Licht

Lichtplanung

CAD

CAD Einführung

Böse Zungen aus der Gründerzeit der Rechner benennen CAD mit Control Alt Delete, das eine Tastenkombination darstellt, die den Rechner neu starten lässt, wenn er sich mittelschwer verrannt hat. Aber CAD ist die Abkürzung für Computer Aided Design, was so viel heißt wie Computer unterstützte Entwicklung.

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CAD ist ein Teilbereich aus der Gruppe CAE (Computer Aided Engineering). Unter CAE findet sich auch CAP (Computer Aided Planning), bei dem es um Arbeitsvorbereitung und Materialfußplanungs-Methoden handelt. CAM (Computer Aided Manufacturing) sorgt für den Wareneingang, Transport und Entsorgung. CAQ (Computer Aided Quality Assurance) ist die Bezeichnung für Prüfprogramme, Inspektion und Prototyping.

Verlässt man den CAE-Bereich, so werden die betriebswirtschaftlichen, kaufmännischen und Personalbelange unter CAO (Computer Aided Office) zusammengefasst und die Auftragsveranlassung und Überwachung wird hier mit PPS (Produktionsplanung und Steuerung) bezeichnet.

Warum CAD?

Eine Fraktion sagt, dass sie mit ihren Skizzen und technischen Zeichnungen am Reißbrett wesentlich schneller sind als am Rechner und außerdem muss man nicht erst das Programm als solches erlernen. Damit hat sie Recht. Die Technikgläubigen sagen, dass mit dem Rechner nun alles möglich ist. Filme wie Matrix oder ein Blick in die Konstruktionsabteilung eines großen Automobilherstellers bestätigen die andere Seite auch. Betrachtet man den Ist-Zustand in unserer Branche, ergibt sich folgendes Bild:

Ein großer Vorteil der CAD Systemen ist im Gegensatz zu den Reißbrettern die Unabhängigkeit vom Standort. Einmal im CAD-System erzeugte Daten können via Internet/DFÜ übermittelt werden und so jegliche Entfernung überwinden. Diese Fähigkeit bietet auch weit voneinander entfernten Entwicklungs- und Konstruktionsteams die Möglichkeit der virtuellen Zusammenarbeit.

Man kann kleine Änderungen sehr schnell einarbeiten und hat wieder ein optisch einwandfreies „Papier-Original“ oder man kann bei entsprechender Strukturierung der Zeichnung Informationen beliebig ein- oder ausblenden. Weitere Vorteile gibt es, wenn man mit Zusatzsoftware weitere Funktionen ermöglicht, wie z.B. Zeichnungsverwaltung, automatische Generierung von Stücklisten, Übernahme der Geometriedaten für die Programmierung oder ein Berechnungsprogramm.

3D-Systeme ermöglichen zum einen das Generieren eines dreidimensionalen Objektes, das anschließend in zweidimensionalen Ansichten projiziert und in diesen weiterbearbeitet werden kann. Die Features dieser meist modular aufgebauten Lösungen reichen von herkömmlicher dreidimensionaler Darstellung über fotorealistische und präsentationsfähige Rendering Engines, die heute bereits als Videosequenzen mit plastischer 3D-Darstellung via Shutterbrille gereift sind, bis hin zur Funktionsanalyse.

Innerhalb des ganzheitlichen Produktentstehungsprozesses bilden CAD-generierte Daten die Basis für viele angegliederte Systembausteine. In diesem Zusammenhang sind z.B. Rapid-Prototyping-Systeme auf dreidimensionale Daten angewiesen, um entsprechende Modelle fertigen oder überprüfen zu können. CAD-Systeme können in komplexeren Netzwerken mit CAM oder CAQ verbunden werden, womit die Zeit der eigentlichen Produktentwicklung erheblich verkürzt werden kann.

Der CAD Arbeitsplatz

Je nach Anforderung der Software und Komfortbedürfnis benötigt man für einen CAD-Arbeitsplatz einen handelsüblichen Rechner mit dem üblichen Zubehör wie Tastatur, Maus, Monitor, Drucker bis hin zum Hochleistungsrechner. Soll intensiv auf dem System gearbeitet werden, so sind Systeme mit zwei Grafikkarten oder einer Dual Head-Grafikkarte von Vorteil. Damit lassen sich zwei Monitore am System anschließen, wobei dann doppelt so viel Informationsfläche zur Verfügung steht. Meist werden die Befehls- und Funktionenfelder auf einem Monitor angeordnet, wogegen die Kontrollzeichnung auf dem anderen Monitor Platz findet.

Ein Digitizer Board kann die Eingabe der Befehle aufgrund des Befehlstastenfelds erleichtern (Operator kennen diese Funktion z.B. auch von einigen Stellpulten) und es ist überaus hilfreich, wenn man aus bestehenden Plänen die Punkte der Zeichnung übertragen möchte. Dazu benutzt man eine Digitalisierlupe, auch Puck genannt, oder einen Digitalisierstift, auch Stylus genannt, mit dem man den Punkt auf der Zeichnung über dem Board mit dem Fadenkreuz des Pucks oder mit dem Stift anklickt. Diese Eingabeform ist ein wenig aus der Mode gekommen bzw. heute werden immer mehr sogenannte 3D Mäuse eingesetzt, mit denen man einen Knopf in der Höhe, Seite, vor, zurück , kippen, neigen und rotieren lassen kann und damit alle Freiheitsgrade in der Zeichnung mit nur einer intuitiven Handbewegung  ausüben kann.

Erweiterte Bedienmöglichkeit für die Linke Hand
Während die rechte Hand die Mouse bedient, benutzt die linke Hand die 3-D-Mouse. (Bild: Herbert Bernstädt)

Natürlich ist der Aufbau eines Netzwerks interessant, um gemeinsam mit den betreffenden Abteilungen am Projekt zu arbeiten. Beispielsweise können die Werkstätten nach Erstellung der Bühnenpläne entsprechend der Detailzeichnungen ihre Objekte fertigen, während die Beleuchtungsabteilung ihren Lichtplan darauf aufbaut, und der Bühnenmeister den Umbau und die Lagerung organisieren kann.

