Architektonická vizualizace v Blenderu

Transkript

STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST
ARCHITEKTONICKÁ VIZUALIZACE
V BLENDERU 2.6
Antonín Šmíd
České Budějovice 2013
STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST
Obor SOČ: 18. Informatika
ARCHITEKTONICKÁ VIZUALIZACE V BLENDERU 2.6
ARCHITECTURE VISUALIZATION IN BLENDER 2.6
Autor:
Antonín Šmíd
Škola:
Gymnázium,
České Budějovice, Jírovcova 8
371 61
Konzultant:
PaedDr. Ing. Eva Blažková
České Budějovice 2013
Antonín Šmíd
Prohlášení
Prohlašuji, že jsem svou práci vypracoval samostatně, použil jsem pouze podklady uvedené
v přiloženém seznamu a postup při zpracování a dalším nakládání s prací je v souladu se zákonem č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně
některých zákonů (autorský zákon) v platném znění.
V Českých Budějovicích dne
podpis
Antonín Šmíd
Poděkování
Děkuji PaedDr. Ing. Evě Blažkové za pomoc a vedení v této práci.
Antonín Šmíd
Anotace
Práce je koncipována jako učebnice pro open source software Blender. Vysvětluje obecné
metody práce v 3D softwaru, aplikované konkrétně na tvorbu architektonických vizualizací. Popisuje kompletní projekt počínaje konzultací a zadáním developera, přes samotnou realizaci
až po výstup a jeho prezentaci. Postupy jsou vysvětleny takovým způsobem, aby se daly použít
nezávisle na softwaru.
Klíčová slova: architektonická vizualizace, Blender, modelování, materiály, texturování, svícení, vykreslení, post-processing
Annotation
This work is written as basic training for open source software Blender. It explains general methods of work in 3D software applied to creation of architecture visualization. It covers
complete project including consultation with developer, production itself or presentation of the
final results. Procedures are explained in such a way that they can be used independently
of the software.
Key words: architecture visualization, Blender, modeling, texturing, lighting, rendering,
post-processing and composing
Antonín Šmíd
Obsah
1
2
3
Úvod ...................................................................................................................................................... 8
1.1
Koncept ......................................................................................................................................... 8
1.2
Co je Blender ................................................................................................................................ 9
1.2.1
Proč právě Blender? ............................................................................................................. 9
1.2.2
Trocha historie ...................................................................................................................... 9
1.3
Doporučená konfigurace ............................................................................................................. 10
1.4
Stažení a instalace ....................................................................................................................... 10
1.5
Postup práce ................................................................................................................................ 10
1.5.1
Setkání s klientem a vstupy ................................................................................................. 10
1.5.2
Modelování ......................................................................................................................... 11
1.5.3
Materiály a textury .............................................................................................................. 11
1.5.4
Světla ................................................................................................................................... 11
1.5.5
Vykreslení – render ............................................................................................................. 12
1.5.6
Finální dotek........................................................................................................................ 12
Prostředí – GUI ................................................................................................................................... 13
2.1
Úpravy oken ................................................................................................................................ 14
2.2
Info .............................................................................................................................................. 14
2.3
Properties .................................................................................................................................... 15
2.4
Outliner ....................................................................................................................................... 15
2.5
3D View ...................................................................................................................................... 16
2.5.1
Pohyb v prostoru ................................................................................................................. 16
2.5.2
Typy zobrazení .................................................................................................................... 16
2.5.3
Módy ................................................................................................................................... 17
2.5.4
Vrstvy .................................................................................................................................. 18
Vykreslení – render ............................................................................................................................. 19
Druhy render enginů ................................................................................................................... 20
3.1
3.1.1
Blender internal ................................................................................................................... 20
3.1.2
Cycles .................................................................................................................................. 20
3.1.3
Yafaray ................................................................................................................................ 20
Nastavení výstupu ....................................................................................................................... 20
3.2
4
Práce s objekty ve scéně...................................................................................................................... 21
4.1
Jednoduché objekty ..................................................................................................................... 21
4.2
Pohyby objektů ........................................................................................................................... 22
4.2.1
Označování objektů............................................................................................................. 22
Antonín Šmíd
4.2.2
Transformace - poloha, otočení, velikost ............................................................................ 22
4.2.3
3D kurzor ........................................................................................................................... 23
4.2.4
Origin – středový bod.......................................................................................................... 23
4.2.5
Snap – zarovnání ................................................................................................................. 23
4.2.6
Ostatní objektové nástroje ................................................................................................... 23
4.3
5
Vztahy mezi objekty ................................................................................................................... 24
4.3.1
Skupiny ............................................................................................................................... 24
4.3.2
Parent – rodičovská vazba ................................................................................................... 24
Modelování ......................................................................................................................................... 26
Základní nástroje ......................................................................................................................... 26
5.1
5.1.1
Transform – posunutí .......................................................................................................... 27
5.1.2
Deform ............................................................................................................................... 27
5.1.3
Add – přidání vertexů.......................................................................................................... 27
5.1.4
Remove – odebírání vertexů ............................................................................................... 29
5.2
Modifiers ..................................................................................................................................... 30
5.2.1
Array ................................................................................................................................... 31
5.2.2
Boolean .............................................................................................................................. 31
5.2.3
Mirror .................................................................................................................................. 32
5.2.4
Bevel ................................................................................................................................... 32
5.2.5
Subdivision surface ............................................................................................................. 32
Obrázek na pozadí ....................................................................................................................... 33
5.3
6
Materiály ............................................................................................................................................. 35
Nastavení materiálu..................................................................................................................... 35
6.1
6.1.1
Diffuse ................................................................................................................................. 35
6.1.2
Specular ............................................................................................................................... 35
6.1.3
Shading................................................................................................................................ 35
6.1.4
Transparency ....................................................................................................................... 36
6.1.5
Mirror .................................................................................................................................. 36
6.1.6
Shadows .............................................................................................................................. 36
6.2
7
Textury ........................................................................................................................................ 37
6.2.1
Texture type ........................................................................................................................ 37
6.2.2
Mapping .............................................................................................................................. 37
6.2.3
Influence.............................................................................................................................. 38
6.2.4
UV mapy ............................................................................................................................. 39
Světla................................................................................................................................................... 41
7.1
Ray tracing .................................................................................................................................. 41
Antonín Šmíd
Typy světel .................................................................................................................................. 41
7.2
7.2.1
Point – bodové světlo .......................................................................................................... 41
7.2.2
Sun – směrové světlo ......................................................................................................... 42
7.2.3
Spot – klasický reflektor ..................................................................................................... 42
7.2.4
Area – světelná plocha ....................................................................................................... 43
7.3
Ambient Occlusion...................................................................................................................... 43
7.4
Třísvětelný model ....................................................................................................................... 45
Kamera a okolí scény .......................................................................................................................... 47
8
8.1
Nastavení kamery ........................................................................................................................ 47
8.2
World .......................................................................................................................................... 48
Finální dotek ....................................................................................................................................... 49
9
9.1
10
Node editor .................................................................................................................................. 49
9.1.1
Barevné korekce .................................................................................................................. 49
9.1.2
Hloubka ostrosti ................................................................................................................. 51
Závěr ............................................................................................................................................... 52
Bibliografie ................................................................................................................................................. 53
Seznam obrázků .......................................................................................................................................... 54
Antonín Šmíd
1 Úvod
Počítačová grafika je velmi široký obor. Velmi často se setkáváme především s grafikou tištěnou a webovou. Ale to není ani zdaleka všechno. Díky rychlému nárůstu výkonu procesorů
a grafických karet počítačů došlo k rozšíření 3D grafiky. Dříve bylo 3D výsadou velkých studií,
dnes se může tímto oborem zabývat prakticky každý.
Ale i 3D je velmi široký pojem. Doslova znamená tří dimenzionální. Obecně
jde o práci s objekty v třírozměrném virtuálním prostoru, který simuluje počítač.
Využití je mnoho: můžeme navrhovat
reálné předměty od mobilního telefonu
až po auta, letiště i celé městské čtvrti.
Můžeme tvořit animovaný film, nebo
efekty pro film hraný. Ve 3D lze umělecky sochat, ale i přesně simulovat. Všechno
je možné, záleží jen na trpělivosti, času,
který jsme ochotni práci věnovat, a samozřejmě záleží také na výkonu počítače.
Obrázek 1 For the birds, Studio Pixar
Zde se budu věnovat architektonické vizualizace,
tedy zobrazování staveb. Ještě než se dům postaví,
je třeba jej zobrazit. Žádný klient přece nebude vybírat svůj dům/byt podle stavařských plánů. Je třeba
jej nejdříve zaujmout. Lidé potřebují ukázat, jak bude
jejich domov vypadat, jak se kolem budou zelenat
stromy, svítit slunce. Potřebují vidět, jak se tam bude
skvěle žít, potřebují si představit, jak tam vychovávají
své děti. Jestli mají investovat své životní úspory
Obrázek 2 Vizualizace Neo Zličín, Neocity
Group
a ještě si vzít hypotéku na třicet let, je to prostě nutnost.
A to je přesně chvíle kdy přichází 3D grafik,
aby z plánů pro stavbu vytvořil nádherný obraz, ukázku toho, jak bude stavba úplně vypadat hotová. Obraz, který developerské společnosti natisknou na billboardy, vystaví na web.
Rád bych zde vyložil celý postup tvorby takovéto vizualizace. Budu používat program Blender ve verzi 2.6. Blender je jediný open source 3D program na trhu. I přes to, že je tento software
zdarma, drží krok s placenými programy.
Předpokládám uživatelskou znalost práce s počítačem a alespoň pasivní znalost angličtiny –
Blender je psán v angličtině a nepřekládá se, jelikož technologie a nástroje v něm obsažené často
ani nemají jiný než anglický název. Také znalost práce v libovolném bitmapovém editoru je důležitá pro práci v 3D.
1.1 Koncept
Předem bych chtěl upozornit, že tohle není učebnice na Blender. Budu se věnovat pouze nástrojům spojeným s vizualizací. Blender je program obecně pro 3D tvorbu, proto jsou jeho možnosti mnohem větší, než jaké využiji.
8
Antonín Šmíd
Metody, které ukáži, nejsou vázány na konkrétní grafický program. Dají se snadno aplikovat
s použitím jakéhokoli software.
Blender je charakteristický svými klávesovými zkratkami. Většina funkcí je skrz ně dostupná.
3D grafik potřebuje rychle pracovat, používat nástroje hned, ne je hledat v hloubi menu. Klávesové zkratky budu používat velmi hojně. Hned na začátek se určitě bude hodit LMB-levé tlačítko
myši, RMB-pravé tlačítko myši a MMB-kolečko myši.
1.2 Co je Blender
Blender je software pro 3D modelování, animaci, tvorbu her, rendering, postprocessing a přehrávání. Tento program je založený na grafické knihovně Open GL. Je dostupný pro velké
množství operačních systémů jako Windows, Mac OS X, Linux, Irix, Sun Solaris nebo FreeBSD. Je k dispozici zcela zdarma včetně zdrojových kódů. (Pokorný, 2006)
1.2.1 Proč právě Blender?
Důvodů proč jsem vybral tento program je několik.
První jsem již zmínil, je zcela zdarma. Za ekvivalentní
placený software se platí desetitisíce, to jej činí pro studenty nedostupným.
Obrázek 3 Oficiální logo Blenderu
Blender je neustále vyvíjen společností Blender Foundation. Každý rok produkují přední světoví umělci v Blender institutu v Amsterodamu krátký film. K jeho tvorbě potřebují další a další
vyspělé nástroje, které jim programátoři dodávají a ladí je podle potřeby. Tak se vlastně celý
software zároveň vyvíjí i testuje.
Třetím důvodem je uživatelská podpora. Existuje nespočet fór, tutoriálů, video-tutoriálů i knih
pro naučení Blenderu. Součástí oficiálních stránek programu je i wiki s podrobnou dokumentací
i ukázkami k nástrojům v Blenderu.
1.2.2 Trocha historie
Blender patří mezi nejmladší programy pro 3D grafiku. Jeho vývoj započala holandská animační firma NeoGeo v roce 1995. Po třech letech vývoje vznikla nová firma Not a Number jejímž úkolem bylo zdokonalování distribuce Blenderu. Zdrojem příjmů neměl být prodej programu samotného, ale předmětů spojených s jeho distribucí.
V létě roku 2000 byla zveřejněna nová verze 2.0, jejíž součástí byl i nástroj pro vývoj her
tzv. Game engine. Roku 2001 se společnost pokusila prosadit placenou verzi programu – Blender Publisher, ale kvůli neúspěchu zkrachovala.
Od roku 2002 se vývoje ujala nezisková společnost Blender Foundation. Odkoupila práva
a software mohl být uvolněn jako open source.
V únoru 2004 byla uvolněna velmi očekávaná verze 2.32 s podporou ray tracingu – metody,
výpočtu světel, která je sice časově náročná, ale umožňuje realistický vzhled scény. Krom toho
byl také přidán externí renderer Yafaray.
V prosinci 2005 vyšla nová verze 2.4 s velkým množstvím změn. Především novinkami
v oblasti animačního systému a fyzikální simulace jako jsou pohyby tekutin, částicové efekty
pro tvorbu vlasů, chlupů atd. Také přibyl Node editor – nástroj pro postprodukci a složité materiály. (Pokorný, 2006)
Verze 2.5 přinesla roku 2007 velké změny. Úplnou inovaci grafického rozhraní. Blender
se tak stal přehlednějším a podobným jiným placeným 3D software. Zároveň došlo k velkým
9
Antonín Šmíd
vylepšením animačního systému. Přibyl nástroj sculpt mode pro sochání pomocí tabletu, možnosti realistické simulace kouře a volumetrické materiály. Ray tracing byl optimalizován.
Na podzim roku 2011 vyšla nová verze 2.6. Animační systém byl vylepšen, game engine také.
Aktuální verze 2.61 je dostupná od prosince 2011. Přináší velké inovace v oblasti renderingu
– nový interní physical based render engine Cycles založený na podobných principech jako externí Yafary. Moderní engine využívající akcelerace grafických karet NVidia s technologií
CUDA a je vhodný pro fotorealistické renderování a to téměř v reálném čase. Tato verze nabízí
také další dvě novinky: Simulaci oceánu a motion tracking – trasování pohybu reálných záběrů.
(Blender Foundation, 2012)
1.3 Doporučená konfigurace
Pro svižný chod Blenderu a snesitelné časy renderů je doporučována tato minimální hardwarová konfigurace:





