Das Modul "Cloth" ist eine erweiterte Stoffsimulations-Engine zum Erstellen von realistischen Kleidungsstücken für Figuren. Das Cloth-System wird zusammen mit den Modellierungshilfsmitteln von 3ds Max verwendet. Jedes 3D-Objekt kann in ein Kleidungsstück geändert werden. Außerdem können Kleidungsstücke von Grund auf neu erstellt werden.
Vor der ersten Verwendung des Cloth-Systems sollten Sie diesen Überblick durchlesen. Dieser Überblick enthält Hintergrundinformationen zur Stoffsimulationstechnologie, sodass Sie die Funktionsweise des Cloth-Systems verstehen können. Sie erhalten ein besseres Grundverständnis zum Einrichten von Cloth-Szenen, dem Verhalten von Stoffen und den verschiedenen erweiterten Steuerelementen, die verfügbar sind.
Als Künstler und Entwickler können Sie anhand dieses Wissens festlegen, wie die Cloth-Funktionen sich auf die Szenen auswirken und mit diesen interagieren, und wie Sie am besten diese Software einsetzen.
Stoffsimulationstechnologie
Stoffsimulation ist der Vorgang, bei dem die Bewegung und Verformung eines Gewebe- oder Kleidungsstücks repliziert und das Verhalten des Stoffs in der realen Welt nachgeahmt wird. Zum Erstellen einer Stoffsimulation benötigen Sie zunächst ein Stoffobjekt, wie beispielsweise eine Tischdecke oder eine Hose. Außerdem brauchen Sie einen Gegenstand, mit dem das Gewebe interagieren soll. Das kann beispielsweise ein Kollisionsobjekt, wie eine Tischplatte oder das Bein einer Figur, oder eine Kraft (z. B. Wind oder Schwerkraft) sein.
Beschränkungen
Obwohl Sie das Cloth-System zum Erstellen von Kleidungsstücken für Modelle verwenden können, sollten Sie bedenken, dass, aus gegebenen Gründen, die Stoffsimulation nur eine Annäherung an das Verhalten von tatsächlichen Gewebestücken unter bestimmten Umständen bieten kann. Dieses System weist gewisse Einschränkungen auf.
Die wichtigste Aspekt beim Arbeiten mit dem Cloth-System ist die Zeit zum Erstellen einer Simulation. Eine physisch vollständig korrekte Simulation zu erstellen, könnte schwierig werden. Sogar mit einem schnellen Computer könnte die Stoffdynamik mit diesem Genauigkeitsgrad (und geometrischen Detail) praktisch unbegrenzt dauern. Daher müssen Sie die Simulationen auf einen angemessenen Detaillierungsgrad skalieren. Das heißt nicht, dass Sie keine glaubwürdigen Kleidungsstücke erstellen können, nur dass Sie wahrscheinlich Kompromisse eingehen müssen.
Kompromisse
Um eine glaubwürdige Simulation zu erstellen, müssen Sie Zeitaufwand gegen Qualität und Genauigkeit abwägen. Je mehr Zeit Sie zur Verfügung haben, desto höhere Genauigkeit und Qualität erhalten Sie. Es gibt keinen Grund, um ein Modell mit 10.000 Polygonen anzufertigen, wenn Sie die Form genauso gut mit 3.000 definieren können. Dieselbe Regel gilt für Stoffsimulationen.
Interne und externe Kräfte
Bei der Simulation von Stoffen können unterschiedliche Kräfte berücksichtigt werden. Durch interne Kräfte (Biegen, Dehnen und Scheren) kann das Gewebe realistisch verformt werden. Durch externe Kräfte (Schwerkraft, Wind und Kollisionen) kann der Stoff mit der Umgebung interagieren. Für eine gut aussehende Simulation spielen all diese Kräfte eine Rolle. Ohne diese Kräfte ist ein Stoff eine flache, unbewegliche Ebene.
Kollisionserkennung
Wenn Sie ein Hemd oder eine Hose auf eine Figur legen, soll kein Körperteil durch das Gewebe herausragen. Das gewünschte Ergebnis ist, dass das Kleidungsstück um (und nicht durch) das Netz verformt wird, sodass keine Überschneidungen vorhanden sind. Dies wird durch die Kollisionserfassung erreicht. Im Cloth-Simulationssystem können Sie festlegen, welche Objekte als Stoff und welche als Kollisionsobjekte dienen sollen.
