Schraubverschluss

- TUTORIAL -
Modellieren eines Schraubverschlusses in CINEMA 4D (ab Release 6) PDF-Tutorial (270 k)
Gerade alltägliche Dinge stellen einen manchmal vor überraschend große Probleme. So ging es mir mit dem Verschluss einer Olivenölflasche für einen forumsinternen Mini-Wettbewerb. Dabei gibt es recht einfache Methoden, wenn man erst mal den richtigen Ansatz gefunden hat!
Deshalb hier mein Mini-Tut zum Mini-Contest:
Das Hauptproblem bei diesem Verschluss sind die Übergänge zwischen den zylindrischen Bereichen oben und unten, sowie dem dazwischenliegenden Gewinde.
Fangen wir also mittendrin an und erstellen eine Helix. Hier müssen wir uns über die Anzahl der nötigen Windungen klar werden. Zwei komplette Umdrehungen sind in unserem Fall ausreichend, jedoch sollte man lieber noch etwas zugeben. Zumal wir später einige Punkte entfernen müssen. Wir gehen also von 2,5 Windungen aus, was einen Endwinkel der Helix von 900° ergibt (2,5 x 360° = 900°).
Wir wollen zunächst diesen Spline näher betrachten. Wir hatten eine Gesamthöhe von 40 Einheiten über zweieinhalb Windungen bestimmt. Daraus können wir folgern, daß wir nach einer Umdrehung eine Höhe von 16, nach eineinhalb 24 und nach zwei kompletten Windungen eine Höhe von 32 Einheiten erreicht haben. Diese Tatsache werden wir uns bald in Erinnerung rufen.
Von unserer Helix erstellen wir noch zwei Kopien und verteilen diese in einem Loft-NURBS so entlang der Y-Achse, daß gleichmäßige Abstände zwischen den einzelnen Splines bestehen und etwa derselbe Abstand auch zwischen dem ersten und letzten erhalten bleibt. In unserem vorliegenden Fall war dies eine Verschiebung um jeweils 5 Einheiten. Hier ist es wichtig die Unterteilung des Loft-Nurbs so zu wählen, dass die Punkte der späteren Polygone genau übereinander stehen werden. Da der Siegelring am unteren Ende des Verschlusses in der Regel neun Verbindungsstege hat, verdoppeln wir diesen Wert und wählen eine Auflösung welche in einem 18-eckigen Gewinde resultiert (2,5 Windungen mal 18 Ecken pro Umdrehung plus eins fürs Ende, ergibt eine Unterteilung von 46).
Den Radius der mittleren Helix (rot) ändern wir auf 54, so daß unsere Spirale ein V-förmiges Profil erhält. (Aus Darstellungsgründen hatte ich hier vorübergehend das Phong Tag entfernt.)
Wir erstellen eine weitere Kopie der Helix und bewegen sie 16 Einheiten entlang der Y-Achse aufwärts. Diese ordnen wir ebenfalls dem Loft-NURBS unter. (Wir erinnern uns: Nach einer kompletten Windung ist eine Höhe von 16 Einheiten erreicht.)
Unser letzter Spline (rot) liegt nun über eineinhalb Windungen deckungsgleich mit dem ersten. Dadurch erscheint das Gewinde geschlossen. Doch tatsächlich müssen dafür erst noch die - hier doppelt auftretenden - Punkte verschmolzen werden. Wir wandeln also dieses Loft-NURBS in ein Polygon-Objekt durch drücken der "C"-Taste und rufen anschließend "Optimieren" aus dem Struktur-Menu auf.
Wie bereits erwähnt, müssen jetzt die rechts markierten Punkte am Anfang und Ende des Gewindes gelöscht werden um einen weich gestuften, harmonischen Übergang zu schaffen.
Die verbliebenen Treppenstufen füllen wir mit Dreiecken auf, was hier - trotz der späteren Verwendung in einem HyperNURBS - kein Problem darstellt.
Nun erstellen wir einen Zylinder mit demselben Außendurchmesser und derselben Unterteilung wie unser Gewinde.
Wir löschen - nach Umwandlung in ein Polygon-Objekt - eine der mittleren Punktereihen (so daß unser Gewinde frei in diesem Zwischenraum liegt), optimieren auch dieses und verbinden die beiden Objekte.
Jetzt schließen wir unser Objekt indem wir mit dem Brücke-Tool ("B") die fehlenden Polygone erzeugen. Gute Dienste leistet hier auch das PlugIn Stitch & Sew. In dieser Ansicht sehen wir auch weshalb die gleichmäßige Unterteilung notwendig war. Alle Punkte bzw. Polygone sind auf der Y-Achse in einer Geraden angeordnet, wodurch wir ein homogenes Mesh erhalten.
Unser Objekt werfen wir jetzt in ein HyperNURBS. Wir können nun auch schon erste Feinheiten justieren, indem wir die einzelnen Punktereihen in den zylindrischen Bereichen auf der Y-Achse entsprechend positionieren. Gegebenenfalls unterteilen wir noch - wo notwendig - horizontal mit dem Messer. Bei dieser Gelegenheit können wir auch gleich die Flächen am Boden entfernen, indem wir ihren gemeinsamen Mittelpunkt löschen.
Anschließend selektieren wir in der Mitte des unteren Bereichs jeweils zwei nebeneinanderliegende Polygone und extrudieren diese nach innen, wobei "Gruppen erhalten" aktiviert sein muss. Dies kann allerdings nur in mehreren Schritten geschehen, da keine angrenzenden Gruppen gleichzeitig bearbeitet werden können, wenn wir das gewünschte Ergebnis erhalten wollen. Deshalb ist es auch ratsam den Offset durch Werteingabe zu bestimmen. In unserem Beispiel war dies ein Wert von drei Einheiten. Je stärker wir hier extrudiert haben, umso dicker werden später unsere Verbindungsstege der Sollbruchstelle.
Die neu entstandenen Polygone können nun aber alle gemeinsam selektiert und dann entgegen der Normalen extrudiert werden, so daß sie ins Objektinnere ragen (ebenfalls "Gruppen erhalten"). Danach können diese inneren Flächen gelöscht werden. (Das HyperNURBS war hier deaktiviert)
Durch zwei weitere Unterteilungen mit dem Messer in diesem Bereich...
...und Zusammenschieben der Punktereihen entstehen die, für einen solchen Verschluss typischen, Stege. Hier wird klar, weshalb wir für die notwendigen Umfang-Segmente unseres Körpers, einfach die Anzahl der gewünschten Stege verdoppelt hatten. Wären die Zwischenpunkte nicht, hätten wir später unschöne Verzerrungen, da die Eckpunkte der Ausschnitte linear miteinander verbunden wären.
Zuletzt noch die Feinheiten ausgearbeitet, bis die Gesamtform stimmt.
Die Riffelung im oberen Bereich muß nicht notwendigerweise ausmodelliert werden. Es reicht hier völlig eine entsprechende Bump-Map um dies überzeugend darzustellen.

Und hier das Ergebnis noch einmal im direkten Vergleich. Links die Fotovorlage, rechts 3D: