IM6 - Einfaches 3D-Modell gestalten
IM6 - Einfaches 3D-Modell gestalten
IM6 - Einfaches 3D-Modell gestalten
Einleitung
In diesem aiMOOC lernst Du, wie aus einfachen geometrischen Grundkörpern ein eigenes digitales 3D-Modell entsteht. Du arbeitest dabei mit einer schulisch geeigneten, browserbasierten 3D-Umgebung wie Tinkercad. Im Mittelpunkt stehen nicht möglichst komplizierte Formen, sondern ein klarer Konstruktionsweg: Grundkörper auswählen, Maße anpassen, verschieben, drehen, ausrichten, gruppieren und bei Bedarf Aussparungen erzeugen.
Du entwickelst vier konkrete Modelle: ein Namensschild, einen einfachen Gegenstand, ein Raumobjekt und ein Modell für den Technikunterricht. Dabei übst Du räumliches Denken, genaues Arbeiten und das schrittweise Verbessern eines Entwurfs.
Leitfrage: Wie kannst Du aus wenigen einfachen Körpern ein verständliches und brauchbares 3D-Modell gestalten?
Für die Arbeit im Unterricht gilt: Nutze nur den von Deiner Schule oder Lehrkraft freigegebenen Zugang. Veröffentliche keine privaten personenbezogenen Daten und teile Entwürfe nur so, wie es im Unterricht vereinbart wurde.
Lernziele
Am Ende kannst Du einfache Gegenstände in Grundkörper zerlegen und daraus ein digitales 3D-Modell aufbauen. Du kannst Formen auf der Arbeitsebene platzieren, ihre Größe verändern, sie drehen, ausrichten, duplizieren, gruppieren und mit Lochkörpern Material entfernen. Außerdem kannst Du erklären, warum Du bestimmte Formen und Maße gewählt hast, und Dein Modell nach Rückmeldungen verbessern.
| Kompetenz | Das kannst Du zeigen, indem Du ... |
|---|---|
| Räumliches Vorstellen | einen Gegenstand als Kombination aus Quader, Zylinder, Kugel, Kegel oder weiteren Grundkörpern erkennst. |
| Konstruieren | Grundkörper gezielt platzierst, skalierst, drehst und kombinierst. |
| Genaues Arbeiten | Maße prüfst und Bauteile sinnvoll ausrichtest. |
| Problemlösen | Fehler im Modell erkennst und eine passende Änderung vornimmst. |
| Begründen | erklärst, warum Deine Form für den gewünschten Zweck geeignet ist. |
3D-Umgebung: Tinkercad
Für diesen aiMOOC eignet sich Tinkercad 3D Design als Lernumgebung. Die Anwendung läuft im Webbrowser und ist für den Einstieg in 3D-Konstruktion gedacht. Im Unterricht solltest Du den Zugang verwenden, den Deine Lehrkraft bereitstellt. Die Oberfläche kann sich im Laufe der Zeit verändern; die Grundideen des Modellierens bleiben jedoch ähnlich.
In einer 3D-Umgebung siehst Du Dein Modell aus verschiedenen Blickrichtungen. Anders als bei einer flachen Zeichnung besitzt ein räumliches Objekt Breite, Tiefe und Höhe. Deshalb ist es wichtig, die Ansicht häufig zu drehen und das Modell von vorne, von der Seite und von oben zu kontrollieren.
Die drei Raumrichtungen
Ein 3D-Modell wird in einem räumlichen Koordinatensystem gedacht. Die drei Achsen werden meistens mit x, y und z bezeichnet. In einer Modellierumgebung helfen Dir diese Raumrichtungen dabei, eine Form nach links und rechts, nach vorne und hinten sowie nach oben und unten zu bewegen.
Du musst in Klasse 6 noch nicht mit komplizierten Koordinaten rechnen. Wichtig ist, dass Du verstehst: Wenn ein Objekt falsch sitzt, kann es in einer der drei Raumrichtungen verschoben werden.
