Studentská tvůrčí a odborná činnost STOČ 2017 3D VIZUALIZACE NEREALIZOVANÉHO NÁVRHU VLAKOVÉHO NÁDRAŽÍ VE ZLÍNĚ Z ROKU 1942 Lukáš LAŠTŮVKA Nad Stráněmi 4511, 760 05 Zlín 20. dubna 2017 FAI UTB ve Zlíně
Klíčová slova: 3D grafika, architektura, Zlín, nádraží, Blender Anotace: Cílem této práce bylo vytvořit komplexní 3D model navrhovaného projektu vlakového nádraží ve Zlíně, které vytvořil Josef Gočar v roce 1942. K tomuto účelu posloužili jako předloha ideové plány budovy nádraží a dobové plány města Zlína, které jsou k dispozici v Národním technickém muzeu v Praze nebo ve Státním okresním archívu Zlín - Klečůvka. Na základě těchto dokumentů jsem vytvořil komplexní 3D model podoby takového nádraží včetně textur. Výstupem práce jsou demonstrační rendery a animace. Toto téma se řeší ve spolupráci se Státním archívem Zlín - Klečůvka. 2
Obsah 1. Úvod... 4 2. Použitý software... 5 2.1 Blender... 5 2.2 CrazyBump... 5 3. Modeling... 6 3.1 Použité modifikátory... 7 4. Materiály, textury a rendering... 8 5. Závěr... 10 6. Literatura... 11 7. Seznam obrázků... 11 3
1. Úvod V této práci jsem realizoval 3D model Zlínského vlakového nádraží podle návrhu, který vytvořil Josef Gočar v roce 1942. Jako předlohu jsem použil ideové plány budovy. V práci jsem krátce popsal použité postupy a software, který jsem v celém projektu užíval. Styl exteriéru a interiéru jsem navrhnul tak, že jsem převzal některé prvky dnešního Zlína a zkombinoval je dohromady. Plány mi poskytl Státní okresní archív Zlín-Klečůvka. Po následném výsledný model jsem předvedl na demonstračních renderech, kde je vymodelovaná celá budova s nástupišti a interiérem včetně textur. 4
2. Použitý software 2.1 Blender Blender je multiplatformní open source aplikace zaměřená na vytváření 3D modelů, animací, rendering, postprodukční činnost a v neposlední řadě interaktivních aplikací. Blender spustíte nejen v systému Windows, ale i pod Linuxem, na Mac OS X a mnoha dalších operačních systémech. Díky open source licenci, je program nejen zcela zdarma a to i pro komerční využití, ale také že si můžete stáhnout kompletní zdrojové kódy, zkompilovat je na vlastní sestavě pro optimalizaci výkonu, libovolně je upravovat a případně se aktivně podílet na dalším vývoji softwaru Blender. 2.2 CrazyBump Software CrazyBump je ve své podstatě konvertor vyrábějící z načtené mapy povrchu mapy ostatních běžně využívaných kanálů, počínaje odlesky přes normálové mapy, mapy subpolygonální deformace až po mapu fake occlusion, tedy mapu difusního ztmavení oblastí. Díky tomu lze z každého obrázku vytvořit texturu působící plasticky i při nanesení na pouhou plochu. Program disponuje průběžným náhledem výsledné textury nanesené na přednastavené objekty (Válec, kvádr, koule) nebo si můžeme nahrát vlastní objekt. CrazyBump je k dispozici zdarma v 30denní zkušební verzi. 5
STOČ 2017 - Studentská tvůrčí a odborná činnost 3. Modeling Jako předlohu jsem použil dobové plány získané z archivu Klečůvka. Blender podporuje funkci tzv. Background image, díky které jsem si promítnul plány do jednotlivých pohledů, jako poslední krok jsem sjednotil měřítka. Obrázek 1: Ideové plány budovy Dalším krokem byla samotná studie plánů, a tak jsem začal modelovat nejdříve jednoduchý tvar celé budovy za účelem snadnější orientace v plánech a k předloze kvůli následnému detailnějšímu propracování. Můj pohled na celou budovu byl zprvu špatný, myslel jsem, že budova má dvě nadzemní patra, při pozdějším zkoumání jsem si ale všiml, že celý komplex je vlastně vnořený do terénu, z čehož vyplývá, že podchody k nástupištím jsou víceméně ve stejné úrovni jako vstup do nádraží a kolejiště se nachází až v patře. Obrázek 2: Původní pohled na celou stavbu (Zjednodušený model) 6
