Τριδιάστατη Σχεδίαση Αρχιτεκτονικών Κατασκευών για Εικονικούς Κόσμους

Ιονιο Πανεπιστημιο Τμημα Πληροφορικης Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών στην Πληροφορική

– Διπλωματική Εργασία –

Τριδιάστατη Σχεδίαση Αρχιτεκτονικών Κατασκευών για Εικονικούς Κόσμους ”Three-Dimensional Modeling of Architectural Artifacts in 3D Virtual Worlds”

Βασίλειος Κομιανός Επιβλέπων: Κωνσταντίνος Οικονόμου

17 Ιουλίου 2013

Επιβλέπων(ουσα) Κωνσταντίνος Οικονόμου, Επίκουρος Καθηγητής, Ιόνιο Πανεπιστήμιο

Τριμελής Επιτροπή Κωνσταντίνος Οικονόμου, Επίκουρος Καθηγητής, Ιόνιο Πανεπιστήμιο Σπυρίδων Σιούτας, Μόνιμος Επίκουρος Καθηγητής, Ιόνιο Πανεπιστήμιο Μιχαήλ Στεφανιδάκης, Λέκτορας, Ιόνιο Πανεπιστήμιο

Αφιερώνω την προσπάθεια αυτή στην οικογένεια μου για την πολύτιμη στήριξη που μου έχει προσφέρει.

Abstract Present work is motivated by a project creating virtual world to demonstrate historical buildings, architectural artifacts and the landscape of Ionian Islands in Greece. The last few years many large human constructions such as cities (google streets), museums etc. have been 3d modeled in order to be accessible through the web everywhere in the world.

Creating virtual worlds is a quite difficult task especially when the object to be modeled is an architectural artifact. First of all the designer needs to collect the architectural drawings, to take pictures that will help him/her while modeling and from which textures will be extracted to achieve photorealism. Historical information has to be collected and incorporated in a manner enriching the virtual visitor experience. The resulting 3d model will have to look like the real one, so if the visitor has already seen it before he will be able to recognize it. Finally a virtual world has to be created to embed all the models in it. In the present thesis are described: the developments phases written above, the technical and technological problems faced and the solutions that helped to complete the project.

Part A - Architectural design Designing existing buildings is demanding because the designer has to reproduce it as close to as it is. To achieve it the designer has to collect the architectural drawings, if they exist, or to draw them by himself if they don’t. In any of these two case the designer has to be on site, possibly many times, to draw the building and take pictures of it. In case that drawings are available the designers work is easier. Drawings can be hardcopy or in a computer file. In case of hardcopy drawings the designer can use a CAD application to reproduce the drawing or use a scanner and appropriate software. CAD applications design in 2D and many of them in 3D. If drawings are in computer file the designer can

ii

import them in a 3D modeling application and continue with designing architectural details not printed in the architectural drawing. If no drawings are available designer visits the place to sketch the place and the building and to take pictures. In this process errors are easy to be made especially if the designer is not experienced and the building is big and complex. These errors can be avoided when measuring and taking pictures of all the objects to be designed.

Designing using AutoCAD AutoCAD is widely used by architectures and it is considered by many of them the most powerful CAD software. In this chapter introductory topics and capabilities that are valid in versions 2011, 2012 and 2013 are discussed. According to the methodology used in the project the floor plans are first designed in AutoCAD and then are used in 3D modeling software.

In this chapter AutoCAD is used to design the floor plans including walls, windows and doors. For every object mentioned above to be designed geometrical shapes such as lines and circles are used. In the example below a simple floor plan consisting of lines is demonstrated. AutoCAD has two different tools to create lines, ”Line” and ”Polyline”. Polyline is used to create shapes consisting of more than one lines providing the ability to handle it as an object and not as separate lines. Polyline is used to draw the walls as it will be easier later in the 3D software to extrude then and create the 3D model of the building.

Designing using ArchiCAD ArchiCAD looks very simple and easy to use to the nonexperienced users. The reason that it is easy to use is the many well designed menus helping users to find and use the appropriate tool. ArchiCAD provides many object for architectural design such as slab, walls, doors, windows, columns and roofs. When the drawing is completed it can be stored using the default file type with the extension .pln, as an AutoCAD file (*.dwg), as an image, as PDF or as 3D model having the .3ds extension that can be imported in 3D Studio Max and other 3D modeling software.

Part 2 - 3D photorealistic modeling In order to achieve the feeling of reality in the virtual reality the virtual world has to deliver 3d projection, lighting and shades and the material of the objects. The task to provide suitable illumination, shades and materials is called photorealism. 3D modeling can be done by human or (semi)automatically and the problem related to the models is the complexity of them, the more detailed a 3d object is the more demanding is in computational power when it is to render.

3D Studio Max 3D Studio Max is considered on of the best 3d modeling software, offering many capabilities to help the user design various objects such as buildings, human characters, animals, engineering equipment and many other objects. 3D Studio Max enables users to 3D model objects and overlay them with materials.

SketchUp SketchUp is an easy to use 3d modeling software that can be used and by non-experienced users. In the present thesis SketchUp was used to construct 3D buildings rapidly.

Automatic 3D modeling It is commonly accepted that 3d modeling is a time consuming process, this fact has led many researchers in research of how we could automate the design process. There are many different approaches on this issue, some of these are based on the use of special equipment such as laser scanners and others on simplest such as cameras and suitable software.

Part 3 - Virtual Worlds The term Virtual Worlds is used to describe parts of the real world that have been designed in order to be projected in computer systems and provide the feeling of reality, giving this technology the name ”Virtual Reality”.

The designed Virtual World The Virtual World of this work covers a large area with a characteristic challenge, it is an island complex with long distances between objects of interest. Additional to this the objects of interest to be included in the virtual world belong to many different categories each one having various challenges to be faced.

The fact of the Virtual World’s size led to the use of an overlay solution. A GIS is used providing maps accessible by users. Users can explore Ionian Islands and preview the objects of interest that Virtual World is consisted of. When a user finds the object is interested on he/she is redirected to the Virtual World.

Virtual Worlds Software - Unity3D Virtual World software is used to create the virtual environment that contains the 3D objects, provides the suitable graphics engine for the real time rendering and creates a system for user interaction.

In this work Unity3D is used to create the Virtual World. Unity3D provides all the tools needed to create Virtual Worlds. Designer can create the environment, add textures, 3d objects, lights and a player that will be used for moving in the Virtual World.

Challenges and Research Although Virtual Reality and all related objects are quite advanced there are many research issues. Challenges regarding the easy-of-use, the accessibility and technological challenges have to be faced.

Fidelity and Performance Virtual World is digital and thus finite, that means that there is no way to represent an object as it really is. The increase of computational power improves the fidelity but even in this case it is not enough, in many cases the designer has to decrease the quality of the designed object in order to achieve high performance in real time rendering applications.

User’s Immersion The term is used to described the feeling of reality that a user of virtual world has. Immersion is achieved due to the 3D graphics but vision is not the only factor affecting it.

Sound is an effective factor on immersion and the virtual world designer has to work on it.

Interaction The Virtual World has to be widely accessible and not excluding categories of users. It is known that elderly people in many cases are not so capable of using new applications or children that have not developed yet skills can not explore a virtual world easily. Also problems faced by visual impaired should be taken into account.

Virtual Worlds Over Networks and Multi-user Issues The migration from one user applications in multi-user environments is accompanied by problems. In a multi-user application interaction between users is a necessity but comes with problems due to the dynamic environment, the active objects in it and the need of communication between application instances.

In order to achieve interaction between 2 objects, these can be players, both instances have to know all the relevant to the other object information. This information may be about the state or the position of the object and it is possible that is rapidly changing, in this case if the other instance is not informed about the state/position change, errors will occur. The reason that the instances may have out of date information is network delays and low bandwidth.

Now it is time for 2 new terms to show up, consistency and responsiveness. By consistency is meant that all the application instances have up to date information about the virtual world objects. Responsiveness is used to express the application’s response time to the user’s actions. Ideally the application must have complete consistency and instant responsiveness but the network delays prevent this from happening. A solution is to sacrifice one for the other finding the balance that application needs.

Results and Conclusion The proposed methodology for creating virtual worlds is effective for virtual worlds consisting of anthropogenic environment and natural surroundings. It was chosen using the fidelity of the modelled points of interest and the realistic result as criteria.

The resulted virtual world is realistic and true to real, users that had visited the real places were able to identify those modelled in the virtual world. The GIS integration makes the virtual world scalable as it is easy to include new places and expand those already included.

Περίληψη Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται η δημιουργία ενός εικονικού κόσμου για την προβολή και ανάδειξη ιστορικών κτιρίων στο νησιωτικό σύμπλεγμα του Ιονίου πελάγους στην Ελλάδα και στόχος του είναι η ψηφιοποίηση και ένταξη των ιδιαίτερων κτιρίων και αρχιτεκτονικών κατασκευών σε εφαρμογή του παγκόσμιου ιστού πληροφοριών ώστε να καθίστανται επισκέψιμα ψηφιακά από το σύνολο των χρηστών του web. Τα τελευταία χρόνια έχει δημιουργηθεί η τάση για την εικονικοποίηση στοιχείων και αντικειμένων του πραγματικού κόσμου, όπως πόλεις (google streets) και μουσεία (google art project κ.α.) καθώς με αυτό τον τρόπο δίνεται στον ψηφιακό επισκέπτη η δυνατότητα να επισκεφθεί μέρη και να θαυμάσει έργα τέχνης που αλλιώς ίσως να μην γνώριζε ποτέ του αλλά και να γνωρίσει προορισμούς ώστε να πεισθεί να τους επισκεφθεί και να έχει σχηματίσει μια εικόνα που θα τον βοηθήσει να οργανώσει καλύτερα τις δραστηριότητες του. Η διαδικασία δημιουργίας εικονικών κόσμων είναι ιδιαίτερα επίπονη ειδικά όταν το αντικείμενο εικονικοποίησης είναι αρχιτεκτονική κατασκευή. Τα στάδια που πρέπει να διανυθούν είναι η συγκέντρωση αρχιτεκτονικών σχεδίων του αντικειμένου, η λήψη φωτογραφιών που θα βοηθήσει την ομάδα σχεδιασμού στο έργο της και οι οποίες θα προσφέρουν τα υλικά κατασκευής του κτιρίου μέσω της αποτύπωσης των υφών (χρώμα, πέτρα, ξύλο, μέταλλο), η έρευνα και συλλογή ιστορικών στοιχείων που θα εμπλουτίσουν την εμπειρία του ψηφιακού επισκέπτη, η τρισδιάστατη απεικόνιση του κτιρίου όπου πρέπει να προσεγγίζει όσο το δυνατόν περισσότερο την εικόνα όπου θα έβλεπε ο επισκέπτης αν το επισκέπτονταν στην πραγματικότητα και τέλος η δημιουργία ενός εικονικού κόσμου και η ένταξη του κτιρίου σε αυτό. Στην εργασία αυτή περιγράφονται τα στάδια που μόλις αναφέρθηκαν, οι τεχνικές και τεχνολογικές δυσκολίες που συναντήθηκαν και οι λύσεις που οδήγησαν στην ολοκλήρωση του έργου από τα στάδια της εικονικοποίησης των κτιρίων και της ένταξης τους στον εικονικό κόσμο. Η δημιουργία τριδιάστατων μοντέλων αποτελεί ένα μεγάλο κομμάτι της αγοράς σχεδιασμού καθώς όλα τα προϊόντα σήμερα προτού κατασκευαστούν σχεδιάζονται στον υπολογιστή, από τον κανόνα αυτό δεν μπορούν να εξαιρούνται τα κτίρια. Τα κτίρια αποτελούν

viii

ix μια ξεχωριστή κατηγορία τόσο λόγω της ξεκάθαρης διαφοροποίησης τους σε σχέση με άλλα αντικείμενα αλλά και λόγω των ιδιαίτερων απαιτήσεων που παρουσιάζουν. ΄Οσον αφορά τα κτίρια υπάρχουν αρκετές διαφορετικές περιπτώσεις όπως η περίπτωση όπου ένα κτίριο σχεδιάζεται στον υπολογιστή χωρίς να υπάρχει το αντίστοιχο πραγματικό. Αυτή η διαδικασία αφορά ιδιαίτερα τους αρχιτέκτονες και τους βιομηχανικούς σχεδιαστές που σχεδιάζουν κτίρια με σκοπό την οικοδόμηση τους ή σχεδιαστές της βιομηχανίας ψυχαγωγίας που σχεδιάζουν κτίρια τα οποία δεν πρόκειται να ανεγερθούν πάρα μόνο εικονικά σε κινηματογραφικές ταινίες ή βιντεοπαιχνίδια. Σχεδιασμός κτιρίου που υπάρχει ή υπήρξε, το υπήρξε τίθεται εδώ γιατί χάρη στις δυνατότητες των 3D απεικονίσεων και της εικονικής πραγματικότητας μπορούμε να απεικονίσουμε ένα κτίριο, ακόμα και αν έχει καταστραφεί μέχρι τα θεμέλια αρκεί να υπάρχουν διαθέσιμα σχέδια ή φωτογραφίες. Η 3D απεικόνιση κτιρίου, ακόμη και κατεστραμμένου, μπορεί να βρει εφαρμογή σε πολιτισμικά αντικείμενα, εκπαιδευτικά, τουριστικά, ψυχαγωγικά, αρχαιολογικά ή κατασκευαστικά. Στην παρούσα εργασία ασχολούμαστε με τον σχεδιασμό πραγματικών κτιρίων. Η εργασία αυτή έχει γραφτεί ακολουθώντας τη μεθοδολογία εργασίας που ακολουθήθηκε και η οποία περιλαμβάνει την επίσκεψη στο πεδίο για πραγματοποίηση μετρήσεων-σχεδίων και λήψη φωτογραφιών, τον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό του κτιρίου, την τρισδιάστατη φωτορεαλιστική απεικόνιση, την δημιουργία του περιβάλλοντος χώρου και την δημιουργία του εικονικού κόσμου.

