Evaluation of a Masters Thesis

Autor
Michael Hu Yang

Jahr der Veröffentlichung
2017

Universität
Appalachian State University

Titel
One-To-One Scale Modeling For 3D Printing

Art der Arbeit
Masterarbeit

Sprache
Englisch

Seitenanzahl
52

Gestaltungshöhe
Aufgrund des wissenschaftlichen Zugangs zu dem Thema ist das Design und die Gestaltung der Arbeit technisch und simpel. Das Design ist durchgängig, aber visuell wenig ausgefallen. Es handelt sich um ein wenig ausgefallenes, dennoch aber klares Design mit gut lesbaren Schriften, technischen Zeichnungen bzw. Grafiken und Bildern.

Innovationsgrad
Die Arbeit befasst sich 3D Scanning von realen Objekten, um möglichst detailgetreue 1-zu-1 Nachbildungen mithilfe von 3D Druck zu reproduzieren. Die verwendeten Werkzeuge beschränken sich laut Aussage das Autors bewusst auf günstig verfügbare Werkzeuge wie beispielsweise einen Kinect Sensor. Die Technik des 3D Scannings hat sich über die letzten Jahre stark weiterentwickelt, daher wirkt die Arbeit etwas veraltet. Im Hinblick auf verfügbaren Mittel im Jahr 2017 scheint der Innovationsgrad er Arbeit durchaus angemessen.

“Creating models for 3D printing has long been a very tedious manual
task. Models created using current 3D scanners were either not to the size or lacking sufficient details. Users are then required to edit models in modeling software manually to set the size and add detail. This thesis will try to address this tedious task.” (Michael Hu Yang)

Selbstständigkeit
Die Arbeit umfasst diverse theoretische Erklärungen, sowie einige praktische Beispiele die augenscheinlich selbst angefertigt wurden.

Gliederung und Struktur
Die Gliederung der Arbeit ist klar und verständlich. Der Autor führt über eine Einleitung zum theoretischen Hintergrund und leitet den Leser so zur Methode und den daraus resultierenden Ergebnissen und Erkenntnissen.

Umfang der Arbeit
Die Arbeit umfasst technische Erklärungen, sowie technische Hintergründe. Methoden und daraus resultierende Ergebnisse werden mithilfe von Grafiken erklärt. Aus einen designtechnischen Blickwinkel sind die Grafiken ausbaufähig, allerdings gut verständlich.

Orthografie und Genauigkeit
Aufgrund des technischen Zugangs zu der Thematik sind auch die Beispiele und die zugehörigen Erklärungen auch etwas kompliziert. Ein Glossar wäre zur Erklärung diverser Fachbegriffe hilfreich, fehlt in dieser Arbeit aber gänzlich.
Die verwendeten Grafiken bestehen zu großen Teilen aus Screenshots der verwendeten Software. Im Bildverzeichnis ist zwar eine Erklärung der Abbildung zu finden, in keinem davon wird aber die jeweils verwendete Software erwähnt. Lediglich am Ende ist eine Liste der verwendeten Programme zu finden. Die fehlenden Software-Erklärungen führen zu Verwirrung und zu Schwierigkeiten im Verständnis der gezeigten Beispiele.

Literatur
Mit insgesamt 34 verwendeten Quellen wirkt die Sammlung umfangreich. Die Quellen sind großteils aktuell (in Anbetracht der Veröffentlichung der Arbeit) und wirken auf mich angemessen. Nur einige wenige Quellen reichen bis in das Jahr 1998 zurück, was auch im Kontext der mathematischen Hintergründe angebracht ist.

Quelle
https://libres.uncg.edu/ir/asu/f/Yang,%20M_2017%20Thesis.pdf

Automotive CGI // Projekt Porsche 911 Carrera 964 // Modellierung 02

Im Laufe des Modellierungsprozesses wird man auf diverse Schwierigkeiten stoßen, die es zu lösen gilt um ein möglichst optimales 3D Model zu erhalten.

In meinem Fall liegt meine erste Hürde bei der Vollendung der Basisform der Karosserie. Da sich mein Model von vorne nach hinten aufbaut, ist es am Heck eine besondere Herausforderung, die Polygone wieder genauso gleichmäßig zu verschließen, wie an der Front.

