VIRTUÁ LNÍ 3D MODEL BAROKNÍHO DIVADLA V ČESKÉ M KRUMLOVĚ

Transkript

1 VIRTUÁ LNÍ 3D MODEL BAROKNÍHO DIVADLA V ČESKÉ M KRUMLOVĚ VIRTUAL 3D MODEL OF BAROQUE THEATRE AT ČESKÝ KRUMLOV CASTLE Ing. Radim Balík Abstract The Baroque theatre at Č eský Krumlov castle is one of two almost completely preserved baroque theatres in Europe. The project Living Theatre of Laboratory of Photogammetry at CTU Prague aims to creating by using geodetic and photogrammetric methods a 3D CAD model of the theatre which will be then converted to a spatial information system serving for public presentation, maintenance and even scientific study of the theatre via Internet. Key words spatial information system, 3D models of buildings, virtual reality, CAD modelling prostorový informačnísystém, 3D modely budov, virtuá lnírealita, CAD modelová ní 1 PROJEKT ŽIVÉ DIVADLO 1.1 Historie projektu Projekt nazvaný Živé divadlo vznikl v roce 1996, kdy začala spoluprá ce mezi Laboratoří fotogrammetrie při Katedře mapová ní a kartografie Č VUT v Praze, Sprá vou stá tního hradu a zámku Č eský Krumlov a Nadacíbarokního divadla. Cílem bylo vytvořit počítačový model barokního zá meckého divadla (viz obr. 1), který by bylo možné v dalšífá zi přetvořit v komplexní3d informační systém divadla fungujícív prostředíinternetu. Obr. 1) pohled na jeviště divadla

2 Barokní divadlo na českokrumlovském zámku je jedním ze dvou téměř zcela zachovaných barokních divadel v Evropě, je tedy významnou pamá tkou svého druhu a je zapsá no na seznamu UNESCO. Jeho nejzajímavějšíčá stíje komplikovaná dřevěná jevištní mašinérie ovlá dajícíkulisy všeho druhu, řadu efektových strojů, osvětlovacítechniku atd., na jejíž obsluze se během představenímuselo podílet několik desítek lidí. 1.2 Cíl projektu Jak už bylo řečeno, cílem celého projektu je prostorový informační systém divadla fungujícína internetu. Informačnísystém se bude sklá dat z: prostorového modelu budovy ve formá tu vhodném pro prezentaci virtuá lní reality (virtuá lních scén) na internetu; databáze obsahujícídalšíobrazová, textová, zvuková, animačníap. data; samotný model dá le bude obsahovat odkazy (aktivnízóny, místnímenu ) vedoucína tuto databá zi; obslužné aplikace, pomocí které bude uživatel ovlá dat svoji prochá zku virtuá lníbudovou a nastavovat parametry zobrazenímodelu (vypíná nía zapíná ní vrstev ), která mu též pomůže se v modelu zorientovat a která bude případně poskytovat další funkce potřebné pro studium modelu (odměřová ní vzdá leností ). Model budovy bude umístěn na webovém serveru a jeho ná vštěva bude v zá sadě možná z jakéhokoli počítače připojeného k internetu, který bude splňovat minimá lní hardwarové předpoklady. Laicky řeč eno, uživatel tedy bude moci na počítači připojeném k internetu prochá zet virtuá lním divadlem a např. kliknutím na předměty si o nich zobrazovat různá doplňující data, například historické fotografie, flash animace pohybu částí mašinérie, textové dokumenty k objektů m Přesnější specifikace 3D infosystému budovy a možností jeho využitíviz [1]. 2. POSTUP PRACÍ Tvorbu prostorového informačního systému barokního divadla (a libovolné jiné budovy) můžeme rozdělit do třífá zí, jak je naznačeno na obr. 2). Obr. 2) schéma postupu při tvorbě 3D informačního systému

