Vizualizace školní tělocvičny Radek Ježdík 4.C Garant projektu: Ing. Jaroslav Zápotocký Konzultant: Ing. Radko Sáblík 2009/2010 Smíchovská střední průmyslová škola
Zadání projektu Žákovský projekt Název: Vizualizace školní tělocvičny Jméno: Radek Ježdík Ročník: 4 Třída: 4.C Školní rok: 2009/2010 Garant projektu: Ing. Jaroslav Zápotocký Obor: Konzultant: Ing. Radko Sáblík Informační technologie Zadání: Vytvořte prostorový model školy - nové školní tělocvičny Účel projektu: Pomůcka pro prezentaci školy v multimédiích Výstup (výstupy) projektu: 3D model, animovaná vizualizace Obsah: (rozepsané úkoly) 1. Proveďte analýzu problému a navrhněte postupy pro splnění zadání 2. Sestavte harmonogram prací a hodnotící list s bodovanými úkoly 3. Proveďte vlastní řešení projektu dle schváleného harmonogramu 4. Proveďte závěrečné zhodnocení projektu 5. Odevzdejte závěrečnou zprávu ve formě dokumentu v programu Word 6. Odevzdejte prezentaci projektu v programu PowerPoint 7. Proveďte veřejnou prezentaci svého projektu Žákovský projekt bude mít teoretickou a praktickou část. V teoretické části odevzdáte vytištěnou závěrečnou zprávu a případné další výstupy, plynoucí z vašeho projektu. Závěrečná zpráva, podklady pro prezentaci a případné další výstupy budou rovněž na připojeném nosiči CD. Součástí projektu je závěrečná veřejná prezentace projektu před třídou a dalšími návštěvníky prezentace. V praktické části budete svůj projekt obhajovat před maturitní komisí.
Hodnotící list Název projektu Úvod do PRO, pravidla PRO Jméno: Ježdík Radek Termín: Datum: šk.týden 2./37. 7.9.2009 Zadání projektu Harmonogram prací 3./38. 4./39. 14.9.2009 21.9.2009 Státní svátek 5./40. 6./41. 28.9.2009 5.10.2009 Analýza řešeného problému 7./42. 8./43. 12.10.2009 19.10.2009 9./44. 10./45. 26.10.2009 2.11.2009 11./46. 9.11.2009 12./47. 13./48. 16.11.2009 23.11.2009 14./49. 15./50. 30.11.2009 7.12.2009 Průběžná kontrola 2 16./51. model - detaily, základní materiály 14.12.2009 Vizualizace školy Průběžná kontrola 1 základní model 5 bodů Školní rok: 2009-2010 Hodnocení (Poč.bodů): 5 bodů 5 bodů 5 bodů 15 bodů 14 bodů 15 bodů 15 bodů 15 bodů 17./52. 21.12.2009 18./53.,1. 28.12..2009 Vánoční prázdniny 19./2. Průběžná kontrola 3 dokončení materiálů, scény Třída: 4.C Maximální zisk bodů: 4.1.2010 nasvícení 20./3. 11.1.2010 15 bodů 21./4. 22./5. 18.1.2010 25.1.2010 výborně 23./6. 24./7. 1.2.2010 8.2.2010 25./8. 15.2.2010 Jarní prázdniny 26./9. 27./10. 23.2.2010 1.3.2010 Zakončení projektu - kontrola Odevzdání projektu 28./11. 29./12. 8.3.2010 16.3.2010 5 bodů 10 bodů Odevzdání závěrečné zprávy Třičtvrtěletní klasifikace 30./13. 31./14. 23.3.2010 30.3.2010 5 bodů Velikonoce Prezentace projektu 32./15. 33./16. 5.4.2010 12.4.2010 Příprava obhajoby projektu Příprava obhajoby projektu 34./17. 35./18. 19.4.2010 26.4.2010 Pololetní klasifikace Průběžná kontrola 4 vizualizace a rendering Celkem bodů za průběžnou práci 15 bodů 10 bodů 100 14 bodů Podpis garanta:
Čestné prohlášení Já, Radek Ježdík, student Smíchovské střední průmyslové školy, narozen 3. července 1991, bytem v Dačického 1009/9, Praha 4, 140 00, čestně prohlašuji, že v dokumentu, jehož je toto prohlášení nedílnou přílohou, jsem uvedl přesné, pravdivé a úplné údaje. Vše jsem tvořil sám za pomoci garanta a konzultanta projektu. Jsem si vědom toho, že pokud by mnou uvedené informace byly nepravdivé, budu čelit všem z toho vyplývajícím následkům. V Praze, dne 5. květen 2010. podpis
Anotace Tento projekt je zaměřen na vizualizaci přestavby školní tělocvičny v prvním patře školy. Vizualizace si klade za cíl věrné grafické podání přestavby s dodržením plánů a dokumentace vytvořených architektem stavby a také s přihlédnutím ke skutečné přestavbě. Výsledkem je série obrázků ukazující detaily vizualizace, krátké animované video a zobrazení pomocí technologie QuickTime VR (QTVR) zobrazující panoramatický pohled pomocí QuickTime Playeru, vhodného pro použití na webových stránkách. Pro všechny body jsem použil počítačový program zvaný Cinema 4D, 3D modelovací a renderovací nástroj, v kterém jsem udělal hlavní část. Program umí vytvořit všechny 3 výstupy sám obrázky, video i QuickTime VR. Dodatečné úpravy obrázků jsou dělány v programu Photoshop. Annotation This project is focused on visualization of reconstruction of the school gym in first floor of the school. The visualization aims to create real-looking graphical presentation of the reconstruction with respect to plans and documentation created by the architect and to real reconstruction as well. Result is series of images showing the details of the visualization, short animated movie and special panorama view using QuickTime VR technology and displaying it in QuickTime Player, suitable for use on web pages. For all this I used computer program called Cinema 4D, which is a 3D modeling and rendering tool, in which I did the main part of the whole project. The program can create all three outputs images, video and QuickTime VR. Additional image adjustments are done in the program Photoshop.
Obsah Obsah...1 Úvod...2 Analýza řešeného problému...3 Vlastní řešení projektu...6 Závěr a zhodnocení projektu...12 Seznam použitých zdrojů...13 1
Úvod Mým úkolem v žákovském projektu bylo vytvořit vizualizaci přestavby školní tělocvičny. Využil jsem k tomu znalosti programu Cinema 4D, který už několik let amatérsky používám a který se nyní vyučuje ve škole. Při vypracovávání projektu jsem si některé znalosti v programu utvrdil a zlepšil, jiné jsem se musel naučit. Vizualizace se opírá o dokumentaci a plány přestavby tělocvičny a také o výsledek skutečné přestavby, protože některé věci byly změněny oproti plánům. Výsledkem projektu je série statických obrázků, krátké animované video, na kterém jsem otestoval své animační dovednosti a tvůrčí práci, a nakonec interaktivní panoramatický pohled pomocí technologie QuickTime VR a jeho zobrazení pomocí multimediálního přehrávače QuickTime Player. Všechny výstupy dokáže program Cinema 4D vypracovat sám, dle zadaných nastavení a samotných objektů vizualizace. Výstup projektu může sloužit na propagaci školy a jejích aktivit, například jako ukázky při dnu otevřených dveří nebo na webových stránkách školy. 2
Analýza řešeného problému Za ročníkový projekt jsem si vybral počítačovou vizualizaci nové školní tělocvičny v prvním patře školy. Vizualizace si klade za cíl věrné grafické podání stavby, s dodržením plánů a dokumentace vytvořených architektem stavby. Ke splnění tohoto úkolu využiji program pro tvorbu 3D modelů Cinema 4D od firmy Maxon, který zajistí jak výstup obrázků a videí, tak i panoramatického obrázku QTVR, díky standardní implementaci těchto způsobů renderování (vyobrazení). Studentskou licenci na tento program mám od školy zdarma pro nekomerční účely. Pro drobné grafické úpravy obrázků (postprodukci) využiji grafický program Adobe Photoshop Elements, který jsem dostal zdarma při zakoupení svého notebooku. Postup 1) studium dokumentace, rozvržení v programu Cinema 4D dokumentaci lze použít přímo v programu jako podklad, podle kterého lze modelovat v základních technických pohledech 2) základní modelování tělocvičny půdorys stavby, okna a dveře 3) dolaďování detailů objektů ochranné mříže, žebřiny, koše na basketbal, světla a další 4) tvorba materiálů a textur 5) nastavení nasvícení scény a výstupu (rendering) 6) výstup v podobě obrázků, QTVR, případně v podobě videa 7) konečná úprava výstupů v Adobe Photoshop Elements 3
V programu Cinema 4D budu vytvářet modely pomocí základních nástrojů pro 3D modelování a texturování, které jsou součástí jádra programu, včetně modulu BodyPaint 3D pro tvorbu realistických textur, nanášených v reálném čase přímo na povrch 3D modelů. Hotová scéna bude nasvícena pomocí dodatečného modulu pro Cinemu 4D - Advanced Render. Nástroje programu Cinema 4D 1) tvorba modelů pomocí základních objektů (tzv. primitiv), které se pak upravují nástroji pro úpravu struktury, případně pomocí matematických modelů NURBS (generování povrchu pomocí křivek) 2) materiály pro texturování a obarvení povrchů kde se dá, budu využívat shadery (počítačově generované textury), které jsou snadno nastavitelné a s kterými lze docílit i zvláštních efektů textury obrázky, které se aplikují na 3D modely, budu vytvářet a upravovat v modulu BodyPaint 3D. 3) Advanced Render modul pro simulaci reálného chování světla (nasvícení scény) Global Illumination (globální osvětlení) bere v potaz šíření světla scénou s ohledem na odrážení a lom světla od jiných objektů Ambient Occlusion (okolní prostředí) podle okolních objektů se světlo tlumí, a tím dodává více realističnosti Sky (Obloha) díky téhle funkci získáme realistické nasvícení scény podle šíření světla od slunce atmosférou a mraky. 4) renderování (vyobrazení) do jednotlivých obrázků přes objekty Kamera, které specifikují pozici a orientaci pozorovatele. 4
Případné nedostatky mých znalostí budu řešit s profesionály na internetovém fóru věnovaném přímo programu Cinema 4D, a to na stránkách www.3dsoftware.cz. Nástroje programu Adobe Photoshop Elements Program budu využívat pro úpravu výsledných obrázků, popřípadě i textur. jas a kontrast zabarvení a sytost klonování a štětec pro zamaskování případných artefaktů - míst, kde se objevil nějaký grafický nedostatek po vyrenderování Tento projekt jsem si vybral proto, že mým dlouhodobým amatérským koníčkem mimo jiné je 3D modelování v programu Cinema 4D a grafika obecně. A modelování školní tělocvičny je pro mě výzvou. S programem jsem se setkal už na základní škole a zapůsobil na mě svou jednoduchostí a rychlým způsobem tvorby, na rozdíl od jiných 3D modelovacích nástrojů. Navíc jsem problematiku modelování staveb již řešil spolu s Dominikem Ivaškou při modelování exteriéru školy, u kterého si myslím, že se konečný výsledek velmi zdařil. 5
Vlastní řešení projektu Řešení projektu probíhalo v několika krocích. První co bylo nutné udělat, bylo rozhodnout se, jak bude přestavená tělocvična vypadat. Ještě před započetím projektu, jsem měl vlastní návrh, jak bych si tělocvičnu představoval já. Později jsem ji zavrhl s tím, že udělám vizualizaci skutečné přestavby, která začala koncem roku 2009. Bylo tedy nutné zajistit dokumentaci a plány přestavby. Tu jsem získal od pana ředitele Ing. Radka Sáblíka, konzultanta projektu. S jeho svolením jsem si dokumentaci, nutnou pro vymodelování tělocvičny, okopíroval. 6
Dokumentaci jsem převedl do elektronické podoby, kde bylo nutné ji dodatečně upravit spojit více jejích částí, protože byla okopírována z A2 na A3, čili některé části se nevešli na jedu stranu. Vzniklo tedy několik obrázků, které jsem vložil do programu Cinema 4D a využil je jako podklad, na kterém jsem stavěl model. Nejvíce jsem využil půdorysný pohled a pohled z boku. V první fázi jsem chtěl vymodelovat celé jedno křídlo patra, kde tělocvična stojí, včetně tedy nejen posilovny, odkládací místnosti na pomůcky a místnosti se stolním tenisem, ale i šatny, chodbu a schodiště. Půdorys byl tedy vymodelován na celé křídlo, což je vidět na začátku videa. Z tohoto záměru nakonec sešlo pro velkou náročnost na čas. Zůstalo tedy jen u vizualizace samotné místnosti hrací plochy tělocvičny. 7
