Modelowanie Przestrzenne

Laboratorium 2 – modelowanie budynków

Modelowanie budynków w programie SketchUp będzie odbywało się z wykorzystaniem większości

dostępnych narzędzi, poznanych na poprzednich zajęciach. Podczas uruchomienia programu, na

ekranie powitalnym możemy wybrać ten sam szablon podstawowy lub szablon Architektura

krajobrazu.

Pierwszą czynnością, którą powinniśmy przeprowadzić modelując rzeczywisty budynek to lokalizacja

modelu. Najpierw należy włączyć dodatkowy pasek narzędzi.

Wybieramy z menu Widok / Paski narzędzi i zaznaczamy

Lokalizacja. Klikamy ikonę Dodaj lokalizację (Add Location...)

pojawi się okno dialogowe Dodaj lokalizację (Add

Location...) w którym znajdujemy interesujący nas obiekt,

wpisując jego lokalizację w górnej części paska menu.

Następnie po odpowiednim zbliżeniu na obiekt klikamy

przycisk Select Region. Pojawi się okno wyboru, którego

możemy zmieniać wielkość za pomocą niebieskich pinezek.

Gdy jesteśmy zadowoleni z efektu klikamy przycisk Grab –

wybrany fragment mapy pojawia się w oknie programu

SketchUp w środku układu współrzędnych. Wraz z mapą zostają również zaimportowane dane o

ukształtowaniu terenu, które możemy włączyć klikając ikonę Pokaż/Ukryj teren (Toggle Terrain). Na

płaskim terenie miasta wynik jej działania nie zawsze będzie widoczny, aby sprawdzić czy rzeczywiście

działa prawidłowo można zaimportować np. kawałek widoku Tatr.

Pobrany podkład mapy dobrze jest również wykorzystać do zrobienia tekstury dachu. W tym celu

zaznaczamy podkład i wybieramy Plik/Eksportuj/Grafika 2D (File/Export/2D Graphic...) Do wyboru

mamy kilka podstawowych formatów graficznych. W prawym dolnym rogu nowo otwartego okna

dialogowego znajduje się przycisk Opcje (Options), po kliknięciu w który mamy możliwość zmiany

wielkości zapisywanego obrazka (domyślnie zaznaczona jest opcja Użyj rozmiaru widoku (Use view

size), powodująca zapis obrazka w rozmiarach w jakich został ściągnięty do SketchUp'a). Zapisany

obraz możemy później edytować w dowolnym programie do obróbki grafiki.

Pewnym ułatwieniem podczas modelowania będzie

dostosowanie układu współrzędnych do zaimportowanego

podkładu. W tym celu wybieramy narzędzie Osie (Axes).

Klikamy w lewym dolnym rogu budynku, aby umieścić

początek układu współrzędnych, następnie przesuwamy

kursor wzdłuż dolnej krawędzi budynku i klikamy, aby

umieścić czerwoną oś. Podobnie przesuwamy wzdłuż lewej

krawędzi, aby umieścić oś zieloną. Po takiej operacji mamy

układ współrzędnych dostosowany do krawędzi budynku.

Teraz możemy zacząć rysować bryłę. Używając narzędzia linii

obrysowujemy krawędzie dachu, a następnie wyciągamy

utworzonego face'a na 14 m do góry – mamy gotową

podstawową bryłę budynku. Jesteśmy gotowi do rozpoczęcia

teksturowania wykonanymi zdjęciami. Podobnie jak bryły również

i zdjęcia powinny zostać odpowiednio przygotowane. Dobrze jest

pamiętać o kilku zasadach już na etapie robienia zdjęć do modelu.

Dystorsja perspektywiczna i beczkowata

Bardzo trudno jest otrzymać zdjęcie budynku, które byłoby wykonane dokładnie w rzucie

izometrycznym względem jego ścian, zwłaszcza jeżeli nie mamy dość miejsca na odpowiednie

oddalenie się od niego. Należy jednak mieć na uwadze, że im bliżej budynku się znajdujemy, tym

wiesze zniekształcenie perspektywiczne będzie narzucone na nasze zdjęcie.

Wpływ odległości od budynku na zniekształcenie perspektywiczne zdjęcia.

W aparatach kompaktowych, zwłaszcza z szerokokątnym obiektywem, możliwe jest również

zaistnienie dystorsji beczkowatej podczas fotografowania przy najszerszym kącie. Polega ona na

zaokrągleniu pionowych linii, zwłaszcza tych znajdujących się najbliżej brzegu kadru. Aby tego

uniknąć należy próbować wykonać zdjęcia z dalszej odległości z użyciem zoomu (wpływ dystorsji

beczkowatej maleje wraz z długością ogniskowej), a jeśli nie jest to możliwe umieszczanie budynku w

kadrze w taki sposób, aby krawędzie ścian znajdowały się w pewnym oddaleniu od brzegu kadru.

Kadrowanie i optymalizacja rozmiaru

Po odpowiednim zrobieniu zdjęcia należy zadbać o przygotowanie go do użycia jako tekstury.

Pierwszą istotną rzeczą jest odpowiednie wykadrowanie, pozwalające pozbyć się nadmiaru nieba

i/lub otoczenia. Jest to szczególnie ważne, gdy fotografujemy z nadmiarem aby uniknąć opisanej

wcześniej dystorsji beczkowatej. Kolejna ważna rzecz to zmiana rozmiaru zdjęcia. Fotografia

wykonana aparatem z matrycą 8MP w formacie 3:2 przy najniższym stopniu kompresji JPEG ma

rozmiar około 3450x2300 pikseli oraz objętość około 4MB. Jest to zdecydowanie zbyt dużo dla

programu Google Earth. To samo zdjęcie po zmniejszeniu rozdzielczości (w programie graficznym, nie

w menu aparatu!) do 800x533 pikseli ma objętość mniejszą niż 100kB. Gdy dodatkowo zostanie ono

wykadrowane jego rozmiar, a zarazem objętość jeszcze się zmniejszy.

Jeśli posiada się pewne doświadczenie w pracy z programami graficznymi można również usunąć ze

zdjęć budynku elementy, które go zasłaniają, np. drzewa, latarnie uliczne, ludzi czy samochody.

Gdy mamy już odpowiednio przygotowane zdjęcie pora na jego zaimportowanie do programu

SketchUp. W tym celu wybieramy z menu Plik/Import…

(File/Importuj...) otworzy się okno dialogowe, w którym na

dole z prawej strony z listy rozwijanej wybieramy

odpowiedni typ pliku, selekcjonujemy odpowiednie zdjęcie,

oraz zaznaczamy opcję Use Image As: Tekstura (Use as

texture). Do kursora zostanie przyczepiony lewy dolny róg

wybranego zdjęcia. Umieszczamy go w lewym dolnym rogu

bryły, a następnie przeciągamy kursor w prawo i klikamy na

prawej lub górnej krawędzi bryły w takim miejscu, aby

zdjęcie pokryło całą widoczną powierzchnię ściany. Nie jest

istotne to, że będzie ono zbyt duże lub nie do końca dobrze wykadrowane, gdyż w kolejnym kroku

zajmiemy się dopasowaniem go do powierzchni ściany. Klikamy prawym przyciskiem myszy na ścianie

i wybieramy Tekstura/Pozycjonowanie (Texture/Position). Pojawi się zwielokrotniony obraz tekstury

z przyczepionymi pinezkami. Istnieją dwa sposoby dostosowania zdjęcia do płaszczyzny bryły, za

pomocą pinezek nieruchomych, bądź ruchomych.

W metodzie z użyciem pinezek nieruchomych (kolorowych) każda z pinezek odpowiada za inne

przekształcenie:

pinezka czerwona odpowiada za umiejscowienie tekstury, jej przesuwanie będzie zmieniać

pozycję całego zdjęcia w przestrzeni.

pinezka zielona odpowiada za skalowanie jednorodne/obrót tekstury, jej przesuwanie w

kierunku pinezki czerwonej powoduje zmniejszanie zdjęcia, natomiast odsuwanie od

czerwonej powiększanie zdjęcia; obrót wokół czerwonej pinezki spowoduje obracanie

tekstury wokół punktu zaczepienia czerwonej.

przesuwanie pinezki niebieskiej w kierunku czerwonej powoduje skalowanie niejednorodne

w osi pionowej, natomiast przesuwanie na boki pochylenie ukośne tekstury

pinezka żółta odpowiada za korekcję

dystorsji, głównie perspektywicznej.

