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3D-Grundlagen

In der Welt der 3D-Modellierung sind Meshes und Splats zwei häufig verwendete Darstellungsformen für 3D-Daten. Beide bieten einzigartige Möglichkeiten zur Visualisierung und Interaktion mit 3D-Umgebungen, unterscheiden sich jedoch in Struktur und Anwendung.

Dieser Abschnitt führt in die Grundlagen von Meshes und Splats ein und hilft dir, die Unterschiede zu verstehen und wie sie mit verschiedenen Programmen erstellt werden können. Ob du reale Objekte scannen oder beeindruckende 3D-Umgebungen erstellen möchtest -- diese Werkzeuge bieten die notwendige Funktionalität, um deine Ideen zum Leben zu erwecken.

Mesh-basiertes Format​

Ein Mesh ist eine strukturierte Darstellung eines 3D-Objekts, bestehend aus Vertices (Punkten im Raum), Kanten (Linien, die die Punkte verbinden) und Flächen/Polygonen (meist Dreiecke oder Vierecke, die Oberflächen bilden). Diese Elemente arbeiten zusammen, um die Form, Oberflächendetails und Geometrie des Objekts zu definieren.

Objekte eines Meshs

Beispiel: Meshes​

Du kannst Meshes mit Stricken vergleichen:

  • Vertices = Maschen
    Jede Masche beim Stricken ist wie ein Punkt (Vertex) im Mesh. Er liegt an einer bestimmten Position und verbindet sich mit anderen Maschen.
  • Kanten = Faeden zwischen den Maschen
    Die Faeden, die die Maschen verbinden, sind wie die Kanten im Mesh. Sie halten die Struktur zusammen.
  • Flächen = Stoffstücke
    Wenn mehrere Maschen miteinander verbunden werden, entsteht ein Stück Stoff -- wie eine Fläche aus Kanten im Mesh.

Im Detail:

Stell dir vor, du strickst einen kleinen quadratischen Topflappen:

  • Du beginnst mit einer Reihe von Maschen (Vertices).
  • Du strickst Reihe für Reihe und verbindest die Maschen miteinander (Kanten).
  • Am Ende hast du ein zusammenhängendes Stück Stoff -- es ist wie ein Mesh, das aus vielen kleinen Flächen besteht.

Unterstützte Dateiformate: .glb, .glTF
Validator zur Überprüfung erstellter Dateien: https://gltf-viewer.donmccurdy.com/

Splats​

Diese Technik ist hauptsächlich als 3D Gaussian Splatting (3DGS) bekannt. Es handelt sich um eine Sammlung winziger 3D-Gaussians (ellipsoide Form), die Position (X, Y, Z), Form und Richtung, Farbe (rgb) und Alpha-Wert (Deckkraft/Transparenz eines Splats) speichern. Zusammen bilden diese Gaussians eine Art Wolke, die wie die Oberfläche des Objekts oder der Umgebung aussieht. Mit anderen Worten -- anstatt die Daten in Oberflächen und Kanten umzuwandeln, arbeitet man mit Volumendaten.

Beispiel: Gaussian Splatting​

Du kannst dir 3D Gaussian Splatting wie das Erstellen eines Graffiti-Wandbilds vorstellen -- nicht auf einer flachen Wand, sondern schwebend im 3D-Raum.

  • Jeder Gaussian = Ein Sprühstoß in der Luft
    Genau wie wenn du eine Spraydose für einen kurzen Stoß drückst, ist ein Gaussian Splat ein weicher, farbiger Punkt, der gleichmäßig vom Zentrum aus verblasst.
  • Position (X, Y, Z) = Wo der Sprühstoß im 3D-Raum landet
    Jeder Sprühstoß erfolgt an einem bestimmten Punkt im Raum, wie das Sprühen eines Punktes in der Luft.
  • Form & Richtung = Die Verteilung und der Winkel deines Sprühstoßes
    Wenn du die Dose neigst oder aus der Entfernung sprühst, wird der Punkt gestreckt oder geneigt. Bei 3DGS ist dies ein ellipsoider Gaussian -- er kann gestaucht, gestreckt oder in jede Richtung ausgerichtet werden.
  • Farbe (RGB) = Die verwendete Lackfarbe
    Jeder Sprühstoß trägt Farbinformationen -- Rot, Grün, Blau -- genau wie Farbe.
  • Alpha (Transparenz) = Farbdichte
    In der Mitte ist die Farbe am kräftigsten. Sie verblasst zu den Rändern hin. Dieses Verblassen entspricht der Deckkraft des Splats.

Im Detail:

Stell dir nun vor, du erstellst eine Skulptur -- indem du Tausende winziger, halbtransparenter Punkte in den Raum sprühst:

  • Jeder "Sprühstoß" trägt ein wenig Farbe und Dichte bei.
  • Zusammen bilden sie eine Art Wolke, die wie das Objekt aussieht, das du malen möchtest.
  • Splatting malt die Welt mit diesen schwebenden, farbigen Sprühpunkten.