Der optimale Polygon-Flow

Aufgrund der Verwendung des “MeshSmooth” Modifikators ist es nötig, am gesamten Model nur Viereckige Polygone zu setzen. Der Modifikator halbiert jede Kante und unterteilt dementsprechend die angrenzenden Flächen und verschiedene Segmente.

Vierecke erhalten dabei die vorgegebene Richtung, da alles gleichmäßig geteilt werden kann, Dreiecke würden ungerade Anzahlen an Polygonen erzeugen und die Ausrichtung der gesetzten Kanten beeinflussen und fünf- oder mehreckige Polygone (sogenannte N-Gons), erzeugen ebenfalls weitere, oft nicht kontrollierbare Kanten. Dies führt zu unsauberen Ergebnissen im finalen Modell und ist besonders bei Fahrzeugmodellierung essentiell, da eine fehlerhafte Modelform durch einen glänzenden Lack anhand der Reflexion leicht zu erkennen ist.

In der Kreation der Basisform ist es hierbei noch vergleichsweise einfach den Polygon-Flow sauber zu halten. Im nächsten Schritt werden Details hinzugefügt, wie die Löcher für Scheinwerfer, Radkästen, Scheiben. Dabei ist besondere Vorsicht geboten, auf den zuvor erklärten Polygon-Flow zu achten, da beim Setzen von Schnitten und weiteren Unterteilungen leicht mehreckige Polygone erzeugt werden.

Realtime Automotive Rendering using Unreal Engine

Since PCs and especially their GPU-Units are getting more and more powerful, realtime rendering comes easier accessible for everyone. Rendering always has been very complex when it comes to absolute photorealism, but with realtime raytracing a milestone in terms of realsitic rendering has been set. The production of models, scene setup and shading is still very challenging, but with engines like Unity or Unreal, rendering is becoming less of a hassle as long rendering times are eliminated.

As an example of how powerful the Unreal Engine can be, I’ve attached two links from Duron Automotive, a professional 3D artist, with focus on realtime automotive renderings.

https://www.instagram.com/p/CLhcEI4i4Sy/
https://www.instagram.com/p/CLbgUOZiATf/

As the examples show, even the tiniest details like the structure of an aluminium surface inside of a car’s headlight, can be rendered perfectly. This opens up a totally new world with an encredibly hig level of detail.

https://www.instagram.com/p/CLEfJzupg6R/

This can be used to create videos, but also still images, which offer a grade of realism, where most people cannot tell the difference between a real photograph and a 3D rendered image.

Automotive CGI // Projekt Porsche 911 Carrera 964 // Modellierung 01

Nach korrekter Szeneneinrichtung kann die Modellierung des Fahrzeugs beginnen. Dabei wird üblicherweise von vorne nach hinten gearbeitet, beginnend mit der Motorhaube des Fahrzeugs.

Erster Teil der Front.

Im Verlauf der Modellierung ist es besonders wichtig, die Kanten des 3D Models so akkurat wie möglich entlang der Linienführung des Fahrzeugs zu setzen. Je präziser dies ausgearbeitet ist, desto hochwertiger wird das finale Ergebnis. Des weiteren ist darauf zu achten, dass nur Polygone mit 4 Eckpunkten verwendet werden. Dreiecke oder mehreckige Polygone, sogenannte N-Gons, führen zu unsauberen Ergebnissen im Rendering.

Rohe, ungeglättete Karosserie

Um eine durchgängige Linienführung am Fahrzeug zu gewährleisten, werden funktionale Kanten wie zb. Türkanten, Aussparungen für die Radkästen usw. im ersten Schritt ignoriert und lediglich eine zusammenhängende Hülle geformt. Die Karosserie wird dann erst in einem späteren Schritt in ihre einzelnen Stücke zerteilt.
Um den Modellierungsprozess zu beschleunigen ist es nicht nötig, beide Seiten zu modellieren, sondern mithilfe eines einfachen Modifikators die zweite Seite des Fahrzeugs zu spiegeln. So wird auch gewährleistet, dass beide Seiten des Models exakt gleich sind.