2 GHZ Dual Core CPU
2 GB RAM
1920 x 1200 px monitor s 24 bit barvami
3 tlačítková myš
Open GL grafická karta s 256 nebo 512 MB RAM
(Blender Foundation, 2012)
1.4 Stažení a instalace
Blender je k dispozici na oficiálních stránkách http://blender.org/ . Externí render Yafaray
pak na http://www.yafaray.org/. Stačí stáhnout archiv a rozbalit, nebo použít instalační balíček.
Doporučuji však stáhnout aktuální build ze serveru http://graphicall.org/ . Stačí vybrat blender
a yafaray, dát si pozor jestli instalujeme na 32 nebo 64bit systém a stáhneme balíček s nejnovější
verzí včetně Yafaray. Je to nejjednodušší cesta.
Verzi, kterou budu používat přikládám spolu s projektovými soubory na CD v 32bit i 64bit
verzi (dvd/soubory/blender_source)
1.5 Postup práce
Proces tvorby vizualizace se skládá z několika ustálených částí. Ty jsou velmi blízké tvorbě
jakéhokoli 3D modelu. Nejprve potřebujeme podklady pro tvorbu, pokračujeme vymodelováním
tvaru objektu, poté je třeba objektu přiřadit materiál, popřípadě texturu. Abychom mohli model
zobrazit, musíme jej nasvítit a konečně, nechat jej vykreslit. Výstup z 3D programu však bývá
surový, proto je vhodné ještě jej poupravit v grafickém editoru a připravit na prezentaci.
1.5.1 Setkání s klientem a vstupy
Klientela je velmi různorodá. Může jít o soukromníka, který potřebuje zobrazit rozestavení
nábytku v novém domě. Nebo snad o prodejce nábytku, kteří chtějí vizualizaci do katalogu zboží. Vizualizace slouží architektům i designérům k prezentaci jejich práce. A v neposlední řadě
developerům k propagaci nových staveb.
Měli bychom podrobně vědět, pro jaké použití klient vizualizaci potřebuje. Podle toho zvolíme úroveň detailů modelu i formát výstupu. Nejdůležitější je sehnat dostatek podkladů.
10
Antonín Šmíd
Pokud půjde o zobrazení úplně nové stavby, jsou nutné projektové dokumentace (většinou
z programu CAD), případně okótované skicy, skeny. V ideálním případě i návrh na úpravy okolního terénu. Je dobré se na místo budoucí stavby podívat a nafotit si okolní. Fotografie
se nám můžou hodit pro lepší představu o budoucí stavbě, nebo i jako pozadí pro naši vizualizaci.
Druhou možností je vizualizace již existujících
předmětů. Například zobrazení interiéru. Klient má
již vybraný nábytek a potřebuje zobrazit, jak bude
vypadat v novém bytě. Ukázat více možností rozestavení atd. V takovém případě musíme nafotit nábytek, který má být zobrazen, poznamenat si rozměry.
1.5.2 Modelování
Obrázek 4 Vizualizace kuchyně - STdesign
Modelování je tvorba vlastního tvaru objektu.
Modely se skládají z bodů, hran a ploch (vertex, edges, face). Modelovat začínáme vždy od jednoduchého objektu jako je krychle, válec, koule. Těmto objektům, se říká primitives. Primitive
pak různě upravujeme, přidáváme čím dál více detailů, až se dostaneme k žádanému tvaru.
Není výjimkou, že se model skládá z více objektů. Udržujeme tak systém v rámci modelu.
Například taková lampička by se mohla skládat z žárovky, stínítka a těla. Tato struktura
nám umožňuje třeba jednoduše změnit velikost a polohu stínítka lampičky nezávisle a ostatních
částech.
1.5.3 Materiály a textury
Každý objekt potřebuje materiál neboli
soubor informací o vzhledu. Krom barvy
objektu lze nastavit, jak materiál reaguje
na světlo, je-li lesklý, či matný. Můžeme
definovat odrazy na materiálu, jeho průhlednost, faktor lomu světla a spoustu
dalších vzhledových vlastností.
Obrázek 5 Ukázka materiálů – Blender open material repository
Povrch objektu nemusí být jednolitý, jednobarevný. Reálné materiály mají různé barvy, vzory, nerovnosti. K tomu slouží textury –
buď generované vzory, nebo bitmapy, které se nanáší na povrch objektu. Způsob jakým se textura namapuje na objekt určuje tzv. UV mapa. To je síť objektu.
1.5.4 Světla
Světla jsou nezbytná v každé scéně. Pomáhají nám zdůraznit objekt zájmu, utvářejí atmosféru. Sebelépe vymodelovaný objekt s odpovídajícími materiály i texturou nebude působit realisticky, pokud jej dobře nenasvítíme. Můžeme podlehnout dojmu, že v realitě je přece jen jeden
zdroj světla – slunce, a tak jaké s tím složitosti… Jenže paprsky se všelijak lámou a odrážejí
a proto ve 3D používáme více druhů světel.
V Blenderu rozlišujeme základní druhy světel: světlo bodové - Point, světlo kuželové – Spot,
světlo směrové – Sun, světlo plošné – Area. Tyto se (až na Sun) používají především pro umělé
osvětlení. Pro exteriérové scény používáme globální osvětlení – přirozené světlo, které jde vlast11
Antonín Šmíd
ně odevšad z prostoru. Dobrým příkladem takové scény je exteriér, zataženo. Vidíme, že objekty
jsou osvětlené, ale nelze definovat směr, odkud světlo přichází, nevidíme žádný ostrý stín.
1.5.5 Vykreslení – render
Renderování je souhrnem matematických výpočtů fyzikálních vlastností, které ve scéně simulujeme. Výstupem je pak bitmapový obrázek, nebo animace. Existuje více renderovacích enginů.
My budeme používat Blender internal – engine vestavěný přímo v Blenderu a pro fotorealistické
vizualizace pak Yafaray něco Cycles. Rozdíl mezi těmito dvěma si vysvětlíme později. Obecně
lze říci, že Blender engine je vhodný pro jednoduché vyobrazení, je rychlý a efektivní. Zatímco
Yafaray je velmi náročný engine, výstupy z něj jsou však velmi kvalitní a přesvědčivé.
1.5.6 Finální dotek
Než vizualizaci představíme klientovi, je třeba obrázek ještě trochu doladit. Můžeme například upravit barevné ladění, kontrast, gama korekci. Přidat rámeček, doplnit vizualizaci o texty
atd.
12
Antonín Šmíd
2 Prostředí – GUI
Obrázek 6 Popis prostředí Blenderu
Obrazovka Blenderu je složena z oken. V každém okně je obsah a
panel s nastavením. Na panelu úplně vlevo najdeme ikonu, která
nám umožňuje vyvolat nabídku výběru editoru (viz. Obrázek 7)
V této nabídce můžeme vybrat obsah, který v okně bude. Jestli
to bude například okno s 3D pohledem, s tlačítky, nebo s 2D editorem.
Na obrázku 6 je úvodní obrazovka Blenderu. Tu vidíme v okně,
abychom měli pro práci více prostoru, můžeme Blender maximalizovat na celou obrazovku Alt+F11.
1.
3DView – základní editor 3D prostoru
2.
Object tools – panel v rámci 3Dview, obsahuje nástroje
pro úpravu objektů ve scéně
3.
Panel v rámci 3Dview editoru
4.
Info - nabídka vztahujících se k celému programu, nikoli
k některému z editorů
5.
Outliner – strukturovaný seznam objektů scény
Obrázek 7 Nabídka zobrazení aktivního editoru
13
Antonín Šmíd
6.
Properties – kompletní nastavení vlastností jednotlivých objektů, vlastností scény, vykreslení…
7.
Timeline – časová osa
2.1 Úpravy oken
Velikost jednotlivých oken lze snadno měnit. Přesuneme-li kurzor myši nad okraj okna, ikona
myši se změní na oboustrannou šipku. Tehdy buď tažením LMB změníme velikost okna, nebo
RMB vyvoláme nabídku pro rozdělení okna, nebo jeho sloučení split area/join area. Tímto způsobem můžeme měnit rozložení oken dle potřeby.
Při klepnutí RMB na panel můžeme přehodit pozici panelu – na vrch okna, nebo na spod okna flip to top/flip to bottom.
Pro náš účel postačí Defaultní rozložení. Pouze můžeme odstranit časovou osu, tu nebudeme
potřebovat. Klepneme RMB tedy na rozhraní mezi 3Dview a časovou osou a zvolíme join area.
Šipka nám ukáže směr dolů – překryjeme časovou osu editorem 3Dview.
2.2 Info
2.3 info panel
Info okno, nebo spíše info panel je základním panelem programu. Nachází se tu klasická nabídka File, kde můžeme vytvořit nový soubor. Soubor uložit, načíst, exportovat, či importovat
různé jeho části. Nastavit chování Blenderu lze v User Properties.
Pod záložkou Add najdeme seznam základních objektů, které
lze do scény vložit. Ať už to jsou viditelné objekty, křivky, světla,
text, či kamera, všechno je přehledně k dispozici.
Tlačítko Render vyvolá nabídku se základním nastavením renderu, není však příliš důležité, všechna tato nastavení jsou konkrétně
měnitelné v Properties panelu po straně obrazovky.
Help hovoří samo za sebe. Jedná se o pomoc, jsou tu různé užitečné odkazy, informace o verzi programu, jeho autorech atd.
Vedle tohoto základního menu je možnost přepnout přednastavená rozložení oken podle toho, na čem zrovna pracujeme.
Vlevo od nastavení prostředí je okno pro výběr scény. V každém
blend souboru může být více 3D scén. Ikonkou + přidáme scénu,
křížkem scénu smažeme. Jednoduchým kliknutím na název lze scény přejmenovat.
Poslední tlačítko na info panelu je nastavení render engine.
V poslední verzi blender umožňuje práci s Blender internal engine,
Cycles engine, externím Yafaray, nebo možnost vývoje pro game
engine. Podle tohoto nastavení se upravují všechna tlačítka v celém
programu. Například pro vizualizaci nepotřebujeme funkce k tvorbě
her, a tak tyto možnosti prostě vůbec nejsou zobrazeny.
Obrázek 8 Properties okno
14
Antonín Šmíd
2.3 Properties
Hned po 3D view nejdůležitější panel. Obsahuje kompletní nastavení vlastně úplně všeho
ve scéně. Ať už to je render, scéna obecně, world, konkrétní objekt, jeho materiály, nebo efekty,
všechno najdeme na Properties panelu. Uspořádáno do kategorií dostupných pod ikonkami nahoře v panelu. V jednotlivých kategoriích jsou tlačítka rozdělena na Palety podle funkcí.
Konkrétním nastavením se budu zabývat u jednotlivých kapitol zvlášť.
2.4 Outliner
Defaultně se nachází nad Properties panelem. Outliner je strom všeho ve scéně. Ukazuje vazby mezi
objekty, kompletní strukturu a uspořádání scény.
Je velmi užitečný při hledání určitých objektů, také
pro orientaci ve scéně.
Aby byl Outliner prakticky použitelný, je třeba objekty pojmenovávat. V případě, že tak neučiníme,
stane se outliner nepoužitelným. Jak hledat určitý
objekt v seznamu jiných, které se všechny jmenují
“krychle.0001“.
Obrázek 9 Outliner
15
Antonín Šmíd
2.5 3D View
Obrázek 10 Panel okna 3D view
3D view, 3D okno, dalo by se doslova přeložit jako 3D pohled je okno do virtuálního světa.
Zde se zobrazuje veškeré dění v prostoru.
Dříve se používala okna 4, nárys, bokorys, půdorys a 3D pohled. Dnes je tento způsob zobrazení zastaralý. Většina grafiků jej odmítá a dává přednost jednomu oknu, ve kterém s pohledem
manipulují, mění jej podle potřeby. Za předpokladu, že pracujeme na velkých detailech, je třeba
vidět vše pořádně velké, stačí z jednoho pohledu.
2.5.1 Pohyb v prostoru
Zobrazení můžeme rozdělit na dvě základní kategorie – perspektivní a orthografické. Rozdíl
je zřejmý.
V Blenderu se pro pohyb v prostoru a změny používá především numerické klávesnice a myši.
num5 zapíná a vypíná perspektivu
num1 – nárys, pohled zepředu (osy X,Z)
num3 – bokorys, pohled ze strany (osy Y,Z)
num7 – půdorys, pohled seshora (osy X,Y)
num0 – pohled z aktivní kamery.
MMB – rotace pohledu v prostoru
Shift+MMB – posun pohledu v prostoru
Ctrl+MMB, nebo točení kolečka myši – zoom
Zdá se Vám to jako pěkný seznam k zapamatování? Tyto zkratky však 3D grafik ani nezná nazpaměť. Prostě se intuitivně pohybuje prostorem, ovládá je tak dobře a automaticky,
že si ani neuvědomuje jejich používání. Osvojení pohybování kamerou je základ pro 3D grafika.
Ale toto není žádný problém, většina začátečníků si pohyb v prostoru osvojí během pár minut.
Ve většině software jsou zkratky podobné. Např. pro Mayu a 3DMax jsou podobné, pouze je zaměněný Shift za Alt.
2.5.2 Typy zobrazení
V 3D grafice se obecně používají 3 základní způsoby zobrazení. Jsou to:
Wireframe – zobrazuje pouze hrany modelů. Vidíme pak „drátěné modely“. Wireframe
vzhled je dobrý, protože umožňuje vidět skrz jednotlivé modely, a tak můžeme manipulovat
i s body uvnitř modelů, nebo s modely uvnitř jiných modelů.
16
Antonín Šmíd
Solid – znamená pevný. Zobrazuje modely i včetně stěn. Nelze vidět skrz model (pokud není
průhledný). Je to asi nejpoužívanější způsob zobrazení. Věrně ukazuje tvar modelu, ale je stále
rychlý pro výpočet.
Textured – zobrazuje skoro finální render, pouze se základními světly. Tento způsob zobrazení vyžaduje hardwarovou 3D akceleraci grafické karty. Na modelech už je vidět textura i některé jejich materiálové vlastnosti. Při použití GLSL může blender zobrazit i stíny. Bohužel tento
pohled je velmi náročný, proto jej skoro nelze použít pro složité scény. Ale je velmi dobrý
pro jednotlivé modely, grafik může vidět například změny textury přímo v reálném čase, aniž
by cokoli dával renderovat, to znatelně urychluje práci.
Bounding Box – zobrazuje všechny objekty pouze jako drátěné kvádry. Sám jsem zatím nenašel využití pro toto zobrazení. Může se hodit ve velmi složitých scénách s vysokým množstvím objektů.
Obrázek 11 Zobrazení scény – bounding box, wireframe, solid, výsledný render
2.5.3 Módy
Kromě rozdílných zobrazení najdeme na panelu 3D view i nastavení módů Blenderu. Módy
slouží pro oddělení jednotlivých částí práce. Každý mód je vhodný pro jiné úkony,
jsou v něm dostupné různé nástroje atd.
Základním módem je Object mode, neboli objektový mód. Slouží pro manipulaci objektů
ve scéně. Především jejich označování, seskupování, nastavování hierarchie, přemisťování objektů. V tomto módu jsou dostupné všechny objekty celé scény.
K tvorbě modelů slouží Edit mode. Už podle názvu jde o mód, v němž editujeme jednotlivé
objekty. V tomto módu měníme strukturu jednotlivých objektů, tvoříme je, tzv. modelujeme.
V Edit mode máme k dispozici pouze jeden konkrétní aktuální objekt.
Tyto dva lze přepínat buď na panelu 3D view, nebo tlačítkem Tab.
17
Antonín Šmíd
Ostatní módy nejsou pro architektonickou vizualizaci důležité. Používají se především
pro tvorbu organických objektů, postaviček. S těmi se setkávat nebudeme.
2.5.4 Vrstvy
Název vrstvy asociuje nějaké vrstvení, pokládání na sebe, třeba jako ve 2D editorech.
Tak tomu ale v Blenderu není. Jde spíše o různé hladiny v tomtéž prostoru. Objekty můžeme
umisťovat do různých hladin a zvlášť je editovat, nebo třeba renderovat.
Například máme scénu, ve které je krajina, silnice, auto, které po ní jede a řidič uvnitř.
Z důvodu přehlednosti roztřídíme objekty do hladin. Do jedné dáme okolní krajinu, stromy, keře,
domy. Do druhé silnici, do třetí auto a do čtvrté řidiče. To nám umožní editovat okolní krajinu,
aniž bychom zatěžovali počítač zbytečným vykreslováním auta a řidiče, nebo naopak vypnout
vše, kromě řidiče a věnovat se úpravám výrazu v jeho tváři.
Vrstvu zobrazíme pouhým kliknutím, pro zobrazení více vrstev přidáme Shift a označíme
vrstvy, které chceme. Vždy poslední označená vrstva je aktivní – nově přidané objekty se umisťují do ní. Objekt lze přemístit do jiné vrstvy zkratkou M.
Používání vrstev je velmi důležité. Složitější scény by se bez vrstev staly velmi rychle nepřehlednými, někdy i nezobrazitelnými, neboť příliš vysoké množství modelů ve scéně zatěžuje
procesor a odezvy se pak prodlužují a práce se stává těžkopádnou. Pro precizní výsledky je třeba
špičkové odezvy a přehlednosti.
18
Antonín Šmíd
3 Vykreslení – render
Renderování by se dalo považovat za samostatný obor 3D. Render je proces vykreslení scény.
Ve scéně máme určité objekty na určitých souřadnicích, všechny matematicky popsané, render
je proces, který z této spousty informací vytvoří reálný výstup – obrázek. Video je pouze sekvence obrázku jdoucích za sebou v čase.
Render je spolu se simulacemi asi nejrychleji se rozvíjející oblast grafiky. Technický pokrok
jde v této oblasti opravdu velmi rychle kupředu. Co bylo před rokem nemožné, je nyní snadné.
Opravdu bez nadsázky. V posledních letech
se sice nezvyšuje výkon tak závratně,
ale na trh se zase dostávají grafické karty nové
generace, které nabízejí využití výkonu
i pro jiné, než grafické výpočty. Klasickým
příkladem je technologie CUDA od firmy
NVidia. Právě té se dá využít při fyzikálních
simulacích nejen do her.
Renderování je velmi náročný proces. Program takříkajíc „spořádá“ veškerý výpočetní
výkon, který mu dáte k dispozici. Pro běžné
vykreslení stačí rychlejší stolní počítač.
Když jde o statické obrázky, nedá se skoro
narazit na problém. Přinejhorším pracuje počítač přes noc, zatímco grafik spí. Horší je to
v případě výpočtu animace. Minutový klip
Obrázek 12 Graf zobrazující růst počtu tranzistorů v čipu v
závislosti na čase
při evropském standardu PAL má 1500 snímků. Je podstatný rozdíl v tom, jestli máte
za noc spočítat jeden snímek, nebo 1500.
Proto se využívají tzv. render farmy. Jsou to tisíce serverových procesorů (většinou typ Xeon)
navržených přesně pro tyto výpočty. Takovéto farmy mají pouze velké společnosti. Dají se také
pronajmout, takže grafik dokončí animaci, odešle soubor a během pár minut dostane výsledek,
který by mu jinak trvalo spočítat týdny. To je velmi pohodlné, ale také drahé.
Jedna GHz hodina vyjde přibližně na 5 Kč. Animaci, kterou byste tak na počítači
s procesorem i5 takt 3,60 GHz s Hyper Threadingem renderovali celé dva měsíce, můžete
mít hotovou za pouhých 31hodin s použitím farmy. Bude to však stát přibližně 10 tisíc korun.
(GarageFarm, 2012)
19
Antonín Šmíd
3.1 Druhy render enginů
Renderovací engine se dají rozdělit do dvou základních kategorií – založené na vzhledových vlastnostech objektu a na fyzikálních vlastnostech (Physical based engines). Od tohoto rozdělení se odvíjí i nastavení materiálových vlastností objektů, vlastností světel at.
3.1.1 Blender internal
Blender internal je základním engine v Blenderu. Je to první vykreslovací engine v tomto
programu, dlouhou dobu vyvíjen, neustále vylepšován. Je velmi rychlý, k výpočtu používá výhradně CPU. Je to engine starého typu – je založený na vzhledových vlastnostech materiálů.
Podporuje Raytracing i všechny moderní metody vykreslování. Hodí se pro exteriérové scény
nebo pro scény, kde nejde o fotorealistický vzhled. Vzhledem k rychlému výpočtu je dobrý také
pro animace.
3.1.2 Cycles
Cycles je novinkou v Blenderu 2.61. Je to nový moderní physical based engine. Poskytuje
velmi realistické materiály, práci se světly. Není však tak rychlý jako Blender internal. Engine
je schopen využít grafické akcelerace (GPU) karet Nvidia (podporujících CUDA, od verze GeForce8800GT). S využitím GPU je výpočet výrazně rychlejší. Tento engine je vhodný pro fotorealistické zobrazování, scény, kde je důležitý realistické zobrazení světla. Dobrý pro exteriér
i interiér. Nevýhodou je teoretická nestabilita, absence podpory GPU u karet Radeon. Potíže
s ovladači karet. Je to velmi mladý perspektivní engine, avšak pár let bude trvat, než se zaběhne.
3.1.3 Yafaray
Blender podporuje větší množství externích render engine. Yafaray je asi nejpoužívanějším
z nich. Tento engine obsahuje více algoritmů. Je vhodný pro realistické velmi precizní rendery,
pro vizualizace. Není tak rychlý jako Blender internal, proto není vhodný k renderu animací.
Více se mu budeme věnovat v předposlední kapitole.
3.2 Nastavení výstupu
Veškerá nastavení výstupného obrázku lze najít v Properties panelu hned na první straně.
V kartě Dimension rozměry obrázku, framerate, první a poslední frame animace. Lze nastavit
antialiasing (ale defaultních 8, je optimální). V kartě Output zvolíme typ, kompresi souboru
a jeho výsledné umístění. Můžeme také nastavit, které kanály chceme renderovat BW-černobílé,
RGB – barevné, RGBA – barvy + alfa kanál (průhlednost).
Pak už jen na kartě render stisknout Image F12 pro render obrázku. Ten se po načtení zobrazí.
Můžeme jej uložit F3.
20
Antonín Šmíd
4 Práce s objekty ve scéně
Jak už jsem zmínil výše, ve scéně pracujeme s objekty. Mohou to být viditelné mesh objekty,
křivky, světla, kamera, ale i různé objekty upravující třeba fyziku (vítr).
4.1 Jednoduché objekty
Pro zobrazování budov používáme modelování mesh objektů. Tzn. objektů složených z bodů
(vertex), hran (edge) a ploch (face). Jednoduché objekty neboli Primitives jsou základní geometrické objekty, z nichž začínáme modelovat. Vložíme je do scény přes menu Add – Mesh – object
Obrázek 13 Primitives – přehled jednoduchých objektů
Plane je vlastně čtvercová plocha. Jediná samostatná strana, neboli face. Obvykle začátek
pro různé terény, krajiny,…ale vlastně pro cokoli jiného, třeba stůl.
Všiměte si, že Circle není v renderu vidět. Je to totiž pouze loop (uzavřený cyklus bodů).
Žádný face, který by byl vidět, tam není. To, ale vůbec nevadí, dá se použít jako základ
pro cokoli s kulatým profilem-sloup, tužku, strom…
Cube, kostka, krychle. Asi úplně nejzákladnější objekt. Pro architektonickou vizualizaci
ve většině případů výchozí primitive.
Ostatní primitives nejsou pro modelování domů moc potřeba, protože tvary jako kužel, nebo koule se v architektuře příliš často nevyskytují.
21
Antonín Šmíd
4.2 Pohyby objektů
Krom modelování jednotlivých objektů je třeba s objekty manipulovat ve scéně. Rychle, efektivně, bez nějakého přemýšlení. Následující nástroje jsou denním chlebem 3D grafika, jsou používané v podstatě neustále. Proto je důležité znát klávesové zkratky, aby práce šla rychle od ruky.
4.2.1 Označování objektů
Objekt označíme stiskem RMB. Označený objekt změní barvu z šedé na oranžovou. Nyní
můžeme s objektem manipulovat a provádět úpravy.
Výběr více objektů můžeme uskutečnit buď postupným výběrem s Shift+RMB, nebo za použití hromadného výběru B. Při výběru více objektů je vždy jeden hlavní - aktivní. Ten svítí světlejší oranžovou než ostatní a je to vždy ten poslední vybraný. Podle jeho středu se pak třeba skupina otáčí.
