt der Reduzierung auf ein sehr stark unterteiltes Landschaft-Objekt.

CINEMA-4D Poly-Reduktion

Da bei dieser Reduzierung natürlich auch Punkte gelöscht werden und Polygone neu verbunden werden müssen, kann es zu Überschneidungen von Polygonen kommen. Diese werden durch den Wert für Mesh-Qualitätsfaktor aufgespürt und korrigiert. Komplexe Modelle mit vielen Polygonen benötigen hier eine höhere Einstellung als einfache Geometrien. Dabei schlägt diese Überprüfung bei der Berechnung nicht zusätzlich zu Buche. Sie können daher problemlos auch höhere Werte verwenden, ohne dass die Berechnung länger dauert. Versuchen Sie es jedoch zuerst mit der Voreinstellung und erhöhen Sie den Parameter erst, wenn Probleme am Ergebnis sichtbar werden.

Von coplanaren Flächen sprechen wir, wenn Polygone in einer räumlichen Ebene liegen. In diesem Fall ist es natürlich besonders einfach, mehrere dieser Polygone zusammenzufassen, ohne das sich die Form des Objekts dadurch ändert. Sollen solche Bereiche an dem Modell gezielt gesucht werden, lassen Sie die Option für die Coplanare Optimierung angeschaltet.

Bei der Grenzkanten-Erhaltung geht es um die äußere Kontur eines Objekts, das keine geschlossene Oberfläche darstellt. Das einfachste Beispiel hierfür ist sicherlich das Ebene-Grundobjekt. Die rechteckige Form am offenen Rand ist hier offensichtlich und markant. Ziel einer guten Polygonreduktion muss es daher sein, diese Außenform möglichst beizubehalten. Die Grenzkanten-Erhaltung sollte daher generell angeschaltet bleiben.
Schließlich kann die Option Polygonqualität sicherstellen dafür sorgen, dass bei der Reduzierung keine zu spitzen Dreiecke entstehen. Die Oberfläche des reduzierten Objekts wird dadurch gleichmäßiger mit Flächen aufgeteilt. Enthält das ursprüngliche, hoch aufgelöste Objekt jedoch bereits derartige Polygone ist auch diese Option machtlos dagegen.

Der Kugel-Deformer in CINEMA 4D

Dieses Objekt kann jede Geometrie im Extremfall zu einer Kugel deformieren (siehe Abbildung 4.9).

CINEMA-4D - Hier wird ein höher unterteiltes Würfel-Grundobjekt zu einer Kugel deformiert.

Abbildung 4.9: Hier wird ein höher unterteiltes Würfel-Grundobjekt zu einer Kugel deformiert.

Der Radius dieser Kugel kann im Attribute-Manager angegeben werden. Der dortige Stärke-Wert dient dem so genannten Morphing zwischen der ursprünglichen Form des Objekts und der Kugelform. Bei einer Stärke von 0% erscheint daher das Objekt ohne Deformation und bei 100% eben in der Kugelform. Natürlich kann die Kugelform nur dann qualitativ gut dargestellt werden, wenn das Objekt auch über genügend Punkte und somit über genügend Unterteilungen verfügt. Der Kugel-Deformator arbeitet schließlich, wie die anderen Deformatoren, ausschließlich über die Verschiebung von Punkten am zugewiesenen Objekt. Objekte mit zu wenigen Punkten werden sich daher auch nur zu einer grob unterteilten Kugel formen lassen. Zudem werden die ursprünglichen Punkte des Objekts ausgehend vom Mittelpunkt des Deformators nach außen verschoben. Komplex verzweigte Formen werden daher oft keine komplette Kugel bilden, sondern nur Teile deren Oberfläche bedecken.

Der Spline-Rail-Deformer in CINEMA 4D

Dieser Deformator greift auf zusätzliche Splines zurück, über die Sie die Kontur des Objekts definieren können (siehe Abbildung 4.10).

CINEMA-4D - Hier wird der Buchstabe T von vier umliegenden Splines verformt

Abbildung 4.10: Hier wird der Buchstabe T von vier umliegenden Splines verformt

Dabei werden verschiedene Richtungen bzw. Lagen dieser Splinekurven erwartet.