Πρόλογος και Ευχαριστίες Στην παρούσα διπλωματική εργασία αποτυπώνονται τα αποτελέσματα και οι προσπάθειες για την απόκτηση τεχνογνωσίας γύρω από τη δημιουργία εικονικών κόσμων για την απεικόνιση του ανθρωπογενούς περιβάλλοντος, των αρχιτεκτονικών κατασκευών αλλά και του φυσικού τοπίου μιας μεγάλης γεωγραφικής έκτασης.

Θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον κύριο Κωνσταντίνο Οικονόμου, Επίκουρο Καθηγητή του Τμήματος Πληροφορικής του Ιονίου Πανεπιστημίου για την εμπιστοσύνη που μου έδειξε και για τις χρήσιμες συμβουλές που μου προσέφερε.

Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω όλη την ομάδα του Πράσινου Εργαστηρίου για τις άριστες συνθήκες συνεργασίας που από κοινού δημιουργήσαμε και για τη δημιουργικότητα που μοιραστήκαμε. Θέλοντας να αποδώσω τα οφειλόμενα, με αλφαβητική σειρά καθώς δεν θα μπορούσα με άλλο τρόπο να είμαι δίκαιος, για τις εξίσου πολύτιμες υπηρεσίες τους, ευχαριστώ τον Αλέξανδρο Τσομπόλη που με βοήθησε σε θέματα που είχαν να κάνουν με το λογισμικό δημιουργίας εικονικών κόσμων, τον Γεώργιο Τσουμάνη για τις ιδέες που ανταλλάσαμε γύρω από την τρισδιάστατη σχεδίαση, την Ελένη Μουστάκα που υπήρξε πάντα πρόθυμη να βοηθήσει σε σχετικές εργασίες, την ΄Εφη Αποστόλου που με τις ερωτήσεις της με ώθησε να αρχίσω τη συγγραφή ενός πρόχειρου εγχειριδίου και ενός ιστολογίου, την Ηρώ Αρμένη που ως αρχιτέκτονας μου παρείχε ιδιαιτέρως χρήσιμες πληροφορίες περί της αρχιτεκτονικής, τον Κωνσταντίνο Γιαννάκη για τις ενδιαφέρουσες συζητήσεις και ιδέες του και τελευταία αλλά όχι λιγότερο σημαντική την Σοφία Φαναριώτη με την οποία από κοινού αναλάβαμε αρκετές δημιουργικές εργασίες. Κέρκυρα, 17 Ιουλίου 2013 Βασίλειος Κομιανός

x

Περιεχόμενα

Αʹ

Εισαγωγή

1

Αʹ.1 Αρχιτεκτονικος Σχεδιασμος

I Βʹ

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

Αʹ.2 Τριδιαστατη Φωτορεαλιστικη Απεικονιση . . . . . . . . . . . . . . .

3

Αʹ.3 Εικονικοι Κοσμοι . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

Αρχιτεκτονικός Σχεδιασμός Σχεδίαση με AutoCAD

4 6

Βʹ.1 Περιβαλλον εφαρμογης . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

Βʹ.2 Βασικες ρυθμισεις . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

Βʹ.3 Σχεδιασμος κατοψης

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

Εξαγωγή Κάτοψης . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

Βʹ.3.1

Βʹ.4 Το εργαλειο Polyline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Βʹ.5 Επεξεργασια ετοιμων σχεδιων . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Γʹ

Σχεδίαση με ArchiCAD

13

Γʹ.1 Περιβαλλον και βασικες ρυθμισεις . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Γʹ.2 Σχεδιαση . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Γʹ.3 Εξαγωγη . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

II Δʹ

Τριδιάστατη Φωτορεαλιστική Απεικόνιση 3D Studio Max:

Εισαγωγικά Θέματα xi

18 20

xii

Περιεχόμενα

Δʹ.1 Εισαγωγη στο 3D studio Max . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Δʹ.1.1

Βασικές ρυθμίσεις . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

Δʹ.1.2

Προβολές αντικειμένων - Viewports . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

Δʹ.1.3

Κύβος ελέγχου - View Cube . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

Δʹ.1.4

Κίνηση στον χώρο . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

Δʹ.1.5

Πίνακας εντολών - Command Panel . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

Δʹ.2 Δημιουργια και χειρισμος αντικειμενων . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Δʹ.2.1

Create . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

Δʹ.2.2

Modify . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

Δʹ.3 Γεωμετρια αντικειμενων - Edit Poly . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Δʹ.4 Υφες . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Δʹ.5 Πολυπλοκοτητα και βελτιστοποιηση . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Εʹ

3D Studio Max: Εʹ.1 Εισαγωγη

Αρχιτεκτονικός Σχεδιασμός

28

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Εʹ.2 Επεξεργασια κατοψης . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Εʹ.3 Ανεγερση κτηριου . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Εʹ.3.1

Δημιουργία ανοιγμάτων . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

33

Εʹ.4 Κινηση εντος κτιριων . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

ϛʹ

3D Studio Max:

Αρχιτεκτονικές Λεπτομέρειες

37

ϛʹ.1 Αψιδες . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 ϛʹ.2 Εμβληματα . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 ϛʹ.3 Κιονισκοι . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Ζʹ

Google SketchUp Ζʹ.1 Εισαγωγη

47

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Ζʹ.2 Δημιουργια κτηριου . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Ζʹ.2.1

Σχεδίαση κάτοψης . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

49

Ζʹ.2.2

Ανέγερση από κάτοψη . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

49

Ζʹ.2.3

Τοποθέτηση σκεπής . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

52

Ζʹ.3 Υφες και χρωματα . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Ζʹ.3.1

Δημιουργία υφών . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

54

xiii

Περιεχόμενα Ζʹ.3.2

Τοποθέτηση υφής . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

55

Ζʹ.3.3

Χρήση έτοιμων υφών και υλικών . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

56

Ηʹ

Αυτόματη Τριδιάστατη Σχεδίαση

58

III

Εικονικοί Κόσμοι

60

Θʹ

Ο Προτεινόμενος Εικονικός Κόσμος

62

Θʹ.1 Απο το αντικειμενο ενδιαφεροντος . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Θʹ.2 Στον περιβαλλων χωρο . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Θʹ.2.1

Στον περιβάλλων χώρο - κτίρια . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

63

Θʹ.2.2

Στον περιβάλλων χώρο - φυσικό τοπίο . . . . . . . . . . . . . . . .

63

Θʹ.3 Ενοποιηση αντικειμενων

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Θʹ.4 Επιτυγχανοντας καλυτερη εμβυθιση - Ζωντανευοντας τον εικονικο κοσμο . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Ιʹ

Unity

67

Ιʹ.1 Περιβαλλον εφαρμογης . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Ιʹ.2 Δημιουργια project

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Ιʹ.3 Εισαγωγη τριδιαστατων μοντελων . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Ιʹ.4 Δημιουργια φωτος . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Ιʹ.5 Τοποθετηση ουρανου . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Ιʹ.6 Προεπισκοπηση και εξαγωγη εικονικου κοσμου . . . . . . . . . . . . 73

ΙΑʹ Προκλήσεις

76

ΙΑʹ.1 Πιστοτητα και αποδοση . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 ΙΑʹ.2 Φωτορεαλισμος . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 ΙΑʹ.3 Εμβυθιση χρηστη . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 ΙΑʹ.4 Διαδραση χρηστη . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 ΙΑʹ.5 Δικτυακες εφαρμογες πολλων χρηστων . . . . . . . . . . . . . . . . 77 ΙΑʹ.5.1

Συνέπεια - Consistency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

78

ΙΑʹ.5.2

Ανταπόκριση - Responsiveness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

78

Υπολογισμός στίγματος - Dead Reckoning . . . . . . . . .

78

ΙΑʹ.5.2.1

xiv

Περιεχόμενα ΙΑʹ.5.2.2

Τοπικά φίλτρα αντίληψης - Local Perception Filters . . . .

79

ΙΑʹ.5.2.3

Συγχρονισμένη προσομείωση - Synchronized Simulation

79

ΙΒʹ Συμπεράσματα

80

Βιβλιογραφία

81

Κεφάλαιο Αʹ

Εισαγωγή ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΗ του πραγματικού κόσμου είναι κάτι που απασχόλησε τον άν-

Η

θρωπο από τα πρώτα του βήματα, όταν ζωγράφιζε στα τοιχώματα των σπηλαίων, στη συνέχεια με τις τοιχογραφίες για να φτάσει πολύ αργότερα να εφεύρει τη

φωτογραφία και τον κινηματογράφο. ΄Ολες οι παραπάνω προσπάθειες είχαν σαν στόχο να αποτυπώσουν τμήματα του πραγματικού κόσμου τα οποία θα μπορούσε στη συνέχεια να παρατηρήσει ο θεατής. Το μεγάλο μειονέκτημα όλων αυτών των μεθόδων έγκειται στη στατική, άκαμπτη φύση αυτών των έργων όπου διατίθενται μόνο για παρατήρηση. Χρειάστηκε να φτάσουμε στο 1989 για να εισαχθεί η αλληλεπίδραση και να χρησιμοποιηθεί για πρώτη φορά ο όρος εικονική πραγματικότητα ο οποίος χρησιμοποιείται για να περιγράψει την τριδιάστατη υπολογιστική απεικόνιση ενός τμήματος του πραγματικού κόσμου παρέχοντας ταυτόχρονα τη δυνατότητα στον μέχρι τώρα θεατή να αλληλεπιδράσει με το απεικονιζόμενο περιβάλλον. Η δυνατότητα αυτή βρήκε πολλές εφαρμογές στην ψυχαγωγία (computer games), στην εκπαίδευση και την εργασία έως και σε θεραπείες κυρίως για την αντιμετώπιση φοβιών. Επειδή το κύριο χαρακτηριστικό των εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας είναι η τριδιάστατη απεικόνιση έπρεπε να δημιουργηθούν τα τριδιάστατα μοντέλα των αντικειμένων που θα συνέθεταν τον εικονικό κόσμο. Ως τέτοια αντικείμενα στην εργασία αυτή νοούνται οι ανθρώπινες κατασκευές όπως τα κτίρια αλλά και αντικείμενα του φυσικού περιβάλλοντος όπως το έδαφος. Η δημιουργία των τριδιάστατων αναπαραστάσεων αυτών των αντικειμένων συνοδεύονται από διάφορες δυσκολίες, όπως το πόσο ακριβής μπορεί να γίνει, πόσο ρεαλιστική θα είναι και πόσο χρόνο θα χρειαστεί. Αν συνυπολογίσουμε μάλιστα το πλήθος των αντικειμένων που βρίσκονται στους χώρους καταλαβαίνουμε ότι θα χρειαστούν και κάποιοι συμβιβασμοί, όπως 1

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Αʹ. ΕΙΣΑΓΩΓ Η

2

ποια αντικείμενα είναι απαραίτητο να εισαχθούν και ποια όχι ή πόσο πιστά θα πρέπει να είναι στα πραγματικά. Αντικείμενο της εργασίας αυτής είναι η περιγραφή των διαδικασιών που ακολουθήθηκαν για να δημιουργηθεί ένας εικονικός κόσμος για την αναπαράσταση κτηρίων και τοποθεσιών. Στη διάρκεια της οποίας αποκτήθηκε όλη η απαραίτητη τεχνογνωσία για την από την αρχή δημιουργία του και τέθηκαν οι βάσεις για την έρευνα σε σημαντικούς τομείς της εικονικής πραγματικότητας που άπτονται και διαφόρων άλλων γνωστικών αντικειμένων. Οι διαδικασίες μπορούν να ενταχθούν σε τρεις κύριες εργασίες, η πρώτη είναι η αποτύπωση του χώρου και η απεικόνιση του, επειδή εδώ εστιάζουμε σε κτήρια θα επικεντρωθούμε στον αρχιτεκοτνικό σχεδιασμό. Στη συνέχεια πρέπει η απεικόνιση να γίνει τριδιάστατη, να αποκτήσει χρώμα και υφές καθώς και περισσότερες λεπτομέρειες, αυτή είναι η δεύτερη κύρια εργασία. Τέλος, πρέπει να μοντέλα που δημιουργήθηκαν στα δύο προηγούμενα στάδια να συνδυαστούν με τρόπο τέτοιο ώστε να συνθέσουν το περιβάλλον στο οποίο στη συνέχεια θα εισαχθεί ο εικονικός χρακτήρας που χρειάζεται για την εξερεύνηση του εικονικού κόσμου. Η διάρθρωση της εργασίας που έχετε στα χέρια σας ακολουθεί την παραπάνω τμηματοποίηση αντιστοιχίζοντας ένα μέρος της για κάθε μία από τις κύριες εργασίες.

Αʹ.1

Αρχιτεκτονικός Σχεδιασμός

Ο γράφων θέλοντας να ξεκαθαρίσει τη θέση του αλλά και να εκφράσει τον θαυμασμό του στην επιστήμη και τέχνη που ασκεί ο άνθρωπος για να διαμορφώσει το περιβάλλον που ζει τονίζει ότι δεν είναι αρχιτέκτονας, παρ΄ όλα αυτά πήρε το θάρρος να χρησιμοποιήσει τον όρο αρχιτεκτονικό σχεδιασμό, αν και στην ουσία πρόκειται κυρίως για αντιγραφή, για να περιγράψει την διαδικασία δημιουργίας της ψηφιακής αναπαράστασης των κτηρίων. Κάτω από τον τίτλο αυτό λοιπόν ο αναγνώστης θα βρει χρήσιμες πληροφορίες για την ενασχόληση του με τη σχεδίαση κτηρίων για χρήση σε εφαρμογές εικονικής πραγματικότητας. Παρουσιάζονται συνοπτικά οι δυσκολίες, οι προκλήσεις και τα εργαλεία λογισμικού που χρησιμοποιήθηκαν.

