Utah-Teekanne - Utah teapot

Eine moderne Darstellung des Utah-Teekannenmodells

Die Utah-Teekanne oder die Newell-Teekanne ist ein 3D- Testmodell , das zu einem Standardreferenzobjekt und einem Witz in der Computergrafik- Community geworden ist. Es ist ein mathematisches Modell einer gewöhnlichen Teekanne der Marke Melitta , die mit einem nahezu rotationssymmetrischen Körper massiv erscheint. Die Verwendung eines Teekannenmodells gilt als das 3D-Äquivalent eines "Hello, World!" Programm , eine Möglichkeit, eine einfache 3D-Szene mit einem etwas komplexen Modell zu erstellen, das als grundlegende Geometrie für eine Szene mit einem Licht-Setup dient. Einige Programmierbibliotheken wie das OpenGL Utility Toolkit verfügen sogar über Funktionen zum Zeichnen von Teekannen.

Das Teekannenmodell wurde 1975 von dem frühen Computergrafikforscher Martin Newell , einem Mitglied des bahnbrechenden Grafikprogramms an der University of Utah, entwickelt . Es war eines der ersten, das mit Bézier-Kurven modelliert und nicht genau gemessen wurde.

Geschichte

Die eigentliche Melitta- Teekanne, die Martin Newell modelliert hat, ist im Computer History Museum in Mountain View, Kalifornien (1990-heute) ausgestellt.
Externes Bild
Bildsymbol Ein Scan des Originaldiagramms, das Martin Newell erstellt hat, um die Utah Teapot zu planen, bevor er digital eingegeben wird.
Bild mit freundlicher Genehmigung des Museums für Computergeschichte.

Für seine Arbeit benötigte Newell ein einfaches mathematisches Modell eines vertrauten Objekts. Seine Frau Sandra Newell schlug vor, ihr Teeservice zu modellieren , da sie sich zu dieser Zeit zum Tee hinsetzten. Er skizzierte die Teekanne freihändig mit Millimeterpapier und einem Bleistift. Danach ging er zurück ins Computerlabor und bearbeitete Bézier- Kontrollpunkte auf einer Tektronix- Speicherröhre , wiederum von Hand.

Die Teekannenform enthielt eine Reihe von Elementen, die sie ideal für die damaligen Grafikexperimente machten: sie war rund, enthielt Sattelspitzen , hatte durch das Loch im Griff eine Gattung größer Null, konnte einen Schatten auf sich selbst projizieren und ohne Oberflächentextur genau dargestellt werden könnte.

Newell machte die mathematischen Daten, die die Geometrie der Teekanne (ein Satz dreidimensionaler Koordinaten ) beschrieben, öffentlich zugänglich, und bald begannen andere Forscher, dieselben Daten für ihre Computergrafikexperimente zu verwenden. Diese Forscher brauchten etwas mit ungefähr den gleichen Eigenschaften wie Newell, und die Verwendung der Teekannendaten bedeutete, dass sie nicht mühsam geometrische Daten für ein anderes Objekt eingeben mussten. Obwohl das Rendern der Teekanne aufgrund des technischen Fortschritts nicht mehr die Herausforderung ist, die sie 1975 war, wurde die Teekanne weiterhin als Referenzobjekt für immer fortschrittlichere Grafiktechniken verwendet.

In den folgenden Jahrzehnten wurden in Ausgaben von Computergrafik-Zeitschriften (wie der vierteljährlichen Ausgabe von ACM SIGGRAPH ) regelmäßig Versionen der Teekanne vorgestellt: facettierte oder glattschattierte, Drahtgitter-, holprige, durchscheinende, lichtbrechende, sogar Leopardenfell- und pelzige Teekannen .

Das ursprüngliche Teekannenmodell hatte keine Oberfläche, um seine Basis darzustellen, und war nicht dafür gedacht, von unten gesehen zu werden. Spätere Versionen des Datensatzes haben dies behoben.

Die echte Teekanne ist 33 % höher (Verhältnis 4:3) als das Computermodell. Jim Blinn gab an, dass er das Modell während einer Demo im Labor auf der vertikalen Achse skaliert hat, um zu demonstrieren, dass sie es manipulieren können. Sie bevorzugten das Erscheinungsbild dieser neuen Version und beschlossen, die Datei aus dieser Einstellung heraus zu speichern.

Versionen des Teekannenmodells – oder Beispielszenen, die es enthalten – werden mit fast jedem aktuellen Rendering- und Modellierungsprogramm und sogar vielen Grafik- APIs , einschließlich AutoCAD , Houdini , Lightwave 3D , MODO , POV-Ray , 3ds Max und die OpenGL- und Direct3D- Hilfsbibliotheken. Einige RenderMan- kompatible Renderer unterstützen die Teekanne als integrierte Geometrie durch Aufrufen von RiGeometry("teapot", RI_NULL). Neben den erwarteten Würfeln und Kugeln bietet die GLUT- Bibliothek sogar die Funktion glutSolidTeapot()als grafisches Primitiv, ebenso wie ihr Direct3D- Pendant D3DX ( D3DXCreateTeapot()). D3DX für Direct3D 11 bietet diese Funktionalität zwar nicht mehr, wird aber im DirectX Tool Kit unterstützt. Mac OS X Tiger und Leopard enthalten auch die Teekanne als Teil von Quartz Composer ; Die Teekanne von Leopard unterstützt Bump-Mapping . BeOS enthielt eine kleine Demo einer rotierenden 3D-Teekanne, die die Multimedia-Funktionen der Plattform demonstrieren soll. Später erscheint dieselbe Demo und in Haiku .