Gehen Sie am besten so vor:

  • Nach dem Aufruf des Spline-Rail-Objekts passen Sie dessen Größe an die Außenmaße des zu verformenden Objekts an. Ihnen stehen dafür die üblichen drei Größe-Werte im Attribute-Manager zur Verfügung.
  • Sie haben nun die Wahl, ob Ihr Objekt von zwei oder von vier Seiten begrenzt, bzw. geformt werden soll. Dazu sind zwei bzw. vier separate Spline-Objekte in der Editoransicht von oben zu zeichnen. Sollen die Seiten des Objekts geformt werden, legen Sie zwei Splines an, die in Richtung der Z-Achse des Spline-Rail-Objekts verlaufen. Achten Sie auf identische Laufrichtungen beider Splines. Nennen Sie diese Splines entsprechend ihrer Lage z. B. Z links und Z rechts. Soll das Objekt auch an der Front und an der Rückseite verformt werden, erzeugen zwei weitere Splines, die grob parallel zur X-Achse des Deformators verlaufen und ebenfalls identische Laufrichtungen aufweisen. Nennen Sie diese Splines entsprechend ihrer Lage in der Editoransicht z. B. X oben und X unten.
  • Ziehen Sie die erzeugten Splines aus dem Objekt-Manager in die entsprechenden Felder des Spline-Rail-Objekts im Attribute-Manager. Sofern Sie vier Splinekurven benutzt haben und sich diese an den Enden berühren, sollte das Objekt nun den gesamten Raum zwischen den Spline-Objekten ausfüllen.

Wie bei den Standard-Deformatoren, wie z. B. dem Biege-Objekt, existiert auch bei diesem Deformator ein Modus-Menü, über das der Wirkradius definiert werden kann. Dies bezieht sich also auf den Deformationsquader, den Sie über die Größe-Werte eingerichtet und auf die Geometrie angepasst hatten. Liegt das Objekt vollständig innerhalb dieses Deformationsquaders, so spielt der Modus keine Rolle mehr. Erst wenn der Deformationsquader kleiner als die zu verformende Geometrie ist, ändert sich das Resultat bei einem Wechsel des Modus.

In den Einstellungen Begrenzt und Innerhalb Box, wirkt die Deformation nur auf Teile, die sich innerhalb des Quaders befinden. Der Unterschied zwischen diesen Modi ist der, dass in der Einstellung Begrenzt überlappende Geometrie-Anteile die deformierte Oberfläche fortführen. Bei Innerhalb Box werden dagegen überlappende Teile gar nicht verändert und bleiben in ihrer ursprünglichen Position.
Beim Modus Unbegrenzt setzt sich die Verformung auch über die Grenzen des Deformationsquaders hinweg fort. Wird dabei nur ein Spline-Paar verwendet, können Sie über die Werte für Vor Beginn skalieren und Nach Ende skalieren die überlappende Geometrie zusätzlich stauchen oder strecken. Bei Werten von 100% erhält die deformierte, überlappende Geometrie an den nicht durch Splines begrenzten Stellen das ursprüngliche Maß wieder zurück.

Sind Sie dieser Anleitung gefolgt und haben die Splinekurven passend zu den Achsen des Spline-Rail-Objekts ausgerichtet, findet keine Verformung entlang der Y-Achse statt. Sie können dies durch Zuweisung eines Referenz-Objekts ändern. Dieses Objekt benötigt keine Geometrie, da ausschließlich die Achsrichtungen ausgewertet werden. Sie können daher z. B. ein Null-Objekt aus dem Objekte-Menü abrufen und in das Referenz-Feld des Spline-Rail-Dialogs im Attribute-Manager ziehen.

Die Z-Achse des so zugewiesenen Objekts definiert dann die Wirkrichtung des Deformators. Die Ergebnisse sind jedoch etwas unvorhersehbar, wie Sie bei Rotation eines zugewiesenen Referenz-Objekts feststellen werden. Oft ist es einfacher, das Spline-Rail-Objekt selbst passend zu rotieren. Bei der in Abbildung 4.10 gezeigten Deformation eines in der XY-Ebene platzierten Text-Splines musste die Z-Achse des Spline-Rails so z. B. parallel zur Welt-Y-Achse ausgerichtet werden.