Geglättetes Modell der rohen Karosserie.

Ist die Karosserie grundlegend fertig modelliert, wird ein sogenannter “MeshSmooth” Modifikator angewendet. Dabei werden alle Polygone um einen selbst gewählten Faktor (üblicherweise 2) unterteilt und so das ganze Modell geglättet.

Neben der Karoserie, beinhaltet ein Fahrzeug eine Vielzahl an weiteren Teilen, die ebenfalls von Hand modelliert werden müssen.
Dazu habe ich parallel zu der Karosserie, eine Felge des Porsche 964 in Cinema4D modelliert und gerendert. Diese wird im weiteren Verlauf des Projekts in das Modell in 3DSMax eingefügt.

Porsche Felge, gerendert und modelliert in Cinema4D

Automotive CGI // Projekt Porsche 911 Carrera 964 // Vorbereitung

Projekttagebuch zur Kreation eines 3D Models des Porsche 911 Carrera 964. Eine Schritt für Schritt Begleitung von der Modellierung, Texturierung und finalem Rendering des Fahrzeugs.

Recherche

Im professionellen Bereich werden oft keine Modelle selbst gebaut, sondern die Daten vom Hersteller übergeben. Im folgenden Beispiel werde ich allerdings ein Modell von Grund auf in diversen Programmen selbst aufbauen. Dazu bedarf es einiger Recherche und Vorbereitungsarbeit, um ein möglichst akkurates und Realitätsnahes 3D-Modell erschaffen zu können.

Moodboard Porsche 911 Carrera 964
Quelle: Wikipedia

Um die Form des Fahrzeugs präzise erkennen zu können wird eine möglichst umfangreiche Sammlung an Fotografien angelegt.

Software

Zur Kreation des Models werde ich vorwiegend Autodesk 3DSMax in Kombination mit Adobe Photoshop verwenden. Diverse andere Programme wie Maxon Ciname4D werden für zusätzliche Assets verwendet.

Szeneneinrichtung

Als Basis für die akkurate Entwicklung des Models liegt ein sogenannter Blueprint (Blaupause) aus allen Seiten das Fahrzeugs zugrunde. Dieser wurde von the-blueprints.com zugekauft.

Porsche 911 Carrera 964
Quelle: https://www.the-blueprints.com/vectordrawings/show/10947/porsche_911_carrera_964/

Dieser Blueprint wird exakt auf die Maße des Fahrzeugs zugeschnitten und in der 3D-Software in den Hintergrund aus allen Perspektiven gelegt. So kann präzise anhand der Kanten modelliert werden.

Screenshot aus Autodesk 3DSMax mit eingerichteten Hintergründen für die Modellierung des Fahrzeugs.

Automotive CGI // Staud Studios

Die Welt der Werbung verändert sich. Eines der Besten Beispiele dafür im Automobilsektor ist René Staud, welcher mit Fotografie begann, die gesamte Branche revolutionierte und nun mit seiner großgewachsenen Firma Staud Studios immer wieder Maßstäbe im Werbebereich setzt.
Staud hat sich über Fotografie, zu Film, bis hin zu CGI und interaktiven entwickelt und bietet nun umfangreiche Kampagnen an:

” We do not produce single digital assets anymore. To us assets are the assembling of atoms. Those atoms are films or pictures, backgrounds and landscapes, headlines and price tags, logos and legal copies. And product shots of course. So millions of configurations are possible in real time. “
– Staud Studios

Staud steckt hierbei den Rahmen für ihre Produktionen so weit, dass nicht nur Fotografie und Film als Ziel stehen, sondern aus den digitalen Assets auch interaktive Apps oder Webseiten entstehen, mit denen der Kunde Fahrzeuge direkt in einer möglichst realitätsnahen Umgebung konfigurieren kann.
Dadurch wird die Werbeproduktion in vielen Punkten ein weniger kreatives Projekt und bringt auch großes Maß an strategischer Planung und Entwicklung mit sich.

Automatisieres Generieren von Werbeformaten.
Quelle: https://www.staudstudios.com/

So nutzt Staud ein breites Feld an digitalen Werkzeugen um nicht mehr nur Fotografien zu machen, sondern digitale Bilder oder Interaktive Anwendungen rund um den Automobilsektor.