Unterstützte Dateiformate: .ply, .spz, .splat

Vergleich von Meshes & Splats​

KategorieMeshesSplats
Was es istEine 3D-Form aus Punkten, Kanten und Flächen/PolygonenEine Wolke aus farbigen Splats im Raum, manchmal unscharf
DatenstrukturGeordnete, verbundene GeometrieLose, unverbundene Splats
Wie es erstellt wirdVon Hand modelliert oder aus CAD/ScansMeist aus Fotos, 3D-Scans oder Kameradaten
Bearbeitbar?Einfach zu ändern, zu animieren oder zu formenSchwer zu bearbeiten oder zu animieren
TexturierungVerwendet UV*-Maps und MaterialienFarbe wird direkt in jedem Splat gespeichert
VerwendungSpiele, Animation, Architektur, 3D-DruckScans realer Objekte, VR/AR, realistische Ansichten
RealismusGut -- abhängig von Texturen und DetailgradSehr hoch -- hervorragend für gescannte reale Szenen
DateigrößeMeist kleiner -- abhängig von verwendeten Dreiecken/VerticesKann aufgrund vieler Splats groß sein

*Eine UV-Map ist eine Technik, um eine 2D-Textur (z.B. ein Bild) einer Oberfläche zuzuweisen. Wir machen dasselbe innerhalb jedes Spaces, wenn du ein Bild für die Wand oder Bühne hochlädst. Wir legen das Bild über das Objekt wie eine Haut.

vorsicht

Jede Plattform bietet unterschiedliche Formate an. Du musst die Methode von Anfang an richtig wählen -- das ist z.B. bei Scaniverse der Fall. Es ist wichtig, die richtige Methode von Beginn an zu wählen, da dies später zu Problemen führen kann. Daher gilt folgende Faustregel:

  • Mesh-basiert .glb, .glTF
  • Gaussian Splats .ply, .spz, .splat, .sog

Meshes oder Splats scannen und erstellen​

Um Meshes oder Gaussian Splats zu erstellen, stehen verschiedene Plattformen zur Verfügung, die jeweils einzigartige Funktionen für unterschiedliche Bedürfnisse bieten. Hier ein Überblick über einige beliebte Werkzeuge zur Erstellung von 3D-Modellen:

Scaniverse

Scaniverse ist eine leistungsstarke mobile App, mit der du hochwertige 3D-Scans mit der Kamera deines Smartphones oder Tablets erstellen kannst. Sie ist besonders für ihre Benutzerfreundlichkeit und Zugänglichkeit bekannt.

  • Unterstützte Geräte: iOS (iPhone und iPad)*
  • Dateitypen: .obj, .ply, .stl, .fbx
  • Anwendungsfall: Ideal für die schnelle Erzeugung von Gaussian Splats und deren Umwandlung in Modelle, die für weitere Bearbeitung oder zum Teilen exportiert werden können.

    Auch für Android verfügbar, aber noch nicht so optimiert wie für iOS

Splats mit vorhandenem Material erstellen​

Postshot

Postshot ist eine Software für Radiance Fields. Sie ermöglicht es Kreativen, mit jeder Kamera in wenigen Minuten fotorealistische 3D-Szenen und -Objekte zu erstellen. Filme einfach 3-mal um das Objekt herum, erstelle ein Video von etwa 1-2 Minuten und lade es hoch. Den Rest erledigt das Programm.

  • Unterstützte Plattformen: Windows 10 oder höher
  • Dateitypen: .ply
  • Anwendungsfall: Postshot ist ideal für Profis, die einen nahtlosen Workflow zur Erstellung hochwertiger 3D-Inhalte suchen, mit Funktionen für Aufnahme, Training, Animation und Rendering in einer einheitlichen Plattform.

Meshes und Gaussian Splats bearbeiten​

Blender

Blender ist eine leistungsstarke Open-Source-3D-Erstellungssuite, die weltweit von Künstlern, Designern und Entwicklern genutzt wird. Sie unterstützt die gesamte 3D-Pipeline einschließlich Modellierung, Sculpting, Rigging, Animation, Simulation, Rendering, Compositing und Videobearbeitung. Blender ist hochgradig anpassbar und verfügt über ein großes Ökosystem an Plugins und Community-Unterstützung.

  • Unterstützte Geräte: Windows, macOS, Linux
  • Dateitypen:.blend (nativ), plus Import/Export für .obj, .fbx, .stl, .glb/.glTF, .ply, .dae und viele mehr
  • Anwendungsfall: Blender ist ideal für sowohl technische als auch künstlerische Workflows. Es bietet fortgeschrittene Sculpting-Werkzeuge, Echtzeit-Rendering mit Eevee und einen leistungsstarken knotenbasierten Material-Editor. Mit Add-ons unterstützt es auch Gaussian Splat-Visualisierung und Splat-basiertes Rendering, was es zu einer flexiblen Wahl für die Arbeit mit verschiedensten 3D-Inhalten macht.

Assets kaufen oder verkaufen​

Sketchfab

Sketchfab ist eine beliebte Plattform zum Anzeigen, Teilen und Verkaufen von 3D-Modellen, einschließlich Gaussian Splats und Splats. Sie ermöglicht es Kreativen, ihre 3D-Modelle in einem interaktiven 3D-Viewer hochzuladen und zu präsentieren.

  • Unterstützte Geräte: Webbasiert (auf allen Geräten zugänglich), iOS, Android
  • Dateitypen: .obj, .stl, .fbx, .ply, .glTF
  • Anwendungsfall: Sketchfab ist nicht nur eine Plattform zur Erstellung von 3D-Modellen, sondern auch ein Marktplatz und Community-Hub, der eine breite Palette an Werkzeugen für Profis und Enthusiasten bietet, um mit ihren 3D-Inhalten zu interagieren.