Das Kolosseum Projekt

Dokumentation
Kolosseum
David Herd
Markus Mokler
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144924
Inhalt
Das Kolosseum - Entstehung und Nutzung......................................................... 3
Modellierung ................................................................................................... 4
Schritt 1 ...................................................................................................... 4
Schritt 2 ...................................................................................................... 5
Schritt 3 ...................................................................................................... 6
Schritt 4 ...................................................................................................... 7
Schritt 5 ...................................................................................................... 8
Schritt 6 ...................................................................................................... 9
Schritt 7 .................................................................................................... 10
Schritt 8 .................................................................................................... 11
Probleme ...................................................................................................... 12
Das Kolosseum in Zahlen................................................................................ 12
Das Schachbrett ............................................................................................ 13
Kamerafahrt .................................................................................................. 14
Rendering und Beleuchtung............................................................................ 16
Texturen ....................................................................................................... 17
Torbögen................................................................................................... 17
Mauer........................................................................................................ 20
Laufende Menschenmassen ............................................................................ 23
Laufende Menschenmassen ............................................................................ 23
Animierte Figuren .......................................................................................... 25
Kolosseum
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Das Kolosseum - Entstehung und Nutzung
Bei dem Kolosseum handelt es sich um eine quasi Modellierung des „Flavischen
Amphitheaters“ in Rom.
Der Name des Kolosseums war ursprünglich kein Hinweis auf die gewaltigen
Ausmaße des Gebäudes. Das Amphitheatrum Flavium, so der eigentliche Name,
wurde vielmehr im Volksmund so genannt, weil es sich direkt neben einer
Kolossalstatue des Nero befand. Diese war 34 Meter hoch und mit Bronze
verkleidet und stand schon vor Baubeginn an dieser Stelle. Unter Kaiser Hadrian
gelang das Kunststück, die Statue stehend zu verrücken, als man den Tempel der
Venus und der Roma bauen wollte. Sie wechselte mehrfach ihr Gesicht, von Nero
wurde sie zu einem Sonnengott und später dann zu Kaiser Commodus. Der Sockel
verschwand erst auf Befehl Mussolinis unter Via dei Fori Imperiali (wurde aber
inzwischen wieder ausgegraben).
Das Kolosseum ist mit 527 Metern Umfang und einer Höhe von 54 Metern das größte
dieser Art. 73 n. Chr. begann der Bau im Auftrag des Kaisers Vespasian (aus dem
Geschlecht der flavii). Als Standort wurde ein künstlicher See im Palast des Nero
(domus aurea) gewählt, in den ein 13 Meter dickes Betonfundament gegossen
wurde. 40.000 Sklaven stellten den ellipsenförmigen Bau (Achsenlänge 188 zu 156
Meter) unter Verwendung von ca. 100.000 Kubikmetern Travertin und 300 Tonnen
Eisen fertig. Die aus Tivoli stammenden Travertinblöcke wurden nicht vermauert. Um
möglichst vielen Zuschauern einen guten Blick zu gewähren, wurden die Sitzreihen
fast übereinander gebaut. Um Drängeleien zu vermeiden, gab es 80 Eingänge, die
die 50 bis 75.000 Zuschauer über ein System von Gängen und Treppen zu ihren
nummerierten Plätzen führten. In wenigen Minuten konnte man das Theater so
leeren oder füllen.
Die Aufgänge und Bogenreihen sind bis heute teilweise gut erhalten. Die vielen
Bögen lassen die enormen Steinmassen fast gewichtlos erscheinen. Zum gleichen
Zweck verwendete man unten große dorische, in der Mitte leichtere ionische und
oben korinthische Säulen .Am oberen Rand ragen Stützsteine aus der Mauer. Auf
diese waren insgesamt 240 Holzbalken gestellt, über die mittels eines Systems aus
Seilzügen und Winden ein Sonnensegel gespannt werden konnte. In der Antike galt
Blässe als vornehm, denn nur Sklaven und sozial schlechter gestellte mussten in der
Sonne schuften.
Die Bühnentechnik war perfekt. Da der Fußboden heute fehlt, sind die engen
Kellerräume gut zu sehen, von denen einige als Kerker und Käfige dienten (siehe
bild unten). In anderen waren Flaschenzüge und Winden untergebracht, die es
ermöglichten, Kulissen und Akteure aus dem Boden aufsteigen zu lassen. Der Platz
für die Käfige reichte bei großen Vorstellungen aber bei weitem nicht aus, deshalb
wurden Tiere aus außerhalb gelegenen Zoos durch unterirdische Gänge ins
Kolosseum getrieben.