Należy mieć na uwadze odpowiednią kolejność

manewrowania pinezkami. Najlepsze wyniki daje

kolejność opisana wyżej (czerwona – zielona –

niebieska – żółta) z względu na ilość stopni swobody

tekstury. Podczas manewrowania pinezką czerwoną

możemy jednocześnie zmieniać pozycję trzech pozostałych. Kolejne pinezki mają już ograniczenia, np.

podczas manewrowania pinezką niebieską, czerwona i zielona pozostają na swoich miejscach, a przy

manewrowaniu żółtą wszystkie trzy pozostałe są nieruchome.

Aby użyć metody pinezek ruchomych musimy

najpierw kliknąć prawym przyciskiem na zdjęcie i w

menu kontekstowym odznaczyć Przytwierdź pinezki

(Fixed Pins). Wszystkie pinezki zmienią się wtedy na

jednakowe. Klikamy w jedną z nich, aby odczepić ją od

tekstury, a następnie umieszczamy w nowym miejscu,

na jednym z rogów budynku (na zdjęciu). Potem

przeciągamy pinezkę tak, aby znalazła się w rogu

bryły, który reprezentuje dany róg budynku. W ten

sposób postępujemy z pozostałymi trzema.

Gdy już ustawimy zdjęcie w odpowiednim miejscu, z menu kontekstowego wybieramy Zakończ

(Done) – wszystkie zmiany zostaną zaakceptowane i ściana będzie oteksturowana.

Może się zdarzyć, że jedno zdjęcie będziemy musieli podzielić na

dwa lub więcej, szczególnie tam, gdzie występują załamania

budynków. Nie zawsze też mamy dostęp do wszystkich ścian danej

budowli. W takim przypadku możemy spróbować ekstrapolować

istniejące zdjęcie na niewidoczne ściany. Aby to zrobić wybieramy

fragment płaszczyzny, z którego chcemy pobrać materiał na

teksturę i rysujemy tam prostokąt. Klikamy wewnątrz niego

prawym przyciskiem myszy i wybieramy Utwórz teksturę

unikatową (Make Unique Texture). Następnie wybieramy

narzędzie Wypełnienie kolorem (Paint Bucket) i przytrzymując

klawisz Alt klikamy wewnątrz narysowanego prostokąta, aby pobrać próbkę tekstury. Potem

wystarczy kliknąć w miejscu docelowym, aby cały face został pokryty zadanym materiałem. Po tej

operacji możemy usunąć narysowany prostokąt. Możliwe, że zajdzie konieczność wcześniejszego

podzielenia ściany narzędziem Linia, aby na każdym

fragmencie móc zastosować inną teksturę.

Powtarzamy czynności opisane wyżej, aż będziemy mieli

oteksturowany cały budynek, łącznie z dachem. Jeżeli chcemy

wymodelować dodatkowe elementy, jak balkony, kominki, czy

też inne wystające elementy lepiej jest zrobić to przed

oteksturowaniem. Ewentualnie należy tworzyć dodatkowe

elementy z dala od budynku a następnie umieszczać je na

właściwym miejscu. W przeciwnym wypadku, gdy powiedzmy

chcemy wyciągnąć jakiś element ściany będzie on wyciągany

razem z narzuconą teksturą.

ZASADY OPTYMALIZACJI MODELI

1. Usuwanie niepotrzebnej geometrii

Podczas modelowania biurka, na pewnym etapie mieliśmy do czynienia z liniami wewnątrz blatu,

które nie tworzyły żadnej geometrii. W tym przypadku zalecane było usunięcie owych linii mimo iż

nie były one wprost widoczne dla obserwatora. W przypadku modelowania budynków usuwanie

niepotrzebnej geometrii idzie jeszcze dalej. Przyjmuje się założenie, że każda płaszczyzna niewidoczna

dla obserwatora jest zbędna, jak również niepotrzebne są linie, tworzące zbędne podziały face'ów.

Pierwsze założenie oznacza, że będziemy usuwać również płaszczyzny znajdujące się od spodu

modelu (pod terenem). Drugie wymusza na nas tworzenie brył, których ściany będą, o ile to możliwe,

jedną płaszczyzną.

Na rysunkach widzimy obiekt, składający się z trzech brył przed oraz po dokonaniu optymalizacji, o

której mowa.

PRZED

PO

2. Modelowanie tylko najbardziej istotnych szczegółów

Nasz model powinien składać się z jak najmniejszej liczby poligonów. Spowodowane jest to

koniecznością w miarę szybkiego wyświetlania nawet na starszych komputerach. W przypadku, gdyby

całe miasto było wymodelowane z dużą dbałością o szczegóły byłby spory problem z załadowaniem

nawet części modeli. Nie ma zatem konieczności modelowania obiektów takich jak okna, drzwi, czy

niewielkie reliefy na kamienicach, gdyż większość z nich będzie widoczna po oteksturowaniu modelu

odpowiednio wykonaną fotografią.

