Studentská tvůrčí a odborná činnost STOČ D Vizualizace města Otrokovice na počátku 20. století

Transkript

1 Studentská tvůrčí a odborná činnost STOČ D Vizualizace města Otrokovice na počátku 20. století Markéta Mazáčová STOČ 2015

2 ABSTRAKT Tato práce se zabývá historickou vizualizací centra města Otrokovice ve 30. letech 20. století. Byla provedena studie dobových katastrálních map, fotografií a dalších vhodných dokumentů, podle kterých byl vytvořen komplexní 3D model v programu Blender. Celkový model se skládá z dílčích modelů budov, přírodních objektů a dalších doplňků tak, aby tento model co nejreálněji vystihoval tehdejší podobu centra Otrokovic. Textury pro tyto modely byly vytvořeny v programu Gimp. Výstupem této práce je virtuální prohlídka doplněná textovými informacemi, kterou je možné spustit ve všech běžných internetových prohlížečích. Klíčová slova: 3D grafika, vizualizace, Blender, modelování, virtuální prohlídka

3 OBSAH ÚVOD HISTORIE OTROKOVIC POUŽITÝ SOFTWARE BLENDER GIMP PANO2VR POSTUP PRÁCE SBĚR HISTORICKÝCH MATERIÁLŮ TVORBA 3D SCÉNY RENDEROVÁNÍ A VIRTUÁLNÍ PROHLÍDKA VÝSTUPY PRÁCE ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY... 11

4 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky 4 ÚVOD Informatika je vědní obor, zabývající se zpracováním informací. Do oblasti jejího působení se dostala i snaha zpracovávat vizuální informace, která vedla k vytvoření podoboru počítačová grafika. Vznik počítačové grafiky je datován přibližně do 50. let minulého století. Je to součást informatiky zabývající se tvorbou grafických objektů a úpravou informací získaných z reálného světa. Své využití našla v desítkách oborů například jako podpora konstruktérů, v typografii, při tvorbě prezentační grafiky, v umění či vizualizaci dat. Z hlediska geometricky zobrazitelných rozměrů ji můžeme rozdělit na 2D grafiku a 3D grafiku. Trojrozměrná grafika je část počítačové grafiky, pracující s trojrozměrnými objekty. Uplatňuje se převážně ve filmovém a herním průmyslu, ve stavebnictví, pro vědecké simulace a v průmyslu. 3D vizualizace se zabývají zobrazením reálných objektů a umožňují zjednodušení lidské představivosti. Počítačový model lze vytvořit v grafické aplikaci, výstupem se pak stávají vyrenderované snímky, nebo animace. Cílem této práce je vytvoření historického modelu města Otrokovic zachycující jeho podobu v 30. letech 20. století. Bude vytvořen detailní model centra města, doplněný o vhodné textury a materiály, vytvořené na základě dostupných historických podkladů. Výstupem vizualizace budou panoramatické snímky, zpracované do virtuální prohlídky doplněné o historické informace. Text práce popisuje stručnou historii města, následovanou popisem použitých programů. Další části budou věnovány pracovnímu postupu a prezentaci výsledků.

5 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky 5 1 HISTORIE OTROKOVIC Město Otrokovice je součástí Zlínského kraje a nachází se přibližně 10 km od města Zlín. Patří k nejstarším obcím Zlínského regionu. Výhodná poloha, na soutoku dvou řek Moravy a Dřevnice, od prehistorie rapidně napomáhala k osidlování místa budoucích Otrokovic. Oblastí od pravěku procházela významná Jantarová obchodní stezka, která spojovala Baltské pobřeží se Středozemním mořem. [1][2][3] První písemná zmínka o existenci Otrokovic se objevuje v listině biskupa Jindřicha Zídka z roku 1141 při vypočítávání majetku olomouckého biskupství. Název města vychází ze slova otrok, což je označení nejen pro člověka bez práv, ale také označení pro nedospělého člověka. V době vzniku názvu tudíž osada byla majetkem neplnoletého feudála. [1][2][3] Roku 1576 je v zemských knihách poprvé zmínka o otrokovské tvrzi. Otrokovice byly v té době centrem malého statku, k němuž patřili vsi Kvítkovice, Sazovice, pozemky Buňova a zaniklého Kozince. [2] V roce 1715 žilo v Otrokovicích 305 obyvatel, převážně na selských gruntech. Na konci 19. století zde došlo k otevření nové školní budovy, byla zřízena zastávka vlaku a zprovozněna železniční trať Otrokovice-Zlín-Vizovice. Počet obyvatel Otrokovic v roce 1921 čítal osob. [2][3] Venkovský charakter Otrokovic se začal razantně měnit na počátku 20. století, kdy počet obyvatel vzrostl na šestinásobek. To významně ovlivnil podnikatel Tomáš Baťa, který roku 1929 odkoupil od hraběnky Baltazziové pozemky na levém břehu Moravy a započal výstavbu nových částí města. [3]