Teekanne von BeOS/Haiku

Teekannenszenen werden häufig für Renderer-Selbsttests und Benchmarks verwendet.

Originales Teekannenmodell

Die ursprüngliche, physische Teekanne wurde 1974 von ZCMI (einem Kaufhaus in Salt Lake City ) gekauft. Sie wurde 1984 dem Boston Computer Museum gespendet , wo sie bis 1990 ausgestellt war. Sie befindet sich heute in der Ephemera-Sammlung im Computer History Museum in Mountain View, Kalifornien, wo es als "Teapot used for Computer Graphics Rendering" katalogisiert ist und die Katalognummer X00398.1984 trägt. Die ursprüngliche Teekanne, auf der die Utah-Teekanne basiert, ist noch heute bei Friesland Porzellan erhältlich, einst Teil der deutschen Melitta-Gruppe. Ursprünglich erhielt sie den eher schlichten Namen Haushaltsteekanne ; erst 2017 erfuhr das Unternehmen vom „Ruhm“ ihres Produktes, woraufhin sie es offiziell in „Utah Teapot“ umbenannten. Es ist in drei verschiedenen Größen und verschiedenen Farben erhältlich; die von Martin Newell verwendete war die weiße "1,4L Utah Teapot".

Auftritte

"Die sechs platonischen Körper", ein Bild, das die Utah-Teekanne auf humorvolle Weise zu den fünf standardmäßigen platonischen Körpern hinzufügt

Ein berühmtes Raytracing- Bild von James Arvo und David Kirk aus dem Jahr 1987 zeigt sechs Steinsäulen, von denen fünf von den platonischen Körpern überragt werden ( Tetraeder , Würfel , Oktaeder , Dodekaeder , Ikosaeder ). Die sechste Säule trägt eine Teekanne. Das Bild trägt den Titel "Die sechs platonischen Körper", wobei Arvo und Kirk die Teekanne "das neu entdeckte Teepotaeder " nennen. Dieses Bild erschien auf den Titelseiten mehrerer Bücher und Computergrafikzeitschriften.

Die Utah-Teekanne erscheint manchmal im Bildschirmschoner "Pipes" , der mit Microsoft Windows ausgeliefert wird , jedoch nur in Versionen vor Windows XP, und ist seit 2008 im XScreenSaver- Hack "polyhedra" enthalten .

Jim Blinn (in einem seiner " Projekt MATHEMATIK! "-Videos) beweist eine amüsante (aber triviale ) Version des Satzes des Pythagoras : konstruiere eine (2D) Teekanne auf jeder Seite eines rechtwinkligen Dreiecks und die Fläche der Teekanne auf der Hypotenuse ist gleich der Summe der Flächen der Teekannen auf den anderen beiden Seiten.

Loren Carpenters CGI-Film Vol Libre aus dem Jahr 1980 zeigt die Teekanne, die zu Beginn und am Ende des Films kurz im Vordergrund mit einer fraktal gerenderten Berglandschaft dahinter erscheint.

Vulkan- und OpenGL- Grafik-APIs zeigen die Utah-Teekanne zusammen mit dem Stanford-Drachen und dem Stanford-Häschen auf ihren Abzeichen.

Mit dem Aufkommen der ersten computergenerierten Kurzfilme und später der abendfüllenden Spielfilme ist es zu einem Witz geworden , die Utah-Teekanne in Filmszenen zu verstecken. Im Film Toy Story zum Beispiel erscheint die Utah-Teekanne in einer kurzen Teeparty-Szene. Die Teekanne taucht auch in der Die Simpsons- Episode " Treehouse of Horror VI " auf, in der Homer die "dritte Dimension" entdeckt. In Die Sims 2 ist ein Bild der Utah-Teekanne eines der im Spiel erhältlichen Gemälde mit dem Titel "Griff und Ausguss".

Eine von Tomohiro Tachi gefaltete Origami- Version der Teekanne wurde 2007-2008 im Tikotin Museum of Japanese Art in Israel gezeigt.

OBJ-Konvertierung

Obwohl das Original- Teeset von Newell direkt heruntergeladen werden kann, wird dieses Teeset mit einem Satz von Bézier-Patches in einem benutzerdefinierten Format spezifiziert, das sich nur schwer direkt in viele gängige 3D-Modellierungsanwendungen importieren lässt. Daher kann eine tesselierte Konvertierung des Datensatzes in das gängige OBJ-Dateiformat sinnvoll sein. Eine solche Umstellung der gesamten Newell teaset ist verfügbar auf der University of Utah Website.

3d Drucken

Ein 3D- STL- Modell der Teekanne

Durch den 3D-Druck hat sich bei der Utah Teapot der Kreis von einem Computermodell, das auf einer tatsächlichen Teekanne basiert, zu einer tatsächlichen Teekanne basierend auf dem Computermodell geschlossen. Es ist in vielen Ausführungen in verschiedenen Materialien erhältlich, von kleinen Plastik-Nippsachen bis hin zu einer voll funktionsfähigen Keramik-Teekanne. Es wird manchmal absichtlich als Low-Poly- Objekt gerendert , um seinen Ursprung als Computermodell zu feiern.

Im Jahr 2009 druckte das belgische Designstudio Unfold die Utah Teapot aus Keramik in 3D mit dem Ziel, die ikonografische Teekanne zu ihren Wurzeln als funktionales Geschirr zurückzubringen und gleichzeitig ihren Status als Ikone der digitalen Welt zu zeigen.

2015 zog das kalifornische Unternehmen Emerging Objects nach, druckte die Teekanne aber diesmal zusammen mit Teetassen und Teelöffeln aus echtem Tee.

Galerie

Siehe auch

Verweise

Externe Links