3 2.1 Měřické práce Zaměřeníobjektu divadla proběhlo v etapá ch v rá mci několika diplomových prací. Byly použity metody geodetické v kombinaci s fotogrammetrickými. Bližšípopis měřických prací přesahuje rámec tohoto textu, odkazuji tedy na diplomové prá ce [2], [3], [4]. Posledníetapa měřeníproběhla byla v říjnu roku Zpracování naměřených dat - CAD modelování Modelová ní divadla z naměřených dat bylo opět součástí diplomových prací. CAD model byl dokončen v lednu 2005 a je zhotoven ve vektorovém formá tu DXF (většinou za použitísoftwaru Microstation od firmy Bentley). Blíže opět viz diplomové prá ce uvedené v literatuře ([2], [3], [4]). Na obr. 3) jsou zobrazeny příklady z CAD modelu divadla. Obr. 3) CAD model divadla krov (vlevo) a dolníkulisová mašinérie (vpravo) 2.3 Konverze na virtuální model - informační systém Model budovy ve formá tu DXF je statický a pro jeho prohlíženíje třeba speciá lního CAD softwaru (např. AutoCAD, Microstation ). V této podobě je tedy jen obtížn ě použitelný pro širokou veřejnost, protože k jeho prohlížení je třeba CAD software jednak vlastnit a jednak dobře ovlá dat. Prohlíženív CAD softwaru je kromě toho nepříliš ná zorné a zejména pak neumožňuje prochá zení virtuá lníbudovou v reá lném čase, nemluvě už o výše zmíněném propojení s databá zí - jinak řečeno, DXF model nelze použít jako informační systém. Dalším úkolem je proto konverze modelu z formá tu DXF do nějakého formá tu určeného pro konstrukci virtuá lních scén fungujících v internetovém prostředí. Jako vhodný cílový formá t jsme zvolili formá t VRML, jehož přednostíje hlavně jeho úplná otevřenost a dále fakt, že je specifiková n ISO normou. Blíže o formá tu VRML a vlastníkonverzi viz odst. 3.2 a dá le. Model ve formá tu VRML je poté třeba vybavit prvky, které z něj utvoří informační systém (viz odst. 1.2), tj. příslušnou databá zía propojením na tuto databá zi - odkazy (aktivní zóny) či místnínabídky umístěné přímo v budově.

4 3. OD HOTOVÉ HO CAD MODELU K INFORMAČNÍMU SYSTÉ MU Tato kapitola se podrobněji věnuje poslední fázi z uvedeného schématu tvorby 3D infosystému (viz odst. 2.3), totiž konverzi CAD (DXF) modelu na model ve formá tu VRML a jeho úpravě na informačnísystém; tato fá ze projektu je ná plnímojívlastníprá ce. 3.1 Požadavky kladené na virtuální model Jak je uvedeno v definici 3D infosystému v odst. 1.2, prostorový model je hlavní součástí systému, jakýmsi základem, na němž je celý systém dále vystavěn. Na kvalitě provedenímodelu silně zá visídobrá funkce systému. Na každou virtuá lníscénu klademe dva logické požadavky: aby se scéna zobrazovala věrně; aby zobrazová níbylo rychlé, v ideá lním případě zcela plynulé v reálném čase. Je zřejmé, že tyto dva požadavky jdou často proti sobě: s rostoucí věrností (tj. detailností) modelu roste objem výpočtů a dat přenášených po síti a klesá rychlost zobrazení. Technik, kterými se dosahuje rychlého a zároveňvěrného zobrazová nímodelu, je celá řada a zde neníprostor pro jejich bližšípopis. Vystačíme s faktem, že formá t VRML, který hodlá me použít, mnoho z těchto technik přímo podporuje. Nicméně abychom tyto možnosti mohli využít, je třeba určitých znalostí o tom, jak formá t pracuje; mnoho existujících programů například generuje zdrojový kód VRML, který je po této strá nce neefektivní. 3.2 Co je to formát VRML VRML je plně otevřený formá t (virtuá lníscény jsou zapsá ny v textových souborech) vytvořený společnostíweb3d Consortium Inc. Jeho specifikaci lze nalézt v [6] a [7]. VRML soubor (jinak také VRML scénu nebo svět) lze umístit kamkoli na internet. Prohlížet ( prochá zet ) scénu je pak možné pomocívrml prohlížeče, který je koncipová n jako plugin internetového prohlíže č e. Společnosti zabývajícíse VRML zpravidla nabízejíprohlíže č e zdarma ke stažení (příklady: Cortona VRML Client firmy Parallel Graphics, Blaxxun Contact fy Blaxxun Technologies). Uká zka prohlíže č e Cortona je na obr. 4). 3.3 Konverze na virtuální model a informační systém Existují dva typy aplikací schopných převodu mezi formá ty DXF a VRML: jednak exportéry vestavěné do CAD systémů (integrated exporters) a jednak samostatné konvertory (stand-alone converters). Žádný z vyzkoušených exportérů /konvertorů ovšem nevyhovoval našim požadavků m, a to z ná sledujících dů vodů : aplikace vytvářely z našeho značně složitého DXF modelu virtuá lnívrml model o zbytečně obrovském objemu dat, což by zpomalovalo jeho zobrazová ní v reá lném čase, uvážíme-li přenos dat po síti a možnosti grafické karty;