6 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky 6 2 POUŽITÝ SOFTWARE Pro vytvoření práce jsou použity programy Blender, GIMP a Pano2VR. Kompletní 3D scéna je vymodelována v aplikaci Blender, doplněná o textury upravené v programu GIMP. Poslední program Pano2VR slouží k vytvoření výsledné virtuální prohlídky z 2D obrazů vyrenderovaných z Blenderu. 2.1 Blender Blender je bezplatný software pro tvorbu 3D grafiky s otevřeným zdrojovým kódem. Podporuje nástroje pro tvorbu komplexní 3D grafiky. Umožňuje trojrozměrné modelování, renderování, tvorbu animací, simulaci pohybu, editaci videa a tvorbu her. [4][5] Program je založený na grafické knihovně OpenGL a je podporován velkým množstvím operačních systémů jako je Windows, Linux, Ubuntu nebo OS X. [4] 2.2 GIMP Jméno GIMP je zkratkou pro GNU Image Manipulation Program, což by se dalo volně přeložit jako svobodný program pro úpravu obrázků. Jedná se o multiplatformní rastrový (bitmapový) editor, podporující velké množství nástrojů, díky kterým se Gimp dokáže vyrovnat konkurentům jako je Adobe Photoshop. Stejně jako program Blender i GIMP je zcela bezplatný a nabízí otevřený zdrojový kód, který napomohl ke vzniku mnoha příruček pro začínající i pokročilé uživatele. [6][7] 2.3 Pano2VR Pano2VR je program, umožňující vytvoření virtuálních prohlídek z panoramatických snímků do formátů HTML 5, Adobe Flash 10 nebo QuickTimeVR. Aplikace je vyvíjena společností Garden Gnome Software a obsahuje velké množství nástrojů, pomocí kterých lze vytvářet velmi interaktivní prohlídky. Pomocí programu můžeme vytvářet či upravovat vzhled ovládacího panelu a přidávat vlastní nastavení. Jednotlivé snímky virtuální prohlídky lze mezi sebou propojovat a vytvořit tak komplexnější projekt. [8][9]

7 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky 7 3 POSTUP PRÁCE Práce byla vytvořena pomocí několika následných kroků. Nejprve bylo třeba nasbírat vhodné historické materiály, které podmiňovaly vznik celé scény. Dále pak následovaly procesy samotné tvorby 3D scény zakončené vhodným výstupem projektu. 3.1 Sběr historických materiálů Získávání historických informací bylo pro tento projekt naprosto klíčové. Prvním krokem bylo získání indikační skici města Otrokovice z roku 1926, ta byla zakoupena z Moravského zemského archívu v Brně. Pomocí této mapy byl získán přehled o základním rozmístění budov a doplňkových objektů. Druhou fází bylo nalezení dostatečného množství dobových fotografií z 30 let. Mezním rokem vizualizace byl rok Hlavním zdrojem fotografií byly publikace vydané městem Otrokovice ve spolupráci s občany Otrokovic. Tyto fotografie obsahují krátký popis tehdejší situace. Knihy můžeme najít v Městské knihovně Otrokovice nebo v knihovně Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně. Dalším důležitým zdrojem fotografií a historických informací byl Státní okresní archiv Zlín, kde jsou k dispozici také knihy se záznamy o důležitých událostech, ke kterým došlo na území města. 3.2 Tvorba 3D scény Součástí práce bylo vytvoření zjednodušeného modelu reálné krajiny. Ke zpracování byla zvolena rozloha 17,5 km 2, která zahrnuje také baťovskou oblast, jenž může být využita při dalším vývoji projektu. Terén byl vygenerován pomocí aplikace sestrojené v rámci projektu 3D vizualizace centra současného Zlína z roku Aplikace komunikuje pomocí jednoduchých javascriptových příkazů s Google Maps a získává tak údaje o nadmořské výšce na základě zadaných GPS souřadnic. [10] Modely budov jsou vytvořeny ručně za použití modelovacích nástrojů programu Blender. Historická mapa byla v tomto případě použita pro získání informací o půdorysu každé budovy. Na základě půdorysu jednotlivých objektů, byl vytvořen základní tvar domu, následně upravený podle dobových fotografií. K docílení správného poměru velikostí jednotlivých stavebních konstrukcí (výšky objektu, velikosti okenních a dveřních otvorů,

8 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky 8 sklony střech) sloužilo porovnávání sousedních objektů na fotografiích i v celkové 3D scéně. Pro realistický vzhled projektu musely být modely budov doplněné o vhodné textury, ty byly vytvořeny na základě historických fotografií v programu GIMP pomocí dostupných nástrojů. Textury byly naneseny pomocí UV mapování na jednotlivé modely. Takto vytvořené textury byly bohužel pro celkovou scénu náročné a esteticky nevyhovující. Bylo proto rozhodnuto využít většího množství realističtějších textur s mnohonásobně menším rozlišením. Tyto textury lze opakovaně používat v celé 3D scéně, čímž se zabrání velkému nárůstu počtu textur. Stejný postup byl uplatněn i v případě tvorby textury modelu terénu, kdy celá textura byla nejprve nakreslena ve vektorovém editoru na základě indikačních skic z let 1926 a Tato textura byla následně nahrazena dílčími realističtějšími texturami. Textury jsou získány z internetového zdroje a upraveny v programu GIMP, aby co nejvíce odpovídaly historickým materiálům. Obrázek 1: Část modelu města s nakreslenými texturami