Spätestens hier stellt sich die Frage nach dem Ausgabemedium. Soll in Farbe präsentiert werden und wie groß soll die Zeichnung ausgedruckt werden? Ist für den Betrieb auf der Bühne das gewählte Format auch praktisch zu handhaben? In der Praxis hat sich ein Standarddrucker DIN A4 oder DIN A3 bewährt und bei begründeten Anforderungen ein zusätzlicher Plotter des entsprechenden Formates. Ist das geschätzte Aufkommen großer Print-outs gering, aber man möchte dennoch nicht darauf verzichten, so kann man in vielen Copier-Geschäften seine Dateien kostengünstig im gewünschten Format ausdrucken lassen, genauso wie man mit seinen Dateien zum Fotoladen geht und die Bilder in erstklassiger Qualität zu Papier bringen lässt.

Natürlich gibt es auch Firmen, die sich darauf spezialisiert haben Grundrisse, Detailpläne, Lichtpläne, Bühnenpläne zu erstellen. Dies ist besonders interessant, wenn man sein Bühnenhaus einmal erstellen lässt um dann mit seinem eigenen kleinen System nur noch die Szenenbilder darauf einzubinden.

Viele Firmen sind im Laufe der Jahre gewachsen und wenn zu Beginn nur der Firmengründer am Rechner gearbeitet hat, so greifen heute viele Personen auf den Server zu und meist speichert jeder seine Dateien dort, wo er sie glaubt am sinnvollsten abzulegen. Demzufolge herrscht oftmals ein gewisser Wildwuchs, den es zu lichten gilt. Hier sollte man eine Person für die Anlage in Verantwortung benennen. Dieser erlässt die Vorschriften zum Dateihandling, Nutzung privater Dateien, Zugriffsrechte, Freigaben und Passworte. Auch sollte man sich bei größeren Projekten im Vorfeld überlegen wie die einzelnen Aufgaben im System aufgeteilt und wieder zusammengeführt werden können. Ein klassisches, negatives Beispiel ist die Adressenverwaltung. Der eine arbeitet mit Outlook, der andere legt diese in Excel an und der Datenbankguru hat schon längst die Lösung in Access. Von Versions-Verträglichkeiten einmal abgesehen.

Ein System muss auch gepflegt werden und dazu gehört auch die Inventurliste. Welche Erweiterungskarten befinden sich in welcher Maschine und wie ist sie adressiert? insbesondere bei Kleinfirmen werden Karten zwischen den Rechnern bei Bedarf eben mal schnell ausgetauscht. Und wenn dann das System stehenbleibt, muss erst langwierig recherchiert werden, aus welchen Komponenten die Maschine besteht und wie sie konfiguriert ist. Eine Inventur der PCs sollte einmal im Jahr erfolgen. Dies bildet auch die Grundlage bei Neuanschaffungen. Ist die neue Software mit den vorhandenen Komponenten noch kompatibel? Und wenn man schon ein Budget für das System veranschlagt, so ist zu beachten, dass Verbrauchsmaterial wie Druckerpatronen keinen unerheblichen Faktor darstellen. Die unter dem Herstellungspreis angebotenen Tintenstrahldrucker werden über die Tintenpatronen zum größtenteils rückfinanziert. Hier ist das zu erwartende Aufkommen inklusive aller Nebenkosten über ein Jahr als Vergleichsgrundlage zu empfehlen.

Auch die Verfügbarkeit des Systems spielt eine Rolle, genauso wie die Datensicherung. Dabei muss geklärt werden auf welchem Medium soll was gespeichert werden, in welchen Zeitabständen und wer ist dafür verantwortlich. Auch das Abschotten des Systems gegen Angriffe von außen oder Viren mittels Firewall oder anderen Mitteln kann nur so gut sein wie der zuständige Kollege die Parameter solcher Schutzeinrichtungen vernünftig aktiviert.

Da es sich hier um Bildschirmarbeitsplätze mit entsprechenden Richtlinien und Verordnungen handelt, sollten auch Gedanken über die Räumlichkeiten angestellt werden. Insbesondere die blendfreie Lesbarkeit des Bildschirms und die Temperaturentwicklung der Monitore werden oftmals unterschätzt. Auch die Strahlungsbelastung durch die Röntgenröhre des Monitors zur Rückseite hin ist bei Gruppenarbeitsplätze gegenüber den Kollegen nicht so nett, wird aber dennoch meist unbedacht praktiziert.

Vektor nicht Pixel

Software ist entsprechend der Funktionalität und Handling in fast allen Preissegmenten aufgeteilt. Dennoch sind nicht alle Programme mit denen man Bilder erstellen kann auch für unsere CAD-Zwecke geeignet. Aufgrund der technischen Aufbereitung der Daten kann man zwei Gruppen bilden. Paint ist z.B. für die grafische Bearbeitung gedacht. Vergrößert man die Grafik, verliert sie stark an Qualität, da die Bildpunkte an sich nur größer werden. Es wird eine Stufung erkennbar. Die Bilder sind deshalb nicht wirklich skalierbar und Informationen über einzelne Körper im Bild sind nicht existent. Deshalb sind diese Programme für CAD ungeeignet.

Vergrößerung zeigt das Raster aus dem die Zeichnung zusammengesetzt ist
Das Bild besteht aus vielen kleinen Punkten (Pixel) die nacheinander bitweise dargestellt (Bitmap) werden. (Bild: Herbert Bernstädt)

 

Da jeder einzelne Punkt mit Ort und Farbwert abgespeichert werden muss, ist ein erheblicher Speicherplatzbedarf nötig. Deshalb existieren Kompressionsverfahren, um diese Informationen auf geringeres Speichervolumen herunterzurechnen. Wird eine noch stärkere Komprimierung benötigt, um z.B. diese Bilder auch schnell im Internet beim Adressaten erscheinen zu lassen, nimmt man auch den Informationsverlust z.B. über Farben in Kauf. Man kann die unterschiedlichen Verfahren auch an der Dateiendung erkennen.