Grundkörper als Bausteine
Viele Gegenstände lassen sich zunächst als Kombination einfacher geometrischer Körper beschreiben. Ein Tisch kann zum Beispiel aus mehreren Quadern bestehen. Ein Rad lässt sich durch einen Zylinder darstellen. Eine Spitze kann als Kegel oder Pyramide modelliert werden.
| Grundkörper | Typische Verwendung im 3D-Modell | Beispiel |
|---|---|---|
| Quader | Grundplatten, Wände, Bretter, Gehäuse | Namensschild oder Tischplatte |
| Würfel | kompakte Bauteile und Blöcke | Spielstein oder Baustein |
| Zylinder | Rollen, Räder, Säulen, Stifte | Rad eines Technikmodells |
| Kugel | runde Köpfe, Knäufe oder Dekoration | Türknauf |
| Kegel | Spitzen, Füße, Trichterformen | Spitze eines Turms |
| Pyramide | Dächer, Spitzen und geometrische Modelle | Dachform |
| Keil | schräge Flächen und Rampen | Stütze oder kleine Rampe |
| Ring oder Rohr | Öffnungen, Reifen und hohle Formen | Griff oder Rad |
| Textform | Beschriftungen und Symbole | Name auf einem Schild |
| Lochkörper | Material gezielt entfernen | Loch für eine Aufhängung |
Vom Grundkörper zum Modell
Ein 3D-Modell entsteht meistens nicht aus einer einzigen perfekten Form. Du kombinierst mehrere einfache Körper so, dass sie gemeinsam den gewünschten Gegenstand ergeben. Dieser Arbeitsweg heißt Modellieren.
- Analysieren: Überlege, aus welchen einfachen Körpern der Gegenstand bestehen könnte.
- Platzieren: Ziehe passende Grundkörper auf die Arbeitsebene.
- Skalieren: Verändere Breite, Tiefe und Höhe.
- Drehen: Stelle die richtige Ausrichtung der Körper ein.
- Ausrichten: Positioniere zusammengehörige Bauteile exakt zueinander.
- Gruppieren: Verbinde Formen zu einem gemeinsamen Objekt.
- Aussparung: Nutze einen Lochkörper, wenn Material entfernt werden soll.
- Prüfen: Betrachte das Modell von mehreren Seiten und verbessere es.
Wichtige Werkzeuge
Arbeitsebene nennt man die Fläche, auf der Du Formen platzierst. Beim Skalieren veränderst Du die Größe eines Körpers. Beim Drehen änderst Du seine Orientierung. Mit Ausrichten kannst Du mehrere Objekte ordentlich aufeinander beziehen. Durch Gruppieren werden mehrere Formen zu einer Einheit. Ein Lochkörper schneidet beim Gruppieren eine Aussparung aus einem festen Körper heraus.
Praxisprojekt 1: Namensschild
Ein Namensschild ist ein guter Einstieg, weil Du nur wenige Formen brauchst und trotzdem wichtige Modellierwerkzeuge übst.
Auftrag: Gestalte ein kleines Schild mit Deinem Vornamen, einem Fantasienamen oder einem neutralen Wort. Wenn der Entwurf später veröffentlicht werden soll, nutze keine persönlichen Daten.
| Bauteil | Geeigneter Grundkörper | Konstruktionsidee |
|---|---|---|
| Grundplatte | Quader | ungefähr 70 mm breit, 25 mm hoch und 4 mm tief |
| Schrift | Textform | mittig auf der Grundplatte ausrichten |
| Aufhängung | Zylinder als Lochkörper | an einer Ecke eine runde Öffnung erzeugen |
| Dekoration | Stern, Kugel, Herz oder eigener Grundkörper | klein halten und nicht über den Rand setzen |
- Lege zuerst die Grundplatte an und passe ihre Maße an.
- Füge eine Textform hinzu und wähle eine gut lesbare Beschriftung.
- Richte den Text mittig zur Grundplatte aus.
