Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera


Budowa modelu 3D

 

Czas czytania: ~10 min


Wizualizacja - budowa modelu 3D

 

Modelowanie w sensie technicznym nie jest szczególnie trudne. Opanowanie podstawowych możliwości w zakresie operowania trzecim wymiarem w zasadzie wystarczy do stworzenia dowolnego modelu. Najtrudniejsze jest zachowanie kontroli nad tworzoną przestrzenią, aby przybrała pożądany kształt. W poprzednim artykule przypomniałem polecenia i funkcje programu AutoCAD, które są najbardziej przydatne podczas modelowania. Zakładam, że czytelnik, po przeczytaniu poprzedniego artykułu, potrafi budować proste bryły i korzystać z omówionych funkcji 3D. Dlaczego AutoCAD Na wstępie kilka słów wyjaśnienia, dlaczego będziemy się zajmować modelowaniem za pomocą AutoCAD-a. Powodów jest kilka. Po pierwsze program ten jest standardem w dziedzinie projektowania. Filozofia pracy w AutoCAD-zie jest dość prosta i znajomość niewielkiej liczby komend pozwala sporządzić kompletną dokumentację, co niewątpliwie tłumaczy popularność tego programu. Działa on na najbardziej podstawowym poziomie: linii i brył. Jest właściwie dość szczególnym edytorem graficznym rozbudowanym o funkcje 3D i dostosowanym do potrzeb inżynierskich. Ze względu na swoistą "prymitywność" AutoCAD jest niejako punktem wyjścia dla innych, bardziej zaawansowanych programów. Po drugie, istnieją nowocześniejsze programy, ale rzadziej używane (w tym również nakładki na AutoCAD-a), w których projektuje się od razu w trybie 3D. Modelowanie odbywa się w nich niejako automatycznie. W AutoCAD-zie natomiast musimy budować model "od zera", na podstawie gotowej dokumentacji. Jak już pisałem w poprzednim artykule, istnieją dwa sposoby modelowania: przy użyciu powierzchni i przy użyciu brył. Obecnie stosuje się najczęściej modelowanie za pomocą brył (solids). Jest to najpraktyczniejsza metoda, umożliwiająca korzystanie z operacji Boole'a: sumowania, odejmowania oraz znajdywania części wspólnej brył. Większość modelowanych brył można w zasadzie sprowadzić do kombinacji prymitywów (prostopadłościan, walec itd.) lub prymitywów i wyciąganych do trzeciego wymiaru kształtów (extrude). Zastosowanie operacji Boole'a daje wystarczające możliwości dla zbudowania modeli większości obiektów architektonicznych. Są jednak sytuacje, w których nadal do modelowania używa się powierzchni, np. w przypadku powierzchni nieregularnych, powstających z rozpięcia przestrzeni między czterema różnymi krzywymi (Edgesurf). Uzyskanie takiej powierzchni jako bryły jest praktycznie niemożliwe. Dość częste zastosowanie mają także prostsze płaszczyzny, np. czworokątne, składające się z dwóch trójkątów (3dface), których używa się do tworzenia szkleń, a po przypisaniu map przezroczystości ­ do imitacji takich elementów, jak barierki, siatki itd. Poza tym powierzchnie bardzo dobrze nadają się do tworzenia nieregularnego terenu. Model Tworzenie modelu komputerowego wymaga zrozumienia zasad, za pomocą których przekazujemy programowi obraz tworzonej przestrzeni. Musimy nauczyć się "komputerowego" sposobu myślenia o trójwymiarowych obiektach. Budowa modelu jest zazwyczaj najbardziej czasochłonnym etapem tworzenia wizualizacji, a zarazem najbardziej żmudnym. Zanim przystąpimy do wykonania modelu, musimy wziąć pod uwagę wiele czynników, które będą miały wpływ na jego dokładność, wykonanie oraz eksport do programu renderującego. Dobre zaplanowanie modelu znacznie skraca czas pracy i ułatwia ewentualne poprawki już w programie wykonującym rendering. Gdy rozpoczynamy pracę, musimy zazwyczaj dysponować projektem służącym za podstawę naszego