Inverzní označení provedeme Ctrl+I. V Edit mode dostupné také v nabídce specials W.
Označit vše lze Ctrl+A.
Odznačení objektu provedeme opětovným kliknutím RMB.
Obrázek 14 Selection – ukázka označení objektů
4.2.2 Transformace - poloha, otočení, velikost
Poloha – location, objektem pohybujeme zpravidla v rovině, která je kolmá k našemu pohledu. Objekt označíme a posuneme stisknutím klávesy G a následným tažením.
Při stisknutí Ctrl budou pohyby trhané, objekt se bude posouvat pouze po 3D mřížce.
Pomocí této funkce můžeme objekt přesně zarovnat, posunout ho o přesně jednu jednotku at.
Velmi užitečné v architektonické vizualizaci.
Naopak klávesou Shift budou pohyby objektu zpomaleny a zjemněny.
Při stisku G+jméno osy (Y,X,Z) můžeme objektem pohybovat pouze po určité ose bez ohledu na pohled z kterého na scénu nahlížíme.
Otáčení – rotation, objekty otáčíme klávesou R. Ostatní vylepšení Ctrl, Shift, otáčení podle
určité osy fungují stejně jako u pohybování.
22
Antonín Šmíd
U rotace je důležité určit, kolem jakého středu otáčíme. Buď to může být Střed tělesa, nebo
3D kurzor, nebo aktivní objekt skupiny, nebo individuální středy objektů ve skupině. Tohle
je nastavení Pivot point, najdeme jej na horní liště 3D view.
Velikost – scale. Změna velikosti se provádí klávesou S. Ostatní funkce jsou totožné jako
u pohybu a rotace.
Tyto funkce jsou také dostupné na panelu po levé straně Object Tools zkratka T.
Všechny tyto vlastnosti jsou také číselně nastavitelné na kartě Transform po stisknutí zkratky
N. Hodí se občas pro přesné číselné určení souřadnic, ale pro běžnou rychlou práci moc uplatnění nenajdou.
4.2.3 3D kurzor
Zatím se nám ve scéně tak motal, vlastně nebyl k ničemu potřeba… 3D kurzor
je bod ve scéně, užitečný k manipulaci (zvláště rotaci), zarovnávání objektů
Obrázek 15
atak. Nové objekty se objevují na 3D kurzoru. Jeho pozici změníme kliknutím
3D kurzor
LMB.
4.2.4 Origin – středový bod
Každý objekt má středový bod – Object origin. Není to aktivní vertex, nic, co by se podílelo
na vzhledu, nebo funkci, je to prostě centrum objektu. Podle tohoto centra se objekt otáčí,
od něj se zvětšuje. Když objekt zarovnáváme, zarovná se origin objektu.
Origin můžeme v objektu pohybovat funkcemi v menu. V Object mode označíme objekt
a na panelu Object Tools na levé straně 3D view pod Origin najdeme:
- geometry to origin - přesune vertexy do středu
- origin to geometry – přesune střed do středu vertexů
- origin to 3D kurzor – přesune origin na 3D kurzor
4.2.5 Snap – zarovnání
Konečně zarovnání objektů nám umožní přesně umístit body na souřadnici, mřížku, 3D kurzor, nebo na jiný objekt. Nabídku vyvoláme Shift+S.
Selection to grid – zarovná označený objekt do mřížky
Selection to Cursor – označený objekt zarovná na 3D kurzor
Cursor to – zarovná 3D kurzor na Selected – označený objekt, Center – počátek souřadnic,
Grid – do mřížky, Active – na aktivní objekt ve skupině.
4.2.6 Ostatní objektové nástroje
Kromě transtofmací se na panelu Object Tools na levé straně nachází i pár dalších funkcí
pro práci s objekty.
Duplicate object - Shift+D - vytvoří kopii označeného objektu, nebo skupiny
Delete – smaže objekt
Join – Ctrl+J - označíme-li více objektů, spojí všechny do jednoho objektu, který má vlastnosti aktivního objektu ze skupiny označených.
23
Antonín Šmíd
Smooth / Flat – nastavuje stínování objektu, jestli jsou hrany hladké, nebo ostré. Pro Architektonickou vizualizaci je běžný Flat – ostré hrany.
4.3 Vztahy mezi objekty
Jak už jsem se zmiňoval v kapitole o Outlineru ve scéně je třeba udržovat strukturu, pořádek,
hierarchii. To vše kvůli přehlednosti, rychle manipulaci, k tomu, abychom se ve scéně rychle
a snadno vyznali. K tomu slouží skupiny a vazby mezi objekty.
4.3.1 Skupiny
Objekty seskupíme jejich označením a stiskem Ctrl+G. Nebo v nastavení objektu F9 na kartě
Groups vybereme skupinu, do které chceme objekt zařadit. Nebo tuto skupinu rovnou vytvoříme
novou. Zde také můžeme stisknutím křížku objekt ze skupiny odstranit. Objekty ve skupině
se barví zeleně.
Ale k čemu je taková skupina dobrá, vždyť všechny objekty se pohybují zvlášť jako předtím?
Totiž, takovou skupinu lze přidat jako nový objekt, novou instanci skupiny. Z menu Add –
Group instances – Group.
Dejme tomu, že skupina je okno. Jsou na něm všechny součásti, klička, rám, sklo, parapet…
My potřebujeme okny osadit celý dům. Proto vymodelujeme okno jenom jednou, dáme objekty
do skupiny a všechna ostatní
okna v domě už budou jenom instance (kopie) této
skupiny.
Výhoda? Co když zjistíme, že potřebujeme změnit
tvar parapetu u okna. Kdybychom neměli skupiny,
museli bychom změnit parapety na celém domě. Ale
takhle změníme pouze jeden,
ten původní parapet ve skupině a všechny ostatní se
změní s ním.
Obrázek 16 Skupiny objektů
4.3.2 Parent – rodičovská vazba
Ve scéně budujeme hierarchii, někdo je výš (rodič), někdo je níž (dítě). Rodičovské vazby
jsou velmi účinný nástroj pro udržení přehlednosti ve scéně. Je to vztah dvou objektů. Parent
(rodič) se pohybuje a vede Child (dítě).
Tento vztah vytvoříme označením Child a pak Parent a zkratkou Ctrl+P.
24
Antonín Šmíd
Obrázek 17 Rodičovská vazba - parent
Otáčíme krychlí a koule se otáčí s ní, jako by byla její součástí. To ovšem neznamená,
že nemůžeme s koulí libovolně manipulovat. Můžeme. Ale vždy, když pohneme s krychlí, bude
se koule pohybovat s ní.
Příklady reálného využití mohou být třeba listy připevněné ke kmenu stromu, nebo kola,
světla, skla a další součásti připevněné ke karoserii auta.
Vazbu lze zrušit označením objektů a zkratkou Alt+P. Clear parent přesune Child
do původního stavu, Clear parent and keep transformation nechá child na stejných souřadnicích.
25
Antonín Šmíd
5 Modelování
Modelováním se nazývá proces tvorby tvaru objektu. Existují různé druhy modelování. Anorganické, organické, sculpting (sochání). Pro nás bude klíčové anorganické modelování. Troufám
si ho označit za základní, nejjednodušší. V architektuře jsou k tomu skoro všude pravé úhly,
žádné složitosti v porovnání třeba s modelováním lidského obličeje.
V Blenderu provádíme veškeré modelování v Edit modu. Když přepneme z objektového modu Tab, po straně 3Dview se změní Object tools na Mesh tools. Tedy nástroje pro modelování
objektů.
Můžeme si vybrat, s jakými částmi modelu chceme aktivně pracovat. Jestli s vertexy (body),
edges (hrany), nebo faces (plochy). Tohle nám může usnadnit spoustu klikání, např. když chci
vybrat celou stěnu, přepnu si na face a jedním klikem ji vyberu celou a je to rychlejší, než „naklikat“ čtyři vertexy, které ji ohraničují. Na druhou stranu vertexy nám umožňují největší kontrolu nad tvarem.
Mnoho uživatelů neví, že lze pracovat i s více najednou např. vertexy i edges. Vybereme
prostě více nastavení s přidrženým Shift.
Tlačítko limit selection přepíná, je-li možno hledět skrz objekt.
Pro skrytí, nebo zobrazení určitého výběru lze použít H (hide) / Alt+H (reveal). Tato funkce
je dostupná i z nabídky Specials W a funguje i v Object mode.
Výše popsané nejsou render nastavení, jde pouze o zobrazení v 3D view.
Obrázek 18 Mesh Tools – přehled nástrojů v Edit mode
5.1 Základní nástroje
Nástroje, které nebudu zmiňovat nejsou pro architektonickou vizualizaci nijak stěžejní a používané. Rozhodně ale není na škodu si všechny nástroje vyzkoušet, pohrát si s nimi, třeba pro ně
26
Antonín Šmíd
najdete užití jinde. Ve spodní části mesh tools je k aktuálně použitému nástroji nastavení, které
může upravovat jeho funkcionalitu.
5.1.1 Transform – posunutí
První tři transformace Translate, Rotate, Scale už známe z Object mode. V Edit mode fungují naprosto stejně. Pouze nepohybujeme s celým tělesem, ale s jeho částmi.
5.1.2 Deform
5.1.2.1 Edge slide
Z deformačních nástrojů určitě stojí za
zmínku Edge Slide. Tedy klouzání hran.
Nástroj umožňuje pohyb hrany po povrchu
původního objektu. Neztratí se nám tak
původní tvar objektu. Tento nástroj je užitečný jak v organickém tak anorganickém
modelování.
5.1.2.2 Smooth vertex
Dalším zajímavým nástrojem je SmoObrázek 19 Edge slide tool
oth Vertex. Tento nástroj zakulatí, zjemní
označené vertexy. Vhodný např. pro modelování okolní krajiny.
Obrázek 20 5.1.2. Smooth vertex tool
5.1.3 Add – přidání vertexů
5.1.3.1 Extrude
Klíčovým nástrojem v architektonické vizualizaci je Extrude – vytažení. Označíme face
(hranu nebo i vertex) a vytáhneme z něj další face. Nový face je tažen po normále tedy kolmici
k původnímu face. Klávesová zkratka E. Krom transformací nejpoužívanější vůbec.
27
Antonín Šmíd
Obrázek 21 Extrude
5.1.3.2 Subdivide
Subdivide je nástroj, který rozděluje. Mezi dva vertexy přidá několik navíc. Defaultně
je to jeden navíc, ale může to být třeba deset. To se dá nastavit v položce Number of Cuts
ve spodní části mesh tools. Další nastavení se také hodí: Smoothness zjemní nové vertexy
a Fractal jim naopak dodá náhodnou polohu. Můžeme tak dosáhnout zajímavých výsledků třeba
v modelování okolní krajiny.
Obrázek 22 Subidivide
28
Antonín Šmíd
5.1.3.3 Loop cut and slide
Nástroj, který přidává řetězce bodů. Jak už bylo řečeno výše loop je cyklus vertexů. Přidávání
loopů patří společně s extrude v modelování architektury k nejdůležitějším nástrojům. Zkratka
je Ctrl+R. Tuhle budete používat často. Věřte mi. Když vybereme místo, kde chceme loop přidat, stiskneme LMB. Pro přesné umístění loopu do středu hrany stiskneme RMB. Pomocí posouvání kolečka myši můžeme přidat i více loopů najednou.
Obrázek 23 Loop cut and slide tool
5.1.3.4 Duplicate
Kopíruje vše, co označíme. Rychle dostupný pod Shift+D.
5.1.3.5 Spin tool
Slouží pro tvorbu pomocí otáčení. Určíme střed 3D kurzorem, označíme pár vertexů
a zmáčkneme Spin. Výběr se otáčí a kopíruje kolem středu. Úhel o jaký se otočí, pozici středu
i počet kopií můžeme upravit ve spodní části Mesh tools.
Pozor, otočení proběhne v rovině našeho pohledu. Proto je vhodné mít objekt zarovnaný
do pravoúhlé soustavy souřadnic a použít některý z kolmých pohledů, aby byly výsledky přesné.
Obrázek 24 Spin tool
Edge Loopy lze označovat s klávesou Alt. Selekce funguje jako normálně, se Shift se jich
označí více najednou. Toto označování pomáhá výrazně zrychlit práci.
5.1.4 Remove – odebírání vertexů
5.1.4.1 Delete
Jednoduché smazání vertexu/edge/face. Buď jako klávesa, nebo po straně v mesh tools.
Po stisknutí se objeví nabídka, co všechno chceme smazat. Například jestli chceme při smazání