Ext. Format Farbtiefe verlustfrei Komprimierung Speicherbedarf Sonstiges
bmp Bitmap 24 bit ja nein groß OS/2, Windows spezifisch
jpg Joint Photo Graphic 24 bit nein ja klein Internet geeignet
gif Grafic Interchange Format 8 bit ja ja klein Internet geeignet
pcx Adobe Photo Shop 8 bit Windows spezifisch wurde häufig verändert
psd Tagged Image File Format Variabel ja ja Variabel Adobe spezifisch, Austausch MAC – Windows möglich
tif Portable Dokument Format 24 Bit, 8 bit ja ja groß Plattform übergreifend
pdf hoch klein Adobe benötigt Betrachtungssoftware
Acrobat Reader,
Nicht reines Grafikformat
für Text und Bilder großer Dokumente
Pixelbasierende Dateitypen

 

Bei Programmen die wie AutoCAD Grafiken Vektor-orientiert bearbeiten, werden geometrische Formen (Kreise Rechtecke Linien) gespeichert. Ein Rechteck z.B. besitzt einen Ursprungsort sowie eine Ausdehnung in Länge und Höhe sowie Anstellwinkel. Deshalb können in Vektorgrafiken die Objekte frei skaliert und gedreht werden, ohne dass andere Informationen überschrieben werden.

Eine Vektoriesierte Zeichnung kann man beliebig vergrößern oder verkleinern ohne Informationsverlust
Egal wie man vergrößert oder verkleinert, die Zeichnung bleibt erhalten (Bild: Herbert Bernstädt)

 

Außerdem können Objekten noch weitere Eigenschaften zugeordnet werden. Demnach nutzt man Vektor-orientierte Programme für CAD. Dateien werden Plattform übergreifend meist in folgenden Formaten abgespeichert:

.dxf Drawing Exchange Format besonders verwendet für Datenaustausch zwischen CAD und CAM
.dwg Autodesk AutoCAD

 

Koordinaten

Erweitert man nun die X- und Y-Achsen um eine weitere Dimension, der Z-Achse, kann man nun Körper im Raum beschreiben. Um die Achsen in den verschiedenen Ansichten zu beherrschen, hilft die Rechte-Hand-Regel.

Der Daumen zeigt in die positive X-Richtung, der Zeigefinger in die positive Y-Richtung und der 90 angewinkelte Mittelfinger gibt die positive Z-Achse wieder. Winkelmaße werden immer gegen den Uhrzeigersinn angegeben, beginnend bei 3:00 Uhr mit 0 Grad.

Die Finger bilden ein die drei Achsen im Raum
Hat man ein weißes Blatt auf dem Tisch vor sich liegen und legt seine rechte Hand auf das Papier mit dem Handrücken auf dem Blatt, dann zeigt der Daumen nach rechts in positive x-Richtung, Y vom Körper des Betrachters weg und die Z-Richtung zeigt vom Blatt nach oben in die Luft. (Bild: Herbert Bernstädt)

 

2D – 3D Modelle

Man erstellt technische Zeichnungen, indem man Linien und Kurvenstücke auf einer zweidimensionalen Zeichenebene (Bildschirm) darstellt, ähnlich wie mit Lineal, Zirkel, Bleistift auf Papier.

Wird nun in einem 2D-Programm eine Fläche gezeichnet, so erfolgt dies im 2D-Kantenmodell.

Das Bild zeigt eine Einfache Form in Auf und Seitenansicht
2d Kantenmodell wird für zweidimensionale Zeichnungen eingesetzt (Bild: Herbert Bernstädt)

 

Dabei existieren keine rechnerinternen Verbindungen zwischen den Ansichten wie Aufsicht, Seitenansicht. Die Erzeugung der Ansichten, Schnitte und verdeckte Kanten erfolgt durch herkömmliche Projektion. Änderungen in einer Ansicht müssen einzeln in die anderen Ansichten übertragen werden. Der Betrachter der Zeichnung muss das Objekt mit seinem räumlichen Vorstellungsvermögen erkennen. Auf der X-Achse wird die Position in waagerechten Abständen definiert, während die Y-Achse die senkrecht auf der X-Achse liegende Position markiert.

Beim 3D-Kantenmodell (Drahtmodellierer) liegen keine rechnerinternen Informationen über Bauteilegeometrien zwischen den Kanten vor.

Das Drehen des Körpers in beliebige Lage bzw. Änderung des Standpunktes ist möglich. Auch das Erzeugen beliebiger Ansichten, Perspektiven und Bewegungsanalysen von Bauteilen ist machbar. Aber Ausblenden von verdeckten Kanten oder das Erstellen von Schnitten ist hierbei noch nicht möglich.

Es werden Movinglights an einer Traverse gezeigt.
Drahtgittermodel, man erkennt die Umrisse und kann durch das Model die dahinter liegenden Strukturen ebenfalls erkennen. (Bild: Jens Müller, Autostage)

 

Wenn man dagegen Flächen zwischen den Kanten definiert, erhält man das 3D-Flächenmodell, bei dem keine rechnerinternen Informationen über Bauteilegeometrien zwischen den Flächen vorliegen. So kann man nun verdeckte Kanten ausblenden und die Flächenabwicklung ermöglichen.

Das Bild zeigt Traverse und scheinwerfer mit einer undurchsichtigen Oberfläche.
Die kanten bilden nun eine Fläche die mit einer undurchsichtigen Oberfläche überzogen werden. (Bild: Jens Müller, Autostage)

 

Anstatt einen Körper mit Flächen zu beschreiben, kann man Volumen zur Körperdarstellung benutzen. Im 3D-Volumenmodell werden vollständige rechnerinterne Informationen über Bauteilegeometrien (Addition und Subtraktion von Volumen) verwaltet. Zusätzlich zum Flächenmodell sind nun die automatische Zusammenstellung der Gesamtzeichnungen, Explosionsdarstellungen zur Montage und Wartung, Schattierungen und Lichtreflexe möglich.