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Αʹ. ΕΙΣΑΓΩΓ Η

Αʹ.2

3

Τριδιάστατη Φωτορεαλιστική Απεικόνιση

Σε αυτο το τμήμα της εργασίας δόθηκε ιδιαίτερη βαρύτητα καθώς είναι τα αποτελέσματα της που θα καθόριζαν την ποιότητα του παραγόμενου εικονικού κόσμου. Ο σχεδιασμός ενός αντικειμένου στις τρεις διαστάσεις είναι μια αρκετά δύσκολη και χρονοβόρα διαδικασία, όπου η δυσκολία της και ο χρόνος που απαιτεί εξαρτάται από την πολυπλοκότητα του και την επιθυμητή πιστότητα στο αρχικό. Ιδιαίτερη πρόκληση ήταν η σχεδίαση αρχιτεκτονικών λεπτομερειών οι οποίες ήταν απαραίτητες καθώς είναι αυτές που προσδίδουν τον ιδιαίτερο χαρακτήρα του κάθε κτηρίου. Κατά τη τριδιάστατη σχεδίαση ο σχεδιαστής πρέπει να αποφασίσει πόσο πιστά θα αναπαραστήσει το αντικείμενο και να λάβει υπόψη την πως η πιστότητα θα επηρεάσει την απόδοση των τριδιάστατων γραφικών σε πραγματικό χρόνο. Με τον όρο φωτορεαλισμό εννοείται η διαδικασία απόδοσης φωτός και σκιών σε μια σκηνή καθώς και η επένδυση των αντικειμένων αυτής με χρώματα και υφές.

Αʹ.3

Εικονικοί Κόσμοι

Ακολουθώντας την εξέλιξη των εργασιών για τη δημιουργία του εικονικού κόσμου φτάνουμε τέλος στη στιγμή που πρέπει να ενοποιήσουμε τα αντικείμενα που απαρτίζουν τον κόσμο και στη συνέχεια να τον καταστήσουμε επισκέψιμο. Για τη δημιουργία εικονικών κόσμων υπάρχουν ειδικά λογισμικά τα οποία αναλαμβάνουν την απόδοση των τριδιάστατων γραφικών σε πραγματικό χρόνο, την αναπαραγωγή ήχων, την δημιουργία της διεπαφής χρήστη καθώς και την αλληλεπίδραση του με το εικονικό περιβάλλον. Επίσης τα λογισμικά αυτά πολλές φορές περιέχουν συλλογές αντικειμένων κατάλληλες για τη δημιουργία διαφόρων τύπων περιβάλλοντος όπως το φυσικό.

Μέρος I

Αρχιτεκτονικός Σχεδιασμός

4

5 Ο σχεδιασμός πραγματικών κτιρίων είναι ιδιαίτερα απαιτητικός καθώς ο σχεδιαστής πρέπει να τα αναπαράγει πιστά. Για την όσο το δυνατόν πιστότερη αναπαράσταση ο σχεδιαστής πρέπει είτε να λάβει τα αρχιτεκτονικά σχέδια, εάν αυτά υπάρχουν, είτε να βρει έναν άλλο τρόπο να ακολουθήσει το σχέδιο του κτιρίου, δημιουργώντας ο ίδιος τα αρχιτεκτονικά σχέδια αν έχει τις γνώσεις ή φτιάχνοντας πρόχειρα σκαριφήματα. Σε κάθε μία από τις δύο περιπτώσεις, διαθέσιμα αρχιτεκτονικά σχέδια ή μη, μια σειρά επισκέψεων αν είναι δυνατόν καθώς και λήψη φωτογραφιών ή βίντεο θα βοηθήσει πάρα πολύ καθώς θα αποτελέσει πολύτιμο υλικό στα χέρια των σχεδιαστών.

Στην περίπτωση όπου υπάρχουν διαθέσιμα αρχιτεκτονικά σχέδια ο σχεδιαστής διευκολύνεται ιδιαίτερα. Τα σχέδια μπορούν να είναι τυπωμένα σε χαρτί ή διαθέσιμα σε ηλεκτρονική μορφή. Στην περίπτωση τυπωμένων σχεδίων ο σχεδιαστής ή θα σχεδιάσει εκ νέου στον υπολογιστή ή θα σκανάρει τα σχέδια και στη συνέχεια με ειδικό λογισμικό θα τα επεξεργαστεί ως αρχιτεκτονικό σχέδιο. Στο στάδιο αυτό μπορούν να ακολουθηθούν πολλές διαφορετικές προσεγγίσεις ανάλογα με τα εργαλεία που έχουμε στη διάθεση μας. Αν τα αρχιτεκτονικά σχέδια είναι διαθέσιμα τυπωμένα τότε μπορούν να σχεδιαστούν σε δισδιάστατη μορφή με ένα πρόγραμμα αρχιτεκτονικού σχεδιασμού (AutoCAD, ArchiCAD etc.) για να μετατραπούν σε τριδιάστατη απεικόνιση. Τα αρχιτεκτονικά προγράμματα εκτός από τη 2D μορφή προσφέρουν επίσης και δημιουργία 3D μοντέλων τα οποία μετά επίσης εισάγονται στα προγράμματα 3D modeling για περαιτέρω επεξεργασία και βελτίωση εφόσον είναι επιθυμητή. Επίσης είναι δυνατή με κατάλληλο λογισμικό η μετατροπή ψηφιοποιημένων σχεδίων σε 2δ σχέδιο κατάλληλο για επεξεργασία από τα σχεδιαστικά προγράμματα.

Στην περίπτωση μη διαθέσιμων σχεδίων ο σχεδιαστής πρέπει να επισκεφθεί τον χώρο για την λήψη του απαραίτητου υλικού, αυτό μπορεί να είναι μετρήσεις και πρόχειρα σκαριφήματα καθώς φωτογραφίες και βίντεο που θα τον βοηθήσουν στη συνέχεια. Η διαδικασία αυτή είναι επιρρεπής σε σφάλματα που εξαρτώνται από την εμπειρία του σχεδιαστή στον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό καθώς και από το μέγεθος και την πολυπλοκότητα του κτιρίου τα οποία όμως εύκολα μπορούν να αποφευχθούν αν μετρηθούν όλα τα αντικείμενα που πρόκειται να μοντελοποιηθούν και αν ληφθεί μεγάλος αριθμός φωτογραφιών και πλούσια σε πληροφορία βίντεο.

Κεφάλαιο Βʹ

Σχεδίαση με AutoCAD ΝΑ από τα πλέον διαδεδομένα και ισχυρά λογισμικά για αρχιτεκτονικό σχεδια-

΄Ε

σμό είναι το AutoCAD. Στο κεφάλαιο αυτό επιδεικνύονται εισαγωγικά θέματα που χρειάζονται στην φάση αυτή και ισχύουν για τις εκδόσεις 2011, 2012 και

2013. Σύμφωνα με τη μεθοδολογία που ακολουθήθηκε κατά τη συγγραφή του παρόντος σχεδιάζονται στο AutoCAD οι κατόψεις των κτιρίων και στη συνέχεια εισάγονται στο λογισμικό τριδιάστατης σχεδίασης.

Βʹ.1

Περιβάλλον εφαρμογής

Το παράθυρο της εφαρμογής εμφανίζεται αρκετά απλό και χωρίζεται σε 3 οριζόντια τμήματα όπως φαίνεται στην εικόνα Β΄.1. Το 1ο τμήμα, στο πάνω μέρος του παραθύρου διαθέτει το βασικό μενού της εφαρμογής, στο 2ο τμήμα, στη μέση είναι ο χώρος σχεδίασης και στο 3ο η γραμμή εντολών.

6

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Βʹ. ΣΧΕΔ ΙΑΣΗ ΜΕ AUTOCAD

7

Εικόνα Β΄.1: Αρχική οθόνη εφαρμογής

Βʹ.2

Βασικές ρυθμίσεις

Προτού αρχίσουμε να σχεδιάσουμε πρέπει να ρυθμίσουμε κάποιες από τις παραμέτρους της εφαρμογής. Οι επιλογές που χρειαζόμαστε είναι προσβάσιμες από το βασικό μενού (εικόνα Β΄.2.1) μέσω της επιλογής ’Options¨.

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Βʹ. ΣΧΕΔ ΙΑΣΗ ΜΕ AUTOCAD

8

Εικόνα Β΄.2.1:Βασικό μενού. Στη συνέχεια, στο παράθυρο που ανοίγει, επιλέγω την καρτέλα ’User Preferences’ για να ορίσω την μονάδα μέτρησης στα πεδία κάτω από τον τίτλο ’Source content units’ καθώς και την κλίμακα μέσω της επιλογής ’Default Scale List’ (εικόνα Β΄.2.2).

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Βʹ. ΣΧΕΔ ΙΑΣΗ ΜΕ AUTOCAD

9

Εικόνα Β΄.2.2:Βασικές ρυθμίσεις. Επιλέγω το μέτρο ως μονάδα μέτρησης και ορίζω κλίμακα 1:1.

Βʹ.3

Σχεδιασμός κάτοψης

Στο παρόν κεφάλαιο το AutoCAD χρησιμοποιείται για την σχεδίαση των κατόψεων των κτιρίων αποτυπώνοντας τους τοίχους και τα ανοίγματα μεταξύ αυτών. Για όλα τα προς σχεδίαση αντικείμενα χρησιμοποιούνται γεωμετρικά σχήματα όπως οι γραμμές και οι κύκλοι. Στο παρακάτω παράδειγμα παρουσιάζεται η δημιουργία μιας απλής κάτοψης με γραμμές. Το AutoCAD διαθέτει δύο διαφορετικά εργαλεία για την δημιουργία γραμμών, το Line για τις απλές γραμμές και το Polyline για να δημιουργήσει γεωμετρικά σχήματα, αποτελούμενα από περισσότερα τους ενός ευθύγραμμα τμήματα τα οποία επιθυμούμε να συμπεριφέρονται ως ενιαίο αντικείμενο. Επιλέγω να χρησιμοποιήσω το Πολψλινε για να σχεδιάσω τους τοίχους καθώς έτσι όταν το σχέδιο εισαχθεί στο λογισμικό 3Δ σχεδίασης κάθε τοίχος θα είναι επεξεργάσιμος σαν ενιαίο αντικείμενο.

Βʹ.3.1

Εξαγωγή Κάτοψης

Αφού τελειώσω με την σχεδίαση, αποθηκεύω το σχέδιο σε αρχείο DWG. Η παραπάνω μορφή είναι κατάλληλη για εισαγωγή στο λογισμικό 3D Studio Max που θα χρησιμοποιήσουμε στο

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Βʹ. ΣΧΕΔ ΙΑΣΗ ΜΕ AUTOCAD

10

επόμενο μέρος αυτής της εργασίας με σκοπό να ¨χτίσουμε’ πάνω σε αυτό το αρχικό σχέδιο ολόκληρο το κτίριο.

Βʹ.4

Το εργαλείο Polyline

Το εργαλείο Polyline είναι προσβάσιμο μέσω της εντολής ’pline’ από την γραμμή εντολών. Στη συνέχεια η εφαρμογή προτρέπει τον σχεδιαστή να ορίσει το σημείο εκκίνησης της γραμμής, αυτό μπορεί να γίνει είτε με το ποντίκι επάνω στην επιφάνεια σχεδίασης είτε μέσω της γραμμής εντολών όπου ο σχεδιαστής καλείται να εισάγει τις συντεταγμένες του σημείου. Αν επιλέξουμε να ορίσουμε το σημείο εκκίνησης με το ποντίκι, τοποθετούμε τον κέρσορα στο σημείο που επιθυμούμε και κάνουμε αριστερό κλικ, αν χρησιμοποιήσουμε την γραμμή εντολών δίνουμε καρτεσιανές συντεταγμένες χωρίζοντας την τιμή Χ και Υ με κόμμα, π.χ. 0,0 και στη συνέχεια πατάμε Enter. Στο επόμενο βήμα η εφαρμογή μας προτρέπει να ορίσουμε το επόμενο σημείο, μπορούμε πάλι να χρησιμοποιήσουμε την συσκευή κατάδειξης ή την γραμμή εντολών και συνεχίζουμε μέχρι να κλείσουμε το Polyline, δηλαδή το τελευταίο σημείο να συμπίπτει με το σημείο εκκίνησης όπως φαίνεται στην εικόνα Β΄.3.1 όπου έχω δημιουργήσει έναν γωνιακό τοίχο.

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Βʹ. ΣΧΕΔ ΙΑΣΗ ΜΕ AUTOCAD

11

Εικόνα Β΄.3.1:Χρήση εργαλείου polyline

Βʹ.5

Επεξεργασία έτοιμων σχεδίων

Κάποιες φορές μπορεί να έχουμε στη διάθεση μας έτοιμα τα ηλεκτρονικά σχέδια αλλά αυτά να μην είναι σε κατάλληλη μορφή για να τα χρησιμοποιήσουμε για 3δ σχεδίαση, για παράδειγμα κατόψης που δεν έχουν σχεδιαστεί με Polylines όταν εισαχθούν στο 3D Studio Max δεν είναι εύκολα επεξεργάσιμες. Η διαδικασία που πρέπει να ακολουθηθεί περιγράφεται εν συντομία. Αφού ανοίξω το αρχείο, με κατάληξη dwg, που έχει το σχέδιο δίνω την εντολή ’layoff’ και επιλέγω τα layers του σχεδίου που δεν χρειάζομαι, π.χ. υδραυλικό και ηλεκτρολογικό σχέδιο μέχρι να διατηρήσω μόνο το layer ή τα layers που χρειάζονται. Αφού ολοκληρώσω την επιλογή των layers πληκτρολογώ την εντολή ’pe’ και στη συνέχεια επιλέγω μία από τις γραμμές. Αν το αντικείμενο δεν είναι Polyline στην κονσόλα εμφανίζεται το παρακάτω μήνυμα ’Do you want to turn it into one?¨. Πληκτρολογώ ’Y’ για Yes και πατάω Enter, στη συνέχεια μπορώ να επιλέξω την επιλογή ’join’ που εμφανίστηκε ή να πληκτρολογήσω ’j’ ή ’join’ ώστε

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Βʹ. ΣΧΕΔ ΙΑΣΗ ΜΕ AUTOCAD

12

να συνενώσω τις γραμμές. Επιλέγω τις γραμμές και στην γραμμή εντολών πατάω το Enter 2 φορές για να ολοκληρωθεί η συνένωση.

Στο κεφάλαιο αυτό είδαμε τις βασικές ρυθμίσεις στις οποίες θα πρέπει να προχωρήσουμε καθώς και τα βασικά εργαλεία για τη σχεδίαση κατόψεων καθώς και για την επεξεργασία σχεδίων. Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα στο WikiBooks [1].

Κεφάλαιο Γʹ

Σχεδίαση με ArchiCAD ΝΤΙΣΤΟΙΧΑ με το AutoCAD υπάρχουν και άλλες σουίτες σχεδίασης από άλλες

Α

εταιρείες όπως το λογισμικό ArchiCAD που αναπτύσσεται από την Graphisoft. Το ArchiCAD εμφανίζεται πιο εύκολο στον μη εξοικειωμένο με σχεδιαστικά

προγράμματα χρήστη καθώς διαθέτει αρκετά εύχρηστα μενού με αντικείμενα σχεδίασης όπως τοίχους, παράθυρα, σκάλες κτλ και διευκολύνει αρκετά τον χρήστη να δημιουργήσει τόσο κατόψεις κτιρίων όσο και τριδιάστατο σχέδιο.

Γʹ.1

Περιβάλλον και βασικές ρυθμίσεις

Ανοίγοντας κανείς το ArchiCAD βλέπει τον χώρο σχεδίασης, το βασικό μενού στο πάνω μέρος της οθόνης, αριστερά τα αντικείμενα που μπορεί να χρησιμοποιήσει και στο δεξί μέρος κάποιες επιπλέον ρυθμίσεις (εικόνα Γ΄.1).

13

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Γʹ. ΣΧΕΔ ΙΑΣΗ ΜΕ ARCHICAD

14

Εικόνα Γ΄.1: Αρχική οθόνη εφαρμογής Πριν αρχίσω να σχεδιάζω θέλω να ρυθμίσω τις μονάδες μέτρησης που θα χρησιμοποιεί το λογισμικό. Για να το κάνω αυτό από το μενού ΄Options΄ επιλέγω ΄Project Preferences΄ και ΄Working Units΄ (εικόνα Γ΄.2).

Εικόνα Γ΄.2: Βασικές ρυθμίσεις Και ορίζω τις μονάδες μέτρησης που επιθυμώ καθώς και άλλες ρυθμίσεις όπως το πλήθος

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Γʹ. ΣΧΕΔ ΙΑΣΗ ΜΕ ARCHICAD

15

των δεκαδικών ψηφίων. Αφού επιλέξουμε τις μονάδες μέτρησης μπορούμε να επιλέξουμε την κλίμακα σχεδίασης από την επιλογή που βρίσκεται κάτω από την επιφάνεια σχεδίασης και στο αριστερό μέρος, την θέτω 1:1.

Γʹ.2

Σχεδίαση

Το ArchiCAD διαθέτει έτοιμα αντικείμενα για αρχιτεκτονικό σχέδιο, όπως δάπεδα, τοίχους, πόρτες, παράθυρα, κίονες και οροφές τα οποία είναι διαθέσιμα από την εργαλειοθήκη στο αριστερό μέρος του παραθύρου της εφαρμογής ή από το μενού ΄Design΄ μέσω της επιλογής ΄Design Tools΄ εικόνα Γ΄.3.

Εικόνα Γ΄.3: Εργαλειοθήκη - Design Tools Στην αρχή του σχεδίου μου τοποθετώ δάπεδο χρησιμοποιώντας το αντικείμενο ΄Slab΄. Στη συνέχεια μπορώ να αποτυπώσω τους τοίχους και μετά να τοποθετήσω τις πόρτες και τα παράθυρα (εικόνα Γ΄.4).

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Γʹ. ΣΧΕΔ ΙΑΣΗ ΜΕ ARCHICAD

16

Εικόνα Γ΄.4: Παρουσίαση σχεδίασης Μπορώ να κάνω εναλλαγή προβολής μεταξύ διδιάστατης και τριδιάστατης (εικόνα Γ΄.5) χρησιμοποιώντας τα πλήκτρα F2 και F3 αντίστοιχα.

Εικόνα Γ΄.5: Τριδιάστατη σχεδίαση

Γʹ.3

Εξαγωγή

Αφού ολοκληρώσω την σχεδίαση μπορώ να αποθηκεύσω το αρχείο με την χρήση του ενδεδειγμένου από την εφαρμογή τύπου με κατάληξη *.pln, με τον τύπο αρχείου του AutoCAD

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Γʹ. ΣΧΕΔ ΙΑΣΗ ΜΕ ARCHICAD

17

(.dwg), ως εικόνα, αρχείο PDF ή 3D σχέδιο κατάλληλο και για το 3D Studio Max με κατάληξη *.3ds. Για να είναι διαθέσιμη η επιλογή αποθήκευσης σε 3D θα πρέπει η εφαρμογή να βρίσκεται σε κατάσταση 3D προβολής (μετάβαση με F3). Αν επιλέξουμε αποθήκευση σε 3D εμφανίζεται ένα νέο παράθυρο (εικόνα) στο οποίο επιλέγουμε την μονάδα μέτρησης, η προεπιλογή είναι σε ίντσες άρα αν θέλετε μέτρα μην παραλείψετε να επιλέξετε τα χιλιοστόμετρα (mm) θέτοντας την αντίστοιχη τιμή σε 1000.00 ώστε να αντιστοιχεί σε 1μ (εικόνα Γ΄.6).

Εικόνα Γ΄.6: Εξαγωγή σχεδίου

Μέρος II

Τριδιάστατη Φωτορεαλιστική Απεικόνιση

18

19 Προκειμένου να αποδοθεί οπτικά όσο το δυνατόν πιο πειστικά η εικονική πραγματικότητα χρειάζονται τα απαραίτητα στοιχεία της αίσθησης της πραγματικότητας, αυτά είναι η αίσθηση των τριών διαστάσεων, του φωτός και των υφών. Η προσπάθεια όσο το δυνατόν πιστότερης απόδοσης του φωτός, των χρωμάτων και των υφών των αντικειμένων του εικονικού κόσμου συχνά αποκαλείται και φωτορεαλισμός. Η απόδοση των τριών διαστάσεων μπορεί να γίνεται είτε με σχεδίαση από τον σχεδιαστή είτε αυτόματα με ειδικό εξοπλισμό και λογισμικό ενώ ένα σοβαρό πρόβλημα είναι η επιλογή του βαθμού πιστότητας του σχεδιαζόμενου αντικειμένου προς το πραγματικό λόγω της υπολογιστικής ισχύος που απαιτείται για την απόδοση του σε πραγματικό χρόνο (real time rendering). Στην ενότητα αυτή θα δειχθούν οι βασικές γνώσεις που χρειάζονται για τη χρήση λογισμικών τρισδιάστατης σχεδίασης για τη δημιουργία εικονικών κτιρίων κατάλληλων προς ένταξης σε εικονικούς κόσμους καθώς και οι τελευταίες εξελίξεις στην έρευνα που γίνεται και τις προσπάθειες για αυτόματη σχεδίαση.

Κεφάλαιο Δʹ

3D Studio Max:

Εισαγωγικά

Θέματα Ο 3D Studio Max θεωρείται, αν όχι το κορυφαίο, από τα κορυφαία προγράμμα-

Τ

τα 3Δ σχεδίασης, διαθέτοντας πλήθος δυνατοτήτων ώστε κάποιος να μπορεί να σχεδιάσει μηχανολογικό εξοπλισμό και κτίρια ή αντικείμενα και χαρακτήρες για

ψυχαγωγικό λογισμικό, εικονικούς κόσμους και κινηματογραφικές ταινίες.

Δʹ.1

Εισαγωγή στο 3D studio Max

Πριν μπορέσει κάποιος να αρχίσει τη σχεδίαση στο εν λόγω λογισμικό πρέπει να μάθει τις βασικές αρχές που το διέπουν, τόσο αυτό όσο και την 3δ σχεδίαση γενικότερα αν δεν έχει ασχοληθεί ποτέ ξανά.

Δʹ.1.1

Βασικές ρυθμίσεις

Αν το πρόγραμμα φαίνεται να δυσλειτουργεί από την αρχή ενώ το υλικό του υπολογιστή πληροί τις προδιαγραφές για το λογισμικό ενδέχεται να ευθύνεται ο οδηγός γραφικών που χρησιμοποιείται από το 3δ στυδιο μαξ. Για να το αλλάξετε ακολουθήστε τα βήματα Customize - Preferences - View Ports - Driver - Nitrous. Σε περίπτωση όπου αυτό δεν είναι εφικτό λόγω της δυσλειτουργία μπορείτε να το κάνετε από το μενού του προγράμματος της εφαρμογής στο Program files με τίτλο ’Change Graphics Mode¨.

20

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Δʹ. 3D STUDIO MAX: ΕΙΣΑΓΩΓΙΚ Α Θ ΕΜΑΤΑ

21

Μπορεί στη συνέχεια να παρατηρήσετε ένα πάρα πολύ ενοχλητικό φαινόμενο συσκότισης στης οθόνης για τον λόγο αυτό φροντίστε να αποεπιλέξετε από τώρα την εξής ρύθμιση: Views Progressive Display (Uncheck). Σημαντικό είναι να ρυθμίσουμε σωστά και τις μονάδες μέτρησης, Από το μενού Customize Units Set Up - Meters ή όποια άλλη μονάδα επιθυμείτε. Στο παρόν σε όλα τα παραδείγματα έχει χρησιμοποιηθεί το μέτρο ως μονάδα μέτρησης.

Δʹ.1.2

Προβολές αντικειμένων - Viewports

Βασικό κομμάτι του προγράμματος είναι τα ἵεωπορτς, εν συντομία θα μπορούσαμε να πούμε ότι αποτελούν τις προβολές των αντικειμένων που σχεδιάζουμε. Κατ΄Α επιλογή το πρόγραμμα εμφανίζει στο χρήστη 4 viewports: Top: εμφανίζει τα αντικείμενα όπως φαίνονται αν θα τα κοιτούσαμε από πάνω Orthographic: κινητή γωνία θέασης χωρίς προοπτική Left: προβολή των αντικειμένων από την αριστερή πλευρά Perspective: κινητή γωνία θέασης με δημιουργία προοπτικής. Πάρα πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό των viewports είναι ότι ο χρήστης μπορεί να τα προσαρμόσει ανά πάσα στιγμή ώστε να διευκολυνθεί σε συγκεκριμένες εργασίες που εκτελεί.

Δʹ.1.3

Κύβος ελέγχου - View Cube

Πάρα πολύ χρήσιμο εργαλείο για την αλλαγή της γωνίας θέασης των αντικειμένων, Ενεργοποίηση του από το μενού Views - View Cube - Show the View Cube. Δίπλα του εμφανίζεται και το πολύ χρήσιμο κουμπί ’Home’ για επαναφορά στην αρχική θέση (εικόνα Δ΄.1).

Εικόνα Δ΄.1: Κύβος ελέγχου - View Cube

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Δʹ. 3D STUDIO MAX: ΕΙΣΑΓΩΓΙΚ Α Θ ΕΜΑΤΑ

Δʹ.1.4

22

Κίνηση στον χώρο

Καθώς θα σχεδιάζετε θα χρειάζεστε συνεχώς να αλλάζετε θέση, θεωρώντας ότι έχετε ποντίκι με τροχό (wheel mouse) μπορείτε να κρατάτε πατημένο τον τροχό και να μετακινείτε το ποντίκι δεξιά, αριστερά, πάνω και κάτω για να κινηθείτε αντίστοιχα στον χώρο. Για να προσεγγίσετε αντικείμενα approach (zoom in) ή να απομακρυνθείτε (zoom out) χρησιμοποιείτε τον τροχό του ποντικιού.

Δʹ.1.5

Πίνακας εντολών - Command Panel

Στη συνεχεία θα πρέπει να μάθουμε να χρησιμοποιούμε το πάνελ εντολών για τη δημιουργία και επεξεργασία των αντικειμένων, το πάνελ αυτό το οποίο αρχικά βρίσκεται στο δεξιό μέρος της οθόνης διαθέτει 3 βασικά tabs: create, modify και hierarchy όπως φαίνεται στην εικόνα Δ΄.2.

Εικόνα Δ΄.2: Πίνακας εντολών - Command Panel

Δʹ.2

Δημιουργία και χειρισμός αντικειμένων

Η εφαρμογή προσφέρει στον χρήστη τη δυνατότητα να εισάγει έτοιμα βασικά αντικείμενα, αλλά και περισσότερο σύνθετα, και να τα τροποποιήσει ώστε να δημιουργήσει μια σκηνή. Τα βασικά μενού που θα χρειαστούμε εξηγούνται παρακάτω.

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Δʹ. 3D STUDIO MAX: ΕΙΣΑΓΩΓΙΚ Α Θ ΕΜΑΤΑ

Δʹ.2.1

23

Create

Από το μενού create μπορούμε να επιλέξουμε, από τους διαθέσιμους τύπους αντικειμένων, αυτά που θέλουμε να δημιουργήσουμε, οι διαθέσιμες επιλογές που θα χρειαστούμε εδώ είναι οι: geometry, shapes kai lights (εικόνα Δ΄.3).

Εικόνα Δ΄.3: Πίνακας εντολών - Command Panel Ξεκινώντας να εισάγουμε απλά γεωμετρικά αντικείμενα θα πάμε στις επιλογές του ’geometry’ και θα επιλέξουμε Standard Primitives για να εισάγουμε βασικά γεωμετρικά σχήματα όπως ο κύβος, η σφαίρα και ο κύλινδρος. Πρέπει στο σημείο αυτό να τονιστεί η χρησιμότητα των βασικών γεωμετρικών σχημάτων καθώς με βάση αυτά τα αντικείμενα μπορούμε να σχεδιάσουμε αν όχι εξ΄Α ολοκλήρου τουλάχιστον κατά το μεγαλύτερο μέρος ένα κτίριο.