5 uživatel nemohl prakticky nijak nebo jen málo ovlivnit podobu výsledného modelu, například jeho uspořá dá nído vrstev; vznikl pouze holý VRML model, který by bylo nutno dále dopracovat do podoby informačního systému. Z toho již vyplývá, že pro vytvořeníkvalitního VRML modelu, který by se zobrazoval dostatečně rychle a věrně v reá lném čase a který by zároveňmohl fungovat jako efektivní infosystém (viz definice v odst. 1.2), by musel uživatel použít řadu aplikací, například: vlastníexportér/konvertor, který vytvoří hrubý VRML model; VRML editor, pomocíněhož dostane model požadované uspořá dá ní; VRML optimalizátor, který především sníží objem dat modelu geometrickým zjednodušením obecných ploch a trojúhelníkových sítí; další aplikace, v nichž se model přetvoří v informační systém, tj. doplní o interaktivní prvky, propojení na databá zi atd., a v nichž se vhodná databá ze vytvoří. Obr. 4) prohlíženímodelu v Cortoně (plug-in internetového browseru) Je vidět, že proces tvorby modelu v současnosti vyžaduje poměrně rozsá hlé softwarové vybavení a znalosti, čímž roste jak pracnost, tak i náklady. Naše další snaha se opírá o myšlenku vytvořit takovou aplikaci, která by doká zala provést všechny potřebné kroky od zhotoveného CAD (DXF) modelu až po konečný prostorový infosystém. Tato aplikace, nazvaná pracovně Virtual Builder, je momentá lně (prosinec 2005) ve vývoji a její dokončenípředpoklá dá me v únoru Stručný popis vznikající aplikace Virtual Builder Aplikace Virtual Builder je poloautomatický konvertor z formátu DXF do formátu VRML. Podle současného návrhu je koncipová n jako nadstavba softwaru AutoCAD firmy Autodesk. Bude umožňovat jak zcela automatický, tak i ruční (postupný) export do VRML. Uživatel bude moci nastavit, jak bude výsledný VRML model uspořá dá n, tj. především

6 rozdělen do vrstev. Jednotlivým objektů m v modelu bude možno přiřazovat libovolná doplňujícídata a odkazy na ně; data budou organizová na v databá zi, jejíž jednoduchý editor bude Virtual Builder obsahovat. Pro uživatele lépe ovlá dající formá t VRML poskytuje konvertor několik dalších ná strojů, např. konverzi trojúhelníkové sítě aproximující zakřivenou plochu na různé typy ploch (opticky vyhlazená síť/nurbs plocha 2. stupně), tvorbu odstupňované úrovně podrobnosti (LOD, level of detail) pro zrychlenízobrazová ní, tvorbu knihoven prototypů pro objekty, které se v modelu často opakují, atd. 5. SHRNUTÍ Projekt Živé divadlo má za cíl vytvořit prostorový informační systém barokního divadla na zámku v Č eském Krumlově, který bude pracovat v internetovém prostředía bude sloužit jak pro veřejnou prezentaci, tak pro bližší studium a technickou sprá vu divadla. V současné době je vyhotoven CAD model divadla ve formá tu DXF a vyvíjíse aplikace, která umožníjej konvertovat na interaktivnívirtuá lnímodel ve formá tu VRML, propojený na další doplňková data - jinak řečeno, prá vě na informačnísystém. Pochopitelně, že aplikaci bude možno využít také pro libovolný jiný model. Literatura [1] HODAČ, J. Ná vrh koncepce prostorového informačního systému pamá tkového objektu. Disertačníprá ce, Praha: Č VUT, s. [2] PREISLER, J. Prostorový informační systém pamá tkového objektu - ná vrh a realizace funkčního vzorku. Diplomová prá ce, Praha: Č VUT [3] KEILOVÁ, A. Měřická dokumentace krovu barokního divadla na zá mku v Č eském Krumlově. Diplomová prá ce, Praha: Č VUT [4] CEE, M. Dokumentace čá sti jeviště barokního divadla v zá mku v Č eském Krumlově. Diplomová prá ce, Praha: Č VUT [5] KOUTNÁ, H. Moderní technologie pro prezentaci 3D modelů na internetu. Disertační prá ce, Brno: VUT, [6] ŽÁRA, J. VRML 97 - Laskavý průvodce virtuá lními svě ty.brno: Computer Press, [7] Webové strá nky společnosti Web3D Consortium, Inc. [8] DXF reference. Autodesk, [9] JELÍNEK, I. Vývojová prostředí CAD. Skripta, Praha: VydavatelstvíČ VUT, Recenzoval Jindřich Hodač, PhD, Katedra mapová nía kartografie Fakulty stavebníč VUT, Thá kurova 7, Praha 6, tel , hodac@fsv.cvut.cz