Oberflächen wrden Fotorealistisch dargestellt.
Auf den Oberflächen werden Lichtreflexionen für eine realistischere Ansicht simuliert. (Bild: Jens Müller, Autostage)

 

Polygonnetze

Meist erhält man neben den 2D-üblichen Linien, Kreisen, Vierecken und Vielecken die für 3D benötigten Körper in Form von Quadern, Zylindern, Kugeln, Kegeln, Pyramiden und Torus als direkte Auswahl angeboten. Dabei kann durch Verzerren aus den Grundformen schon meist die benötigte Form kreiert bzw. aus Zusammenstellen mehrerer Grundformen neu erstellt werden.

Objekte dargestellt mit Ihren Polygonnetz oberflächen
Polygon-Netze: Dreiecke oder kleinere Flächen bilden die Oberflächen der Modelle. (Bild: Herbert Bernstädt)

 

Um komplexe Körper darzustellen, kommt man mit den geometrischen Grundformen leider nicht mehr aus. Man erstellt eine komplexe Oberflächengestaltung mit sogenannten Polygonmaschen. Diese werden mit speziellen Befehlen erstellt, wobei zwischen einfachen geometrischen Linien Verbindungen gezogen werden, wodurch Flächen entstehen. Durch Verdrehen der Grundlinien sowie die Dichtheit der Linienverbindungen lässt sich jede geschwungene Fläche erzeugen. Wenn ein geschwungener Körper benötigt wird, so kann aus einem Linienprofil durch Rotation der Außenlinien an einer Achse ein komplexer Körper erzeugt werden.

Texturen

Hat man seine Objekte zu seiner Komposition zusammengestellt, so möchte man dieses anschließend so real wie möglich betrachten können. Dazu müssen die Körper mit Oberflächen überzogen werden. Texturen stellen für eine Simulation die Oberflächen von Körpern dar.

Das Bild zeigt den begonnenen Prozesse die Zeichnung zu rändern.
Der nächste Schritt nachdem man den Raum mit Objekten gefüllt hat, ist die virtuelle Berechnung des Lichts. Das Bild wird gerändert. (Bild: Herbert Bernstädt)

 

Das Wichtigste bei der Berechnung wie etwas aussehen wird, sind die Eigenschaften der Oberflächen. Beispielsweise die Zuordnung der Stofffarbe, der Transparenz, die beschreibt wieviel Licht durch den Stoff hindurch scheint, und die Reflexion des Lichtes am Stoff, in der Art von glatt bis rau. Weiterhin der Brechungsindex und die Absorption des Materials, wenn es lichtdurchlässig ist. Bei Funktionen, die Wasseroberflächen simulieren können, muss man Phasenlage, Amplitude und Wellenlänge angeben. Auch ein Objekt kann selbst leuchten (phosphoreszierend bzw. fluoreszierend). Dies sind alles vorstellbare Parameter für Texturen zur optischen Darstellung. Wird dagegen eine Software in der Akustik genutzt, ist es unwesentlich wie die Fläche aussieht, sondern hier ist es interessant, welche akustischen Eigenschaften diese Fläche besitzt, wie z.B. der Absorptionsgrad bei den verschiedenen Frequenzen.

Rendern

Nachdem die Körper mit Texturen eine Oberfläche erhalten haben, werden Lichtquellen (beim Ton wären es Tonquellen wie Lautsprecher) im Raum platziert, um die Auswirkungen als fotorealistisches Bild betrachten zu können. Der Vorgang der Berechnung, wo meist eine Kombination verwendet wird, bei der aus dem Strahlengang des emittierenden Lichtes eine Anzahl von Reflexionen von dem vom Licht getroffenen Körper berechnet wird und vom Betrachterstandort aus der Lichteinfall von den reflektierenden Gegenständen zu einem Bild zusammengesetzt wird, nennt man rendern. Je detailgetreuer das Ergebnis sein soll, umso länger muss gerechnet werden. Natürlich spielt auch die Komplexität der Szene eine Rolle, so dass bei einem mittleren Event eine einzelne Berechnung auch mal einen Tag lang dauert.

Bei der Auralisation beim Ton werden ebenfalls Wellenreflexionen im Raum berechnet, um einen Klangeindruck an einem bestimmten Platz simulieren zu können.

Die Linie

Um eine Linie zu zeichnen, gibt es verschiedene Varianten. Einmal kann man Absolute kartesische Koordinaten eingeben. Kartesische Koordinaten definieren sich auf zwei Achsen, die senkrecht aufeinander stehen. Die Achse, die horizontal verläuft, wird als X-Achse bezeichnet und in rechter Richtung mit Plus gezählt. Folglich ist die Y-Achse die Vertikale und nach oben hin wird auch mit Plus gezählt. Der Kreuzungspunkt der beiden Achsen ist der Nullpunkt. Nach unten oder links von dem Nullpunkt sind negative Werte. Bei der Eingabe einer Linie mithilfe der Absoluten Koordinaten wird der erste Punkt der Linie mit den Abständen zum Ursprung eingetragen. Der zweite Punkt der Linie wird ebenfalls mit den Abständen zum Nullpunkt definiert. Das ist praktisch, wenn man weiß, dass man z.B. vom Bühnenmittelpunkt bis hinten an die Mauer muss, von beiden die Koordinaten kennt und die Länge der Linie sich daraus erst ergibt.

Ein Linie mit zwei Punktangaben
Absolut Kartesische Eingabe einer Linie. Koordinate A und B werden mit ihren Abständen jeweils zum Ursprung beschrieben. (Bild: Herbert Bernstädt)

 

Bei der Relativen kartesischen Koordinate, wird der erste Punkt wie soeben beschrieben auch definiert, jedoch der zweite Punkt erhält nun nur die Differenz von dem Ursprung des ersten Linienpunktes. Das ist dann praktisch, wenn die Linienlänge schon festgelegt ist, wie z.B. bei einer 2-m-Traverse, und damit der Endpunkt sich erst ergibt.