Půdorys byl vytvořen čistě polygonální cestou. U dalších objektů jsem si vypomohl objekty primitiv (např. Krychle), které jsem pak upravoval ručně. U zadního a předního obložení stěny jsem využil metodu Protažení NURBS s využitím křivek, kopírující povrch stěny. Hodně jsem využíval tzv. instance objektů, které mi umožňují měnit více stejných objektů najednou, tak abych je v budoucnu nemusel upravovat po jednom (např. okna, jednotlivé parkety a prkna obložení). Zvláštní pozornost jsem dal podlaze, u které jsem dostal nápad ukázat řez podlahou. V dokumentaci jsem vyčetl, že bude použit systém podlah UnoBAT 50 od firmy Junkers. Vyhledal jsem na internetu podrobnosti o tomto systému a podle nich jsem tento systém podlah, určený především pro sportovní využití, vymodeloval. Nákres systému vidíte na níže uvedeném obrázku. UnoBAT 50 je systém sportovní podlahy založený na jednoduchém základním roštu, který poskytuje shodné tlumení nárazu a odrazu míče. 8
V dokumentaci byly navíc uvedeny materiály použité pod roštem tohoto systému. Vizualizace řezu celé podlahy je na obrázku níže. Řez vrstvami podlahy (1 parkety, 2 pružný rošt, 3 dvě OSB desky, 4 geotextílie, 5 PE fólie) 9
Následovala další tvorba modelů basketbalový koš, okna, světla, topení, dveře. Všechny modely se pak otexturovaly (nanesla se barva) v podání bitmapových textur nebo tzv. shaderů (dynamických programově vytvořených obrázků) s přidáním efektů jako odrazivost a lesk. Scéna se dále upravovala podle skutečné přestavby, která byla prováděna od konce roku 2009 do konce ledna 2010. Bylo nutné pořídit nějaké referenční fotky, podle kterých se modely upravovaly. Některé úpravy se totiž lišily od dokumentace. Ty se týkaly především obložení stěn, které bylo podél stran s okny sníženo na úroveň parapetu oken, a žebřin, které byly kompletně odstraněny. Posledním velkým krokem bylo celou scénu nasvítit. V této oblasti jsem neměl tolik zkušeností, i když nasvícení scény je jednou z nejdůležitějších částí vizualizace. Správné nastavení totiž dělá z pouhých 3D modelů realisticky vypadající vizualizaci. K tomu jsem využil modulu Advanced Render a jeho technologií Global Illumination a objektu Sky. Protože jsem tyto možnosti neuměl správně využívat, požádal jsem o pomoc na fóru českého internetovém serveru www.3dsoftware.cz. Po několika pokusech s různým nastavením několika možností Advanced Renderu, jsem byl s výsledným nasvícení spokojen. 10
Poslední velkou částí bylo vytvořit animaci do výsledného videa. Napadl mě způsob, jak tělocvičnu jakoby stavět od základů. K tomuto účelu bylo nutné vytvořit sérii objektů pro Booleovské operace. Tyto operace slouží pro odříznutí kusu modelu jiným modelem (stejný způsob byl použit pro řez podlahou, kde se odřezávaly jednotlivé vrstvy pomocí kvádrů). Tyto odřezávací modely měly animovaný pohyb tak, aby kousek po kousku odhalovaly jednotlivé modely. Ve videu nebylo možné použít možnosti Advanced Renderu, protože by čas věnovaný počítání snímků extrémně prodloužil (pro představu počítání jedno snímku se zapnutým AR trvá asi 30 minut, video má okolo 640 snímků). Proto tělocvična nevypadá tak reálně jako na obrázcích. Poslední část jsem věnoval už jen nastavení parametrů scény pro jednotlivé typy výstupů a renderování. 11
Závěr a zhodnocení projektu Myslím, že co jsem si v projektu předsevzal, jsem splnil. Lituji pouze nedostatku času, který bych využil na vizualizaci celého křídla patra s tělocvičnou. Na projektu jsem otestoval dosud získané znalosti o programu Cinema 4D a o animaci, navíc jsem se naučil využívat modulu Advanced Render pro nasvícení interiérové scény. Výstupy jsou podle mého názoru zdařilé a v rámci možností odpovídají co nejvíce skutečnosti. 12
Seznam použitých zdrojů Dokumentace přestavby školní tělocvičny http://www.cgtextures.com http://www.3dsoftware.cz http://www.continentalsports.co.uk/flooring/flyerunobat50uk.pdf 13