- Hebe den Text leicht an oder schneide ihn als Vertiefung in die Platte.
- Ergänze auf Wunsch eine Öffnung für eine Schnur oder einen Ring.
- Prüfe das Modell von oben, vorne und schräg.
Denkfrage: Warum ist ein sehr dünnes Schild zwar materialsparend, aber möglicherweise weniger stabil?
Praxisprojekt 2: Einfacher Gegenstand
Als zweites Modell gestaltest Du einen kleinen Stiftehalter oder Behälter. Dabei lernst Du besonders gut, wie aus einem festen Körper ein hohler Gegenstand wird.
Konstruktionsidee: Verwende außen einen Quader oder Zylinder. Setze innen einen etwas kleineren Lochkörper ein. Der Lochkörper darf nicht vollständig durch den Boden reichen, damit ein geschlossener Boden bleibt.
- Wähle eine Außenform, zum Beispiel einen Quader oder Zylinder.
- Vergrößere die Form so, dass sie als Behälter erkennbar ist.
- Dupliziere die Form und verkleinere die Kopie.
- Verwandle die kleinere Kopie in einen Lochkörper.
- Richte beide Körper mittig zueinander aus.
- Hebe den inneren Lochkörper etwas an, damit unten ein Boden stehen bleibt.
- Gruppiere beide Formen und kontrolliere die Wandstärke.
Transfer: Wenn Du statt eines Stiftehalters eine kleine Schale bauen willst, welche Maße und welche Grundkörper würdest Du verändern?
Praxisprojekt 3: Raumobjekt
Jetzt modellierst Du einen Gegenstand, der in einem Zimmer vorkommen könnte. Geeignet sind zum Beispiel ein Tisch, Hocker, Regal, Bett oder Schrank. Wähle nur so viele Details, dass die Form in Klasse 6 übersichtlich bleibt.
Ein einfacher Tisch kann aus einer Tischplatte und vier Beinen bestehen. Für die Tischplatte eignet sich ein flacher Quader. Die Beine können aus schmalen Quadern oder Zylindern gebaut werden. Besonders wichtig ist hier das Duplizieren: Wenn ein Bein gelungen ist, kannst Du es kopieren und anschließend an den übrigen Ecken ausrichten.
Gestaltungsregel: Erkennbarkeit ist wichtiger als Kleinteiligkeit. Ein gutes Schulmodell zeigt die wesentlichen Formen deutlich.
Mini-Auftrag: Raum planen
Stelle Dein Raumobjekt auf eine größere, flache Grundplatte. Ergänze höchstens zwei weitere Gegenstände. Achte darauf, dass Größenverhältnisse ungefähr plausibel wirken. Ein Bett sollte zum Beispiel nicht kleiner sein als ein Stuhl, wenn beide im selben Maßstab gedacht sind.
Praxisprojekt 4: Modell für den Technikunterricht
Für den Technikunterricht konstruierst Du ein vereinfachtes Rad-Achse-Modell. Dieses Modell zeigt, wie mehrere Bauteile geometrisch aufeinander abgestimmt werden müssen.
| Funktion | Möglicher Grundkörper | Worauf Du achten solltest |
|---|---|---|
| Grundkörper oder Fahrgestell | Quader | gerade und ausreichend breit |
| Räder | Zylinder | gleiche Größe und gleiche Höhe |
| Achsen | schmale Zylinder | parallel und mittig ausrichten |
| Achslöcher | Zylinder als Lochkörper | etwas größer als die Achse planen, wenn Beweglichkeit vorgesehen ist |
| Abstandshalter | kleine Zylinder oder Ringe | Räder vom Fahrgestell trennen |
Beim Technikmodell ist Funktion wichtiger als Dekoration. Überlege deshalb zuerst, welche Bauteile zusammengehören. Kontrolliere anschließend, ob die Achsen parallel liegen und die Räder auf gleicher Höhe angeordnet sind.
Technikfrage: Was könnte passieren, wenn eine Achse schräg im Modell liegt?
3D-Modell verbessern
Ein erster Entwurf ist selten perfekt. Professionelles Konstruieren bedeutet deshalb auch, Entwürfe zu prüfen, Rückmeldungen einzuholen und zu verbessern. Nutze zum Beispiel diese Prüfkriterien:
| Prüfkriterium | Frage an Dein Modell |
|---|---|
| Zweck | Ist klar erkennbar, wofür das Modell gedacht ist? |
| Form | Passen die gewählten Grundkörper zum Gegenstand? |
| Maße | Sind die Größenverhältnisse sinnvoll? |
| Ausrichtung | Sitzen zusammengehörige Teile ordentlich zueinander? |
| Stabilität | Sind sehr dünne oder schwebende Bauteile vermieden? |
| Übersichtlichkeit | Ist das Modell einfach genug, um seine Konstruktion zu erklären? |
| Verbesserung | Hast Du mindestens eine Änderung nach einer Kontrolle oder Rückmeldung vorgenommen? |
Fehlersuche
Typische Fehler sind überlappende Teile, ungewollte Lücken, schwebende Formen, zu dünne Wände oder falsch ausgerichtete Bauteile. Drehe die Ansicht, zoome heran und nutze bei Bedarf die Draufsicht oder Seitenansicht. Ein Fehler, der aus einer Blickrichtung unsichtbar ist, kann aus einer anderen Perspektive deutlich werden.
Vertiefungsvideo
Das folgende englischsprachige Einsteigervideo zeigt unter anderem Grundkörper, Ansichtssteuerung, Duplizieren, Ausrichten, Gruppieren, Lochkörper und den Einsatz des Lineals.
Differenzierung
Wenn Du noch unsicher bist, beschränke Dich auf Quader, Zylinder und Text und arbeite mit wenigen Bauteilen. Wenn Du schneller vorankommst, kannst Du zusätzliche Körper einbauen, symmetrische Formen erzeugen, mehrere Aussparungen planen oder zwei Varianten desselben Gegenstands vergleichen.
Eine besonders gute Erweiterung besteht darin, dass Du vor dem digitalen Modell eine kleine Skizze auf Papier anfertigst. Markiere darauf, welche Grundkörper Du verwenden möchtest. Vergleiche nach dem Modellieren Deine Skizze mit dem fertigen 3D-Modell.
Interaktive Aufgaben
Quiz: Teste Dein Wissen
Welcher Grundkörper eignet sich besonders gut als Grundplatte für ein Namensschild? (Quader) (!Kugel) (!Kegel) (!Ring)
Was bedeutet Skalieren beim 3D-Modellieren? (Die Größe eines Körpers verändern) (!Den Körper löschen) (!Die Farbe des Hintergrunds ändern) (!Den Entwurf veröffentlichen)
Wozu dient das Ausrichten von Objekten? (Objekte gezielt zueinander positionieren) (!Objekte automatisch zu benennen) (!Objekte in Videos umzuwandeln) (!Objekte unsichtbar zu machen)
Was bewirkt ein Lochkörper beim Gruppieren? (Er entfernt Material aus einem festen Körper) (!Er verdoppelt das Modell) (!Er macht das Modell automatisch größer) (!Er sperrt die Kameraansicht)
Welcher Grundkörper eignet sich besonders gut für ein Rad? (Zylinder) (!Pyramide) (!Kugel) (!Quader)
Warum sollte ein Modell aus mehreren Blickrichtungen kontrolliert werden? (Fehler können aus einer anderen Perspektive sichtbar werden) (!Dadurch wird das Internet schneller) (!Dadurch ändert sich automatisch die Farbe) (!Dadurch wird jedes Modell symmetrisch)
Welche Funktion ist beim Modell eines Tisches besonders praktisch, wenn vier gleiche Beine entstehen sollen? (Duplizieren) (!Veröffentlichen) (!Umbenennen) (!Ausblenden)
Was ist bei einem Behälter wichtig, wenn mit einem Lochkörper das Innere entfernt wird? (Ein Boden muss stehen bleiben) (!Alle Wände müssen verschwinden) (!Der Lochkörper muss größer als das Außenmodell sein) (!Der Behälter muss kugelförmig sein)
Was ist beim Rad-Achse-Modell besonders wichtig? (Achsen und Räder passend auszurichten) (!Jedes Rad unterschiedlich groß zu machen) (!Die Achsen diagonal einzubauen) (!Möglichst viele Dekorationen hinzuzufügen)
Welche Aussage beschreibt einen guten ersten 3D-Entwurf für Klasse 6 am besten? (Er ist einfach, verständlich und sinnvoll aufgebaut) (!Er besteht aus möglichst vielen hundert Einzelteilen) (!Er verwendet nur Kugeln) (!Er darf nach dem ersten Versuch nicht mehr verändert werden)
Memory
| Quader | Grundplatte oder Gehäuse |
| Zylinder | Rad oder Säule |
| Skalieren | Größe verändern |
| Drehen | Orientierung verändern |
| Ausrichten | Objekte exakt zueinander positionieren |
| Gruppieren | Mehrere Formen zu einer Einheit verbinden |
| Lochkörper | Material aus einer Form entfernen |
| Arbeitsebene | Fläche zum Platzieren von Formen |
Drag and Drop
| Ordne die richtigen Begriffe zu. | Verwendung im Modell |
|---|---|
| Quader | Grundplatte eines Namensschilds |
| Textform | Beschriftung eines Schilds |
| Lochkörper | Aussparung oder Öffnung |
| Zylinder | Rad eines Technikmodells |
| Keil | Schräge Fläche oder Rampe |
...
Kreuzworträtsel
| Quader | Welcher Grundkörper eignet sich gut für Platten, Wände und Gehäuse? |
| Zylinder | Welcher Grundkörper eignet sich gut für Räder und Säulen? |
| Skalieren | Wie heißt das Verändern der Größe eines Körpers? |
| Gruppieren | Wie heißt das Verbinden mehrerer Formen zu einer Einheit? |
| Ausrichten | Wie heißt das genaue Positionieren mehrerer Objekte zueinander? |
| Arbeitsebene | Wie heißt die Fläche, auf der Formen beim Modellieren platziert werden? |
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Lückentext
Offene Aufgaben
Leicht
- Grundkörper entdecken: Suche im Klassenraum drei Gegenstände und beschreibe, aus welchen einfachen Grundkörpern sie in einem 3D-Modell aufgebaut werden könnten.
- Namensschild planen: Zeichne ein Namensschild auf Papier und markiere Grundplatte, Schrift und mögliche Aussparung.
- Grundkörper-Sammlung: Erstelle in der 3D-Umgebung eine kleine Sammlung aus mindestens sechs unterschiedlichen Grundkörpern und ordne sie übersichtlich an.
- Ansichten vergleichen: Fotografiere oder dokumentiere Dein Modell aus der Vorderansicht, Seitenansicht und Draufsicht und beschreibe, was jeweils besser erkennbar ist.
Standard
- Eigenes Namensschild: Konstruiere ein Namensschild mit Grundplatte, Text und mindestens einer zusätzlichen Form. Begründe Deine Formwahl.
- Einfacher Gebrauchsgegenstand: Gestalte einen kleinen Behälter oder Stiftehalter und achte auf einen geschlossenen Boden sowie sinnvolle Wandstärken.
- Raumobjekt: Baue einen Tisch, Hocker, ein Regal oder einen anderen einfachen Raumgegenstand aus mehreren Grundkörpern.
- Peer-Feedback: Tausche Dein Modell mit einer Mitschülerin oder einem Mitschüler aus. Formuliert jeweils zwei Stärken und einen konkreten Verbesserungsvorschlag.