Der zweite punkt wird abhängig vom ersten Punkt angegeben.
In der Relativ Kartesischen Eingabe wird der zweite Punkt der Linie vom Bezugspunkt des ersten Punktes aus gesehen. (Bild: Herbert Bernstädt)

 

Manchmal macht es auch Sinn eine Verbindung zwischen zwei Punkte zu setzen, deren Lage durch Polar angegebene Vektoren definiert sind, auch wenn das weniger die Regel darstellt.

Polare eingabe zweier Punkte für die Erstellung einer Linie
Die Eingabe eines Winkels und den Abstand zum Nullpunkt ist der erste Punkt der Eingabe, um eine Linie zu beschreiben. Der zweite Punkt der Linie wird genauso vom Mittelpunkt definiert. (Bild: Herbert Bernstädt)

 

Möchte man seine Traverse nicht im rechten Winkel anordnen, sondern in einem bestimmten Winkel, dann bieten sich Relative polare Koordinaten an. Hier gibt man wieder den X- und Y-Wert des Startpunktes an, aber dann den Winkel und die Länge der Traverse, in dem Falle nennen wir die Vektorlänge Radius.

Einfache Winkeleingabe von abhängigen Linien möglich.
Bei der relativen Eingabe wird der Winkel und die Länge des Vektors vom Ursprungspunkt der Linie gezogen. (Bild: Herbert Bernstädt)

 

Natürlich kann man auch seine Maus auf die Arbeitsfläche platzieren und dann einen Punkt markieren und mit dem Linienbefehl den Endpunkt mit einem zweiten Mausklick besiegeln. Damit erhält man zwar eine Linie, welche sich aber irgendwo auf der Zeichnung befindet und keinen exakten Bezug zu den anderen Strichen aufweist. Aber es macht durchaus Sinn so freihändig zu verfahren, wenn man die folgenden Hilfsmittel einsetzt.

Bei einem Kreis kann man Mittelpunkt und Durchmesser zur Beschreibung nutzen, zwei Punkte im Durchmesserabstand reichen ebenso zur Eindeutigkeit aus oder man legt einfach drei Punkte auf dem Kreisumfang fest. Je nachdem ob man Objekte aneinanderreihen möchte, wobei die Endlagen sicherlich hilfreich sind, oder Objekte zentriert positionieren möchte, wobei die Mittelpunkt-Koordinaten von Vorteil sind, sollte man sich die entsprechende Eingabeform auswählen. Einige Programme lassen verschiedene Eingabeformen im beliebigen Wechsel zu und andere sind nur mit einer Art ausgerüstet. Auch dies sollte man im Vorfeld für sich testen. Wenn man zum ersten Mal mit CAD arbeitet, sollte, um sich mit der Software vertraut zu machen, ein fertiges Projekt gewählt werden, bei dem alle Daten bereits im Vorfeld bekannt sind. So ist das Verhalten der Software bei Eingaben zu kontrollieren. Außerdem sind bei einem Neukonzept nicht immer alle Maße bekannt, so dass man beim Erlernen einer Software mit zwei Problemen kämpfen muss. Auch die Zielvorstellung, was erreicht werden soll, ist im Vorfeld zu klären. Wie sieht z.B. die Raumaufteilung aus? Zur Erhöhung der Vorstellungskraft kann man eine Skizze auf Papier anfertigen. Welche Zeichnungen, Ansichten, Detailpläne werden benötigt oder anders ausgedrückt, wem will man was mit der Zeichnung sagen? Auch bei der Informationstiefe zwischen nett anzusehen und viel zu aufwendig ist für das Verständnis abzuwägen. In welcher Form wird die Information am besten dargestellt? Welche Einheiten werden t? Der Maßstab muss festgelegt werden. Im Vorfeld ist auch zu klären, in welcher Rheinfolge die Zeichnung entstehen soll. Das heißt z.B., fängt man mit dem Dach oder dem Fundament an. Durch Spiegeln und Kopieren einzeln erstellter Objekte lässt sich oft der Gesamtaufwand erheblich minimieren. Insbesondere hier sollte im Vorfeld ein paar Momente inne gehalten werden, um zu konzeptionieren, als gleich den ersten Strich zu setzen.

Layer

Eine gut strukturierte CAD-Zeichnung besteht aus mehreren Layern, vergleichbar mehreren übereinandergelegten Transparentfolien. Jeder dieser Layer enthält bestimmte Linienarten oder Informationen. Durch Ausschalten eines Layers kann ein Teil der Zeichnungsinformation unsichtbar gemacht werden, entsprechend dem Entnehmen einer Folie aus dem Stapel.

 

z.B.:

Beschreibung LayerName

  1. Kontour 0
  2. Verdeckte Kanten 2
  3. Gewinde und Hilfslinien 3
  4. Bemaßung 4
  5. Text 5 z.B. ….(Scheinwerfer) fixtures………..(Rigging) Truss
  6. Akt 1 Bild 1 Aufbauten S1B1_blau
  7. Akt 3 Bild 2 Aufbauten S3B2_grün
Bild zeigt einen STufenlinsenscheinwerfer mit Torklappe.
Hier wurden die Torklappen auf einen eigenen Layer gezeichnet und auf „sichtbar“ gesetzt. (Bild: Herbert Bernstädt)

 

Stufenlinse ohne Torklappe
Der Layer Torklappen wurde auf „nicht sichtbar“ gesetzt – die Torklappe erscheint nicht. (Bild: Herbert Bernstädt)

 

Printmedium Größe

Je nachdem, welche Möglichkeiten zum Ausdrucken der Arbeit zur Verfügung stehen, sollte man die Größe des Arbeitsblattes definieren. Es hat sich Folgendes bewährt: Objekt +20 % Reserve für Maße und Beschriftung.