modelu. Oczywiście, najlepiej, gdy jest to projekt komputerowy, na którym bezpośrednio możemy przeprowadzić modelowanie. Wszystkie wymiary, obrysy itd. wskazujemy bez podawania ich wartości i definiowania dwuwymiarowego kształtu od podstaw. Rzuty budynku zamieniamy na polilinie (pedit/join to polyline) i wyciągamy (extrude) lub wykonujemy na rzucie obrys nową polilinią (pline). Wartości wysokości wyciągnięcia (extrude height) wskazujemy bezpośrednio na przekroju. Oczywiście, możemy uzyskać żądaną bryłę również przez dopasowanie do rzutu prymitywów. Otwory okienne tworzymy w miejscu, w którym występują one na rzucie, następnie podnosimy na wysokość odczytaną z przekroju i wycinamy (substract) nimi otwór w bryle powstałej z takiego wyciągnięcia. Kształt połaci dachowych uzyskujemy np. przez odpowiednie przycięcie bryły o podstawie obrysu dachu (slice). Połacie dachowe można również stworzyć za pomocą powierzchni, ale daje to mniejsze możliwości edycji, ponieważ powierzchnie nie podlegają operacjom Boole'a. Najlepszym rozwiązaniem jest osobne modelowanie poszczególnych kondygnacji. Zwykle, kiedy mamy do czynienia z budynkiem o większej liczbie kondygnacji, istnieje tzw. kondygnacja powtarzalna, którą wystarczy zbudować raz, a następnie skopiować odpowiednio wiele razy. Możemy zapisać powtarzalną kondygnację np. jako blok (wblock), a wtedy kolejne kondygnacje powtarzalne wstawiamy jako bloki. Skraca to czas potrzebny na edycję, ponieważ jeżeli zmienimy definicję bloku ­ kondygnacji, wtedy wszystkie pozostałe zostaną automatycznie zaktualizowane. Jednak przed eksportem dobrze jest rozbić (extrude) zblokowane kondygnacje i połączyć wszystkie w jedną bryłę za pomocą operacji Boole'a (union). Zmniejszy się w ten sposób liczba obiektów, co wpłynie na przyspieszenie renderingu. Zdarzają się sytuacje, w których wiadomo, że już po renderingu będzie trzeba najprawdopodobniej wprowadzać zmiany w bryle budynku. Wtedy najlepszym rozwiązaniem jest utrzymanie podziału kondygnacji na osobne bryły, ponieważ możemy wymieniać poszczególne kondygnacje w programie do renderingu, importując tylko wybrane części modelu z AutoCAD-a lub korzystając z opcji linked DWG w 3DMAX/VIZ. Poza tym budowa modelu z zachowaniem podziału na kondygnacje zdecydowanie ułatwia edycję poszczególnych kondygnacji. Wykonywanie modelu do celów koncepcyjnych może się odbywać na wskanowanych szkicach. Wymaga to znacznie mniejszej dokładności, jeżeli chodzi o wymiary modelu, ważne są proporcje i pokazanie logiki tworzącej nową przestrzeń. Decyzje projektowe Po pierwsze musimy zdecydować, jak istotne jest pokazanie tego, co dzieje się w środku obiektu, czyli ­ czy robimy także model wnętrza. Zazwyczaj wykonuje się tylko model architektury zewnętrznej, uwzględniający takie elementy, jak dziedzińce, atria itp. Wizualizacje wnętrz wykonuje się niezależnie od bryły budynku, ponieważ wzrost złożoności modelu znacznie spowalnia proces renderingu i edycji. Trzeba pamiętać, że komputer podczas renderingu liczy również obiekty niewidoczne (zasłonięte przez inne). Wykonanie modelu wnętrza jest wskazane np. wtedy, gdy wnętrze znajduje się za szklaną ścianą kurtynową, która nie jest lustrzana. Jeżeli wnętrze to będzie jednak małe w stosunku do samego modelu, wystarczy prosty model z prymitywów. Obiekty za szybą będą i tak słabo widoczne, ponieważ w szklanej ścianie częściowo odbija się otoczenie, a obiekty znajdujące się w środku, oddalone od szyby, widać coraz gorzej. Jeżeli chcemy wykonać model przeznaczony do animacji, np. pokazać kamerą bryłę budynku, a następnie jego wnętrze, musimy zazwyczaj połączyć oba modele. Przy