Δʹ.2.2

Modify

Μετά τη δημιουργία των αντικειμένων σειρά έχει η επεξεργασία τους ώστε να αλλάξουμε τις διαστάσεις ή την γεωμετρία αυτών. Για τον κύβο οι επιλογές είναι Height, Length, Width, Segments. Για τον κύλινδρο αντίστοιχα: Radius, Height, Heigth Segments, Cap Segments, Sides. Δοκιμάζοντας να αυξομειώσουμε τα segments και sides βλέπουμε την λεπτομέρεια να αυξάνει και σε αντικείμενα όπως η σφαίρα και ο κύλινδρος αυτό είναι συνήθως αισθητικά αναγκαίο παρόλα αυτά έγκειται στον σχεδιαστή να βρει τη χρυσή τομή ανάμεσα στην απλότητα και την λεπτομέρεια καθώς όσο περισσότερο αυξάνουμε τις λεπτομέρειες στα αντικείμενα τόσο περισσότερο επιβαρύνουμε το σύστημα με τον υπολογισμό αυτών. Γενικά σε Prerendered

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Δʹ. 3D STUDIO MAX: ΕΙΣΑΓΩΓΙΚ Α Θ ΕΜΑΤΑ

24

εφαρμογές η λεπτομέρεια μπορεί να είναι αυξημένη σε αντίθεση με τις real time rendering όπου πρέπει να αποφεύγονται οι καθυστερήσεις.

Δʹ.3

Γεωμετρία αντικειμένων - Edit Poly

Πέρα από αυτές τις επιλογές ο σχεδιαστής μπορεί να επεξεργαστεί τη γεωμετρία των αντικειμένων χρησιμοποιώντας τον modifier Edit Poly, ο οποίος είναι επίσης προσβάσιμος μέσω της επιλογής Convert to - Editable Poly που αποκαλύπτεται με δεξί κλικ πάνω σε κάποιο αντικείμενο. Στο σημείο αυτό είναι σημαντικό να καταλάβουμε την γεωμετρία των αντικειμένων στο 3D Studio Max. Τα αντικείμενα αποτελούνται από σημεία, κορυφές (Vertex), στις οποίες μπορούμε να εφαρμόσουμε ένα σύνολο ενεργειών όπως: Move, Connect, Extrude, Chamfer, Delete και Remove. Στις μεταξύ των κορυφών ακμές (Edges) μπορούμε να εφαρμόσουμε τις ενέργειες Move, Connect, Extrude, Chamfer, Insert Vertex, Delete / Remove. Οι ακμές περιβάλλουν τις έδρες ή αλλιώς τις επιφάνειες των αντικειμένων (Polygon) και μπορούν να εφαρμοστούν σε αυτές οι παρακάτω ενέργειες: Move, Extrude, Bevel.

Δʹ.4

Υφές

Στο 3D modeling πολύ σημαντικό είναι να δημιουργήσουμε αντικείμενα τα οποία θα μοιάζουν στα πραγματικά όσο το δυνατόν περισσότερο, για να επιτευχθεί αυτό ακολουθείται μια σειρά βημάτων όπου το πρώτο είναι η σχηματική απόδοση τους. Στη συνέχεια θα πρέπει να επενδύσουμε τα αντικείμενα με υλικά και υφές. Το 3D Studio Max μας δίνει την δυνατότητα να δημιουργήσουμε και να επεξεργαστούμε τα υλικά μας μέσω του Material Editor και τον οποίο μπορούμε να ανοίξουμε πατώντας το πλήκτρο ¨Μ’ ή από το μενού Rendering - Material Editor - Compact Material Editor. Σε κάθε μία από τις γκρι σφαίρες που εμφανίζονται στο παράθυρο αυτό μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα υλικό. Αν θέλουμε να αλλάξουμε το χρώμα θα πρέπει να κάνουμε κλικ στο Diffuse στο μικρό πλαίσιο με το χρώμα (εικόνα Δ΄.4). Μπορούμε επίσης να επενδύσουμε το υλικό με μια εικόνα που μπορεί να έχουμε στη διάθεση μας όπως μια φωτογραφία, στην περίπτωση αυτή πατάμε στο Diffuse το μικρό πλήκτρο που βρίσκεται δίπλα στο πλαίσιο χρώματος (εικόνα Δ΄.4).

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Δʹ. 3D STUDIO MAX: ΕΙΣΑΓΩΓΙΚ Α Θ ΕΜΑΤΑ

25

Εικόνα Δ΄.4: Επεξεργαστής υφών - Material editor Στο νέο παράθυρο που ανοίγει επεκτείνουμε την επιλογή Maps -᾿ Standard και επιλέγουμε το Bitmap (εικόνα Δ΄.5).

Εικόνα Δ΄.5: Επεξεργαστής υφών - Material editor Στη συνέχεια ένα νέο παράθυρο θα εμφανιστεί από το οποίο επιλέγουμε την εικόνα που θέλουμε να εισάγουμε. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε όλους τους γνωστούς τύπους αρχείων όπως bmp, jpeg (jpg), tiff ακόμη και psd, αλλά προτείνεται η χρήση jpg καθώς επιτυγχάνει

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Δʹ. 3D STUDIO MAX: ΕΙΣΑΓΩΓΙΚ Α Θ ΕΜΑΤΑ

26

μέσω της συμπίεσης σημαντική μείωση του μεγέθους αρχείου διατηρώντας την ποιότητα σε μεγάλο βαθμό. Αφού έχουμε δημιουργήσει τα υλικά που θέλουμε μπορούμε επιλέγοντας ένα από αυτά να το σύρουμε στο αντικείμενο την επιφάνεια που θέλουμε να επενδύσουμε. Αν το υλικό μας δεν φαίνεται πάνω στο αντικείμενο ενεργοποιούμε την επιλογή Show Shaded Material in Viewport όπως φαίνεται στην εικόνα Δ΄.6.

Εικόνα Δ΄.6: Επεξεργαστής υφών Μετά την εφαρμογή ενός υλικού σε ένα αντικείμενο μπορεί να παρατηρήσετε ότι το υλικό δεν καλύπτει όπως θα θέλατε τις επιφάνειες σας, σε αυτή την περίπτωση θα πρέπει να επέμβουμε σε μια διαδικασία που είναι γνωστή με τον όρο texture mapping και την οποία μπορούμε να παραμετροποιήσουμε μέσω του Modifier UVW Map που είναι προσβάσιμος από το μενού των Modifiers στο Command Panel. Οι επιλογές που θα μας χρειαστούν περισσότερο έχουν να κάνουν με το σχήμα του αντικειμένου ή της επιφάνειας που θέλουμε να καλύψουμε (Planar, Cylindrical, Spherical, Box, Face). Επίσης μας δίνεται η δυνατότητα να ορίσουμε πόσο θέλουμε να απλωθεί η εικόνα πάνω στο αντικείμενο από τις επιλογές Length, Width, Height και U Tile, V Tile, W Tile. Αφού καταλήξουμε στις ρυθμίσεις που θέλουμε μπορούμε να τις κλειδώσουμε κάνοντας δεξί κλικ πάνω στον Modifier UVW Map και επιλέγοντας Collapse To.

Δʹ.5

Πολυπλοκότητα και βελτιστοποίηση

΄Ενας παράγοντας που πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπόψη κατά την σχεδίαση τρισδιάστατων μοντέλων είναι η πολυπλοκότητα τους καθώς αυτή επηρεάζει την πιστότητα, την αισθητική απόλαυση και την απόδοση του εικονικού κόσμου σε πραγματικό χρόνο (real time rendering). Γενικά ισχύει ο κανόνας πως όσο πιο λεπτομερές είναι ένα αντικείμενο τόσο πιστότερο στο

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Δʹ. 3D STUDIO MAX: ΕΙΣΑΓΩΓΙΚ Α Θ ΕΜΑΤΑ

27

πραγματικό είναι αλλά το τίμημα είναι πως χρειάζεται περισσότερη υπολογιστική ισχύ για την απόδοση του. Σε περιπτώσεις απόδοσης μιας φοράς (pre rendered) όπως για παράδειγμα οι κινηματογραφικές ταινίες υπολογιστικών γραφικών η υψηλή ποιότητα είναι απαραίτητη ενώ ο χρόνος προετοιμασίας δεν αποτελεί πρόβλημα, αντίθετα σε εφαρμογές απόδοσης πραγματικού χρόνου ο σχεδιαστής θα πρέπει να βρει τη χρυσή τομή ανάμεσα στην ποιότητα και την απόδοση λαμβάνοντας υπόψη τόσο το είδος της εφαρμογής αλλά και το υλικό (hardware) στο οποίο η εφαρμογή του θα εκτελείται. Στο παρακάτω παράδειγμα (εικόνα Δ΄.7) χρησιμοποιείται μια σφαίρα αποτελούμενη στην 1η περίπτωση από 12091 κορυφές, στην 2η από 222 κορυφές και στην 3η από μόλις 26 κορυφές. Ο ρυθμός ανανέωσης για τις 3 σφαίρες όταν ο χαρακτήρας τις πλησίαζε ήταν 3.81 καρέ το δευτερόλεπτο (Frames Per Second), 59.97 fps και 60 fps αντίστοιχα. Συγκρίνοντας μεταξύ των τριών εύκολα διαπιστώνεται ότι η 2η σφαίρα με τις 222 κορυφές συνδυάζει την πλέον ικανοποιητική πιστότητα και απόδοση.

Εικόνα Δ΄.6: Πιστότητα και απόδοση Το 3D Studio Max επιτρέπει στον σχεδιαστεί να ορίσει την πολυπλοκότητα βασικών αντικειμένων μέσα από την επιλογή ’Segments’ αλλά και μέσω των Modifiers ’Optimize’ και ’ProOprtimizer¨.

Κεφάλαιο Εʹ

3D Studio Max:

Αρχιτεκτονικός

Σχεδιασμός ΤΟ κεφάλαιο αυτό λαμβάνονται υπόψη 2 εκδοχές, σύμφωνα με την πρώτη το

Σ

σχέδιο του κτιρίου είναι δισδιάστατο και έχει δημιουργηθεί στο AutoCAD ενώ στη δεύτερη διαθέτουμε ήδη τρισδιάστατο το σχέδιο από το λογισμικό ArchiCAD.

Στη περίπτωση εισαγωγής ενός κτιρίου από το ArchiCAD αυτό που πρέπει να συμπληρωθεί

είναι τυχόν λεπτομέρειες που δεν έχουν σχεδιαστεί καθώς και να αποδοθούν κατάλληλες υφές, η εκδοχή αυτή καλύπτεται από τα όσα έχουν αναφερθεί ήδη ή θα αναφερθούν στην συνέχεια αυτής της εργασίας.

Εʹ.1

Εισαγωγή

Το 3D Studio Max παρέχει στον σχεδιαστή την δυνατότητα να εισάγει σχέδια που έχουν δημιουργηθεί με άλλα σχεδιαστικά προγράμματα όπως το AutoCAD και το ArchiCAD. Για να εισάγουμε ένα αρχείο που έχει δημιουργηθεί στο AutoCAD από το βασικό μενού επιλέγουμε Import, όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα (Ε΄.1) και στη συνέχεια επιλέγουμε το αρχείο με κατάληξη dwg.

28

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Εʹ. 3D STUDIO MAX: ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚ Ο῝ ΣΧΕΔΙΑΣΜ Ο῝

29

Εικόνα Ε΄.1: Εισαγωγή αρχείου Στη συνέχεια εμφανίζεται ένας οδηγός με επιλογές για την εισαγωγή, συνήθως αυτό που χρειάζεται είναι να πάω στην μεσαία καρτέλα με τον τίτλο ’Layers’ και να επιλέξω αυτά που χρειάζομαι, στην περίπτωση αυτή με ενδιαφέρει να εισάγω μόνο τους τοίχους. Αφού ολοκληρώσω τις επιθυμητές ρυθμίσεις πατάω ΟΚ (εικόνα Ε΄.2).

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Εʹ. 3D STUDIO MAX: ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚ Ο῝ ΣΧΕΔΙΑΣΜ Ο῝

30

Εικόνα Ε΄.2: Ρυθμίσεις εισαγωγή αρχείου

Εʹ.2

Επεξεργασία κάτοψης

Αν όλα έχουν πάει καλά θα πρέπει η οθόνη της εφαρμογής να είναι όπως στην παρακάτω εικόνα (Ε΄.3) όπου μπορούμε να δούμε την κάτοψη του ορόφου.

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Εʹ. 3D STUDIO MAX: ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚ Ο῝ ΣΧΕΔΙΑΣΜ Ο῝

31

Εικόνα Ε΄.3: Επεξεργασία κάτοψης (1) Η κάτοψη, η οποία είναι ένα Layer, επιλέγεται ως ένα αντικείμενο με ένα κλικ. Για να προχωρήσουμε στην επεξεργασία του σχεδίου θα πρέπει να μετατρέψουμε το αντικείμενο σε Editable Mesh (εικόνα Ε΄.4).

Εικόνα Ε΄.4: Επεξεργασία κάτοψης (2)

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Εʹ. 3D STUDIO MAX: ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚ Ο῝ ΣΧΕΔΙΑΣΜ Ο῝

Εʹ.3

32

Ανέγερση κτηρίου

Μετά την μετατροπή του μπορώ μέσα από το μενού Modify να επιλέξω τις επιφάνειες που σχηματίζονται από τις γραμμές (εικόνα Ε΄.5).

Εικόνα Ε΄.5: Ανέγερση από κάτοψη (1) Τώρα μπορώ να υψώσω τους τοίχους με την εντολή Extrude φροντίζοντας να δώσω το ύψος από το δάπεδο μέχρι την οροφή (εικόνα Ε΄.6).