Normalerweise gehen "virtuelle Fühler" von den Scheitelpunkten der Stoffobjekte aus, um zu erkennen, ob noch weitere Kollisionsobjekte vorhanden sind. Wenn einer dieser "Fühler" auf einen Gegenstand trifft, erkennt die Simulation, dass das Gewebe verformt werden soll. Dabei sollten Sie unbedingt beachten, dass ein Stoffnetz mit mehr Scheitelpunkten mehr Fühler aufweist und eine bessere Kollisionserfassung durchführen kann. Wenn Sie eine Figur (ein Kollisionsobjekt) mit einer hohen Polygonenzahl verwenden, müssen Sie die Dichte des Stoffs erhöhen, da ansonsten das Netz mit der hohen Polygonenanzahl durch das Stoffobjekt mit der niedrigen Polygonenanzahl hindurchragt. Der Grund dafür ist, dass nicht genügend Fühler zum Erfassen aller Details im Kollisionsobjekt vorhanden sind.
Alternativ können Sie auch mindestens ein Platzhalternetz mit geringer Polygonzahl für die Figur hinzufügen, sodass keine Stoffobjekte mit hoher Dichte vorhanden sind, die zu einer Verlangsamung der Simulation führen. Die Netzdichte wird im nächsten Abschnitt ausführlicher behandelt.
Schließlich müssen Sie bei der Simulation von sich schnell bewegenden Stoffobjekten den Dichtewert erhöhen, um weitere Fühler zu erhalten. Außerdem können Sie auch die Schrittgröße anpassen, um zu prüfen, ob Kollisionsobjekte im Weg stehen.
Überblick über Bekleidungs- und Musterentwurf
Normalerweise werden Schnittmuster aus Stoffstücken ausgeschnitten und zusammengenäht. Die Stelle, an der ein Stoffstück mit einem anderen zusammengenäht wird, bezeichnet man als Naht. Muster sind normalerweise symmetrisch, wobei die rechte Seite der linken Seite des Kleidungsstücks entspricht.
Rock
Das einfachste Muster ist ein Rockmuster bestehend aus zwei Stücken mit einer ähnlichen Form für Vorder- und Rückseite. Die Rückseite ist etwas länger als die Vorderseite, um die Hüften und das Gesäß zu berücksichtigen.
Die Konturen werden an den Seiten zusammengenäht und bilden einen einfachen Rock.
Der untere Rand wird als Saum bezeichnet. Im Rockmuster sind die Taille und der Saum leicht gebogen. Wenn eine Person den Rock trägt, liegt dieses gebogene Stück gerade um die Taille, während der Rock in Falten zum Saum abfällt. Da sowohl die Taille als auch der Saum gebogen sind, hat der gesamte Rockumfang die gleiche Länge.
Hemd
Das Hemdmuster ist etwas komplizierter. Ein einfaches T-Shirt-Muster besteht aus zwei Teilen, eines für die Vorderseite und eines für die Rückseite. Der Kragen auf der Rückseite ist höher als der Kragen auf der Vorderseite. Die Nähte werden an den Seiten und an den Schultern zusammengenäht, wobei die Armöffnung offen bleibt.
Außerdem können Sie Ärmel zu dem Hemd hinzufügen. Ein Ärmelmuster ist glockenförmig.
Auf den ersten Blick ist es schwierig zu erkennen, wie aus diesem Muster ein Ärmel wird. Der große Wölbung wird über die Schulter gelegt, damit die Schulter ausreichend Bewegungsfreiraum hat.
Hose
Ein Hosenmuster ist kurvenförmig im oberen Bereich, um die Hüften zu berücksichtigen. Die längere, gerade Seite ist die äußere Naht, die kürzere Seite ist die innere Naht. Der kurvenförmige Teil im oberen Bereich wird um den Bauch oder das Gesäß und unter den Schritt gelegt.
Jedes Teil wird zweimal geschnitten. Die zwei Teile der Vorderseite und die zwei Teile der Rückseite werden entlang des Schritts zusammengenäht. Anschließend wird die Vorderseite mit der Rückseite an den Außen- und Innennähten zusammengenäht.
Abnäher
Abnäher sind rautenförmige Aussparungen innerhalb des Schnittteils oder V-förmige Ausschnitte an der Seite eines Schnittteils (siehe Abbildung unten), durch die beim Zusammenfügen eine kurvenförmige Form des Kleidungsstücks entsteht.
Abnäher wurden häufig in der Damenbekleidung verwendet, insbesondere in Blusen und Kleidern. Abnäher werden jedoch nicht bei lockeren oder dehnbaren Kleidungsstücken benötigt. Heutzutage werden sie meistens für formelle Kleidung und maßgeschneiderte Kleidungsstücke eingesetzt.