odpowiedniej wprawie możemy także połączyć dwie niezależne animacje. Taki zabieg zdecydowanie skraca czas renderingu, ponieważ komputer musi policzyć znacznie mniejszą liczbę obiektów. Bardzo ważne jest też określenie skali, w jakiej chcemy prezentować budynek lub jego fragment. Mały budynek wymaga dokładniejszego modelu ­ będą w nim widoczne takie elementy jak klamki, co jest zupełnie niepotrzebne w modelu biurowca. Warto o tym pamiętać, aby na dokładne modelowanie obiektu nie poświęcać więcej czasu niż jest to potrzebne do jego realistycznego odwzorowania. Podobnie wygląda sprawa modelowania elementów tworzonych z wykorzystaniem map przezroczystości czy wypukłości. Mapami przezroczystości uzyskujemy np. efekt barierki, siatki czy szprosów w oknach. Zamiast modelu barierki tworzymy pojedyncze płaszczyzny, odpowiadające całej barierce, i przypisujemy im mapy przezroczystości wraz ze współrzędnymi mapowania. Od pewnej odległości (dystansu) obiekty stworzone za pomocą obu metod wyglądają tak samo. Mapy wypukłości stosuje się w przypadku takich obiektów, jak ceglane ściany, boniowane narożniki lub ściany kurtynowe. Tu również nie modelujemy poszczególnych elementów składowych (cegieł, paneli itd.), a jedynie samą płaszczyznę, której przypisujemy mapę wypukłości zawierającą rysunek podziału. Analogicznie postępujemy np. z postaciami ludzkimi, elementami zieleni lub modelami samochodów. Znacznie bardziej przekonujące efekty daje wstawienie do wyrenderowanego obrazu (lub jeszcze przed renderingiem, jako obiektów z mapami przezroczystości) gotowych, odpowiednio przygotowanych zdjęć takich obiektów. Mapom oraz materiałom poświęcony będzie następny artykuł. Eksport modelu Programy 3D Studio MAX i 3D Studio VIZ obsługują format *.3ds (stary format DOS-owych wersji 3D Studio). AutoCAD potrafi zapisać pliki w tym formacie po wydaniu polecenia "3dsout" i zaznaczeniu obiektów, które mają być eksportowane. 3D Studio VIZ jest programem do wykonywania wizualizacji architektonicznych. Wyposażony został w bardzo przydatną opcję odczytywania standardowego formatu AutoCAD-a (*.dwg) i odświeżania modelu z oryginalnego pliku bez ponownego otwierania (linked DWG). Podczas modelowania trzeba pamiętać o tym, że w przypadku eksportu projektu np. do 3D Studio MAX-a wszystkie oddzielne obiekty umieszczone na jednej warstwie lub posiadające ten sam kolor zostaną połączone w jeden obiekt. Wtedy ich edycja będzie znacznie bardziej skomplikowana, a czasem prawie niemożliwa, natomiast przypisywanie materiałów bardzo czasochłonne. Należy bowiem przypisać wtedy materiał odpowiednio zdefiniowanym grupom Faces, czyli grupom płaszczyzn elementarnych, posługując się materiałami Multi-subojects, które zawierają wszystkie materiały używane w jednym obiekcie. Dlatego najlepiej umieszczać elementy na warstwach zgodnie z podziałem na rodzaj zastosowanych materiałów oraz tak, żeby w trakcie edycji (przesuwania, obracania itd.) nie ulegały zmianie wszystkie elementy z tego samego materiału. Trzeba zatem bardzo uważnie pogrupować obiekty przed eksportem. Należy też pamiętać, że 3DSMAX oraz inne programy do renderingu nie uznają linii narysowanych w AutoCAD-zie za obiekty podlegające renderingowi (nawet po włączeniu opcji Renderable). Wszystkie obiekty wykonane na ich podstawie, niebędące płaszczyznami lub bryłami (np. barierki składające się jedynie z linii), znikną podczas renderingu. Barierka zbudowana z linii czy też szprosy są bardzo dobrym rozwiązaniem, jeżeli model wykonywany jest tylko na potrzeby AutoCAD-a i nie będzie dalej eksportowany. Optymalizacja i dalsza edycja Optymalizacją można nazwać zamknięcie