Kolosseum
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Modellierung
Bei der Modellierung des Kolosseums haben wir uns im Prinzip an das Original
gehalten. Neben der Begrenzung der Detailtreue haben wir nur auf die elliptische
Form verzichtet. Im Folgenden wird die Modellierung des Kolosseums an Hand von 8
Schritten grob erklärt.
Schritt 1
Zunächst haben wir eine Querschnittzeichnung des Kolosseums als Backdrop Image
im Lightwave-Modeler platziert. An Hand dieser Zeichnung konnte der Querschnitt
mit Hilfe des Pen Tools an markanten Punkten nachgezeichnet werden.
Kolosseum
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Schritt 2
Als nächstes wurden die Gänge mit dem Pen – Tool und dem Disc-Objekt modelliert.
Kolosseum
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Schritt 3
Nachdem die Punkte zu Polygonen zusammengefasst waren, wurde die 2
Dimensionale Schablone mit der Aussenseite, entsprechend dem Radius, um 90m
vom Ursprung entfernt, auf der x-Achse ruhend platziert. Dann wurde mit dem
Lathe-Tool das Grundmodell erstellt. Dabei wurde die 2 Dimensionale Schablone in
einem Winkel von 4.5 Grad, entsprechend einem von 80 Teilstücken eines Kreises,
um den Ursprung Extrudiert.
Dabei kann es zu Polygonfehlern kommen, die einfachen entfernt werden können.
Kolosseum
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Schritt 4
Im nächsten Schritt wurden mit dem Boolean-Tool die Eingänge in das Modell
eingefügt. D.h. es wurden die Freiräume modelliert, an denen später die Eingänge
sein sollen, die mit dem Boolean-Tool dann vom Modell entfernt wurden.
Kolosseum
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Schritt 5
Nachdem das für alle weiteren Arbeiten grundlegende Stück modelliert war, wurden
die Aufgänge und Treppen modelliert. Dabei haben wir im wesentlichen
geometrische Grundformen gearbeitet.
Kolosseum
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Schritt 6
Nun wurden die Verzierungen erstellt. Dies geschah wieder mit Hilfe geometrischer
Grundformen.
Kolosseum
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Schritt 7
Nun mussten noch Fensterrahmen Torbögen und die äußeren Treppenstufen
modelliert werden. Ausserdem wurden 6 Teile zu einem Block zusammengefasst.
Diese Teile stellen die Grundelemente des ganzen Kolosseums dar.
Kolosseum
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Schritt 8
Neben den 6 Grundelementen wurden noch 2 Haupteingänge und 2 Logenplätze
abgeleitet. Aus diesen 3 Objekten wurde das halbe Kolosseum geformt, das dann um
180 Grad gedreht geklont wurde, um eine symmetrisches Modell zu bekommen.
Kolosseum
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Probleme
Probleme tauchten meistens bei der Nutzung des Boolean Tools auf. Da diese
Funktion meistens auf relativ komplexe Objekte angewandt wurde, konnte die
Berechnung nicht Exakt ausgeführt werden. Das Tripeln der Polygone schaffte nur in
den seltensten Fällen Abhilfe. Es handelte sich dabei meistens um Fehler bei der
Erzeugung der geänderten Polygone.
Da die Punkte aber meisten korrekt berechet wurden, konnten wir (bzw. mussten)
die Polygone von „Hand“ einzusetzen.
Das Kolosseum in Zahlen
Umfang:
Höhe:
Eingänge:
Stockwerke:
Durchmesser innen:
Durchmesser außen:
Sitzplatzreihen
Polygone:
Punkte:
527m
54m
80stk
4stk
156m
188m
50stk
ca. 1mio
über 1mio
Kolosseum
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Das Schachbrett
Das Schachbrett wurde auch ausschließlich aus geometrischen Grundformen, unter
zu Hilfenahme der Extrude- und Clone-Tools.
Kolosseum
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Kamerafahrt
Das Besondere der Kamerafahrt liegt in der Schneckenförmigen Bewegung um das
Gebäude. D.h. die Kamera umkreist das Kolosseum und nähert sich dabei immer
mehr dem Mittelpunkt an.
Um diese Fahrt zu realisieren wurde mit Hilfe von Expressions die X und die Z Achse
mit jeweils einer Sinuskurve modelliert. Dabei ist eine Sinuskurve um pi/2
phasenverschoben. Die beiden Sinuskurven überlagern sich so zu einer
Kreisbewegung. Zusätzlich wurde die Amplitude und die Frequenz der Kurven über
Null-Objekte gesteuert, so dass man die Kreisbewegung mit den beiden NullObjekten und dem Kamera.Y Parameter leicht kontrollieren kann.