Bekleidungsentwurf und -techniken
Eine Möglichkeit zum Erstellen von Bekleidung ist, ein Muster auszulegen und mit Garment Maker zusammenzufügen. Garment Maker ist ein Modifikator, der zum Erstellen von Nahtlinien, Auslegen von Stoffschnittteilen und Definieren von Gewebedichten verwendet wird. Mit Garment Maker können Sie Nahtlinien für Muster entweder auf die herkömmliche Art durch Auslegen der Schnittteile oder visuell durch ein leicht zu verwendendes 3D-Layout erstellen.
In der realen Welt werden Kleidungsstücke durch Ausschneiden von Formen aus Stoffteilen und Zusammennähen dieser Teile mit einem Faden entlang der Nahtlinien hergestellt. Garment Maker ahmt diese Vorgänge nach. Als Erstes müssen Sie ein Muster erstellen, das den Formen der Schnittteile entspricht. Bekleidungsmuster verwenden normalerweise Formen, denen man nicht oft begegnet. Wenn Sie keine Erfahrung im Bekleidungsentwurf haben, könnte es möglicherweise schwierig sein, diese Formen von Grund auf zu erstellen. Normalerweise ist es am Besten mit einem bereits erstellten Muster anzufangen. Das Cloth-System enthält eine Reihe von Mustern für Hemden, Hosen, Jacken usw. Außerdem können Sie eine Software erwerben, die diese Muster im DXF-Format erstellt.
Beispielsweise das Programm PatternMaker, das Sie auf der Website http://www.patternmaker.com erhalten. Wenn Sie andere als in "Cloth" enthaltene Muster bearbeiten möchten, ist es hilfreich, diese Anwendungen zu verwenden, um Muster zu erstellen und sich mit den Vorgängen vertraut zu machen.
Hemdmuster und zusammengenähtes Hemd mit Garment Maker
Modellieren von Bekleidung
Garment Maker ist ein nützliches Hilfsmittel für das Zusammenfügen von Mustern und Anpassen von Nahtlinien, eignet sich aber auch zum Modellieren mit den 3ds Max-Standardhilfsmitteln und Verwenden von "Cloth" über diesen Netzen. Sie können Bekleidung aus Polygonen, Patches oder NURBS erstellen.
Vor- und Nachteile
Zum Entwerfen von Bekleidung eignet sich am besten der Modifikator "Garment Maker". Sie können Nahtlinien, Nahtstärken, Falten und andere Bekleidungsparameter festlegen, die nicht über andere Vorgehensweisen zur Bekleidungsmodellierung definiert werden können. Zwar können Sie mit diesen Methoden separate Teile für die Kleidungsstücke mit unterschiedlichen Geweben definieren, mit Garment Maker können Sie diesen Vorgang jedoch genauer steuern. Der Vorteil bei der Verwendung von modellierter Bekleidung ist, dass herkömmliche Methoden manchmal schneller eingerichtet und ältere, bereits erstellte Bekleidungsmodelle einfacher umgestaltet werden können. Durch Polygone modellierte Bekleidung kann zu allzu regelmäßigen Knicken und Falten führen. Garment Maker verwendet ein Delaunay-Netz, wodurch dieser Fehler normalerweise vermeidet werden kann. Die unregelmäßige Dreiecksteilung kann jedoch zu Renderartefakten mit niedrig auflösenden Kleidungsstücken führen. Daher ist es empfehlenswert, nach der Verwendung von "Cloth" den Modifikator "HSDS" bei mit Garment Maker erstellten Kleidungsstücken anzuwenden und alle Dreiecke zu unterteilen.
Links: Garment Maker-Delaunay-Netz
Rechts: Modelliertes Vierecknetz
Funktionsweise des Cloth-Systems
Das Cloth-System in 3ds Max besteht aus zwei Modifikatoren: Garment Maker und Cloth. Mithilfe dieser zwei Modifikatoren kann jedes 3D-Objekt in ein Stoffobjekt geändert werden oder ein Kleidungsstück kann über die herkömmliche Methode mit 2D-Mustern und anschließendem Zusammennähen der Schnittteile erstellt werden. Bevor Sie sich jedoch ausführlicher mit den zwei Modifikatoren beschäftigen, ist es hilfreich zu wissen, wie Sie "Cloth" einsetzen möchten. Beispielsweise wie die Geometrie das Cloth-Verhalten beeinflussen soll sowie die Dichte der als Gewebe verwendeten Netze.
Auswirkung der Geometrie auf Cloth
Idealerweise sollte durch das Modellieren des Stoffs das Verhalten des Stoffs beeinflusst werden. In der Praxis jedoch wirkt sich die Art der Stoffgeometrie auf die Simulation aus. Zunächst bestimmt die Dichte des Netzes wie fein die sich entwickelnden Falten ausfallen können. Wenn Sie eine Ebene mit nur neun Scheitelpunkten über eine Kugel legen, erhalten Sie natürlich keine sehr detaillierten Falten.