Obrázek 3: Průběh samotné práce. (Vlevo modeling, vpravo testování textur) 3.1 Použité modifikátory Během samotného modelování jsem využíval klasických modifikátorů pro usnadnění celé práce. Mirror- Tento modifikátor dokáže přenést objekt okolo svého středu po libovolné ose. Jedná se tedy o klasické zrcadlo, jak již vypovídá ze samotného názvu. Využíval jsem ho vlastně po celou dobu modelování, problém nastal až při další fázi modelování, kdy jsem potřeboval jednotlivé poloviny objektů upravovat nezávisle na sobě. Proto jsem musel tento modifikátor na některých objektech aplikovat, abych dosáhl plně editovatelného objektu. Array- Jak z názvu vypovídá, jedná se o pole. Samotný modifikátor funguje tak, že vezme objekt a duplikuje ho po určité ose, kterou si uživatel zvolí a to kolikrát uživatel potřebuje. Modifikátoru si můžete všimnout například u kolejí, kdy ve skutečnosti je vymodelovaný asi jen metr kolejí a jeden pražec, zbytek je pomocí modifikátoru nakopírován po jedné ose s nulovým odsazením, druhým příkladem je schodiště, stačil mi jeden schod, který mi po té stačilo jen duplikovat při odsazení o 1délku doprava a 1výšku nahoru. Obrázek 4: Ukázka modifikátoru array (na obrázku je vybraný celý objekt, zbytek je generován) 7
Bevel- Tak jako v reálném světě, nemá všechno absolutně ostrou hranu, tento modifikátor tedy dokáže na již vymodelovaném objektu zkosit hrany. Výhodou je, že samotná síť objektu se nezmění, dokud se modifikátor neaplikuje, proto je následná editace mnohem jednodušší. 4. Materiály, textury a rendering Snažil jsem se o co nejvíce reálné výstupy a k tomu jsem musel přizpůsobit i materiály. Nechal jsem se inspirovat tutoriály na serveru www.youtube.com na kanálu Blender Guru. Jedno jejich video se zabývá realistickým nastavením materiálů, vysvětluje lom světla v reálném světě, odlesky, odrazy a mnoho dalšího. Použitím Node editoru, což je funkce Blenderu, která uživateli umožňuje nastavit si materiály podle svých představ. Kombinací různých vlastností materiálů jsem vytvořil univerzální materiál na základě tutoriálu. Ten mi umožnil po nahrání barevné, odleskové, normálové a difúzní mapy měnit vlastnosti odlesků a reflexe v závislosti na použité textuře. Pokud se nenahrají mapy, lze si jednoduše zvolit barvu a nastavit odlesky. Textury jsem generoval z části pomocí programu CrazyBump a z části jsem použil server www.poliigon.cz kde jsou k dispozici ke stažení několika volných textury v různém rozlišení včetně všech potřebných map. Celý web funguje na principu bodů, za které si lze nakoupit zvolené textury (jejich cena se zvyšuje na základě zvoleného rozlišení). Za registraci obdrží uživatel 30 bodů i na placené textury. Během texturování jsem musel dělat často náhledové render, za účelem správného nastavení textur a materiálů. Obrázek 5: Další test textur 8
Blender disponuje několika renderovacími enginy. Já si zvolil engine Cycles, který podporuje výše zmíněný Node editor. Nevýhodou tohoto enginu je jeho náročnost při výpočtech. Výsledná kvalita se udává v tzv. Samplech. Velmi zjednodušeně řečeno se dá celý proces přirovnat k přesívání mouky, postupně se používá jemnější a jemnější síto. Výsledné rendery jsou k dispozici ve 4K rozlišení, mimo detailních renderů, k podrobnějšímu prohlédnutí. Samotná animace je pak pouze natočený průchod modelem přímo z prostředí Blenderu v OpenGL. 9
5. Závěr U této práce jsem podcenil časovou a hardwarovou náročnost výsledných renderů. Z toho důvodu je výsledná animace pouze v OpenGL renderu. Nicméně jsem si na budově osvojil používání textur, světel a samotný modeling. Modelování podle plánů ze Státního okresního archivu Zlín- Klečůvka bylo velice zajímavou zkušeností, poukazuji zejména na spolupráci při řešení některých problémů. Výsledek práce hodnotím kladně a doufám, že se v budoucnu zúčastním něčeho s podobnou tématikou. 10
6. Literatura [1] Státní okresní archive Zlín [online]. [cit. 2017-04-19]. Dostupné z: http://zlin.mza.cz/publikace/uvod. 7. Seznam obrázků Obrázek 1: Ideové plány budovy... 6 Obrázek 2: Původní pohled na celou stavbu (Zjednodušený model)... 6 Obrázek 3: Průběh samotné práce. (Vlevo modeling, vpravo testování textur)... 7 Obrázek 4: Ukázka modifikátoru array (na obrázku je vybraný celý objekt, zbytek je generován)... 7 Obrázek 5: Další test textur... 8 11