Schwer
- Technikmodell: Konstruiere ein Rad-Achse-Modell mit Fahrgestell, zwei Achsen und vier gleich großen Rädern. Begründe, wie Du Symmetrie und Ausrichtung kontrolliert hast.
- Variantenvergleich: Erstelle zwei unterschiedliche Lösungen für denselben Gegenstand und entscheide anhand von mindestens drei Kriterien, welche Lösung besser geeignet ist.
- Fehleranalyse: Baue absichtlich ein Modell mit drei typischen Konstruktionsfehlern. Tausche es mit einer anderen Gruppe und lasst die Fehler finden und verbessern.
- Erklärvideo: Produziere ein kurzes Lernvideo oder eine Bildschirmaufnahme, in der Du einen Modellierschritt verständlich erklärst, ohne persönliche Daten zu zeigen.
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Lernkontrolle
- Transfer Namensschild: Ein Schild soll statt aufgehängt auf einen Tisch gestellt werden. Entwickle eine Änderung am Modell und begründe, welche Grundkörper Du dafür ergänzt oder veränderst.
- Fehler im Behälter: Ein modellierter Stiftehalter hat nach dem Gruppieren keinen Boden mehr. Erkläre, wie dieser Fehler entstanden sein könnte und wie Du ihn behebst.
- Raumobjekt optimieren: Ein Tischmodell wirkt instabil, weil die Beine sehr dünn und unterschiedlich positioniert sind. Beschreibe mindestens zwei sinnvolle Verbesserungen.
- Technikmodell analysieren: Bei einem Rad-Achse-Modell sitzt ein Rad höher als die übrigen. Erkläre, wie Du den Fehler systematisch finden und korrigieren würdest.
- Formwahl begründen: Entscheide, ob ein Rad besser als Kugel oder als Zylinder dargestellt wird. Begründe Deine Entscheidung anhand der Form und Funktion.
- Konstruktionsstrategie: Du sollst einen unbekannten Alltagsgegenstand modellieren. Beschreibe einen sinnvollen Arbeitsablauf vom Analysieren des Gegenstands bis zur abschließenden Prüfung des Modells.
Lernnachweis
Für einen Lernnachweis zu diesem Thema ist wichtig, dass Du nicht nur ein fertiges Modell zeigst, sondern auch Deinen Konstruktionsweg erklären kannst.
- Du zeigst mindestens ein selbst gestaltetes 3D-Modell mit mehreren sinnvoll kombinierten Grundkörpern.
- Du kannst die wichtigsten verwendeten Grundkörper benennen und ihre Funktion im Modell erklären.
- Du weist nach, dass Du mindestens drei Werkzeuge wie Skalieren, Drehen, Ausrichten, Duplizieren, Gruppieren oder Lochkörper sinnvoll eingesetzt hast.
- Du dokumentierst mindestens eine Kontrolle aus einer anderen Blickrichtung.
- Du beschreibst einen Fehler oder Verbesserungspunkt und zeigst, wie Du Deinen Entwurf verändert hast.
- Du begründest mindestens eine Entscheidung zu Form, Maß, Ausrichtung oder Funktion.
- Du hältst die vereinbarten Regeln zum schulischen Zugang und zum Schutz persönlicher Daten ein.
OERs zum Thema
Die folgenden frei zugänglichen Materialien helfen Dir beim Vertiefen. Auf Wikimedia Commons findest Du frei lizenzierte Bilder zu geometrischen Körpern und 3D-Modellen. Wikipedia bietet Hintergrundwissen zu CAD und Tinkercad.
Wikimedia Commons: Grundformen Wikimedia Commons: 3D-Modelle Wikipedia: Computer-aided design
Verknüpfte Lernbereiche
Beim Gestalten einfacher 3D-Modelle verbindest Du Inhalte aus Mathematik, Informatik, Technik und Medienbildung. Du nutzt geometrische Körper, räumliche Orientierung und Maße. Gleichzeitig lernst Du einen digitalen Konstruktionsprozess kennen: Idee, Entwurf, Modell, Prüfung und Verbesserung.