9 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky 9 Obrázek 2: Část modelu města s detailními texturami Scéna je doplněna o drobné objekty, které mají za úkol dotvářet tehdejší atmosféru. Tyto doplňky byly taktéž vytvořeny v 3D programu Blender. Modely stromů a vegetace jsou získány z webového zdroje kde jsou po vytvoření registrace zdarma dostupné projekty taktéž vytvořené v aplikaci Blender. 3.3 Renderování a virtuální prohlídka Výstupem z 3D scény jsou jednotlivé panoramatické snímky, které lze zpracovat do virtuální prohlídky. V programu Blender bylo vyrenderováno šest jednotlivých snímků, doplněných o vhodné osvětlení a doplňky. Orientační doba renderování jednoho snímku byla 6 minut v rozlišení 6000x3000px. Výstupní obraz byl dále zpracováván v programu Pano2VR. Bylo nutné vytvořit samostatný soubor pro každý jednotlivý snímek, v něm pak bylo možno upravit parametry projekce a vytvořit aktivní zóny, které umožňují propojení jednotlivých souborů a vytvořit tak interaktivní projekt. Každý obrázek byl ve svém popisu informací doplněn o historické detaily z dané zobrazované oblasti. Jako výstup virtuální prohlídky byl zvolen formát HTML5, následně umístěný na webové stránky

10 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky 10 4 VÝSTUPY PRÁCE Výsledkem práce je celková scéna, obsahující 128 objektů, vytvořených z vertexů, na které bylo použito přibližně 100 textur. Soubor projektu disponuje velikostí kb. Výstupem z 3D scény mohou být nejen výše zmíněné vyrenderované snímky, ale také animace. Z důvodu časové a výpočetní náročnosti renderování animace bylo rozhodnuto pro úspornější výstup ve formě snímků, které byly zpracovány do virtuální prohlídky a uveřejněny na webové stránce Cílem projektu bylo vymodelování historického centra Otrokovic a jeho významných budov. Přičemž většinu těchto budov v dnešním centu Otrokovic již nenaleznete. Ve výsledné scéně si můžete pohlédnout, například kostel sv. Vojtěcha, který jako jeden z mála zůstal zachován v původní podobě, měšťanskou školu, obecní úřad nebo budovu starého mýta. Obrázek 3: Fotografie severního konce náměstí Obrázek 4: Výstup oblasti z 3D scény

11 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky 11 ZÁVĚR Během práce se vyskytlo několik dílčích komplikací, díky kterým musel být přehodnocen celkový koncept projektu. Hlavní komplikací byla výpočetní náročnost neustále rostoucího počtu textur. Tento problém se podařilo do jisté míry zredukovat při použití dílčích textur s menším rozlišením. Tyto textury byly následně opakovaně používány. V rámci estetického hlediska je tato varianta přijatelnější. Model zobrazuje hlavní centrum Otrokovic, to však není ani zdaleka hotovo. 3D scéna se může nadále rozšiřovat a zobrazovat tak větší pole hlavních částí města. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] Otrokovice: objektivem času. Otrokovice: Město Otrokovice prostřednictvím Otrokovické Besedy, 2009, 134 s. [2] TICHÝ, Jiří. Toulky minulostí Otrokovic. Otrokovice: Město Otrokovice prostřednictvím Otrokovické Besedy, [3] Historie města Otrokovice. Historie města [online] [cit ]. Dostupné z: [4] BLENDER FOUNDATION. Blender.org [online]. [cit ]. Dostupné z: [5] POKORNÝ, Pavel. Blender: naučte se 3D grafiku. 2., aktualiz. a rozš. vyd. Praha: BEN - technická literatura, 2009, 286 s. ISBN [6] THE GIMP TEAM. GIMP - The GNU Image Manipulation Program [online] [cit ]. Dostupné z: [7] NĚMEC, Petr. GIMP 2.8: podrobná uživatelská příručka pro začínající grafiky. 1. vyd. Brno: Computer Press, 2013, 272 s. ISBN [8] GARDEN GNOME SOFTWARE. Pano2VR [online] [cit ]. Dostupné z: [9] KOMENDOVÁ, Nikol. Grafická vizualizace II. základní školy Boženy Němcové v Zábřehu. Zlín, Bakalářská práce. Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky [10] DUREC, Marián, Markéta MAZÁČOVÁ a Kamil STOKLÁSKA. 3D vizualizace centra současného Zlína. Zlín, STOČ Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky.