Systémy CAD a architektúra 3.časť

1.10 Praktické poznatky pri postupe navrhovania stavebných objektov pomocou CAD

systémov

V počiatočnom návrhu, vytváraní štúdie a ideového konceptu stavby by nikdy nemala chýbať klasická ceruzka a papier pomocou ktorých môžem veľmi rýchlo zaznamenať, načrtnúť nápad, ideu. Na papieri, keď si načrtneme niekoľko variant, môžeme zbadať niektoré nezrovnalosti a hrubé chyby ktorých by sme sa mohli dopustíť. Keď si na papieri „na hrubo“ overíme a utvrdíme správnosť myšlienky, návrhu, môžeme sa pustiť do práce s niektorým CAD systémom.

1.10.1 Používanie hladín

Keď používame niektorý všeobecný CAD systém (AutoCad, Microstation) a nemáme k dispozícii niektorú zo stavbárskych nadstavieb, postupujeme klasickou cestou a do niektorej z vrstiev (hladín) kreslíme postupne úsečky, kružnice, oblúky a vytváram pôdorys objektu. Nakreslíme vonkajšie hrany obvodových stien, zkopírujeme ich o hrúbku muriva smerom dovnútra a upravíme vzájomné napojenie stien príkazmi ako sú napr. skrátenie, predlženie prvkov po priesečník. Nakreslíme vnútorné steny, upravím napojenie stien s iným typom materiálu aby zobrazenie vyhovovalo podmienkam STN. Do stien dokreslíme okná, dvere a otvory (keď mám niekoľko projektov za sebou) môžem použiť vopred pripravenú knižnicu týchto stavebných prvkov). Do inej vrstvy môžeme umiestniť ďalšie stavebné konštrukcie ako sú schody, rampy ...

Na ďalšej vrstve umiestnime do miestností so sanitou zariaďovacie predmety ako sú umývadlá, pisoáre, misy.

V inej vrstve zas umiestnime nábytok a pevne zabudované prvky ako stôl, stoličky, kuchynskú linku, posteľ, skrine, police.

Šrafovanie obvodových stien a priečok tiež umiestnime do samostatných vrstiev.

Do samostatnej vrstvy umiestnime popis miestností s číselným alebo slovným zobrazením a do inej vrstvy umiestnime šrafovanie samotných miestností. V ďalšej vrstve pomocou príkazov na kótovanie okótujeme objekt, umiestnime vonkajšie kóty celkové, dielčie a samozrejme aj vnútorné kóty, aby sme zachytili umiestnenie vnútorných priečok a ostatných konštrukcií. Tu by sme doporučili použiť dve vrstvy pre kótovanie. Na jednu umiestnim napríklad vonkajšie celkové kóty ktoré charakterizujú (vystihujú) celý objekt, pre použitie napr. pre mierku 1:200 a na druhej vrstve kóty ktoré podrobnejšie zachytávajú (popisujú) konštrukciu, napr. pre mierku 1:50.

Úmyselne zdôrazňujeme použitie iných a iných vrstiev, pretože vynaložený čas pri práci a umiestňovaní prvkov do rozdielnych vrstiev sa nám neskôr viacnásobne vráti. Napríklad pre vytvorene výkresu slepej matrice pre TZB stačí keď vypneme niekoľko vrstiev s nepotrebnými prvkami ako sú nábytok, šrafovanie stien a miestností a pod. a výkres môžem vytlačiť, vyplotrovať a poslať ďalej profesistom, aby doňho dokreslili svoje profesie. (rozvody vody, plynu, kúrenie ...).

Keď sme ukončil kreslenie jedného pôdorysu, pristúpime ku kresleniu ďalšieho. Keď sa podlažia „podobajú“ môžeme použiť už vytvorený pôdorys a použiť ho ako podklad pre nové podlažie. Buď skopírujeme súbor už s nakresleným podlažím a dám mu nové meno (väčšinou v prostredí windows pomocou Prieskumníka alebo pod.) alebo v novom čistom výkrese si podsvietime už exitujúci pôdorys ako referenčný a obkresľujeme steny a ostatné konštrukcie. To znamená že nemusíme celý výkres kresliť odznovu a vynášať obtiažne všetky čiary a oblúčiky ale použijeme veľa prvkov z už nakresleného výkresu. Týmto sa práca a samotné kreslenie výkresov značne urýchli a zefektívni. Podobným spôsobom môžeme vytvoriť aj varianty na jednotlivé pôdorysy bez toho aby sme ich pracne prekresľovali. Stačí upraviť, vymazať, dokresliť niekoľko čiar a nový variant je hotový

1.10.2 Vizualizácia.

Vizualizácia je postup pomocou ktorého dosiahneme že 3D model nadobudne realistickú podobu. Výstupom vizualizácie môže byť samotný rastrový obrázok ale aj animácia t.j. vytvorenie sekvencie obrázkov ktoré sa premietnu rýchlo za sebou a tým vytvoria film (väčšinou avi, fli, mpeg súbor) akoby sme prechádzali okolo alebo vo vnútri 3D modelu, objektu.

Pre vizualizáciu nemožno stanoviť jednoznačný postup krok za krokom, sú však kroky ktoré musíme vykonať aby sme dosiahli požadovaný výsledok.

V prvom rade je potrebné vytvoriť kvalitný priestorový 3D model exteriéru alebo interiéru. V podstate sa ľubovoľne zložitý 3D priestor skladá z dielčích pomerne jednoduchých 3D prvkov, ktoré navzájom vhodne umiestnime a poskladáme. Vytvorenie týchto jednotlivých prvkov je najčastejšie pomocou základných modelovacích techník, ako je vytvorenie telesa transláciou (vytiahnuť uzavretý profil pozdĺž úsečky), rotáciou (vytiahnutie otočením uzavretého profilu okolo osi), vytiahnutie pozdĺž trasy, vytvorenie plochy pomocou rezových čiar a mnohé iné.

Keď máme umiestnené 3D prvky vo výkrese, môžeme s nimi samozrejme ľubovoľne manipulovať, posúvať, kopírovať, otáčať, zrkadliť podobne ako s rovinnými 2D prvkami. Väčšina CAD systémov či už všeobecných alebo špecializovaných obsahuje pre úpravu 3D prvkov objemový modelár, ktorý obsahuje príkazy pre úpravu 3D prvkov. Pomocou booleovských operácii (príkazov) ako sú zjednotenie, prienik a rozdiel prvkov môžeme tieto 3D prvky dodatočne upravovať a tak získať rôznorodé prvky. S 3D prvkami môžeme vykonavať rôzne Booleovské operácie ako sú napr. prienik, rozdiel, zjednotenie a tým získať rôznorodé prvky.

1.10.3 Umiestnenie a nastavenie svetelného zdroja, priraďovanie materiálov

Vo všeobecnosti väčšina CAD programov a programov pre vizualizáciu má možnosť umiestniť tzv. globálne svetlo a umiestniť umelé svetelné zdroje ako sú reflektor, vzdialené svetlo, bodové svetlo a plošné svetlo. Pri týchto jednotlivých typoch svetla je potrebné nastaviť parametre ako intenzita, farba, tieň, smer, rozptyl svetla a podobne.

Ďalším a podstatným krokom je priradenie materiálov, textúr a nastavenie ich vlastností tak aby materiál, textúra vyzerala na 3D modely prirodzene a vierohodne. Materiály, textúry a ich parametre sa nastavujú v dialógovom okne s mnohými parametrami. Najčastejšie sú to parametre ako ambient, difúzia, hladkosť, lesklosť, odrazivosť, priehľadnosť, refrakcia, veľkosť vzoru (ak použijeme pre textúru rastrový obrázok), pootočenie textúry a iné parametre.

1.10.4 Axonometria, perspektíva, rendering

Nastavenie pohľadov axonometrie a perspektívy. Pre dosiahnutie „pekných“ vizualizácií niekedy nestačí vytvoriť kvalitný 3D model, nasvietiť ho a použiť textúry. Aby sem dosiahli maximum z vykonanej práce musíme nájsť také pohľady ktoré vystihujú charakter stavby alebo konštrukcie a ktoré ju ukážu v tom najlepšom svetle. Niekedy aj z menej prepracovaného modelu môžeme správnym nastavením pohľadov dostať veľmi pekné efektné obrázky, výsledky. Veľmi vierohodne pôsobia pohľady nastavené z „ľudskej perspektívy“ t.j. keď oko pozorovateľa je približne vo výške očí. V prípadoch keď potrebujeme vystihnúť väčšie územie, plochu, môžeme nastaviť vtáčiu perspektívu a pozrieť sa na model zhora. V iných prípadoch je efektné nastaviť „žabiu“ perspektívu a pozrieť sa na model zdola, akoby zo zeme. Na model sa môžeme pozerať z väčšej diaľky alebo zblízka. Keď sa pozeráme z diaľky, rovnobežné hrany prvkov sa menej zbiehajú, tzv. „úbežníky“ majú svoje centrum viac po okrajoch, približujeme sa ku axonometrii. Naopak keď sa pozeráme zblízka, rovnobežné hrany prvkov sa viac zbiehavajú. Vo všeobecnosti platí že keď chceme dostať dynamický obrázok musíme sa postaviť blízko ku objektu a pozerať sa smerom nahor alebo smerom nadol.

Nastavenie parametrov pre rendering v značnej miere ovplyvní výzor a veľkosť výsledného obrázku. Vieme ovplyvniť zobrazenie lesku, odrazy, tiene a ich ostrosť, priehľadnosť a iné parametre. Môžeme nastaviť rôzne výpočtové algoritmy pre výpočet renderingu v závislosti od čoho aký výsledný obrázok požadujeme. Základný spôsob zobrazenia je tzv. „drôtený model“, kde vidím všetky telesá akoby vytvorené z tenkého drôtu. Tento spôsob zobrazenia je najrýchlejší ale aj najmenej prehľadný hlavne pri veľkých modeloch. Viac náročný na výpočet je zobrazenie „skrytých hrán“, v tomto prípade vidím iba hrany prvkov ktoré sú viditeľné, ostatné hrany sú skryté (alebo môžem ich dať zobraziť napr. čiarkovanou čiarou). V týchto dvoch vyššie uvedených metódach nie je vidieť materiály a vplyv svetiel na 3D model. Jednou z metód keď sa prejavia aj použité materiály, textúry a čiastočne aj vplyv svetiel je konštantné tieňovanie (rendering). V tomto spôsobe sú prvky pokryté materiálmi a textúrami ktoré sme im priradili, takže vidíme či sme ich správne nastavili a použili pre prvky vo výkrese. Vidíme aj prvky s priehľadným materiálom ale zatiaľ nevidíme zrkadlové plochy. Vplyv svetiel je len čiastočne zobrazený, vidíme prvky ktoré sú viac osvetlené a ktoré sú menej nasvietené, zatiaľ nevidíme tiene od rôznych zdrojov osvetlenia. Phongovo tieňovanie (rendering) je spôsob (metóda) pri ktorej sa plne zobrazí vplyv svetiel a tieňov ale zrkadlové plochy sú „tupé, ploché“ nič sa v nich neodráža. Jednou z časovo náročnejších ale aj vizuálne krajších spôsobov tieňovania (renderingu) je metóda „Raytrace“. Je založená na sledovaní svetelného lúča aj po odraze od hladkej zrkadliacej plochy, takže na prvkoch na ktorých je použitý materiál so zrkadliacami vlastnoťami vidíme odraz okolitých predmetov a prvkov. Tiene sú ostrejšie a presnejšie ako pri vyššie uvedenom Phongovom tieňovaní. Ďalším spôsobom tieňovania (renderingu) je metóda Radiosity, táto sa vyznačuje tým že algoritmus výpočtu zohľadňuje odraz svetla od hladkých plôch, takže svetlo sa od nich odrazí a nepriamo sú osvetlené aj miesta a prvky ktoré nie sú priamo osvetlené. Vidieť to najmä v rohoch, kútoch prvkov a miestností, kde sú tiene mäkšie a prirodzenejšie. Táto metóda je najviac náročná na čas a výkon procesora a vyžaduje pomerne veľké skúsenosti a zručnosť pri nastavovaní parametrov tohto typu tieňovania (renderingu). Niektoré programy umožňujú aj čiastočné sledovanie častíc akoby zjednodušenú Radiositu, pri tomto spôsobe je výpočet trochu rýchlejší.

1.11 Uloženie – archivácia produktov vizualizácie, prezentácia

Uloženie obrazu na pevný disk a jeho prípadné vylepšenie retušovanie v programe pre úpravu rastrových obrázkov. Keď máme nastavené aj pohľady, som spokojný s 3D modelom aj s materiálmi a textúrami môžeme uložiť to čo vidíme na obrazovke na pevný disk. Uložiť daný obrázok môžeme vo väčšine programov v rôznych formátoch. Samozrejme, myslíme formát pre rastrové obrázky. Jedným z najčastejšie používaných formátov sú JPEG, TIFF a BMP, ale možnosti sú veľmi široké. Popísať vlastnosti, výhody a nevýhody jednotlivých formátov by bolo veľmi zdĺhavé a nie je ani účelom a cieľom tejto časti publikácie sa tejto problematike podrobne venovať. Najobjemnejší je BMP, nemá možnosť kompresie. TIFF formát má možnosť uložiť obrázok ako komprimovaný (stlačený) alebo nekomprimovaný (nestlačený). Pre komprimáciu je veľa metód, môže dojsť ku čiastočnej strate kvality obrázku. JPEG je jedným z najviac súčasne používaných formátov pre rastrové obrázky a to hlavne kvôli objemu a širokej palete nastavenia spôsobu komprimácie. Miera komprimácie samozrejme ovplyvňuje kvalitu obrázku. Vo všeobecnosti platí že keď chcem ukázať obrázky na obrazovke počítača (samostatné obrázky, html verzia, flash verzia,) môžem nastaviť aj veľkú kompresiu, nebude to mať veľký vplyv na výsledný vizuálny vnem(efekt). Keď sa chystám obrázky vytlačiť na tlačiarni snažím sa použiť nekomprimované obrázky aby podanie farieb na vytlačenom papieri bolo čo najvierohodnejšie.

Je mnoho spôsobov ako prezentovať finálnu vizualizáciu, záleží to samozrejme vždy od typu a účelu úlohy. Jednou z najčastejších foriem je klasicky vytlačiť obrázok na tlačiarni a poprípade zalaminovanie kvôli trvácnosti. Ďalší spôsob ako prezentovať svoju prácu je pripraviť prezentačnú verziu a napáliť ju na CD alebo umiestniť na web. Tu sa ponúka viacero možností a programov pre vytvorenie prezentácie napr. „html“ verzia alebo „flash“ verzia a pod.

Nakoniec by som sa rád opýtal, ako vidíte budúcnosť vizualizácií, akým smerom by sa malo uberať prezentovanie stavebných projektov, postačujú statické obrázky, alebo je potrebné robiť interaktívne prechádzky po celom 3D modely podobne ako je to v počítačových hrách?

Čítaj tiež :

Systémy CAD v stavebníctve a architektúre 1.časť