Kolosseum
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Problematisch wurde diese Technik bei dem Versuch die Kreisbewegung kurz zu
unterbrechen und Beispielsweise eine andere Bewegung auszuführen. Das Problem
besteht erstens darin, dass die Anzahl der Keyframes zwischen dem Verlassen der
Kreisbahn und dem Wiedereintritt beschränkt ist, so dass es sein kann, dass diese
nicht ausreichen um die gewünschte Bewegung zu realisieren. Dieses Problem
konnte nur dadurch gelöst werden, dass die Szenen in die mit Expression und die
ohne aufgeteilt wurde. D.h. man begrenzt eine Szene auf die Anzahl der Frames bis
zum Verlassen der Kurvenbewegung bzw. setzt am Eintrittspunkt an wieder. Der Rest
wird in einer extra Szene realisiert.
Kolosseum
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Rendering und Beleuchtung
Die Bildauflösung beträgt 800*350 Pixel. Das bringt zum einen Konformität zum DVD
Standart, außerdem entsteht ein Widescreen Effekt, wie man von Kinofilmen kennt.
Das bringt außerdem den Vorteil, dass die Effektiv zu berechnende Auflösung
geringer ist als die von DVD.
In der endgültig gerenderten Version sind Schattenwurf Optionen usw. aktiviert. Das
Antialiasing wird mit Enhanced High Precission durchgeführt.
Die Szene wird größtenteils von Pointlights beleuchtet. Neben diesen kommen
Distant Lights hinzu, die mit einem Volumetrischen Effekt versehen das Becken
neben dem Schachfeld und die Kuppel des Kolosseums beleuchten.
Kolosseum
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Texturen
Um eine möglichst große Auswahl an Texturen zu haben, machten wir uns auf den
Weg, um Torbögen und Mauern zu fotografieren.
Torbögen
Beispiele:
Kolosseum
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Für die Torbögen haben wir uns für die
Eingangstür der Marienkirche Gelnhausen
entschlossen.
Damit sich beim Klonen die Texturen nicht
verändern, haben wir UV-Maps eingesetzt.
Diese werden zugeordnet, indem man die
Objektpunkte auf den richtigen Platz der
Textur schiebt.
Die Textur wird dementsprechend verformt
auf das Objekt gelegt.
Das Original
Die Textur in der
gerenderten Szene
Jedes Tor hat 4 unterschiedliche
Surfaces
- Außen und Innen
- Linke Innenseite
- Rechte Innenseite
- Torbogen oben
Kolosseum
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Im Folgenden sehen Sie die komplette Textur eines Torbogens. Die Oberfläche und
der dazugehörende Bild für den Bump-Layer.
Das Bump-Image entstand aus der normalen Oberfläche, die mit Hilfe von Photoshop
nachbearbeitet wurde, um die Oberflächenstruktur hervorzuheben.
Die Außen- bzw. Innenseite eines Torbogens
Die linke und rechte Innenseite des Torbogens
Kolosseum
Innenseite des Bogens
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Mauer
Beispiele:
Das Original
In der Szene
Kolosseum
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Das Publikum
Ein Kolosseum ohne Zuschauer
wirkt öde und einsam. Um etwas
Leben in die Szene zu bringen,
sollten die Ränge besetzt werden.
Das Kolosseum in Rom fasst
allerdings 70 000 Menschen und
die sitzen nicht ruhig herum,
sondern jubeln und klatschen.
Ein Versuch zeigte, dass die
Rechner schon große Probleme bei
einer Anzahl von ca. 30 Menschen
mit mittlerer Polygonzahl haben.
Ein einigermaßen Realistischer
Mensch hat etwa so viele
Polygone, wie das Kolosseum
selbst.
Da das Publikum meistens aus einiger Entfernung zu sehen ist, kommt
es weniger auf eine realistische Darstellung an, als auf einen
voluminösen Effekt im Hintergrund.
Die Lösung ist eine Figur aus Quadern. Unsere Menschen bestehen
insgesamt 8 Quadern. Der Abstand zwischen den Menschen ist etwas
größer gewählt, um nicht so viele Menschen unterbringen zu müssen.
Die fertige Kulisse besteht aus ca. 14 000 Zuschauern.
Um etwas Bewegung in diese Masse zu bekommen wurden im
Lightwave Modeler 4 Morph-Positionen festgelegt:
-
Sitzen
Stehen
Hände oben
Hände zusammen (klatschen)
Diese Positionen können im Layout-Modus ineinander gemorpht werden.
Die gleiche Bewegung auf allen Figuren wirkt monoton und langweilig. Deshalb
entschieden wir uns eine zufällige Animationsreihenfolge festzulegen. Die Zuschauer
wurden auf einem 1/80 Teil verteilt. Die Anordnung erfolgte auf 14 Ebenen, wobei
die Menschen (von Hand) auf eine zufällige Position gesetzt wurden.