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Εʹ. 3D STUDIO MAX: ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚ Ο῝ ΣΧΕΔΙΑΣΜ Ο῝

33

Εικόνα Ε΄.6: Ανέγερση από κάτοψη (2)

Εʹ.3.1

Δημιουργία ανοιγμάτων

Στο σημείο αυτό έχουμε μεταφέρει το μεγαλύτερο μέρος της κάτοψης στις 3 διαστάσεις και απομένουν κάποιες λεπτομέρειες όπως να δημιουργήσουμε τα ανοίγματα, πόρτες και παράθυρα, όπου αυτά υπάρχουν και που τώρα εμφανίζονται ως κενά ανάμεσα στην τοιχοδομή. ΄Ενας εύκολος και πρακτικός τρόπος να ενώσω τα κενά στα σημεία που πρέπει για να δημιουργήσω τα ανοίγματα είναι να χωρίσω όλους τους τοίχους στο κάτω και άνω άκρο των ανοιγμάτων, δημιουργώντας ιδεατές οριζόντιες δοκούς. Για τον σκοπό αυτό θα χρησιμοποιήσω τον modifier Slice (εικόνα Ε΄.7).

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Εʹ. 3D STUDIO MAX: ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚ Ο῝ ΣΧΕΔΙΑΣΜ Ο῝

34

Εικόνα Ε΄.7: Δημιουργία ανοιγμάτων (1) Εισάγω τόσα Slices όσα είναι και τα διαφορετικά ύψη στα οποία θέλω να κάνω ενώσεις. Στο παράδειγμα αυτό θεωρώ ότι όλα τα ανοίγματα είναι πόρτες, άρα δεν έχω κάτω άκρο, και ότι το ύψος των δοκών είναι ίδιο για όλες τις πόρτες, για να χρησιμοποιήσω ένα μόνο Slice. Μπορώ να μετακινήσω το Slice, κίτρινο πλαίσιο, ακριβώς όπως όλα τα αντικείμενα ώστε να το τοποθετήσω στο επιθυμητό ύψος. Στη συνέχεια μπορώ να επιλέξω Collapse to για τον Modifier Slice ώστε να ολοκληρώσω την λειτουργία αυτή (εικόνα Ε΄.8).

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Εʹ. 3D STUDIO MAX: ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚ Ο῝ ΣΧΕΔΙΑΣΜ Ο῝

35

Εικόνα Ε΄.8: Δημιουργία ανοιγμάτων (2) Επιτρέψτε μου στο σημείο αυτό να ενεργοποιήσω την επιλογή Edged Faces στο Viewport ώστε να μπορώ να διακρίνω τις ακμές που δημιουργήθηκαν στο ύψος του Slice και να δώσω ένα χρώμα διαφορετικό του μαύρου στους τοίχους μου. Στη συνέχεια επιλέγω τις επιφάνειες των τοίχων όπου επιθυμώ να ενώσω ώστε να σχηματίσω τις πόρτες και ενεργοποιώ την εντολή Bridge (εικόνα Ε΄.9).

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Εʹ. 3D STUDIO MAX: ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚ Ο῝ ΣΧΕΔΙΑΣΜ Ο῝

36

Εικόνα Ε΄.9: Δημιουργία ανοιγμάτων (3) Αργότερα μάλλον θα θέλετε να τοποθετήσετε δάπεδο, μπορούμε να το δημιουργήσουμε γρήγορα φτιάχνοντας ένα Box με μήκος και πλάτος τέτοιο ώστε να καλύπτει την κάτοψη και με το ανάλογο ύψος, στη συνέχεια μπορούμε να το αντιγράψουμε και να το μεταφέρουμε στο επάνω μέρος για να το χρησιμοποιήσουμε ως οροφή και δάπεδο του επόμενου ορόφου.

Εʹ.4

Κίνηση εντός κτιρίων

Επειδή οι τρόποι κίνησης που είδαμε μέχρι τώρα ενδέχεται να μην είναι βολικοί στα κτίρια, ειδικά όταν πρέπει να πλησιάσουμε μικρά αντικείμενα μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το εργαλείο ’Tour Building Wheel’ που βρίσκεται στιο μενού ’Views’ -᾿ ’Steering Wheels¨. Περισσότερα για αρχιτεκτονικό σχεδιασμό με 3D Studio Max μπορείτε να διαβάσετε στο βιβλίο 3DS MAX DESIGN ΟΔΗΓΟΣ ΕΚΜΑΘΗΣΗΣ ΓΙΑ ΚΤΙΡΙΑΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ [2].

Κεφάλαιο ϛʹ

3D Studio Max:

Αρχιτεκτονικές

Λεπτομέρειες ΄ΕΧΡΙ τώρα έχουμε δει πως μπορούμε να σχεδιάσουμε κτίρια αλλά ακόμα δεν

Μ

έχουμε δώσει έμφαση σε αρχιτεκτονικές λεπτομέρειες οι οποίες σε πολλές περιπτώσεις είναι αυτές που διαφοροποιούν τα κτίρια και δημιουργούν τον ι-

διαίτερο χαρακτήρα τους. Ως τέτοιες λεπτομέρειες νοούνται οι ξεχωριστές θύρες, οι αψίδες, οι κιονοστοιχίες, οι κιονίσκοι, τα εμβλήματα που πιθανόν να βρίσκονται σε εμφανή σημεία και ότι άλλο θεωρείται ότι συνεισφέρει στην διαμόρφωση της ταυτότητας του κτιρίου.

ϛʹ.1

Αψίδες

Οι αψίδες είναι για πολλά ιστορικά κτίρια απαραίτητο δομικό στοιχείο καθώς χρησιμοποιούνται ως ανοίγματα αλλά και στηρίγματα βάρους εδώ και 4000 περίπου χρόνια. Υπάρχουν πολλά είδη αψίδας, αυτά που περιγράφονται εδώ είναι αυτά που συναντήθηκαν κατά την σχεδίαση και είναι η ημικυκλική, η τμηματική και η ελλειπτική. Πέρα από τα διαφορετικά είδη αψίδας υπάρχουν και αρκετοί τρόποι να τις σχεδιάσετε. ΄Ενας πιθανός τρόπος είναι με χρήση ενός κυλίνδρου (Cylinder), δημιουργούμε τον κύλινδρο με τις διαστάσεις που θέλουμε και τον περιστρέφουμε κατά 90•, στον άξονα Χ, στη συνέχεια στο Modify θέτω τα Height Segments: 1, Cap Segments: 5 και Sides: 20 (εικόνα ΣΤ΄.1).

37

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ ϛʹ. 3D STUDIO MAX: ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚ Ε῝ ΛΕΠΤΟΜ ΕΡΕΙΕ῝

38

Εικόνα ΣΤ΄.1: Δημιουργία κυλίνδρου για σχηματισμό αψίδας

Στη συνέχεια τοποθετώ τον κύλινδρο πάνω σε έναν κύβο (Box) και τον βυθίζω εντός του κύβου είτε μέχρι τη μέση για να σχεδιάσω μια ημικυκλική αψίδα, είτε περισσότερο για να γίνει τμηματική και επεξεργάζομαι ξανά τον κύλινδρο ώστε να αφαιρέσω τα τμήματα που πλέον εξέχουν πλευρικά του κύβου (εικόνα ΣΤ΄.2).

Εικόνα ΣΤ΄.2: Επεξεργασία κυλίνδρου

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ ϛʹ. 3D STUDIO MAX: ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚ Ε῝ ΛΕΠΤΟΜ ΕΡΕΙΕ῝

39

Για να χειριστώ πιο εύκολα τα αντικείμενα, θα συνενώσω το κάθε ζεύγος κύβου και κυλίνδρου με την εντολή ’Attach’ που είναι διαθέσιμη στον Modifier Editable Poly. Πολλές φορές με βολεύει να δημιουργήσω μια συλλογή τέτοιων αντικειμένων όταν έχω να σχεδιάσω πολλές παρόμοιες αψίδες. Στη συνέχεια μπορώ να πάρω το αντικείμενο που χρειάζομαι και να το βυθίσω μέσα στον τοίχο που θέλω να δημιουργήσω το άνοιγμα τόσο ώστε να είναι ορατό και από τις δύο πλευρές του τοίχου (Εικόνα ΣΤ΄.3).

Εικόνα ΣΤ΄.3: Τοποθέτηση αψίδας

Εικόνα Τώρα επιλέγοντας τον τοίχο από το μενού Create -᾿ Geometry -᾿ Compound Objects επιλέγω το εργαλείο ProBoolean και πατάω το πλήκτρο Start Picking με το Subtraction ενεργοποιημένο (Εικόνα ΣΤ΄.4).

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ ϛʹ. 3D STUDIO MAX: ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚ Ε῝ ΛΕΠΤΟΜ ΕΡΕΙΕ῝

40

Εικόνα ΣΤ΄.4: Δημιουργία αψίδας (1)

Τα εργαλεία Boolean και ProBoolean χρησιμοποιούνται για να εφαρμόσουν μια σειρά από πράξεις επάνω στα αντικείμενα όπως ένωση (Union) ή αφαίρεση (Subtraction) και χρειάζονται τουλάχιστον 2 αντικείμενα (Operand A Operand B). Επίσης μπορώ να χρησιμοποιήσω έναν σωλήνα (Tube) για να δημιουργήσω το τόξο μιας αψίδας. Ορίζω Height Segments:1, Cap Segments:1 και Sides:20 και στη συνέχεια αφαιρώ τα τμήματα που δεν χρειάζονται (Εικόνα ΣΤ΄.5).

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ ϛʹ. 3D STUDIO MAX: ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚ Ε῝ ΛΕΠΤΟΜ ΕΡΕΙΕ῝

41

Εικόνα ΣΤ΄.5: Δημιουργία αψίδας (2)

Επίσης μπορώ να μετατρέψω ένα οποιοδήποτε άνοιγμα σε αψίδα. ΄Εχοντας μια πόρτα σε έναν τοίχο (εικόνα ΣΤ΄.6), μπορώ να επιλέξω τις μέσα επάνω γωνίες της (εικόνα ΣΤ΄.7) και να κάνω εφαρμογή του εργαλείου Chamfer αυξάνοντας την απόσταση εφαρμογής τους αλλά και τον αριθμό των ακμών που θα εισαχθούν ώστε να δημιουργήσω μια ισόπλευρη αψίδα διαφόρων τύπων (Εικόνα ΣΤ΄.8, 9 10).

Εικόνα ΣΤ΄.6: Δημιουργία αψίδας (3)

Εικόνα ΣΤ΄.7: Δημιουργία αψίδας (4)

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ ϛʹ. 3D STUDIO MAX: ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚ Ε῝ ΛΕΠΤΟΜ ΕΡΕΙΕ῝

Εικόνα ΣΤ΄.8: Δημιουργία αψίδας (5)

42

Εικόνα ΣΤ΄.9: Δημιουργία αψίδας (6)

Εικόνα ΣΤ΄.10: Δημιουργία αψίδας (7)

ϛʹ.2

Εμβλήματα

Συχνό διακοσμητικό στοιχείο σε πολλά ιστορικά κτίρια είναι τα εμβλήματα και τα οικόσημα. Στα Επτάνησα ένα πολύ συχνό έμβλημα των δημοσιών κτιρίων που οικοδομήθηκαν κατά την Ενετοκρατία (1836-1797) είναι ο Βενετικός Λέων (εικόνα ΣΤ΄.11).

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ ϛʹ. 3D STUDIO MAX: ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚ Ε῝ ΛΕΠΤΟΜ ΕΡΕΙΕ῝

43

Εικόνα ΣΤ΄.11: Ενετικός λέων

Για τη δημιουργία τρισδιάστατου μοντέλου για το έμβλημα δημιουργούμε το υλικό με μια φωτογραφία του εμβλήματος και στη συνέχεια επενδύουμε με αυτό ένα Plane το οποίο θα έχει τις διαστάσεις του πραγματικού. Στη συνέχεια αυξάνουμε τα Segments έτσι ώστε με τις κορυφές και τις ακμές που θα σχηματιστούν να μπορούμε να επεξεργαστούμε το Plane ώστε να πάρει την επιθυμητή μορφή (εικόνα ΣΤ΄.12).

Εικόνα ΣΤ΄.12: Δημιουργία εμβλήματος (1)

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ ϛʹ. 3D STUDIO MAX: ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚ Ε῝ ΛΕΠΤΟΜ ΕΡΕΙΕ῝

44

Για να αποδώσω την 3η διάσταση επιλέγω πρώτα την περίμετρο του εμβλήματος που εξέχει περισσότερο και «τραβάω» τις ακμές της προς τα έξω (εικόνα ΣΤ΄.13).

Εικόνα ΣΤ΄.13: Δημιουργία εμβλήματος (2)

Με τον ίδιο τρόπο μετά πιάνω άλλα σημεία όπως τον κορμό του λιονταριού ή χαρακτηριστικά από το πρόσωπο του (εικόνα ΣΤ΄.14)

Εικόνα ΣΤ΄.14: Δημιουργία εμβλήματος (3)

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ ϛʹ. 3D STUDIO MAX: ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚ Ε῝ ΛΕΠΤΟΜ ΕΡΕΙΕ῝

ϛʹ.3

45

Κιονίσκοι

Διακοσμητικό στοιχείο που συναντάται συχνά είναι οι κιονίσκοι (εικόνα ΣΤ΄.15) οι οποίοι χρησιμοποιούνται σε μπαλκόνια, βεράντες και σκάλες. Ο σχεδιασμός των περισσότερων είναι αρκετά εύκολος καθώς αποτελούνται συνήθως από κύβους και κύλινδρους που έχουν υποστεί επεξεργασία.

Εικόνα ΣΤ΄.15: Κιονίσκοι (1)

Ο συγκεκριμένος τύπος κιονίσκου κατασκευάζεται με 2 κύβους και έναν κύλινδρο, ο πρώτος κύβος τοποθετείται ως βάση του και ο κύλινδρος στηρίζεται επάνω του. Στη συνέχεια μετατρέπουμε τον κύλινδρο σε επεξεργάσιμο πολύγωνο ’Edit Poly’ ώστε να τον ανυψώσουμε αλλάζοντας την διάμετρο του, με την λειτουργία ’Bevel’ για να αποκτήσει τις χαρακτηριστικές καμπύλες του όπως φαίνεται και στην εικόνα ΣΤ΄.16.