Der Spline-Deformer in CINEMA 4D

Einen etwas anderen Ansatz verfolgt der Spline-Deformer. Auch hier werden zwar Splinekurven für die Deformation verwendet, die Auswertung dieser Kurven erfolgt jedoch auf andere Weise. Sie benötigen ein Spline-Objekt, das möglichst der Oberfläche folgt, die verformt werden soll. Dies kann z. B. durch Projizieren des Splines auf die Oberfläche erreicht werden. Sie finden diesen Befehl unter Mesh > Spline. Alternativ kommt natürlich auch die Umwandlung einer Kanten-Selektion auf der Oberfläche zu einem Spline-Objekt infrage. Diesen Befehl finden Sie unter Mesh > Befehle > Kanten-Selektion zu Spline.

Duplizieren Sie dann diesen projizierten Spline und verändern Sie dessen Form so, wie sich die Oberfläche des Objekts verformen soll. Der Abstand zwischen dem Oberflächen-Spline und dem modifizierten Spline wird dann zur Berechnung der Verformung herangezogen.

CINEMA-4D - Der Spline-Deformer überträgt den Unterschied zwischen zwei Splines als Deformation auf ein Objekt.

Abbildung 4.11: Der Spline-Deformer überträgt den Unterschied zwischen zwei Splines als Deformation auf ein Objekt.

Abbildung 4.11 macht dieses Prinzip an einem Beispiel deutlich. Dort wurde zuerst ein Kapsel-Objekt mit einem 180°-Ausschnitt versehen und mit einem Biege-Deformator zu einem Ring gebogen. Anschließend wurde ein Kreis-Spline auf einen passenden Radius gebracht, konvertiert und dann dupliziert. Original und Duplikat dieses Kreises werden im Spline-Deformer angegeben. Die Veränderung des Ziel-Splines überträgt sich nun auf die bereits gebogene Kapsel, da der Spline-Deformer unter dem Biege-Deformer einsortiert wurde.

Beide Splines müssen also in die entsprechenden Felder für Original-Spline und Ziel-Spline im Dialog des Deformators im Attribute-Manager gezogen werden. Die folgenden Parameter bestimmen dann die Genauigkeit der Berechnung, sowie Form und Umfang der Deformation.

Wurde als Original-Spline ein Spline mit B-Spline-Interpolation benutzt, legt der Wert für B-Spline-Annäherung die Anzahl der Zwischenpunkte für die Abstandsberechnung fest. Je größer dieser Wert ist, desto exakter erfolgt die Berechnung.

Der Radius definiert den Abstand um den Original-Spline, der von der Verformung erfasst wird. Haben beide verwendete Splines unterschiedliche Anzahlen an Punkten, sollten Sie die Option für Länge auswerten aktivieren. Es wird dann mit einer gleichmäßigen Zwischenpunktverteilung auf beiden Splinekurven gerechnet.

Je nach Punktdichte und -lage an dem verformten Objekt, kann es zu unschönen Schattierungen kommen, wenn der eine Eckpunkt eines Polygons noch verschoben wird, die übrigen Eckpunkte jedoch unverändert bleiben. Aktivieren Sie in solchen Fällen die Option für Volle Polygone, damit dann auch die an dem Polygon benachbarten Punkte mit verschoben werden.

Schließlich können Sie über den Funktionsgraphen Form den Querschnitt der Verformung selbst definieren. Der linke Rand steht dabei für den Bereich direkt zwischen dem Original- und dem Ziel-Spline. Sie kennen dieses Dialogelement ja bereits z. B. vom Sweep-NURBS.

Über den Autor

Dieses Tutorial ist ein Auszug aus dem CINEMA 4D-Kompendium von Arndt von Koenigsmarck. Das komplette CINEMA 4D-Kompendium mit über 850 Seiten Know-how als Download (PDF und ePub) gibt es hier: CINEMA 4D-Kompendium.

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