Zeichenfläche Blattmaße
in mm
Zeichenfläche
in mm
DIN A4 hoch 297*210 287*200
DIN A4 quer 210*297 200*287
DIN A3 297*420 287*410
DIN A2 420*594 410*584
DIN A1 594*841 584*831
DIN A0 841*1189 831*1179

Maße für die Zeichenfläche je nach Blattgröße

 

Raster und Fang

Damit die Bauteile ordentlich ausgerichtet werden und bündig aneinanderreihen, sind meist Fangfunktionen einstellbar. Wenn man mit seinem Objekt in die Nähe eines anderen Objektes kommt, so rutschen diese wie magnetisch angezogen zusammen und richten sich so exakt bündig aus. Auch kann man „Magnet“-Punkte wie ein Gitternetz über die gesamte Fläche verteilen. Das damit erstellte Raster kann meist auch nach Belieben so fein oder grob eingestellt, wie man es zum Ausrichten seiner Objekte am besten benötigt. Eine Erweiterung wie z.B. „Assembly“ kann sogar Trusselemente untereinander oder mit Objekten zu einer Einheit zusammenfügen. Dann werden bei Verschiebung der Truss auch die angebrachten Objekte wie Moving Lights mit verschoben. Idealerweise sollte Horizontal und Vertikal getrennt eingestellt werden können. Eine ähnliche Funktion ist die Gruppierung. Dabei werden alle markierten Objekte zu einer Gruppe zusammengefügt. Statt der einzelnen Körper wird die gesamte Gruppe angewählt. Verschoben wird dann auch die gesamte Gruppe.

Eine sehr mächtige Funktion ist auch das Stutzen. Hier wird z.B. eine Line über eine andere gezogen, obwohl diese Linie genau zu dieser Linie hin abschließen soll. Also überschreitet man der Einfachheit halber die Linie und löscht das überschrittene Stück mit dem Befehl „Stutzen“ einfach wieder.

Frame

Unter Frame verstehen wir den Rahmen der die gesamte Zeichnung umgibt. Meist rechts unten befindet sich ein Bereich (Schriftfeld) in dem alle wichtigen Informationen dieser Zeichnung wieder zu finden sein müssen. Bei organischen Entstehungsprozessen werden viele Versionen angefertigt und nach einiger Zeit fällt es schwer, die gewollte Version aus den verschiedenen Derivaten herauszusuchen. Deshalb sollte nicht eine einzige Zeichnung angefertigt werden, in der kein Schriftfeld mit den aktuellen Daten und Versionsnummer angelegt ist. DIN 6771 T1 legt im Zuge wirtschaftlicher und organisatorischen Gründen ein gemeines Grundschriftfeld fest.

Blöcke

Grade wenn man z.B. einen Bestuhlungsplan zeichnet oder andere geometrische Wiederholungen anfertigen muss, ist die Past and Copy-Technik sehr nützlich. Oftmals gruppiert man einen Bereich von Linien, die immer zusammenbleiben sollen, und wendet dann die Kopierfunktion auf die Gruppe an. Es ist z.B. auch sehr effektiv, wenn man sich im Vorfeld Gedanken um symmetrische Wiederholungen macht. Denn wenn man im Vorfeld weiß, dass die Anordnung links wie rechts gleich sein wird bzw. gespiegelt oder gar rotationssymmetrisch ist, dann erstellt man nur die Zeichnung von der einen Hälfte bzw. nur ein Viertel der Kreisspeichen des Riesenrades. Die restlichen fehlenden Bereiche werden dann mittels Spiegelfunktionen, auch bei Viertelkreis dann eben nicht nur vertikal, sondern auch horizontal gespiegelt. Natürlich könnte man das auch gruppieren und mittels 90° gedrehter Kopie einfügen realisieren. Jedoch Obacht, denn bei vielen Kopien einer detailreichen Gruppe wird sich auch der Speicherbedarf für diese Datei sehr schnell erhöhen und unangenehme Größen erreichen, was sich einmal in der Verarbeitungsgeschwindigkeit bei der Handhabung der Datei äußert, oder zuletzt das einfache Versenden der E-Mail mit dieser Datei als Anhang erschwert, wenn diese größer wird als die meisten Postfächer erlauben. Um dies zu verhindern, gibt es sogenannte Blöcke, die je nach Programm auch anders bezeichnet sein können. Unter einem Block versteht man das Abspeichern einer Gruppe von Zeichenelementen die z.B. einen Stuhl, Podest, Traverse darstellen. Wenn man dann diese als Block abspeichert, dann hat man sozusagen eine Unterzeichnung abgespeichert. Wenn man nun eine Stuhlreihe aufbaut, dann bezieht man sich auf diesen Block Stuhl. Jedoch wird nun im Programm nur ein detailreicher Stuhl in der Datei gespeichert, und die weiteren Stühle beziehen sich dann nur auf den Block und selbstverständlich ihre Einfügeposition. Damit hat man nicht nur den Speicherbedarf dramatisch reduziert, sondern hat noch die Möglichkeit, wenn z.B. eine Änderung an dem Stuhl erfolgen soll, dann editiert man nur den Block und siehe, die anderen Stühle, die sich auf diesen Block beziehen sind auch geändert. Somit ist die Block-Funktion eins der mächtigsten Tools in einem CAD-Programm. So kann man sich über jeden Scheinwerfer, Traverse oder sonstiges Element einen Block erstellen und ihn in anderen Zeichnungen wieder einfügen und damit in Windeseile seinen Plan erstellen. Natürlich ist es sehr zeitaufwendig von allen Scheinwerfern einen Block zu erstellen bzw. wenn man gerade das eine oder andere Element braucht, hat man in der Regel nicht die Zeit das vernünftig in kurzer Zeit zu realisieren. Aber man kann sich solche Bibliotheken auch kaufen bzw. es gibt auch Plug-ins für CAD-Systeme, bei denen gerade für die Veranstaltungstechnik die benötigten Elemente vorhanden sind und darüber hinaus weitere nützliche Funktionen integriert sein können.