face zachovat okolní hrany, nebo ne.
29
Antonín Šmíd
5.1.4.2 Merge
Velmi důležitý nástroj pro mazání je Merge - sloučit. Označíme dva vertexy a udělá
z nich jeden. Tohle samozřejmě funguje i s větším množstvím.
Po stisknutí vyskočí nabídka, kde chceme výsledný vertex vytvořit. Jestli na prvním, posledním vertexu, ve středu všech, nebo na 3D kurzoru.
Obrázek 25 Merge
5.1.4.3 Remove doubles
Odstranit dvojníky. Při složitém modelování se může stát, že některé dva vertexy sdílejí jednu
pozici. To nám může dělat později problémy. Proto existuje nástroj remove doubles. Je to v podstatě vylepšený Merge. Zjistí vzdálenosti vertexů od sebe a když je některá vzdálenost menší
než udává hraniční hodnota, sloučí vertexy do jednoho.
Obrázek 26 Remove Doubles
V příkladě na obrázku jsem označil všechny vertexy, použil Remove doubles a nic se nestalo.
Vzdálenost mezi vertexy byla stále příliš velká. Až když jsem zvýšil hodnotu Merge Threshold
(hraniční vzdálenost), došlo k sjednocení.
5.2 Modifiers
Modifiers by se také daly zařadit mezi modelovací nástroje. Oproti těm, které jsme si doposud
ukázali, však fungují trochu jinak. Modify se překládá do češtiny jako upravit nebo pozměnit.
Přesně taková je funkce modifiers. Upravují stávající model na základě různých parametrů.
Ty se dají měnit v průběhu modelování, dokonce v čase (jde-li o animaci). Obyčejný nástroj
prostě aplikujeme a hotovo (změníme pozici vertexu, extrudujeme atd.), Modifier lze vypínat,
zapínat, aplikovat různá nastavení pro 3Dview a pro render.
Modifiery se přidávají na panelu Properties na pravé straně v záložce Modifiers, je to ta ikonka s modrým imbus klíčem. Začneme velkým tlačítkem Add Modifier. Modifiery jsou seřazeny
30
Antonín Šmíd
podle typu a funkce. Nás bude zajímat typ Generate. Pojďme se na ně podívat trochu konkrétněji.
5.2.1 Array
Tento modifier vytváří řadu. Kopíruje objekt podle toho, jak mu řekneme. Lze tak vytvářet
třeba patra v domě, sloupky plotu a podobné věci.
Obrázek 27 Array ukázka
Array má vcelku jednoduchá a jasná nastavení, přesto
je popíšu. Fit Type nastavuje jakým způsobem bude array
kopírovat objekty, jestli prostě určitý počet (Fixed count),
nebo doplní určitou délku, nebo vyplní křivku.
Mezi jednotlivými kopiemi může být rozestup buď
konstantně zadán, nebo může být spočítán relativně vůči velikosti objektu. Merge kopie objektu spojuje, Object Offset
můžeme určit jiný objekt, podle kterého se bude rozestup
určovat.
Start/End Cap neboli počáteční a závěrečná čepička
nám umožňuje umístit na konec, nebo začátek řady
5.2.2 Boolean
Boolean jsou základní množinové
operace. Průnik (Intersect), sjednocení (union), rozdíl (Difference). Jak
se tyto funkce aplikují v 3D prostoru?
Snadno. V modelování architektury
jsou tyto funkce zvláště užitečné.
Například k vyřezávání různých otvorů ve zdech.
Obrázek 28 Array nastavení
K těmto operacím potřebujeme
vždy dva objekty. Jeden upravujeme
(u toho zvolíme modifier Boolean,
druhým upravujeme (ten vybereme
na kartě v políčku Object). Pak už
stačí zvolit operaci.
Názorný příklad, vyřezání dveří
do zdi. U zdi zvolíme modifier
Obrázek 29 Booleans
31
Antonín Šmíd
Boolean, vytvoříme kvádr o velikosti dveří a umístíme ho do místa, kde chceme dveře. Vybereme jej a zvolíme Difference. Scéna by měla vypadat jako na obrázku.
Nyní když budeme kvádrem pohybovat, bude se pohybovat i výřez ve stěně. Jestliže se rozhodneme modifier aplikovat a tím výřez opravdu udělat, stiskneme Apply. Teď když odstraníme
kvádr, výřez ve stěně zůstává.
5.2.3 Mirror
Modifier Mirror je vcelku snadné použít. Jak už název napovídá, jde o zrcadlo. Tímto způsobem lze tedy tvořit jakékoli objekty souměrné po alespoň jedné ose.
Na rozdíl od Boolean operací, které nastavíme a prostě aplikujeme, se u Mirror hodí nechat
modifier být. Neaplikovat ho. Když totiž budeme objekt později upravovat, můžeme měnit pouze
jeho polovinu a druhá se bude zrcadlit sama.
Mirror má jednoduché nastavení, prostě vybereme osu, nebo osy podle kterých se bude objekt
zrcadlit. Rovinu souměrnosti povede Blender středem objektu kolmo na osu, kterou jsme vybrali.
Zajímavé je nastavení Merge. Ty vertexy, které budou ležet na rovině souměrnosti, se promítnou samy na sebe. To způsobí nežádoucí duplikaci, dva vertexy na jedněch souřadnicích. Merge
proto tyhle problémové vertexy sloučí do jednoho. Merge Limit nastavuje vzdálenost, do které
je toto sloučení aplikováno. Dejme tomu, že vertex leží jen kousek od roviny souměrnosti, i tak
jej můžeme sloučit s jeho zrcadlovým protějškem.
5.2.4 Bevel
Zahlazení hran. Tam, kde Blender najde hranu, přidá podél stěnu. Myslím, že účinnější,
než slovní popis je názorný obrázek.
Bevel má jedno základní nastavení – width, tedy jak moc blender hrany ořeže. Lze jej ještě
různě dál limitovat, třeba úhlem, nebo vzdáleností.
Obrázek 30 Bevel
5.2.5 Subdivision surface
Tento nástroj se používá spíš v organickém modelování, ale prostě se občas může hodit
pro zajímavější tvary, patří k modelovacím základům, a proto ho zmiňuji.
32
Antonín Šmíd
Subdividion surface přidává vertexy po celém povrchu. Jakoby subdivide pro celé těleso. Jenže rozdíl oproti subdivide je značný. Jednak můžeme modifier kdykoli vypnout a zapnou,
ale především s vertexy navíc vůbec nepracujeme. Ty se automaticky přidají navíc až při zobrazení (lze nastavit rozdílný level subdivide pro render a 3Dview). Díky tomu, že v Edit mode vertexy tvořené subdivision surface nevidíme, máme lepší kontrolu nad povrchem a přehlednější
model.
Obrázek 31 Subdivision surface
Pokud nechceme, aby subdivision surface nějakou hranu zahlazoval, přidáme k ní druhou
(například Extrude, nebo Add vertex loop). Čím blíže jsou hrany u sebe, k tím menšímu zahlazení dojde.
Obrázek 32 Subdivision surface – ukázka limitace zahlazení
Společně se Subdivision Surface se často používá Smooth stínování objektu. Vytvoří se tak
krásně jemný zakřivený povrch. Ideální třeba pro kulaté plochy, v architektuře třeba okap, nebo
lampa.
5.3 Obrázek na pozadí
Speciálně pro architektonickou vizualizaci je důležité umět vložit obrázek na pozadí. Nejde
o žádné pozadí v renderu, žádnou oblohu. Jde o vložení nákresů přímo do 3Dview. Potom podle
nich můžeme přesně modelovat stěny domu atd.
Na pravém postranním panelu 3Dview N se nachází položka Background image. Add
Image přidáme obrázek. Open vybereme obrázek na disku. Axis určuje z jakých pohledů kamery se bude obrázek ukazovat. To nám umožňuje načíst obrázků víc a každý dát do jiného pohledu. Nárys, bokorys, půdorys. Obvykle však stačí jenom dva.
Obrázek nemusíme načítat pouze pokud jde o plány domu. Je dobré jej využít při modelování
jakéhokoli objektu. Vždycky je rychlejší a efektivnější modelovat podle reference. Tím, že vlo33
Antonín Šmíd
žíme objekt přímo do 3Dview můžeme rovnou modelovat a nemusíme přepínat okna na editor
obrázků, abychom se na referenci podívali. Zní to jako zbytečnost, ale i takové věci zrychlují
celkový proces modelování.
34
Antonín Šmíd
6 Materiály
Budeme se věnovat nastavení materiálů z hlediska blender internal engine. Materiál určuje
vzhled objektu. Každý paprsek dopadající na objekt se může buď okamžitě odrazit (Specular),
nebo dojde k vícenásobnému lomu a odrazu (diffuse). Tyto dvě složky jsou základem materiálu.
Na vzhled dále může mít vliv hrubost materiálu, průhlednost a spousta dalších vlastností.
Panely pro práci s materiály nalezneme v okně Properties pod ikonkou červené koule. Objektu přiřadíme nový materiál buď z nabídky již vytvořených, nebo klikneme na + a začneme
od úplně nového materiálu. Jeden objekt může obsahovat i více materiálů. U okénka se seznamem materiálů v objektu (hned nahoře) klikneme + a přidáme další materiál. V edit mode
pak můžeme určovat, kterým face se aplikuje určitý materiál. Materiál přidáme označením face
a kliknutím na Assign. Select označí všechny face s určitým materiálem, Deselect je odznačí.
První karta je Preview. Na jednoduchém objektu dle výběru nám ukazuje, jak bude materiál
vypadat.
6.1 Nastavení materiálu
6.1.1 Diffuse
Nastavuje barvu materiálu. Intensity určuje, kolik světla se odráží od materiálu, tedy vlastně
jak je materiál světlý. U defaultního algoritmu je Lambert je tohle všechno nastavení. Tento algoritmus se hodí pro plasty a podobné materiály. Je jednoduchý, rychlý. Minnaert, nebo OrenNayar jsou pokročilejší. Lze u nich nastavit hrubost materiálu. Materiály jsou pak realističtější
a výsledky mohou být zajímavé i bez použití Specular.
6.1.2 Specular
Specular je řeší světlo přímo odražené od zdroje. Je to přímý odlesk světla. Stejně jako u Diffuse lze nastavit barvu, intenzitu odrazu. Specular je velmi intenzivní a tvrdý u lesklých materiálů jako je například kov. Naopak třeba u omítky domu, nebo u dřeva je intenzita minimální
a specular velmi jemný.
Obrázek 33 Specular - ukázka různých nastavení
6.1.3 Shading
Klíčové nastavení o stínování se nachází na kartě shading.
Emit – objekt generuje světlo (jen pro sebe). Nepotřebuje světla, aby byl vidět.
Ambient – jak moc na objekt působí ambientní světla (vice v kapitole 7.3)
35
Antonín Šmíd
Shadeless – na objekt nemají vliv jakákoli světla. Je bez stínování.
Tangent Shading – použije pro stínování tečny materiálu místo normál. Toto je vhodné
pro materiály jako kov, kde mikroskopické rýhy v materiálu zdůrazňují jediný směr. (Blender
Foundation, 2012)
6.1.4 Transparency
Karta, v níž můžeme nastavit průhlednost objektu. Světlo prochází skrz objekt. Máme tři
možnosti výpočtu průhlednosti:
Mask – je vidět pozadí za objektem (barva oblohy). Žádné objekty
Z Transparency – Objekt je průhledným za ním je vidět vše, co má.
Raytrace – použije metodu raytracingu (viz. Kapitola 7.1). Realistická průhlednost. Možno
nastavit lom světla, hrubé sklo… Výpočet může být velmi pomalý.
K základním parametrům průhlednosti patří tyto:
Alpha – hodnoty 0-1. Jednoduše průhlednost objektu.
Specular – průhlednost specularu objektu
Fresnel – závislost průhlednosti na směru normály face. Čím více, tím méně jsou průhledné
face šikmé a více face přímé (kolmé ke směru pohledu kamery).
Pouze u raytrace:
IOR – index lomu světla
Filter – přidá původní barvu do světla procházejícího objektem
Depth – hloubka odrazu. Kolik odrazů skrz čočku se spočítá
Gloss – hrubost materiálu skla. Amount 1 – čiré sklo 0- matné sklo
6.1.5 Mirror
U materiálu může světlo nejen procházet skrz, ale také se od něj odrazit. V této kartě můžeme
nastavit odraz materiálu, tedy jak moc se materiál chová, jako zrcadlo. Základem jsou tyto parametry:
Reflectivity – míra odrazu
Depth – hloubka, kolikrát se může paprsek odrazit
Fresnel – závislost odrazu na směru normály
Gloss – hrubost materiálu. 1 – jasné zrcadlo, 0 – zamlžený hrubý odraz
Také lze nastavit barvu odraženého světla.
6.1.6 Shadows
Na kartě Shadows nastavujeme, jak se materiál chová z hlediska stínů, vůči okolním objektům.
Receive – materiál přijímá stíny od ostatních objektů
Receive transparent – materiál přijímá stíny od průhledných těles. Jestliže není zaškrtnuto,
budou stíny stejně vidět, ale budou plně tmavé jako kdyby těleso, které stín vrhá, nebylo průhledné, ale pevné.
36
Antonín Šmíd
Cast Only – není vidět, pouze vrhá stíny
Shadow Only – pouze zobrazuje stíny, které jsou na něj vrhány. Jinak není vidět, ani stíny
nevrhá.
6.2 Textury
V kapitole 6.1 jsme si vysvětlili různá materiálová nastavení, abychom objekt stínovali,
jak je třeba. Jenže reálné objekty jsou často mnohem komplikovanější, mají vzory, různé nerovnosti vytvářejí složitější obrazce… Toto všechno zajišťují textury.
Nastavení textur najdeme na Properties panelu hned vedle materiálů pod ikonkou šachovnice.
Ke každému materiálu může být libovolné množství textur. Systém přidávání je stejný, jako
u materiálů.
6.2.1 Texture type
Nejprve musíme zvolit typ textury. Obecně můžeme rozdělit textury do dvou skupin.
První jsou textury generované Blenderem. Jako typický příklad třeba Clouds. Jde o šum generovaný funkcí na základě námi daných parametrů. Tyto textury se rychleji renderují, dají
se snadno upravovat, nejsou omezeny rozlišením. Bohužel simulace reálných povrchů těmito
texturami nebývá vždy jednoduchá.
Druhé jsou textury typu Image or movie. Jde o bitmapový obrázek, který se nanese (namapuje) na objekt. Výhoda těchto textur zjevně spočívá v jednoduchosti použití. Chceme, aby materiál vypadal jako dřevo, použijeme texturu (obrázek) dřeva. Nevýhoda je omezení rozlišením textury. Obrázek někde končí a začíná, ale co když je potřeba větší plocha. Proto existují Tiled textures. Tedy obrázky uzpůsobené tak, že se dají do nekonečna kopírovat a není zřetelný přechod
mezi kopiemi. Dále se budeme zabývat tímto typem textur.
Další kartou po přidávání textur je Preview, ukazuje nám, jak bude textura vypadat. Lze přepnout i na zobrazení materiálu, nebo obojího najednou (Both).
Pod Colors lze jednoduše pozměnit barvy textury. Jas, kontrast, sytost.
Na kartě Image importujeme obrázek, který chceme použít jako texturu.
6.2.2 Mapping
Další důležité parametry najdeme na kartě Mapping. Zde nastavujeme, jakým způsobem
se textura na objekt nanese. Pro jednoduché objekty lze zvolit Generated a jednu ze základních
projekcí – Flat (plocha), Cube (krychle), Tube (válec), Sphere (koule).
37
Antonín Šmíd
Obrázek 34 Generated mapping na kouli a krychli (Pokorný, 2006)
Mnohem sofistikovanější metodou je UV mapping, tedy rozložení povrchu objektu na síť
(UV mapu). Tvorbě těchto map se budeme zabývat v následující kapitole.
6.2.3 Influence
Influence znamená vliv. Na této kartě nastavujeme, jaké parametry materiálu bude textura
ovlivňovat. Defaultně je to pouze barva, což ve většině případů stačí. Jak je vidět, zaškrtnout
se dá ovlivnění jakéhokoli parametru materiálu.
Za zmínku stojí pod Geometry položka Normal. Textura tak může ovlivňovat normály objektu, tedy výstupky na objektu. Někdy se této textuře také říká Bump. Objekt potom vypadá plastický, vystouplý. Jako by na něm byly vymodelovány všechny mikroskopické detaily, hrbolky,
výstupky. Ve skutečnosti je to jenom normal mapa.
Tato metoda značně zvyšuje věrohodnost materiálu a oproti vymodelovaným detailům je nepoměrně rychlejší. Dokonce tak rychlá, že se používá ve většině moderních herních systémů.
38
Antonín Šmíd
Obrázek 35 Normal mapy (blender game engine GLSL realtime preview)
Poslední důležitou položkou na kartě Influence je Blend. Zde si můžeme vybrat,
jak se textura prolne s ostatními texturami na objektu. Defaultně je nastaven Mix, smíchají se půl
na půl.
6.2.4 UV mapy
Jak už jsem se zmínil, UV mapy jsou cestou jak přesně nastavit mapování textury. Funguje
to tak, že povrch objektu rozřežeme, označíme na něm řezy a poté necháme blender, aby vytvořil
síť objektu. Tu uložíme do externího souboru. Otevřeme si ji v bitmapovém editoru a podle
ní nakreslíme texturu. Tu potom otevřeme v Blenderu a vše by mělo být na svém místě.
Obrázek 37 UV mapa krychle
Obrázek 36 Řezy krychle
39
Antonín Šmíd
Pokusíme se vytvořit hrací kostku. Ta má na každé straně jiný obrázek, jiné číslo. Začneme
normální krychlí. V edit mode označíme potřebné řezy Ctrl+E a vybereme Mark Seams. Mělo
by to vypadat jako na obrázku 36. Následně rozpůlíme obrazovku na dvě části a do levé půlky
dáme UV/Image editor (viz. Kapitola 2.1).
Stále v edit mode označíme celou krychli Ctrl+A a stiskneme U, pro otevření nabídky
UV mappingu. Vybereme Unwrap, tedy vytvoření sítě podle řezů.
Nyní by měla být mapa hotova. V UV/image editoru byste měli vidět to, co na obrázku.
Z nabídky UV/image editoru vybereme UVs – Export UV layout. Uložíme obrázek. Otevřeme jej v oblíbeném bitmap editoru a nakreslíme na strany čísla.
Odstraníme vrstvu s UV mapu a obrázek uložíme jako výslednou texturu. Tu otevřeme
v Blenderu jako texturu typu Image.
Důležité je pod Mapping nastavit místo Generated UV a vybrat UVmapu, ta se defaultně
jmenuje UVMap.
Jestli jste vše udělali podle návodu, měla by výsledná krychle nyní vypadat jako obrázek 39.
Texturu na objektech lze přímo v 3Dview zobrazit nastavením display method na Texture (viz.
2.5). Pokud by zobrazení nefungovalo, ověřte, že je v Display nastavení na pravém panelu
3Dview N, zvolena metoda GLSL, pokud ani tak nebude textura vidět, máte zřejmě zastaralý typ
grafické karty. Výsledný obrázek vyrenderujeme F12.
UV mapy lze v UVmap editoru samozřejmě upravovat, standartně označováním vertexů.
Obrázek 39 3D View s texturou
Obrázek 38 Render kostky
Fungují i běžné transformace, ovšem ve 2D, takže bez osy Z. Výhodou zobrazení textur přímo
ve 3Dview je to, že můžeme upravovat UV mapu a výsledky okamžitě vidět ve vedlejším okně
aplokované na objekt.
Pro případy, kdy Unwrap nefunguje jak by měl, můžeme použít ostatní jednoduché projekce
jako Cube, Sphere, Tube, nebo projekci přímo z aktuálního pohledu – Project From View.
Jednotlivé části objektu tam můžeme „nafotit“ z různých stran a až v UVmap editoru je složit
dohromady. Pro textury, kde nám nezáleží na přesném rozložení, ale nelze je mapovat metodou
Generated můžeme použít metodu Smart UV projection. Blender namapuje objekt tak,
aby byly všechny face co nejmíň zkreslené a absolutně nebere ohled na návaznost textury,
což v některých případech vůbec nevadí.
40
Antonín Šmíd
7 Světla
Každý objekt potřebuje světlo, aby se vykreslil (s výjimkou Halo materiálů, Shadeless
a Emit). Teprve světla nám umožňují simulovat realistické přírodní podmínky. Přesvědčit diváka, že objekt, na který se kouká, je skutečný. Můžeme být sebelepší tvůrci modelů, ale teprve
správné světlo prodá naši práci. Zvláště v architektonické vizualizaci se klade velký důraz
na foto-realističnost.
U exteriérových scén bývá nasvícení jednoduché. Paprsky odražené od objektů totiž směřují
úplně pryč, do oblohy. Ve většině případů se tak světlo odrazí pouze jednou. Zdroj světla bývá
pouze jeden – slunce.
Složitější situace však nastane v interiéru. Zdrojů světla může být mnohem více (okna, umělá
světla), ale hlavní problém je v tom, že paprsky po prvním odrazu neodletí pryč, ale odráží
se v interiéru pořád dál a dál, sem a tam. Budeme muset použít více druhů světel, popřípadě
se rozhodnout pro nějaký physical based render engine.
7.1 Ray tracing
Ray tracing představuje globální zobrazovací metodu. Vychází ze sledování paprsku světla,
který je vržen v každém bodu pozorovacího úhlu kamery. Při této metodě se bere v úvahu vzájemná interakce objektů. Velice věrohodně tak působí stínování, průhlednost, zrcadlové odrazy.
Bohužel jde o metodu časově náročnější. (Pokorný, 2006)
Kromě Spot potřebují všechna světla v Blenderu raytracing k vrhání stínů. U každého světla
se při zapnutí RayShadows zpřístupní nastavení raytracingu pro světlo. Především jde o položku
Samples. Čím vyšší hodnota, tím lépe vykreslené stíny, ale delší renderovací čas.
Soft size nastavuje virtuální velikost zdroje světla. Čím vyšší hodnota, tím jemnější stíny.
7.2 Typy světel
7.2.1 Point – bodové světlo
Nejjednodušší světlo v Blenderu. Paprsky se šíří všemi směry rovnoměrně. Charakteristickým
rysem pro světlo Point je možnost limitovat paprsky vzdáleností. To Blender znázorní jednoduše
kruhem, kolem světla.
U světla nastavujeme barvu, intenzitu záření – Energy a vzdálenost, kam dosvítí – Distance,
limitování vzdálenosti zapneme tlačítkem Sphere.
Toto světlo je vhodné pro simulaci lampy, lampičky, obecně bodových zdrojů světla
v interiéru.
41
Antonín Šmíd
Obrázek 42 Point světlo
Obrázek 43 Sun světlo
Obrázek 40 Spot světlo
Obrázek 41 Area světlo
7.2.2 Sun – směrové světlo
Světelný zdroj Sun (slunce) vrhá v zadaném směru rovnoběžné paprsky se stejnou intenzitou.
Nezáleží tedy na poloze světla samotného. V Blenderu je reprezentován tečkou jako Point a čerchovanou čárkou. Směr světla měníme rotací.
S použitím Sun světla lze nastavit i simulaci atmosféry a oblohy. Zatím nedoporučuji
ani pro exteriérové scény. Hodí se pro rozlehlé scény krajiny, pro naše účely by však nepůsobil
příliš přesvědčivě. Mnohem realističtější je opravdová fotografie vložená jako pozadí (viz. Kapitola 8.3).
7.2.3 Spot – klasický reflektor
Spot je bodový zdroj světla, reflektor. Tento zdroj světla byl hojně využívaný ve starších verzích Blenderu, neboť je jediný, který vrhá stíny i bez ray tracingu. Směr světla měníme rotací.
Kromě klasické barvy, intenzity lze také nastavit jeho velikost ve stupních (otevřenost kuželu).
Stíny Buffer Shadows nepoužívají raytracing. Nepůsobí příliš realisticky, zato velmi rychlé.
Dají se renderovat i realtimově ve hrách. Doporučil bych je používat pouze, když už nutně musíme snížit render time (při animaci).
Kužel může být dokonce viditelný. Jak je zřejmé na obrázku 44. Viditelnost kužele zapíná
tlačítko Halo. Intensity určuje sílu viditelného světla. Blend jemnost okrajů. Dalším parametrem
je Step. Pokud zde není hodnota 0, je zapnuto volumetrické stínování. Hodnota 1 představuje
nejlepší kvalitu, 10 nejhorší.
42
Antonín Šmíd
Obrázek 44 Volumetrické světlo. bez Halo, s Halo step 0, s Halo step 1
7.2.4 Area – světelná plocha