Darüber hinaus müssen Sie das Verhalten der Kanten im Netz berücksichtigen. Falten können nur bei Kanten zwischen Dreiecken entstehen, sodass die Regelmäßigkeit bzw. Unregelmäßigkeit des Netzes ebenfalls die entstehende Verformung bestimmt. Bei einer Ebene beispielsweise, deren alle Hypotenuse-Dreieckskanten ausgerichtet sind, entsteht ein Kleidungsstück, dessen Falten entlang dieser Kanten ausgerichtet sind. Garment Maker erstellt Netze mit einem unregelmäßigen Layout (aber mit einigermaßen gleich großen und fast gleichseitigen Dreiecken), das diese Faltenneigung vermeidet. Das kann jedoch zu Renderartefakten mit niedrig auflösenden Kleidungsstücken führen. Daher ist es empfehlenswert, nach der Verwendung von "Cloth" den Modifikator "HSDS" bei mit Garment Maker erstellten Kleidungsstücken anzuwenden und alle Dreiecke zu unterteilen.
Links: Hemd mit niedriger Auflösung
Rechts: Gleiches Hemd mit angewendetem HSDS, über Cloth im Modifikatorstapel
Die verwendete Geometrie kann umfangreiche Auswirkungen auf das Verhalten des Stoffs haben. Wahrscheinlich sind Sie gewohnt, zum Modellieren dreieckige und viereckige Polygone zu verwenden. Garment Maker verwendet eine Delaunay-Netzunterteilung, die eine ungleichmäßige Verformung begünstigt. Vermeiden Sie bei Verwendung von Quad-Polygonen für die Stoffsimulation die Erstellung von einem gleichmäßigen oder symmetrischen Gesamtergebnis.
Links: Quad-Netz
Rechts: Delaunay-Netz
Stoffnetzdichte
Sie sollten sich zunächst überlegen, wie dicht das Netz werden soll, um das gewünschte Ergebnis zu erhalten. Durch ein zu dichtes Netz wird die Systemleistung verlangsamt, bei einem zu groben Netz mit niedriger Auflösung erhalten Sie möglicherweise nicht die gewünschten Falten oder Details.
Wenn Sie beispielsweise den Modifikator "Biegen" auf einen Zylinder mit nur wenigen Höhensegmenten anwenden, könnte das zu einem eckigen und groben Ergebnis führen. Andererseits verschwenden Sie Ressourcen, wenn Sie einen Zylinder mit 1.000 Höhensegmenten erstellen. Das gleiche gilt für die Cloth-Funktion. Finden Sie einen idealen Kompromiss zwischen Detaillierungsgrad und Leistung für Ihre Szene.
Netze mit niedriger, mittlerer und hoher Auflösung und deren Verformung
Hinweise zum Modifikator "HSDS"
Indem Sie mit dem Modifikator "HSDS" Details zu Ihrem Modell hinzufügen, haben Sie ein effektives Mittel, um eine Simulation mit einem niedrig auflösenden Netz und dennoch hochqualitative Ergebnisse zu erhalten. Wenn Sie jedoch den Modifikator "HSDS" über Cloth-Kleidungsstücke verwenden, können Sie darunter einen Modifikator des Typs "Netz bearbeiten" anwenden, um die Scheitelpunkte entlang der Nahtlinien zusammenzufügen. Das verhindert, dass das Netz bei einer Unterteilung an den Nahtlinien auseinanderfällt.
In der Abbildung oben sehen Sie wie der Modifikatorstapel bei Verwendung von HSDS aussehen sollte. Der dazwischenliegende Modifikator "Netz bearbeiten" wird verwendet, um die Scheitelpunkte der Schnittteilkanten zusammenzufügen. Wenn Sie die Nahtknicke erhalten möchten, sollten Sie die weitere Modifikatoren des Typs "Netz auswählen" und "Glatt" anwenden, um die Schnittteile erneut auszuwählen und unterschiedliche Glättungsgruppen für das Kleidungsstück anzuwenden.
Mustererstellungssoftware
Im Folgenden finden Sie eine Liste herkömmlicher Mustererstellungssoftware, die Sie zum Erstellen von Mustern für den Import in 3ds Max und die Verwendung im Cloth-System verwenden können. Vergewissern Sie sich, dass die Internetverbindung aktiviert ist, und klicken Sie auf die Softwarenamen, um die entsprechenden Websites anzuzeigen.