CAD angrenzender Gefache

Es existieren CAD-Programme, die sehr spezifisch für nur einen Zweck zu nutzen sind, wie z.B. Eagle, um damit Leiterbahnen auf Platinen zu entflechten. Auf der anderen Seite sind Programme insbesondere mit Zusatzmodulen wie AutoCAD für verschiedenste Einsatzbereiche einzusetzen. Dies macht eine Auswahl des richtigen Produktes nicht einfacher. Deshalb erfolgt hier eine kurze Auflistung von CAD-Programmen angrenzender Gefache. Dabei kann diese Auflistung bei weitem nicht den Anspruch auf Vollständigkeit erheben.

Architektur / Bauwesen / Stahlbau:
AutoCAD, AcadGraph, CADdy, HiCAD, MegaCAD, XSTEEL, Turbocad 2D/3D, Pro Engenier, PKS
Davon ist AutoCAD das älteste und verbreitete CAD-Programm für den PC. Die Bedienung über Menüs und Symbolleisten entsprechen heute voll dem von Microsoft gesetzten Windows-Standard.

Elektrotechnik:
CADdy, ELCAD, EPLAN, HiCAD, Pspice, Eagle, Protel

Maschinenbau:
AutoCAD, CADdy, Cadkey, HiCAD, Inventor, IronCAD, LogoCAD, MegaCad, Rhinoceros, Solid Edge, Genius

Software Produkt-Datenmanagement:
HiCAD, GAIN

CAD für Ton

Ein Ziel kann es sein, dass in der Planungsphase einer Tonanlage die Sprachverständlichkeit ermittelt werden soll bzw. mit welchem Equipment und bei welcher Anordnung ein zufriedenstellendes Ergebnis erzielt werden kann. Auch der Raum muss in die Betrachtung mit einbezogen werden, um Materialien oder konstruktive Veränderungen vorzunehmen, die dem Ziel der anzustrebenden messbaren Parameter näherkommen. Dabei spielen viele Parameter eine Rolle wie Sprachverständlichkeit, Amplitudenfrequenzgang, Schalldruckverteilung, Direktschall, Gesamtschall, Raytraceing, hier Impulsantwort-Nachhallzeiten und Auralisation.

Dazu werden natürlich Daten benötigt wie das Lautsprecher-Abstrahlverhalten oder Raumbeschaffenheit mit deren Materialien. Meist liegen bereits Baupläne über das betreffende Gebäude als .dxf Datei vor, die idealerweise in das Simulationsprogramm importiert werden könnten.

Die folgende Auflistung ist ohne Anspruch auf Vollständigkeit erhoben:
EASE, Acousta CADD von Altec Lansing, CADP2 von JBL, Ulysses Vertrieb über IFB und Modeler von Bose, welcher aber nur mit Bose-Produkten arbeitet und als einziges Programm auf MAC Hardware wiederzufinden ist.

CAD für Bühne

Zunächst muss der Verwendungszweck definiert werden. Welche Aufgaben sollen über CAD gelöst werden und welche Software ist für welche Aufgabe geeignet, oder kann eine Software alle Funktionen übernehmen und mit welchen Einschränkungen werde ich dann evtl. konfrontiert? CAD für die Bühne lässt sich in folgende Bereiche einteilen:

a) Konstruktionszeichnungen für die Werkstätten, insbesondere wenn mechanisch bewegte Konstruktionen, wie z.B. ein Messer von Elisabeth, gebaut werden sollen und gerade im Zusammenhang mit Motorsteuerung oder Hydraulik. Aber auch im Eventbereich, wenn Autos quer über Publikum geflogen werden.

Oftmals werden so komplexe Anforderungen an ein Einzelstück gestellt, dass diese nicht mehr mit den hauseigenen Mitteln bewerkstelligt werden können. In den beauftragten Fachfirmen kommen dann spezielle CAD-Programmen wie Pro Enginier (Maschinenbau) oder PKS (Stahlbau), wegen der Knoten Momente, Schraubstöße und Anschlussplatten als fertige Module, zur Anwendung.

b) Als Bühnenplan für den Bühnenaufbau sowie für Umbauten der Szenenbilder innerhalb des Stückablaufes, um Mannschaften für reibungslose Transportwege und effektive Lagerhaltung die notwendigen Informationen darzustellen. Immer mehr Theater stellen CAD-Arbeitsplätze für diese Tätigkeiten zur Verfügung. In der Regel werden die Pläne als Grundriss (Aufsicht) und ab und zu zusätzlich als Schnitt (Seitenansicht) dargestellt. Damit ist gleichzeitig ausgesagt, dass diese Pläne meist in 2D dargestellt werden, da 3D zu arbeitsintensiv ist.

Beispiel Staatstheater Darmstadt: Dort sind 6 Arbeitsplätze miteinander vernetzt und ein A0 Plotter steht bereit. Auf einem Arbeitsplatz ist AutoCAD 14 installiert, während auf den übrigen Plätzen AutoCAD LT (nur 2D-fähig) mit Maschinenbaubibliothek installiert ist.

In der Praxis wird nur 2D gearbeitet und dann auch nur bei größeren Produktionen. In der Hauptsache wird der Grundriss der Spielstätten ausgedruckt und darin von Hand der Aufbau eingezeichnet.

Bei Umbauten von mehreren Szenen pro Stück kann die Layertechnik zur Anwendung kommen. Aber auch durch verschiedene Farben oder unterbrochene Linien kann man die zeitlichen Zusammenhänge kenntlich machen. Die Portallinie und die Mittellinie bilden überwiegend die Bezugslinie zum Einmessen von Bühnenaufbauten.

c) Um Szenenbilder vorweg fotorealistisch zu erstellen, um damit Kunden oder Kollegen besser überzeugen zu können.
d) zur Erstellung von Bestuhlungs- und Fluchtpläne.