3. Stosowanie pojedynczych płaszczyzn, zamiast całych brył

Kolejnym sposobem na uproszczenie modelu, jest stosowanie tam gdzie to możliwe pojedynczych

face'ów. Ta metoda sprawdza się np. w przypadku kolumn podtrzymujących fragmenty budowli,

które znajdują się w bliskiej odległości od niej. Narysowanie pojedynczej płaszczyzny z narzuconą

teksturą daje lepsze efekty wizualne, jak również zmniejsza o 5 liczbę użytych face'ów. W kontekście

całego modelu takie zabiegi nie powinny rzucać się w oczy obserwatorowi.

4. Upraszczanie krzywych

Krzywe w programie SketchUp są w zasadzie liniami łamanymi, składającymi się z odpowiednio dużej

liczby segmentów, aby dać wrażenie krzywizny. W przypadku łuków domyślna liczba segmentów

wynosi 12. Aby zobaczyć te fragmenty, musimy włączyć opcję Widok/Geometria ukryta

(View/Hidden Geometry). Tak duża liczba segmentów wpływa negatywnie na ogólną złożoność

modelu. Aby ją zmniejszyć, po narysowaniu fragmentu krzywej (łuku lub okręgu) wpisujemy z

klawiatury liczbę segmentów, z jakich ma się składać krzywa i literkę s (np. dla krzywej z 5 segmentów

wpisujemy 5s). Taki zabieg może kilkukrotnie zmniejszyć liczbę face'ów użytych w modelu bez straty

dla jego wyglądu.

12 segmentów 4 segmenty

5. Tworzenie komponentów

Gdy w modelowanym budynku pojawia się pewna liczba takich samych elementów (np. wystające

balkony) dobrze jest utworzyć z jednego z nich komponent, a kolejne tworzyć kopiując jeden

istniejący. Aby stworzyć komponent wybieramy cały obiekt, a następnie z menu kontekstowego

(prawy klawisz myszy) wybieramy Utwórz komponent (Make Component). Każda kopia komponentu

jest jego instancją, zatem każda zmiana w jednym z komponentów pociągnie identyczną zmianę w

pozostałych. Komponenty można traktować jak odwołania do istniejącej definicji geometrii.

Zmiana w jednym komponencie powoduje identyczną zmianę w pozostałych.

6. Używanie kolorów

W przypadku niewielkich, nieistotnych, bądź słabo widocznych elementów lepiej jest używać

kolorowania powierzchni zamiast narzucania tekstur z fotografii. W tym celu w oknie dialogowym

narzędzia Wypełnienie kolorem (Paint Bucket), z listy rozwijanej należy wybrać Kolory (Colors) i

wybrać odpowiedni kolor. Karta Edycja (Edit) daje nam możliwość dowolnego dostosowania koloru

do naszych potrzeb przy pomocy standardowych modeli takich jak RGB czy HSL.

7. Ukrywanie krawędzi

Ukrycie krawędzi brył, z jakich złożony jest model znacznie poprawia jego wygląd. Aby ukryć

wszystkie krawędzie modelu przełączamy się na styl Szkielet (Wireframe) włączając równocześnie

widok ukrytej geometrii Widok/Geometria ukryta (View/Hidden Geometry) i wybieramy wszystkie

krawędzie. Klikamy prawym przyciskiem w jedną z nich i wybieramy Ukryj (Hide). Po przełączeniu z

powrotem do stylu Cieniowanie z teksturami (Shaded With Textures) otrzymamy model z

widocznymi wszystkimi teksturami lecz ukrytymi krawędziami. Jeśli w modelu istnieją jakieś

komponenty należy dla nich również powtórzyć tą procedurę.

Na końcu musimy jeszcze dostosować model do ukształtowania terenu.

W tym celu włączamy widok terenu i patrzymy od spodu na podkład

mapy. Wszystkie

dolne krawędzie

modelu powinny

znajdować się

odrobinę pod powierzchnią terenu. Jeśli tak nie

jest musimy przesunąć cały model nieco w dół.

Najlepiej podczas przesuwania chwycić za

wierzchołek najbardziej wysunięty ponad teren.

Tak skonstruowany model jest gotowy do wysłania.