CAD Modelle

Modelle und Filme

Die Modelle

Die virtuelle Rekonstruktion von Maschinen ist kein ungewöhnlicher Vorgang. Sowohl für wissenschaftliche Untersuchungen, als auch für Werbe- und Präsentationszwecke sind per CAD ( C omputer A ided D esign) erstellte Modelle oft zweckdienlicher als reale Modelle oder gar die Originale selbst. Üblicherweise kann man dabei allerdings auf Konstruktionszeichnungen, Blaupausen oder Fotos zurückgreifen, wodurch ein Verfahren ermöglicht wird, das man als dreidimensionales Durchpausen beschreiben kann. Dabei werden geometrische Grundobjekte (Würfel, Zylinder, Kugel, etc.) modelliert, deformiert und kombiniert, bis sie mit den Maschinenbauteilen der Konstruktionszeichnungen oder der Fotos deckungsgleich sind.


CAD-Abbild eines Tarrasgeschützes Buch der Stryt und Büchsen: cpg 126, fol. 25r von Thilo Köller

Dies war jedoch beim "Buch der Stryt" unmöglich. Zum Einen gibt es hier zu jeder Maschine nur eine einzige Zeichnung. Für eine eindeutige Rekonstruktion wären mehrere Zeichnungen aus verschiedenen Blickwinkeln nötig gewesen. Zum Anderen sind Zeichnungen des späten Mittelalters perspektivisch nicht korrekt. Verlässt man sich bei der Rekonstruktion alleine auf die Zeichnung, so haben die Bauteile die falschen Größenverhältnisse, Winkel und Abstände zueinander. Oft finden sich auch perspektivische Unmöglichkeiten. Erschwerend kommt noch hinzu, dass Mönch, wie alle Techniker des Mittelalters, mit seinen Zeichnungen gar nicht beabsichtigte, sämtliche Bestandteile einer Maschine detailgetreu wiederzugeben. Es ging ihm nur darum, die Besonderheiten seines Entwurfs zu illustrieren, Neuartiges oder für die Funktionsweise einer Maschine zentrale Elemente hervorzuheben, während gewöhnliche Bestandteile in der Hintergrund traten und oft nur verkleinert dargestellt bzw. zeichnerisch angedeutet wurden. Bei einer tatsächlichen Umsetzung der Maschinen konnten die Baumeister des Mittelalters sich in Detailfragen vornehmlich auf ihre Erfahrung stützen. Vor dem Zeitalter der industriellen Massenfertigung waren Ungenauigkeiten und Improvisation in der Konstruktionsphase sowieso üblich.
Mönchs Buch war ohnehin vermutlich für reine Präsentationszwecke entworfen worden, so dass auch in diesem Fall exakte Zeichnungen und Details nicht notwendig gewesen wären.

Die digitale Wiederbelebung der mittelalterlichen Maschinen ist somit ohne Interpretationsarbeit nicht möglich. Noch vor dem ersten Mausklick muss man eine exakte Vorstellung vom Aufbau der Maschine vor dem geistigen Auge haben, mit besonderem Hinblick darauf, was in der Realität anders gelöst werden müsste, als es die Zeichnungen suggerieren. Zur Absicherung sind auch Vergleichsstudien erforderlich. Oft werden in anderen Skizzenbüchern des späten Mittelalters gerade bei Mönch fehlende Details besser dargestellt, dafür fehlen wiederum bei Mönch besonders hervorgehobene Elemente. Letztlich ergibt sich jedoch ein tragfähiges Gesamtbild, das als Grundlage einer virtuellen Modellierung dienen kann. Die digitale Konstruktion der Maschinen beginnt dann mit der Modellierung der Einzelteile aus Grundobjekten heraus. Die logischen Einzelteile des digitalen Modells entsprechen dabei der Einfachheit halber denen der realen Einzelteile (z.B. Zahnrad, Welle, Kolben, etc.). Die Maße der Bauteile werden dabei nach den in der Zeichnung angedeuteten Relationen festgelegt, da die spätmittelalterlichen Maschinenzeichnungen natürlich keine präzisen Maßangaben enthalten. Streng genommen handelt es sich somit nicht mehr um eine Rekonstruktion, sondern um einen freien Nachbau auf Grundlage der Skizzen. Sind die Einzelteile modelliert, werden sie einfach zusammengefügt. Das Modell ist nun in seiner Form abgeschlossen und kann animiert werden. Bei der Animation handelt es sich jedoch nicht um eine physikalisch korrekte Simulation des tatsächlichen Verhaltens. Die Bewegung wird stattdessen vorausgeplant. Der Zustand der Maschine wird zu verschiedenen Zeitpunkten exakt definiert, worauf die Software für die Zeiträume dazwischen die Zustände errechnet. Das Ergebnis ist ein fortlaufender Film.
Zum Abschluss muss das Objekt noch beleuchtet und texturiert werden, damit es keine bloße Form ist, sondern den Eindruck erweckt, aus verschiedenen Materialien gefertigt worden zu sein. Um dabei eine hohe visuelle Qualität zu erreichen, wurden weiterführende Techniken wie Bumpmapping eingesetzt um den Oberflächen des Modells Struktur und ein glaubwürdiges Lichtreflexionsverhalten zu verleihen.

Die Pulverstampfe

 

 


CAD-Abbild der Pulverstampfe Buch der Stryt und Büchsen: cpg 126, fol. 4r von Thilo Köller

 

Animationen

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1. Tarrasgeschütz

 

2. Pulverstampfe