Oftmals findet man folgende Programme in der Anwendung:
AutoSTAGE www.autostage.de
AutoCad http://www.autodesk.com/autocad
Vectorworks www.vectorworks.net
Sketch
3D-Studio

Und als Tool, um sich Dateien wenigstens ansehen zu können, View 32 ein kostenloser 2D-viewer unter http://www.fastcad.com/ zum Herunterladen.

 

CAD für die Beleuchtung

Beleuchtungssoftware lässt sich grob in folgende Bereiche einteilen:

  • Listengeneratoren für Equipment
  • Beleuchtungs- und Fokussierungpläne
  • Showprogrammierung ohne Bühne
  • Simulation des Showablaufes auch als Video zu erstellen
  • Berechnung lichttechnischer Größen (Kamerafahrten)
  • Simulation eines Bühnenbildes fotorealistisch

Die Bedieneroberfläche und deren Bedienphilosophie ist eins der wichtigsten Kriterien bei der Auswahl der passenden Software. Denn sie stellt die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine dar. Es ist relativ unerheblich ob ein fotorealistisches Rendering eine Stunde oder zwei benötigt, da dieser Funktionsaufruf am Ende einer Sitzung aufgerufen wird und ruhig mal über Nacht laufen kann bzw. auch solange dauern kann. Viel wichtiger ist es, ob der Anwender intuitiv die Software bedienen kann und auf einen Befehl sofort eine Reaktion und die Auswirkung erkennbar sind.

Testshow für visualiesierung
CAD Beleuchtung und Visualisierung mit dem Martin Showdesigner (Bild: Herbert Bernstädt)

 

Auch die Anzahl der hinterlegten Objekte, seien es Scheinwerfer, Farbfolien oder Bühnenelemente ist von entscheidender Bedeutung für ein schnelles und effektives Arbeiten mit einer Simulation.

Materialien wie Gaze, Nessel, Operafolie oder Molton bzw. Textur sollten vorhanden sein oder man muss sie selber erstellen und editieren können. Dazu sollte auch das .bmp-Format eingelesen werden können, um Oberflächen oder andere Objekte mit der entsprechenden Zeichnung zu überziehen.

Weiterhin ist darauf zu achten, dass Bitmaps in Gobos umgewandelt werden können, man selber neue Scheinwerfer anlegen und DXF Files importieren kann, praktische Kopier-, Ausricht- und Gruppierungsfunktionen sowie zur Anwahl des nächsten Spots eine NEXT Funktion zur Verfügung stehen.

Nach dem Rendern sollte man Nebel, Spiegel, Farbmischung und Schattenverläufe begutachten. Die Integration von Listengenerator oder gar Trussbelastungsberechnung aller Kabel- und Fixture-Lasten wäre ebenso wünschenswert.

Kollisionserkennung wird noch auf sich warten lassen müssen, aber Torklappen, Blendenschieber sollten als Elemente einfach am Spot anfügbar sein. Bewegte Truss mit befestigten Moving Lights können nur wenige Softwares. Zum Szenenumbau muss meist in der Layertechnik gearbeitet werden. Das Luxmeter soll unterscheiden zwischen Umgebungslicht und Direktes Licht. Wünschenswert wäre nun noch die Farbtemperatur sowie der Farb x- und y-Wert.

Folgenden Programme sind typische Vertreter Ihrer Art:

AutoSTAGE   www.autostage.de
Vektorworks mit Addone Spotlight
Capture Polar     www.capturesweden.com
grandMA 3D   www.malighting.com
LD Assistant   www.design-drafting.com
Luxart    www.luxart.com
LxDesigns   www.lxdesigns.co.uk
Martin Show Designer   www.martin-professional.de
Stardraw   www.stardraw.com
Wysiwyg   www.cast-soft.com
ESP Vision   www.espvision.com

 

Tipps für Beginner

Wenn man zum ersten Mal mit CAD arbeitet, sollte man, um sich mit der Software vertraut zu machen, ein fertiges Projekt wählen, bei dem alle Daten bereits im Vorfeld bekannt sind. So kann man das Verhalten der Software bei den Eingaben kontrollieren. Außerdem sind bei einem Neukonzept nicht immer alle Maße bekannt, so dass man beim Erlernen einer Software mit zwei Problemen gleichzeitig kämpfen muss. Auch soll die Zielvorstellung, was man erreichen will, im Vorfeld geklärt sein, z.B. wie sieht die Raumaufteilung aus? Vielleicht macht man sich zur Erhöhung der Vorstellungskraft eine Skizze auf Papier, um von dort aus in der Software exakt zu zeichnen. Welche Zeichnungen, Ansichten, Detailpläne werden benötigt oder anders ausgedrückt, wem soll was mit der Zeichnung gezeigt werden? Auch bei der Informationstiefe ist zwischen nett anzusehen und viel zu aufwendig für die gewollte Informationsmitteilung abzuwägen. In welcher Form wird die Information am besten dargestellt? Welche Einheiten verwenden? Der Maßstab muss festgelegt werden. Auch ist es sinnvoll in welcher Reihenfolge die Zeichnung entstehen soll. Das heißt, ob man mit dem Dach oder mit dem Fundament beginnt. Weil man dann mit den zuerst erstellten Maßen, sprich Mauern, im wahrsten Sinne des Wortes aufbauen kann. Durch Spiegeln und Kopieren einzeln erstellter Objekte lässt sich oft der Gesamtaufwand erheblich minimieren. Insbesondere hier sollte im Vorfeld ein paar Momente inne gehalten werden, um zu konzeptionieren statt gleich den ersten Strich zu setzen.

Und zuletzt, um mit einer Software weitere Fortschritte zu erreichen und sich mit ihr wohl zu fühlen, gibt es die Regel, jeden Tag einen neuen Befehl zu erlernen und den Befehl Hilfe zu benutzen.

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