Die Farbe der Bekleidung wurde ebenfalls von Hand an die Zuschauer verteilt. Die
Figuren bekamen eine Textur zugewiesen, welche aus einer projizierten Grafik
besteht.
Diese Textur wird von der Mitte des Kolosseums aus, zylindrisch nach außen
gestrahlt. Dabei wiederholt sich das Bild in diesen 360° 10 Mal.
Kolosseum
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Durch leichtes drehen der Startposition kann diese Textur auf verschiedene
Menschen angewendet werden, ohne dass eine Wiederholung sichtbar wäre.
Jede der 14 Zuschauer-Ebenen wurde im Modeler 49 Mal geklont, um einen
Halbkreis entstehen zu lassen.
Die andere Hälfte haben wir
später
im
Layout-Modus
kopiert.
Menschen auf Ausgängen und
Treppenstufen mussten von
Hand entfernt werden.
Im Graph Editor (Layout) ist
es nun möglich, jeder Ebene
des Objektes eine eigene
Morph-Animation zuzuweisen.
Diese Sequenzen sind in
unserem Modell größtenteils
gleich, unterscheiden sich
jedoch
mit
den
Startpositionen.
Kolosseum
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Laufende Menschenmassen
Eine Masse von 400 Menschen sollte von außen
auf das Kolosseum zulaufen und in den
Eingängen verschwinden.
Für diesen Effekt setzten wir einen HyperVoxelEmitter (Layout – Scene – FX_Browser) ein.
Eine zufällige Verteilung der Punkte war damit
schon gegeben.
Damit gleich am Anfang alle Menschen
dargestellt werden, muss die „Birth rate“ auf
die gewünschte Anzahl der Menschen gesetzt
werden und „Generate by“ auf frame. Im
unteren Teil wird „fixed“ aktiviert und der „Start
frame“ auf -1 gesetzt.
Um die Masse auf einen bestimmten Punkt zulaufen lassen zu können, fügen wir
NULL-Objekt ein, welches im „FX_Emitter“ unter „Target“ als Ziel gewählt wird.
Da die Menschen auf der gleichen Ebene laufen sollen, muss der Y-Wert auf 0 und
die anderen „size“-Werte auf die Größe, die das Feld haben soll.
Im Folder-Menü „Interaction“
wird
jetzt
noch
„self
interaction“
auf
„push“
gesetzt, damit sich die
Menschen
später
nicht
überrennen.
Nun wird die Figur im Modeler
erstellt, die dann die Partikel
ersetzen soll. Genauso wie
der Zuschauer besteht auch
der laufende Mensch aus 8
Quadern. Die Bewegung setzt
sich aus 3 Morph-Positionen
zusammen, welche im LayoutModus koordiniert werden.
- Stehposition
- Linkes Bein hinten, rechtes Bein vorne, rechter Arm vorne, linker Arm hinten
- Rechtes Bein hinten, linkes Bein vorne, linker Arm vorne, rechter Arm hinten
Nachdem das Objekt in ein leeres Layout-Fenster geladen wurde, muss der Figur nun
über den „Graph Editor“ die Laufbewegung zugewiesen werden.
Kolosseum
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Diese Datei wird gespeichert, um später in die Szene importiert werden zu können
(Layout – File – Load – Load Items from Scene).
Über den „FX_Linker“ wird nun den Partikeln dieser animierte Mensch zugewiesen.
Als „Replace Object“ wird das Objekt aus der Liste gewählt. Durch „Rotation – align
to path(h)“ werden die Objekte automatisch nach ihrem Ziel (dem NULL-Objekt)
ausgerichtet.
Im Feld „copy“ kann die Anzahl der Objekte gewählt werden, die den Partikeln
zugewiesen werden sollen.
Kolosseum
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Animierte Figuren
Um Figuren animieren zu können, muss man ihnen Bones
zuweisen. Diese verformen die, um sie liegenden
Objekte. Wir haben einer Figur 19 Bones zugeordnet,
wobei einer (im Rücken) die Vorwärtsbewegung steuert.
Beim Animieren von Menschen haben wir uns auf die
folgenden Körperteile beschränkt:
Körper – Position der Figur (x, y)
Linker/Rechter Arm – Winkel (b)
Linker/Rechter Arm – Winkel (b)
Linkes/Rechtes Bein – Winkel (h)
Linker/Rechter Unterschenkel – Winkel (h)
Linker/Rechter Fuß – Winkel (h)
Da sich jedes Körperteil in einer Sinus-Kurve bewegt,
lässt sich die Animation relativ leicht im „Graph Editor“ positionieren.
Eine Anpassung der Bewegungen ist durch Einfügen weiterer Keyframes von Hand
gelöst worden.
Kolosseum
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