projektowanej przestrzeni w jak najmniejszej liczbie obiektów przy jednoczesnym jak najwierniejszym oddaniu jej kształtu i charakteru. Ma to znaczenie o tyle, że praktycznie nie zdarzają się sytuacje, kiedy wykonujemy tylko jeden rendering i uzyskujemy zadowalający nas efekt. W praktyce przeprowadzamy wiele próbnych wizualizacji, podczas których, oprócz odpowiedniego ujęcia, dobieramy najlepsze parametry materiałów, oświetlenia itd., a także decydujemy się na rozmieszczenie i rodzaj dodatkowych obiektów (zieleni, postaci ludzi, samochodów). Nawet najszybsze komputery potrzebują do wykonania renderingu średnio skomplikowanego obiektu (z materiałami, światłem i odbiciami) co najmniej kilkanaście minut. Jeżeli więc wykonujemy ich wiele, aby osiągnąć oczekiwany efekt, oszczędność nawet kilku minut jest ważna. Ponadto model, który składa się z mniejszej liczby elementów, znacznie szybciej się regeneruje, czyli znacznie szybciej następuje uzyskanie obrazu po obróceniu kamery. O możliwości dalszej edycji wspomniałem już wcześniej. Łatwiejsze i szybsze nanoszenie zmian w modelu, najlepiej w programie renderującym, znacznie usprawnia i przyspiesza proces wizualizacji. Warto na koniec wspomnieć także o tym, że istnieją programy (np. Autodesk Architectural Desktop, Architecture for MicroStation TriForma, ArchiCAD), w których od razu budujemy model, a na jego podstawie automatycznie powstaje dwuwymiarowa dokumentacja. Jeżeli rysujemy ścianę, ma ona od razu wysokość ­ jest obiektem 3D. Drzwi i okna wstawiamy w ścianę, a otwór generowany jest automatycznie i przesuwa się wraz z przesunięciem np. drzwi. Dodatkowo programy takie jak TriForma mają wbudowany zaawansowany moduł do renderingu, ponadto oferują możliwość przypisywania materiałów obiektom zapisanym w bibliotekach. Jeśli np. wstawiamy do modelu okno (pojawiające się też automatycznie na dokumentacji 2D), może ono mieć wcześniej przypisane materiały, co uwalnia nas od przypisywania materiału za każdym razem, gdy przygotowujemy obiekt do renderingu. Wprawdzie wymienione programy mają znacznie bardziej skomplikowaną logikę działania, ale niesie ona ze sobą ogromne ułatwienia w pracy i oszczędność czasu. Dlatego warto o nich pomyśleć, używając komputera jedynie jako elektronicznej przykładnicy. Komputerowe modelowanie i tworzenie wizualizacji są zadaniami, w których każdy wypracowuje własny tryb postępowania i wybiera rozwiązania, które uzna za najefektywniejsze. Mam nadzieję, że lektura tego cyklu artykułów pozwoli nie tylko uniknąć podstawowych i najczęstszych błędów, ale przede wszystkim pomoże wykonać model w dosyć prosty i optymalny sposób.
lIpgBKBoYPRUi9OFOzKRj637o7zbkY462n9GkMrmDMiCg69jxj7Bf2Gse13O_aec-logo.gif
Jarosław Muras J.Muras@aecforum.pl

Podepnij swój artykuł

tagi

Ceglana architektura – nowoczesna miejska willa
Ceglana architektura – nowoczesna miejska willa

Ceglana architektura – choć natykamy się na nią dość często – pozostaje chyba niedoceniana. Kojarzy ...

Webinarium H+H: Rozwiązania ścienne w kontekście aktualnych wymagań akustycznych i termicznych
Webinarium H+H: Rozwiązania ścienne w kontekście aktualnych wymagań akustycznych i termicznych

Zapraszamy na bezpłatne szkolenie dla architektów, studentów, wykonawców i wszystkich zainteresowany ...

Webinarium Ruukki - System ścienny Ruukki Forma 27.09.2018
Webinarium Ruukki - System ścienny Ruukki Forma 27.09.2018

Zapraszamy na bezpłatne szkolenie dla architektów, studentów, wykonawców i wszystkich zainteresowany ...

KOMENTARZE
Komentarze
Brak komentarzy
Zaloguj się, aby dodać komentarz

Nie przegap okazji!!!

zapisz się do naszego newslettera