Světelný zdroj area používáme k simulaci plošných světelných zdrojům především oken. Vytváří velmi jemné stíny. Vhodné do interiéru. Stavrem může být buď čtverec (Square), nebo obdélník (Rectangle). Toto světlo nabízí nejrealističtější výstup, avšak rendertime bývá dost dlouhý, vzhledem k tomu, že kvůli jemným stínům je třeba použít vysoké číslo Samples.
7.3 Ambient Occlusion
Ambient Occlusion je efekt simulující globální osvětlení. Tedy světlo, které jde z prostoru,
ze všech směrů. Pomáhá dosáhnout realistických výsledků hlavně v exteriérech.
Nastavení se skrývá v záložce World na panelu properties pod ikonkou zeměkoule.
Factor – energie světla
Blend Mode:
Add – pouze přidá světlo
Multiply – násobí, tzn. Světlejší zesvětlí, tmavé oblasti ztmaví (je třeba mít i jiná světla
ve scéně, aby bylo co násobit)
Na kartě Gather můžeme nastavit způsob výpočtu AO.
Raytrace – přesný výpočet pomocí ray tracingu, ale pokud chceme výsledky bez šumu, vyžaduje dlouhý renderovací čas.
Approximate – bez ray tracingu, nepřesný, dělá chyby v interiérech, velmi rychlý, bez šumu,
vhodný k animacím
Distance – od jaké vzdálenosti se stíny objeví
Samples – přesnost výpočtu
Na následující stránce je porovnání několika renderů včetně časů, jako názorná ukázka a srovnání různých nastavení a metod Ambient Occlusion. Renderováno na intel i7 860, 2,8Ghz.
43
Antonín Šmíd
Bez Ambient Occlusion,Point light
Time: 00.69s
S Ambient Occlusion, Blend type Add, Raytrace, 16 Samples, Distance 10, point light
Time: 08.65s
S Ambient Occlusion, Approximate, Passes 1, point light
Time: 05.01s
S Ambient Occlusion, Raytrace, 16 Samples, Blend Mode Multiply,
Distance 2, Environment lighting- energy 1
Time: 09.25s
S Ambient Occlusion, Raytrace, 16 Samples, Blend Mode Multiply,
Distance 100, Environment lighting energy 1
Time: 08.24s
44
Antonín Šmíd
7.4 Třísvětelný model
Třísvětelný model je základním standardem pro účelné
nasvícení scény. Jak název napovídá, tvoří ho tři zdroje. Klíčové světlo (keylight), zpětné světlo (back light) a podpůrné
světlo (fill light).
Klíčové světlo má nejdůležitější úlohu. Má největší intenzitu a jeho úkolem je dobře osvětlit tu část scény, která
je středem pozornosti tak, aby vynikla plastičnost objektu.
Toto světlo vytváří jako jediné stíny. Bývá umístěno vpravo
od kamery, ve stejné výši jako kamera, nebo nad její úrovní.
Konkrétně může jít o světlo Sun, Spot, nebo Area light.
Zpětné světlo se umisťuje vzhledem ke kameře za objekt.
Osvětluje tak odvrácené části objektu. Na první pohled
to může být nesmyslné, ale ve skutečnosti toto světlo umožní
velice dobře zvýraznit obrysy objektů. Pozorovatel
je tak může lépe odlišit od pozadí.
Obrázek 45 Třísvětelný model
Podpůrné světlo zesvětluje, zjemňuje stíny, které vrhá
klíčové světlo. Používá se k zesvětlení částí objektu, které by jinak byly úplně černé. Vzhledem
ke kameře má polohu opačnou, než klíčové světlo obvykle má kolem 50% jeho intenzity.
Obrázek 46 Třisvětelný model - render
Je dobré odlišit od sebe klíčové a podpůrné světlo i barevně. Například dát podpůrnému světlu jemný modrý nádech a klíčovému trochu nádech do žluta. Vytvoříme tím pocit studených
45
Antonín Šmíd
modrých stínů a teplých, žlutě osvětlených oblastí. To samé lze použít při svícení na popředí/pozadí. Objekty v popředí vystoupí nejenom světelně, ale i tepelně viz obrázek 47.
Obrázek 47 Sucker Punch (2011)
46
Antonín Šmíd
8 Kamera a okolí scény
8.1 Nastavení kamery
Skrz kameru se snímá renderovaný obrázek. K manipulaci si vystačíme se základními transformacemi, jako u ostatních objektů. Kamera má stejně jako světla pouze Object mode. Kamer
můžeme mít více, přidáme novou kameru Add-Camera, nebo zkopírováním stávající. Přepínat
mezi kamerami lze jednoduše označením kamery a stiskem Ctrl+0, čímž označíme kameru jako
aktivní.
Samotné nastavení kamery je na panelu Properties pod ikonkou kamery, která se ukáže,
když je kamera označená. Karta Lens obsahuje informace o čočce. Zde vybíráme typ kamery:
Perspective – standartní kamera řídící se perspektivou
Orthographic – tato kamera nepracuje s perspektivou, někdy se používá pro architekturu,
protože je bližší původním nákresům domů, perspektiva ji nezkresluje, a tak může být přehlednější, čitelnější. S realistickou kamerou nemá nic společného.
Parametr Focal Length určuje ohniskovou vzdálenost kamery. Dalo by se říct, úhel úhel, jaký kamera zabírá. Čím větší číslo, tím menší úhel, tím větší zoom kamery.
Pokud chceme omezovat viditelnost kamery v závislosti na vzdálenosti, použijeme
pod Clipping pole Start a End, kde nastavíme začátek a konec viditelnosti.
Na kartě Camera můžeme simulovat velikost čipu kamery. Standardně je zde nastaven 35mm
kinofilm. Ale s tím se běžní lidé těžko setkají. Proto jsou k výběru přednastavení pro různá zařízení od DLSR od Canonu i Nikonu až po třeba kameru Red Epic. Tato nastavení je důležité vzít
v úvahu pouze tehdy, jde-li o koláž.
Například vyfotíme místo, kde bude stát budoucí dům zrcadlovkou Nikon D7000
s objektivem Nikkor 35mm. Budeme chtít vyrenderovat naší vizualizaci tak, aby se dala namontovat do této fotografie. Proto nastavíme Lens 35mm a Camera Preset na námi vybraný fotoaparát. Když vyrenderujeme dům, máme zaručeno, že perspektivní zkreslení bude přesně stejné,
jako u naší fotografie.
Obrázek 48 Orthographic vs. Perspective projection
47
Antonín Šmíd
8.2 World
V nastavení World už jsme řešili Ambient Occlusion. Teď se více zaměříme na pozadí jako takové. Horizon a Zenith color určují barvy oblohy. Ta má defaultně jednu barvu a to Horizon Color. Přechod na obloze vytvoříme klikem na Blend Sky.
Pokud chceme na pozadí obrázek, klikneme nejdříve na World a potom na Textury. Nastavujeme texturu oblohy. Jako obvykle vybereme texturu Image, nejdeme náš obrázek a v tomto případě je ještě nutné na kartě Influence označit Horizon. Aby se textura vypnula přes celou plochu
kamery, označíme ve World nastavení Paper Sky.
Nyní by se měl obrázek renderovat na pozadí scény.
48
Antonín Šmíd
9 Finální dotek
Dejme tomu, že máme objekt vymodelovaný, hotové UV mapy, nanesený materiál, nasvícenou scénu, výstup vypadá obstojně, ale přece jenom by to chtělo ještě něco navíc. Nějakou třešničku na dortu. Takovou tu věc, která udělá z obyčejného renderu obrázek hodný otištění
v časopise Architektura.
Samozřejmě můžeme obrázek upravovat v bitmapovém editoru, pokud jde o animaci tak třeba
v After effcts, ale spoustu věcí se dá zvládnout už v Blenderu, divili byste se jak snadno.
Hlavní výhodou postprodukce v Blenderu je, že máme k dispozici všechny informace přímo
z 3D zdroje scény a můžeme je okamžitě využít. Jednotlivé části renderu se nazývají průchody
(Pass). Příkladem mohou být třeba pouze ambientní světlo, pouze barva, pouze stíny, alfa kanál,
Z-kanál (hloubka obrazu). Můžeme je využít k našemu prospěchu. Když budeme chtít obarvit
všechny stíny na modro, bude to mnohem snazší přímo v Blenderu, než třeba v Photoshopu Stejně tak můžeme chtít třeba vytáhnout více ambientní světla, v Blenderu to bude chvilka, protože
máme ambientní průchod přímo v renderu, ale do externího programu bychom ho museli renderovat zvlášť.
9.1 Node editor
K post processingu tedy zpracování surového renderu používáme v Blenderu Node editor.
Tady může spousta lidí narazit. Jde totiž o naprosto odlišnou filosofii skládání obrazu dohromady.
Software pro composing se dělí na layer-based a node-based. Tedy na ten, který využívá vrstvy, stejně jako Photoshop. A na ten, který užívá Nody. „Nody“ jsou v podstatě malé kartičky.
Každá má určitou vlastnost a disponuje několika vstupními a výstupními sokety. Vzájemným
propojením soketů tak kombinujeme vlastnosti nodů k požadovanému výsledku. Flexibilita je
obrovská, protože počet kombinací propojení je prakticky nekonečný. (Genom, 2012)
Začneme tím, že rozdělíme obrazovku na dvě poloviny a do levé dáme Node editor. Na panelu Node editoru klikneme na ikonku s dvěma bílými listy (tu vedle textur a materiálu) a zaškrtneme Use Nodes. Tím řekneme Blenderu, aby použil Node editor k postprocessingu celého renderu.
Na úvodní obrazovce vidíme Render Layers (vstup) spojený s Composite (výstup). Na panelu
v menu Add můžeme přidávat různé Nody, spojovat je a tím upravovat render.
9.1.1 Barevné korekce
Na obrázku 49 je vidět jednoduché nastavení node editoru. Ukážu na něm, co, které nody
dělají, jak to funguje jako celek.
49
Antonín Šmíd
Obrázek 49 Node editor – barevná korekce v Nod editoru, nastavení
Ze vstupu Render Layers je výstup Image (informace o barvě) spojen s RGB Curves. Tento
nod upravuje barvy pomocí křivek. Jednoduchá barevná korekce známá ze všech editorů.
V tomto případě ji používám pro lehkou úpravu kontrastu scény. Toto je napojeno na Hue Saturation Value – úpravu odstínu a sytosti barev, výsledek jde do nodu Mix.
50
Antonín Šmíd
Dále jde z Render layers Alfa kanál, tedy průhlednost do nodu Invert, co je průhledné je plné
a naopak. Do nodu Mix dále přidávám kromě obrázkového výstupu z Hue Saturation i barvu,
která vychází z nodu RGB. Tyto dvě se míchají podle průhlednosti, která jde z nodu Invert
a připojuje se do Fac – faktor toho, jak se dvě složky smíchají. Všimněte si, že obloha byla původně průhledná, invertovali jsme průhlednost a aplikovali ji na míchání oblohy v nodu Mix.
Takže na místo průhledné oblohy se prostor vyplní barvou z RGB nodu. Z nodu Mix už jde obrazový výstup do Composite, tedy finálního výstupu.
Obrázek 50 Barevná korekce v Node editoru, před a po
9.1.2 Hloubka ostrosti
Použijeme Node editor k simulaci nízké hloubky ostrosti u stejné scény. K tomu se používá
node Defocus. Jako vstup je Image a hloubka obrazu. Důležité je u kamery nastavit objekt, který
bude zaostřen, nebo vzdálenost. (Properties panel, kamera, Depth of field). fStop určuje míru
rozostření.
Obrázek 51 Node editor - nastavení hloubky ostrosti
51
Antonín Šmíd
10
Závěr
V této práci jsem popsal kompletní proces tvorby architektonické vizualizace. Rozebral jsem
možnosti nástrojů programu Blender z hlediska využití pro modelování a vyobrazení staveb a
jejich interiéru.
V úvodu jsem seznámil čtenáře obecně s 3D grafikou v současnosti, s uplatněním 3D technologií v architektonické vizualizaci. Popsal jsem důvody k využití software Blender, mezi nimiž je
dominantní fakt, že se jedná o open source software, což značně snižuje bariéry vstupu do odvětví. Stručně jsem zmínil historii software i novinky v posledních verzích. Nedílnou součástí úvodu byly technické záležitosti před samotným spuštěním programu, stahování verzí a render engine, instalace a optimální hardwarová konfigurace. Poté jsem ke každé části práce podal stručné