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ ϛʹ. 3D STUDIO MAX: ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚ Ε῝ ΛΕΠΤΟΜ ΕΡΕΙΕ῝

46

Εικόνα ΣΤ΄.16: Κιονίσκοι (2)

Επειδή η διαδικασία αυτή δημιουργεί πολλές ακμές στα αντικείμενα μπορούμε να τις μειώσουμε με τον modifier ’ProOptimizer;΅ωστε να επιτύχουμε βελτιστοποίηση των αντικειμένων.

Κεφάλαιο Ζʹ

Google SketchUp Ο Google SketchUp είναι λογισμικό τρισδιάστατης σχεδίασης που υποστηρίζεται

Τ

από την γνωστή εταιρεία Google. Στόχος των δημιουργών του είναι η ευκολία χρήσης του με χαρακτηριστικά που το καθιστούν εύκολο για χρήση ακόμα και

από παιδιά σχολικής ηλικίας. Κυκλοφορεί σε δύο εκδόσεις την δωρεάν και την επαγγελματική SketchUp Pro, στο κεφάλαιο αυτό κάνουμε χρήση της πρώτης έκδοσης.

Ζʹ.1

Εισαγωγή

Το SketchUp προσφέρει τη δυνατότητα σε χρήστες που δεν είναι εξοικειωμένοι με το 3d modeling να σχεδιάσουν γρήγορα απλά μοντέλα. Στο παράδειγμα αυτό θα φτιάξουμε ένα πολύ απλό κτίριο αντιγράφοντας το κτίριο της Ιονίου Ακαδημίας που βρίσκεται στην Κέρκυρα (εικόνα Ζ΄.1).

47

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Ζʹ. GOOGLE SKETCHUP

48

Εικόνα Ζ΄.1: ΄Αποψη του κτηρίου της Ιονίου Ακαδημίας στην Κέρκυρα

Στο πάνω μέρος της οθόνης του θα βρείτε το κλασσικό μενού με επιλογές για την δημιουργία, το άνοιγμα και την αποθήκευση ενός αρχείου, κάποια εργαλεία και τη σχετική βοήθεια. Ακριβώς από κάτω θα βρείτε την εξίσου χρήσιμη γραμμή εργαλείων που σας παρέχει πιο γρήγορη πρόσβαση στα διαθέσιμα εργαλεία (εικόνα Ζ΄.2).

Εικόνα Ζ΄.2: Αρχική οθόνη εφαρμογής

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Ζʹ. GOOGLE SKETCHUP

Ζʹ.2

49

Δημιουργία κτηρίου

Ας δούμε τώρα πως θα δημιουργήσουμε το κτίριο. ΄Ενα κτίριο στην πιο απλή του και συνηθισμένη μορφή μοιάζει με έναν κύβο, θα ξεκινήσω λοιπόν φτιάχνοντας κάτι αντίστοιχο.

Ζʹ.2.1

Σχεδίαση κάτοψης

Πατώντας το πλήκτρο R το SketchUp ενεργοποιεί το εργαλείο Rectangle με το οποίο μπορώ να σχεδιάσω ορθογώνια παραλληλόγραμμα, η επιλογή είναι διαθέσιμη επίσης από τη γραμμή εργαλείων και από το μενού Draw. Τώρα ξεκινώντας από ένα σημείο και κρατώντας το αριστερό κλικ πατημένο ρυθμίζω το μήκος των πλευρών του, οι διαστάσεις του εμφανίζονται κάτω δεξιά με την ένδειξη Dimensions (εικόνα Ζ΄.3).

Εικόνα Ζ΄.3: Σχεδίαση κάτοψης

Ζʹ.2.2

Ανέγερση από κάτοψη

Το παραλληλόγραμμο που μόλις σχεδίασα είναι μια πολύ πρόχειρη κάτοψη του κτιρίου μου, τώρα θέλω να του δώσω ύψος. Ευτυχώς το SketchUp έχει την επιλογή Push/Pull με την οποία, όπως λέει και το όνομα της, μπορώ να τραβήξω ή να σπρώξω επιφάνειες, η λειτουργία

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Ζʹ. GOOGLE SKETCHUP

50

αυτή ενεργοποιείται πατώντας το πλήκτρο Ρ. Μετά επιλέγω την επιφάνεια που θέλω και την τραβάω προς τα πάνω (εικόνα Ζ΄.4).

Εικόνα Ζ΄.4: Ανέγερση κτηρίου (1)

Θα χρησιμοποιήσω ξανά το εργαλείο Push/Pull για να υψώσω λίγο ακόμα το μπροστινό μέρος του κτιρίου. Για να το κάνω βέβαια αυτό πρέπει να ορίσω μία διαχωριστική γραμμή, για να τραβήξω μια γραμμή θα χρησιμοποιήσω το εργαλείο Line, όπως ήδη θα σκεφτήκατε το επιλέγω πατώντας το πλήκτρο L. Εδώ ίσως χρειαστεί να αλλάξουμε γωνία θέασης του κτιρίου, με βολεύει να το κοιτάω από ψηλά, κρατώντας πατημένη τη ροδέλα (wheel) το ποντικιού σας και κινώντας το χρησιμοποιείται το εργαλείο Orbit, αν το ποντίκι σας δεν έχει wheel πατήστε Ο. Φροντίζω η γραμμή μου να βρίσκεται On Edge, εμφανίζεται η σχετική ειδοποίηση, και στις δύο άκρες της (εικόνα Ζ΄.5).

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Ζʹ. GOOGLE SKETCHUP

51

Εικόνα Ζ΄.5: Ανέγερση κτηρίου (2)

Αφού χώρισα το κτίριο σε 2 τμήματα είμαι έτοιμος να ανυψώσω το μπροστινό με το εργαλείο Push/Pull (εικόνα Ζ΄.6).

Εικόνα Ζ΄.6: Ανέγερση κτηρίου (3)

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Ζʹ. GOOGLE SKETCHUP

Ζʹ.2.3

52

Τοποθέτηση σκεπής

Τώρα που το μοντέλο μου αρχίζει γεωμετρικά να μοιάζει με το πραγματικό κτίριο θα φτιάξω τις σκεπές του. Θα ξεκινήσω από την εύκολη που βρίσκεται στο πίσω και χαμηλότερο μέρος του κτιρίου. Χαράζω μία γραμμή κατά μήκος της πάνω πλευράς την οποία θα τραβήξω στη συνέχεια προς τα πάνω. Για να φαίνεται σωστό φροντίζω η γραμμή μου να τέμνει ακριβώς στην μέση τις δύο ακμές που ενώνει, όταν συμβαίνει αυτό η ένδειξη Midpoint εμφανίζεται δίπλα στον κέρσορα (εικόνα Ζ΄.7).

Εικόνα Ζ΄.7: Τοποθέτηση σκεπής (1)

Στη συνέχεια με το Move tool, μετακινώ τη γραμμή αυτή προς τα πάνω (On Blue Axis) (εικόνα Ζ΄.8).

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Ζʹ. GOOGLE SKETCHUP

53

Εικόνα Ζ΄.8: Τοποθέτηση σκεπής (2)

Αφού έφτιαξα αυτό το μέρος θα προχωρήσω στο μπροστινό τμήμα με την πυραμοειδή σκεπή χρησιμοποιώντας τα ίδια εργαλεία με πριν. Με γραμμές χωρίζω τη σκεπή στα τέσσερα φροντίζοντας οι γραμμές μου να ξεκινούν από τις γωνίες και να συναντώνται στο κέντρο (εικόνα Ζ΄.9).

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Ζʹ. GOOGLE SKETCHUP

54

Εικόνα Ζ΄.9: Τοποθέτηση σκεπής (3)

Το σημείο που ενώνονται οι γραμμές με το Move tool το μετακινώ προς τα πάνω (εικόνα Ζ΄.10).

Εικόνα Ζ΄.10: Τοποθέτηση σκεπής (4)

Ζʹ.3

Υφές και χρώματα

Τώρα που σχηματικά έχω σε μεγάλο βαθμό ολοκληρώσει το κτίριο μπορώ να συνεχίσω με την τοποθέτηση των υφών. Υπάρχουν δύο τρόποι για να το κάνω αυτό είτε θα χρησιμοποιήσω δικά μου υλικά είτε θα χρησιμοποιήσω αυτά που διαθέτει η εφαρμογή.

Ζʹ.3.1

Δημιουργία υφών

Αν διαθέτω δικά μου υλικά, όπως φωτογραφίες των όψεων του κτιρίου από το μενού Φιλε επιλέγω Import και ενεργοποιώ την επιλογή ’Use as texture’ όπως φαίνεται στην εικόνα Ζ΄.11.

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Ζʹ. GOOGLE SKETCHUP

55

Εικόνα Ζ΄.11: Δημιουργία υφής

Ζʹ.3.2

Τοποθέτηση υφής

Τώρα το υλικό που έχω επιλέξει είναι έτοιμο για τοποθέτηση, όταν πλησιάσω με το ποντίκι μία επιφάνεια το πρόγραμμα θα με βοηθήσει να την τοποθετήσω επάνω της. Τοποθετώ τον κέρσορα στην επιφάνεια που θέλω, τώρα μπορώ να δω την εικόνα που επέλεξα να ακολουθεί τον κέρσορα. Ανάλογα με το ποια γωνία της εικόνας είναι προσκολλημένη στον κέρσορα επιλέγω την γωνία της επιφάνειας από την οποία θα αρχίσει να απλώνεται το υλικό μου. Στο σημείο αυτό το SketchUp θα σας βοηθήσει να καλύψετε όλη την επιφάνεια. Αν η εικόνα δεν φτάνει να καλύψει σωστά στην επιφάνεια και αρχίζει να επαναλαμβάνεται είναι κάτι που μπορεί να μην το θέλετε, για παράδειγμα στο δικό μου κτίριο εμφάνιζε τα παράθυρα πάνω στη γωνία του κτιρίου. Στην περίπτωση αυτή θα πρέπει να διορθώσετε τον λόγο ύψους/πλάτους της εικόνας σας με κάποιο πρόγραμμα επεξεργασίας π.χ. GIMP. ΄Οταν θα έχω διορθώσει την εικόνα μου επιστρέφω για να την τοποθετήσω ξανά (εικόνα Ζ΄.12).

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Ζʹ. GOOGLE SKETCHUP

56

Εικόνα Ζ΄.12: Τοποθέτηση υφής

Ζʹ.3.3

Χρήση έτοιμων υφών και υλικών

Στην περίπτωση όπου δεν έχω δικά μου υλικά και θα ήθελα να χρησιμοποιήσω έτοιμα το SkecthUp διαθέτει μια συλλογή που μπορεί να σας καλύψει. Για να τις χρησιμοποιήσω πάω στο μενού Ωινδοω και επιλέγω Materials, θα εμφανιστεί ένα παράθυρο όπως φαίνεται στην εικόνα Ζ΄.13.

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Ζʹ. GOOGLE SKETCHUP

57

Εικόνα Ζ΄.13: Χρήση έτοιμης υφής

Εδώ μπορείτε να βρείτε πολλές κατηγορίες όπως χρώματα, πέτρες, ξύλα και άλλα υλικά που πιθανόν να χρειάζεστε.

Εικόνα Ζ΄.13: ΄Αποψη τριδιάστατου μοντέλου της Ιονίου Ακαδημίας

Κεφάλαιο Ηʹ

Αυτόματη Τριδιάστατη Σχεδίαση Σύμφωνα με τα όσα έχουν περιγραφεί μέχρι τώρα θα έχει γίνει αντιληπτό πως η τρισδιάστατη σχεδίαση τοποθεσιών και κτηρίων αποτελεί χρονοβόρα και επίπονη διαδικασία καθώς οι σχεδιαστές πρέπει να επισκεφθούν τον προς σχεδίαση χώρο, να κάνουν μετρήσεις, να φωτογραφίσουν και ενδεχομένως να βιντεοσκοπήσουν τον χώρο και στη συνέχεια να δαπανήσουν πολλές ώρες για να ετοιμάσουν το τριδιάστατο σχέδιο και να το επενδύσουν με τα κατάλληλα υλικά. Για όλα τα παραπάνω αρκετοί είναι οι ερευνητές που έχουν στραφεί στις έρευνες για αυτόματη σχεδίαση, προσπάθειες οι οποίες βασίζονται στην χρήση ειδικού εξοπλισμού όπως laser scanners ή ακόμη και απλές φωτογραφικές μηχανές και κατάλληλο λογισμικό. Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται συνοπτικά σχετικές εργασίες που σχετίζονται με το αντικείμενο της παρούσας. Αρκετοί ερευνητές έχουν ασχοληθεί με την εικονικοποίηση ολόκληρων τοποθεσιών που περιλαμβάνουν και αρχιτεκτονικές κατασκευές [3] & [4]. Στις περιπτώσεις αυτές λαμβάνονται φωτογραφίες του χώρου από απόσταση, συνήθως από διαφορετικό σημείο λήψης ώστε να σχηματίζεται γωνία 5-10 μοιρών καθώς και κοντινές φωτογραφίες για τα επιμέρους μοντέλα φροντίζοντας σε κάθε περίπτωση να υπάρχουν λήψεις από περισσότερα του ενός σημεία. Το πλεονέκτημα της χρήσης φωτογραφιών είναι ότι το λογισμικό μπορεί να ανακτήσει αυτόματα το τεξτυρε του αντικειμένου ώστε να το επενδύσει κατάλληλα και να δημιουργήσει ρεαλιστικές αναπαραστάσεις ενώ το κόστος και ο χρόνος σχεδίασης διατηρούνται σε χαμηλά επίπεδα. Εκτός από την σχεδίαση με χρήση φωτογραφιών σε αρκετές από αυτές τις μεθόδους χρησιμοποιούνται και laser scanners ειδικά όταν ζητούμενο η λεπτομερέστατη 3D απόδοση. Σε κάποιες προσπάθειες το ενδιαφέρον έχει επικεντρωθεί στη δημιουργία μοντέλων όψεων 58

