3D-Design der Superlative

Das Unternehmen Caterpillar in Kiel-Friedrichsort stellt unter anderem einen Diesel-Motor mit dem Modellnamen 16CM43 her. Der imposante, 16 Zylinder starke Generator ist 12 m lang und 5 m hoch. Auch seine Leistung von 20.000 PS ist beeindruckend. Er funktioniert wie ein Kraftwerk und eignet sich hervorragend, um Elektrizität in Drittländern zu erzeugen.

Caterpillar lieferte dieses Modell kürzlich nach Mali. Für die Pressemitteilung benötigte das Unternehmen entsprechende Bilder. Es ist aber mehr als schwierig, einen 12 m langen und 5 m hohen Motor in ein Fotostudio zu bringen. Der Vorteil einer 3D-Visualisierung liegt also auf der Hand. Caterpillar wünschte sich daher fotorealistische, freigestellte 3D-Bilder des Motors mit größtmöglichem Detailgrad. New Communication erhielt den Auftrag, das Pilotprojekt umzusetzen. 3D-Artist Michael Tschernjajew erzählt, wie das gelang:

Workflow

Die Kernanforderung war klar: Das Bild muss sämtliche baulichen Details enthalten. Ich musste also schon im Vorfeld einen Workflow festlegen, um der riesigen Datenmengen Herr zu werden. Ich setzte auf einen Mix aus intelligenter Daten-Verwaltung, nützlichen Software-Tools, meiner Erfahrung und meinem Know-how.

Bei Caterpillar herrschen hohe Sicherheits-Bestimmungen. Daher musste ich die Daten vor Ort aufbereiten. Dazu richtete mir das Maschinenbau-Unternehmen einen eigenen Arbeitsplatz ein. Gemeinsam mit Caterpillar erarbeitete ich ein Hard -und Softwarekonzept, so dass ich auch außerhalb des Headquarters von New Communication arbeiten konnte.

Export von Produktionsdaten

Der Datensatz, den Caterpillar lieferte, war wirklich beeindruckend. Mit so komplexen und hochwertigen Daten hatte ich bisher noch nicht mal ansatzweise gearbeitet. Die Produktions-Daten waren aus dem CAD-Programm CREO exportiert worden. CREO ist eine Software, die in der Großindustrie zum Erstellen von Maschinen oder Maschinen-Komponenten genutzt wird. Diese Daten beinhalteten alle baulichen Details – von der kleinsten Schraube bis zum größten Zahnrad. Das umfasste auch Bauteile, die man nur sehen würde, wenn man den Motor aufschneiden würde.

Rhinoceros 3D

Unser Software-Konzept beinhaltete das Programm Rhinoceros 3D. Diese Software wird eigentlich im Industriedesign benutzt. Ihr Vorteil: Sie kann hervorragend mit sehr großen Dateien umgehen.

Nach ca. 10 Stunden Export hatte Rhinoceros 3D die Datei erfolgreich umgewandelt. Aufgrund der riesigen Datenmenge war auch diese Datei extrem groß: Sie umfasste 3,7 Gigabyte und mehr als 300.000 einzelne Objekte.

Cinema 4D

Diese Hundertausende Objekte galt es nun zu organisieren. Und zwar so, dass ein vollständiges Modell des Motors entsteht. Man muss sich das so vorstellen: Eine Anzahl von X Objekten bildet ein Bauteil. Alle Objekte muss man anklicken und ordnen, bis das Bauteil komplett ist. In diesem Prozess musste ich also sehr sorgfältig und kontrolliert arbeiten.

Für diese Arbeiten verwendete ich die aktuelle Version von Cinema 4D. New Communication setzt das 3D-Programm des deutschen Software-Herstellers Maxon für Visualisierungen und Animationen ein. Im Rahmen dieses Pilotprojektes erwiesen sich die softwareseitigen Neuerungen als äußerst praktikabel. Jedes Jahr stellt der Hersteller die Features der neuen Programm-Version in Hamburg auf einem Workshop vor.

Objekt-Klone und andere Kniffe

Beim weiteren Optimieren der Datei wendete ich einige Kniffe an, die sich in anderen 3D-Projekten bewährt hatten. Dazu gehört zum Beispiel das „Klonen“ von Objekten. Die Auslagerung von Datei-Bestandteilen in externe Dateien. Oder die Verwendung eines programminternen Referenz-Systems. Durch den gezielten Einsatz dieser Methoden entstand ein äußerst kompaktes Modell des Motors, das tatsächlich alle Bauteile enthielt.

Rendern mit Octane

Eine weitere Software-Komponente war das Render-Programm. Damit erstellt man das eigentliche Bild nach physikalisch korrekten Berechnungsmethoden. New Communication nutzt das Programm Octane Render des neuseeländischen Software-Herstellers Otoy. Diese Software verwendet Grafikkarten zum Berechnen der Bilder (rendern). Dieses Verfahren bietet sehr hohe Geschwindigkeiten und Qualität. Es hat aber auch einen Nachteil – den Arbeitsspeicher der Grafikkarte.

Herkömmliche Renderer nutzen den Prozessor eines Computers und dessen Arbeitsspeicher. Ein GPU-Renderer (Grafikkarten-Renderer) wie Octane ist dagegen komplett auf den Arbeitsspeicher der Grafikkarte angewiesen. Dieser ist aber um ein Vielfaches kleiner als ein normaler Arbeitsspeicher. Daher musste ich trotz aller Optimierungen immer die Dateigrößen im Auge behalten, was auch gelang.

Material-Spezifikation

Nachdem das großartige Team von Caterpillar mein 3D-Modell des Motors auf Vollständigkeit überprüft hatte, ging es an die Material-Spezifikation. Ich erstellte Materialien für Lacke, Metalle und Kunststoffe. Das waren zum Beispiel Aluminium, Gusseisen, Edelstahl, Plastik und Gummi, aber vor allem das Caterpillar-Gelb. Im Headquarter von New Communication erstellte ich einige Print Proofs und glich diese mit einer echten Materialprobe des Lackes ab – bis das gewünschte Ergebnis vorlag.

Produktion

Nachdem die inhaltliche Abnahme durch Caterpillar erfolgte, ging es an die Produktion. Ich legte 3 Kamera-Perspektiven fest und erstellte ein Studio-Set-up in 3D. So wurden einige wichtige Teile der Maschine betont und hervorgehoben. Dieser Prozess ist vergleichbar mit einem Fotografen, der in einem Studio Lichter setzt und dadurch Stimmungen erzeugt. Diese Lichter kann man unabhängig voneinander steuern – je nach Intensität, Größe, Farbe, Form. Es gibt keine Grenzen.

Fazit

Die Arbeit an diesem Projekt war Herausforderung und Vergnügen zugleich. Um ein 3D-Projekt in solchen Dimensionen zu gestalten, bringt man Hardware und Software fast an ihre Grenzen. Das hat diese Entwicklung so einzigartig und besonders gemacht.