vysvětlení, o co se jedná, k čemu ona část slouží.
Kapitola druhá se zabývá prostředím programu. Popisuje dynamické rozložení oken, klíčové
nástroje a panely, především Info panel a panel Properties. Hlavní okno 3D View je doopravdy
jakýmsi „oknem“ do 3D světa. V této části jsou popsány základní klávesové zkratky nutné pro
přirozený intuitivní pohyb v 3D prostoru. V neposlední řadě jsem vysvětlil užití různých typů
zobrazení, funkci módů a vrstev.
Třetí kapitola se nesla v trochu techničtějším duchu. Rozebírali jsme způsoby zobrazování
neboli rendering. Základní rozdíly mezi fungováním klasických a physical based render enginů.
Dále možnosti nastavení výstupu, jako rozlišení nebo barevné kanály.
Od čtvrté kapitoly už jsme se věnovali konkrétní práci ve 3D. Začali jsme základními objekty
zvanými primitives (krychle, koule, válec…), jejich rozmisťováním ve scéně, úpravami jejich
polohy, rotace, velikosti, následovaly vzájemné vazby mezi objekty a jejich zarovnávání.
Modelováním označujeme vnitřní úpravy tvaru objektu. V páté kapitole jsem vysvětlil nástroje vhodné pro modelování architektury, základní operace s vertexy. V její druhé části pak funkci
panelu Modifiers, který nabízí zajímavé možnosti zjednodušení či zrychlení práce. Poslední
v kapitole o modelování byl popsán postup k tomu, jak nahrát obrazové podklady přímo do 3D
software a pracovat podle nich.
Hotové objekty, tvary potřebují vzhled, materiál, je nutné, aby vypadaly realisticky. Materiálové nastavení a vůbec způsob přemýšlení nad materiály se liší podle druhu engine. V práci jsem
popsal možnosti defaultního engine Blender internal. Klíčové pro nás byly vlastnosti jako odraz,
odlesk, průhlednost, či zrcadlení materiálu. Některé objekty však potřebují nejenom realistický
materiál, ale ještě texturu. K tomu, aby se korektně nanesla na povrch, využíváme UV mapy.
Jejich tvorba je popsána podrobně v druhé části kapitoly šesté.
Kompletní model je nutné pěkně nasvítit. Zde jsme se dotkli fotografické praxe v základních
typech světel i v třísvětelném modelu, jakožto nejjednodušším světelném nastavení.
Na konci práce jsem věnoval několik stránek úpravám okolního prostředí a také nastavení optických vlastností kamery, která scénu snímá. Nemůžeme zanedbat ani základní postprodukci
finálního snímku-barevné korekce popřípadě simulaci hloubky ostrosti.
Jsem si vědom toho, že zdaleka ne všechny funkce byly popsány, ale Blender je software všestranný, tvorba vizualizace je jen jedním z jeho mnoha využití. Učebnice by měla sloužit jako
základ, na kterém by mohl grafik dál stavět své zkušenosti. Techniky zde popsané by neměl být
problém aplikovat nezávisle na 3D software.
52
Antonín Šmíd
Bibliografie
Blender Foundation. (12. leden 2012). http://blender.org/. Získáno 12. leden 2012, z
Blender.org: http://blender.org/
Brito, A. (2008). Blender 3D Architecture, Buildings, and Scenery.
Garage
Farm. (24. březen
http://garagefarm.net/
2012).
GarageFarm.net.
Získáno
24.
březen
2012,
z
Genom. (5. červen 2012). Blender.cz. Získáno 7. srpen 2012, z blender.cz: http://blender3d.cz/
Pokorný, P. (2006). Naučte se 3D grafiku. Praha: BEN - technická literatura.
53
Antonín Šmíd
Seznam obrázků
Obrázek 1 For the birds, Studio Pixar ........................................................................................ 8
Obrázek 2 Vizualizace Neo Zličín, Neocity Group ................................................................... 8
Obrázek 3 Oficiální logo Blenderu ............................................................................................ 9
Obrázek 4 Vizualizace kuchyně - STdesign ............................................................................ 11
Obrázek 5 Ukázka materiálů – Blender open material repository ........................................... 11
Obrázek 6 Popis prostředí Blenderu ........................................................................................ 13
Obrázek 7 Nabídka zobrazení aktivního editoru ...................................................................... 13
Obrázek 8 Properties okno ....................................................................................................... 14
Obrázek 9 Outliner ................................................................................................................... 15
Obrázek 10 Panel okna 3D view .............................................................................................. 16
Obrázek 11 Zobrazení scény – bounding box, wireframe, solid, výsledný render .................. 17
Obrázek 12 Graf zobrazující růst počtu tranzistorů v čipu v závislosti na čase ...................... 19
Obrázek 13 Primitives – přehled jednoduchých objektů ......................................................... 21
Obrázek 14 Selection – ukázka označení objektů .................................................................... 22
Obrázek 15 3D kurzor .............................................................................................................. 23
Obrázek 16 Skupiny objektů .................................................................................................... 24
Obrázek 17 Rodičovská vazba - parent .................................................................................... 25
Obrázek 18 Mesh Tools – přehled nástrojů v Edit mode ......................................................... 26
Obrázek 19 Edge slide tool ...................................................................................................... 27
Obrázek 20 5.1.2. Smooth vertex tool...................................................................................... 27
Obrázek 21 Extrude.................................................................................................................. 28
Obrázek 22 Subidivide ............................................................................................................. 28
Obrázek 23 Loop cut and slide tool ......................................................................................... 29
Obrázek 24 Spin tool................................................................................................................ 29
Obrázek 25 Merge .................................................................................................................... 30
Obrázek 26 Remove Doubles................................................................................................... 30
Obrázek 27 Array ukázka......................................................................................................... 31
Obrázek 28 Array nastavení ..................................................................................................... 31
Obrázek 29 Booleans ............................................................................................................... 31
Obrázek 30 Bevel ..................................................................................................................... 32
Obrázek 31 Subdivision surface .............................................................................................. 33
Obrázek 32 Subdivision surface – ukázka limitace zahlazení ................................................. 33
Obrázek 33 Specular - ukázka různých nastavení.................................................................... 35
54
Antonín Šmíd
Obrázek 34 Generated mapping na kouli a krychli (Pokorný, 2006) ...................................... 38
Obrázek 35 Normal mapy (blender game engine GLSL realtime preview) ............................ 39
Obrázek 36 Řezy krychle ......................................................................................................... 39
Obrázek 37 UV mapa krychle .................................................................................................. 39
Obrázek 38 Render kostky ....................................................................................................... 40
Obrázek 39 3D View s texturou ............................................................................................... 40
Obrázek 40 Spot světlo ............................................................................................................ 42
Obrázek 41 Area světlo ............................................................................................................ 42
Obrázek 42 Point světlo ........................................................................................................... 42
Obrázek 43 Sun světlo ............................................................................................................. 42
Obrázek 44 Volumetrické světlo. bez Halo, s Halo step 0, s Halo step 1 ................................ 43
Obrázek 45 Třísvětelný model ................................................................................................. 45
Obrázek 46 Třisvětelný model - render ................................................................................... 45
Obrázek 47 Sucker Punch (2011) ............................................................................................ 46
Obrázek 48 Orthographic vs. Perspective projection ............................................................... 47
Obrázek 49 Node editor – barevná korekce v Nod editoru, nastavení.................................... 50
Obrázek 50 Barevná korekce v Node editoru, před a po ......................................................... 51
Obrázek 51 Node editor - nastavení hloubky ostrosti .............................................................. 51
55

Architektonická vizualizace v Blenderu

Transkript

Podobné dokumenty

zde - UJEP

Střední průmyslová škola Jihlava EMCO WinNC GE Fanuc Series

Lidé versus Èlovìk

Text bakalářské práce - Katedra geoinformatiky

Blender - Martin Opletal

komořanské a modřanské tůně

Příručka GE Fanuc Series 21 M - Střední průmyslová škola Jihlava

Raytracing - Pavel Strachota

3) učební texty – Software

Jak se uspořádat - Amazon Web Services

Krásné stroje II - Vysoké učení technické v Brně

3D Blender na střední škole

Využití Source Engine k tvorbě interaktivního modelu digitální továrny

Ministerstva obrany ČR

CINEMA 4D TUTORIÁLY

Uživatelská příručka Software PanelRGB Formát PDF

Office 2007 – Příručka recenzenta