Aufbau eines digital erstellten Bildes für Mercedes Benz
Quelle: https://www.staudstudios.com/

Automotive CGI // zweiter Eintrag

Die Möglichkeiten von Computer generiertem Bildmaterial sind vielseitig. In der Automobilindustrie sind auch komplette Werbeproduktionen in digitaler Form keine Seltenheit mehr. Ein grober Überblick über die Vielseitigkeit, gezeigt anhand eines Beispiels von Spellworks GmbH im Auftrag von Volkswagen:
Spellwork Pictures ist einer der großen Player im Automotive-CGI-Himmel in Bereich von Full-CGI Werbungen. Das Berliner VFX- und Animations-Studio zeigt mit ihrem VW Amarok Werbespot eindrucksvoll, wie weitreichend die Möglichkeiten von CGI gehen.

The New Amarok V6 – Spellwork GmbH

Im Making-Of Video zu dem Werbespot wird erst deutlich, wie komplex und aufwändig die Produktion einer solchen Werbung ist, um das gewünschte Level an Detail und Realismus zu erreichen.
Zusätzlich wird klar, welche Möglichkeiten diese Art von Produktion bietet. Der Effekt, einer glühenden Karosserie, welche sich um den bereits laufenden, frei hängenden Motorblock aufbaut, wäre in einer realen Produktion garnicht denkbar und macht den Einsatz von CGI zwingend erforderlich.

Makign Of VW Amarok – Spellwork GmbH

Ein Vorteil von CGI-Werbungen ist, dass die Produktion von Film- und Foto direkt aus demselben Projekt entstehen können.
Bei Realfilm sind diese beiden Felder oft getrennt und werden von unterschiedlichen Teams ausgeführt. CGI als Basis, bietet hingegen die Möglichkeit, aus der Umgebung für einen Werbespot, auch direkt einige Still-Frames zu exportieren und diese für Plakate oder andere Printwerbung aufzubereiten.
So wird garantiert, dass alle Teile einer Werbekampagne denselben Stil aufweisen und perfekt aufeinander abgestimmt sind.

Printwerbung VW Amarok – Spellwork GmbH


Quellen:
Spellwork GmbH, url: https://spellwork.de/portfolio/amarok/ (zuletzt aufgerufen 02.12.2020)

Die Kombination von CGI und Fotografie in modernen Werbekampagnen von Automobilherstellern.

Klassische Automobilwerbung, ob digital oder analog bestanden im früheren Sinne meist aus realen Filmaufnahmen oder Fotografie. Je näher moderne CGI-Techniken an die Realität herantreten, desto relevanter wird der Einsatz davon in modernen Werbekampagnen.

Es gibt viele Faktoren die abzuwägen sind, ob reale Fotografie, CGI oder eine Kombination aus beidem zum Einsatz kommen. Dabei spielen Faktoren wie Effizienz, der gewünschte Look einer Kampagne, aber auch Zeit und Produktionskosten eine große Rolle.
CGI öffnet eine komplett neue Welt an Möglichkeiten in der Kreation. Futuristische Szenarien, passend zu möglichen Zukunftskonzepten, außergewöhnliche Locations, die real nur schwer zugänglich wären oder gar nicht existent sind, werden durch CGI zu einem leicht umsetzbaren Szenario.
Dies führt im weiteren Verlauf zu mehreren Fragen: 
– Wird CGI eines Tages die Fotografie komplett aus der Werbeproduktion verdrängen? 
– Welche Rolle spielt Fotografie dann noch, wenn das ultimative Level an Perfektion von CGI erreicht ist?
– Wie entscheide ich, ob ich eine Produktion real oder doch komplett digital umsetzen sollte?
– Wann ist es immer noch effizienter, ein Produktionsteam an eine reale Location zu senden und ein Fahrzeug dort zu fotografieren bzw. zu filmen?

Diese und weitere Fragen möchte ich im Verlauf dieser Blogeinträge erläutern und den Vergleich bzw. Das Zusammenspiel zwischen Fotografie und CGI in modernen Werbekampagnen genauer beleuchten.