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Ηʹ. ΑΥΤ ΟΜΑΤΗ ΤΡΙΔΙ ΑΣΤΑΤΗ ΣΧΕΔ ΙΑΣΗ

59

κτιρίων και δρόμων [5] με λήψη φωτογραφιών. Η φωτογραφική μηχανή τοποθετείται σε αυτοκίνητο και οι φωτογραφίες λαμβάνονται ενόσω αυτό κινείται. Στη συνέχεια οι αλγόριθμοι που έχουν αναπτυχθεί αναγνωρίζουν τα διαφορετικά κτίρια ακόμη και όταν αυτά εφάπτονται για να δημιουργήσουν ένα μοντέλο για το κάθε ένα, αναγνωρίζεται ο ουρανός ώστε να μην χρησιμοποιηθεί στη σχεδίαση και στη δημιουργία των textures καθώς και το οδόστρωμα και το πεζοδρόμιο. Σε άλλες έρευνες έχουν ασχοληθεί με την αυτοματοποιημένη απόδοση κτηρίων στις 3 διαστάσεις με χρήση αρχιτεκτονικών σχεδίων [6] & [7]. Παρόλο που η χρήση αρχιτεκτονικών σχεδίων διευκολύνει την εργασία σχεδιασμού υπάρχουν μια σειρά από διαδικασίες που πρέπει να γίνουν όπως η εξαγωγή των τοίχων (wall extrusion), η τοποθέτηση αντικειμένων (object mapping) π.χ. πόρτες και παράθυρα και τέλος η δημιουργία δαπέδων και οροφών όπου απαιτούν χρόνο από τον σχεδιαστή και που θα μπορούσαν να αυτοματοποιηθούν. Σε πολλές από τις μεθόδους που μέχρι τώρα έχουν περιγραφεί και χρησιμοποιούν φωτογραφίες πρέπει οι φωτογραφίες να βρίσκονται σε σειρά και μάλιστα σε πολλές εφαρμογές ο χρήστης πρέπει να δηλώσει τα κοινά σημεία ενός αντικειμένου σε 2 ή περισσότερες διαφορετικές φωτογραφίες, διαδικασία γνωστή και ως ’stitching¨. Αρκετές προσπάθειες γίνονται και σε αυτό τον τομέα ώστε να περιοριστεί η συμμετοχή του σχεδιαστή σε αυτή τη διαδικασία δημιουργώντας αλγόριθμους που αναγνωρίζουν τα κοινά σημεία αυτόματα και τοποθετούν τις φωτογραφείς στη σωστή σειρά [8]. Το θέμα της πολυπλοκότητας και της πιστότητας των τριδιάστατων αντικειμένων ως προς τα πραγματικά σε συνδυασμό με την απόδοση τους σε πραγματικό χρόνο τίθεται και εδώ, για τον λόγο αυτό έχουν αναπτυχθεί μέθοδοι μείωσης της λεπτομέρειας χωρίς όμως σημαντική αλλοίωση των κτηρίων [9].

Μέρος III

Εικονικοί Κόσμοι

60

61 Ως εικονικός κόσμος νοείται ένα τμήμα του πραγματικού, ή μη, κόσμου που έχει σχεδιαστεί και αναπαρίσταται στον υπολογιστή με τρόπο τέτοιο ώστε να προσφέρει την ψευδαίσθηση της πραγματικότητας. Ο όρος αυτός προέρχεται από τον όρο «Εικονική Πραγματικότητα» που προτάθηκε από τον Jaron Zepel Lanier στα τέλη της δεκαετίας του ΄80 [10] για να περιγράψει ΅Ενα αλληλεπιδραστικό, τρισδιάστατο περιβάλλον, φτιαγμένο από υπολογιστή, στο οποίο μπορεί κάποιος να εμβυθιστεί.¨. Για την υλοποίηση εικονικών κόσμων προτάθηκαν και σχεδιάστηκαν κατά καιρούς διάφορες τεχνολογίες, η πρώτη από τις σημαντικότερες προσπάθειες είναι η VRML (Virtual Reality Markup Language) (http://www.w3.org/MarkUp/VRML/) όπου φιλοδοξούσε να αποτελέσει πρότυπο για εφαρμογές εικονικής πραγματικότητας προσανατολισμένες στο διαδίκτυο και αναπτύχθηκε από το Web3D Consortium,μέλος του World Wide Web Consortium. Η VRML αντικαταστάθηκε από την Q3D(eXtensible 3D) που χρησιμοποιεί XML κωδικοποίηση (encoding). Στην ενότητα αυτή το ενδιαφέρον μας επικεντρώνεται στο λογισμικό Unity3D,πρόκειται για εμπορικό λογισμικό δημιουργίας εικονικών κόσμων και βιντεοπαιχνιδιών και κυκλοφορεί σε δύο εκδόσεις Unity (δωρεάν) και Unity Pro. Στο παρόν γίνεται λόγος για τις βασικές δυνατότητες του προγράμματος οι οποίες είναι διαθέσιμες και στην δωρεάν έκδοση που διατίθεται από την εταιρεία. Οι λόγοι για τους οποίους προτιμήθηκε είναι η ευρεία υποστήριξη που παρέχει σε υλικό και λογισμικό και η ευκολία χρήσης σε συνδυασμό με την ποιότητα του αποτελέσματος. Από ενναλακτικές λύσεις ενδιαφέρον παρουσιάζει το λογισμικό Open Simulator (http://opensimulator.org) το οποίο είναι ανοικτού κώδικα και πλεονεκτεί έναντι του λογισμικού Unity σε εφαρμογές πολλών χρηστών.

Κεφάλαιο Θʹ

Ο Προτεινόμενος Εικονικός Κόσμος εικονικός κόσμους που υλοποιείται σε αυτό το έργο διαθέτει κάποια ιδιαίτερα

Ο

χαρακτηριστικά που καθιστούν αρκετά δύσκολη τη σφαιρική περιγραφή του. Η έκταση του ξεπερνάει τα γεωγραφικά όρια μιας μικρής περιοχής καθώς καλείται να

ενσωματώσει τοποθεσίες ενός ολόκληρου νησιωτικού συμπλέγματος, το παραπάνω γεγονός έχει ως αποτέλεσμα να πρέπει να ενταχθούν στον ίδιο εικονικό κόσμο πολύ διαφορετικά στοιχεία όπως κτίρια, μνημεία, πλατείες και γειτονιές, δρομάκια ή όπως στο Ιόνιο συνηθίζεται να αποκαλούνται ¨καντούνια’ μέχρι λιμνοθάλασσες, παράκτιες περιοχές και φάρους διάσπαρτους ανά το Ιόνιο πέλαγος.

Θʹ.1

Από το αντικείμενο ενδιαφέροντος

Η υλοποίηση ξεκίνησε από τα επί μέρους αντικείμενα ενδιαφέροντος του έργου που είναι όπως ήδη έχει γραφεί κτίρια, μνημεία, πλατείες και διάφορες άλλες τοποθεσίες. Στα πρώτα στάδια υλοποίησης κάθε αντικειμένου είναι υποχρεωτικό να παραμείνουμε προσηλωμένοι σε αυτό, αν δηλαδή πρέπει να σχεδιαστεί ένα κτίριο σχεδιάζεται αρχικά χωρίς να δοθεί σημασία στον περιβάλλοντα χώρο. ΄Οταν η ανάπτυξη του ολοκληρωθεί ή αν υπάρχει ομάδα εργασίας η οποία μπορεί να παραλληλοποιήσει τις εργασίες όταν θα έχουμε ένα προσχέδιο αυτού για τις εξωτερικές του διαστάσεις μπορούμε να προχωρήσουμε και στον σχεδιασμό του περιβάλλοντος χώρου. Επειδή ο περιβάλλον χώρος πολλές φορές είναι δύσκολο να μετρηθεί με ακρίβεια και επειδή είναι αρκετά πιθανό να μην υπάρχουν σχέδια και πληροφορίες για την σχεδιαστική ομάδα, η ομάδα σχεδιάζει το αντικείμενο ενδιαφέροντος και στη συνέχεια έχοντας το ως

62

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Θʹ. Ο ΠΡΟΤΕΙΝ ΟΜΕΝΟ῝ ΕΙΚΟΝΙΚ Ο῝ Κ ΟΣΜΟ῝

63

σημείο αναφορας συνεχίζει με τον περιβάλλων χώρο.

Θʹ.2

Στον περιβάλλων χώρο

Δεδομένης της δυσκολίας και του όγκου εργασίας για την μεταφορά αντικειμένων του πραγματικού κόσμου σε έναν εικονικό ο σχεδιαστής ή η ομάδα εργασίας θα πρέπει να σταθμίσει τι είναι αυτό που είναι σημαντικό να ενταχθεί στον εικονικό κόσμο παραμένοντας πιστό στο πραγματικό του πρωτότυπο καθώς και που μπορεί να κάνει εκπτώσεις. Συνήθως ο περιβάλλων χώρος επιδέχεται εκπτώσεων και αυτή είναι μία από τις λύσεις που ακολουθήθηκαν στην εργασία αυτή. ΄Ενας ακόμη σημαντικός λόγος που ωθεί τις ομάδες σχεδίασης σε αυτές τις εκπτώσεις είναι η συνολική πολυπλοκότητα του εικονικού κόσμου η οποία θα πρέπει με διάφορους τρόπους να συγκρατείται σε όσο το δυνατόν χαμηλότερα επίπεδα χωρίς να θυσιάζεται η ποιότητα του αντικείμενου ενδιαφέροντος. Ο περιβάλλων χώρος μπορεί να είναι μια γειτονιά, ένα φυσικό τοπίο ή στην περίπτωση μικρών πόλεων και χωριών, όπως συμβαίνει στα Ιόνια Νησιά, πολλές φορές και τα δύο μαζί.

Θʹ.2.1

Στον περιβάλλων χώρο - κτίρια

Στην περίπτωση όπου πλησίον του κτιρίου σχεδίασης βρίσκονται άλλα κτίρια τότε σχεδιάζονται απλά μοντέλα τους. Για να διατηρηθεί χαμηλή η πολυπλοκότητα τους και να ελαχιστοποιηθεί ο χρόνος σχεδίασης τους τα κτίρια σχεδιάζονται με απλούς γεωμετρικούς όγκους παραλείποντας λεπτομέρειες και στο τέλος επενδύονται με τις κατάλληλα επεξεργασμένες φωτογραφίες τους με τον τρόπο που έχει περιγραφεί σε προηγούμενα κεφάλαια ανεξαρτήτως λογισμικού. Στη συνέχεια τα κτίρια τοποθετούνται σε διάταξη που αντιστοιχεί στην πραγματική ώστε να μην αλλοιωθεί το πολεοδομικό σχέδιο και τοποθετούνται τα επίπεδα στα οποία κινείται ο χρήστης και τα οποία μπορεί να είναι οδόστρωμα, πεζοδρόμιο, χώμα, πλακόστρωτο κτλ.

Θʹ.2.2

Στον περιβάλλων χώρο - φυσικό τοπίο

Δεν είναι λίγες οι περιπτώσεις όπου αντικείμενα προς σχεδίαση είναι φυσικά τοπία ή γειτνιάζουν με αυτά. Στην περίπτωση αυτή για τον σχεδιασμό του φυσικού χώρου χρησιμοποιείται είτε κάποιο εργαλείο τρισδιάστατης σχεδίασης είτε το ίδιο το λογισμικό της δημιουργίας του εικονικού κόσμου αν αυτό διαθέτει τα κατάλληλα εργαλεία. Στην εργασία αυτή στις περισσότερες περιπτώσεις τα φυσικά τοπία σχεδιάστηκαν με το λογισμικό δημιουργίας εικονικών

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Θʹ. Ο ΠΡΟΤΕΙΝ ΟΜΕΝΟ῝ ΕΙΚΟΝΙΚ Ο῝ Κ ΟΣΜΟ῝

64

κόσμων Unity.

Θʹ.3

Ενοποίηση αντικείμενων

Λόγω της μεγάλης έκτασης του σχεδιαζόμενου εικονικού κόσμου και της ποικιλομορφίας που απαντάται σε αυτόν η ενοποίηση καθίσταται δύσκολη αλλά παραμένει αναγκαία. Από τις πρώτες μέρες της εργασίας μου πάνω στον εικονικό αυτό κόσμο ο ίδιος με οδήγησε σε δύο διαφορετικές συμπληρωματικές μεθόδους ενοποίησης. Στη πρώτη μέθοδο ενοποίησης ο χρήστης μπορεί να μεταβεί από το σημείο ενδιαφέροντος Α στο σημείο ενδιαφέροντος Β χωρίς να διακόψει την περιήγηση του στον εικονικό κόσμο καθώς τόσο το σημείο Α όσο και το Β αποτελούν μέρη αυτού. Για παράδειγμα, η απόσταση από το Λιστόν στα Ανάκτορα όχι μόνο είναι μικρή αλλά και γειτνιάζουν, ενώ στη συνέχεια η απόσταση από τα Ανάκτορα μέχρι το Νέο Φρούριο μπορεί να διαρκέσει μερικά λεπτά αλλά ενδέχεται να ενδιαφέρει τον εικονικό επισκέπτη ώστε να θέλει να ολοκληρώσει την μετάβαση του χωρίς να διακόψει την περιήγηση. Στη δεύτερη μέθοδο η ενοποίηση γίνεται με τη χρήση χάρτη όπου ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να δει πληροφορίες για τις τοποθεσίες που τον ενδιαφέρουν και να μεταβεί σε αυτές για εικονική περιήγηση και χρησιμοποιείται τόσο για την πρόσβαση σε απομακρυσμένες τοποθεσίες όσο και για την άμεση μετάβαση σε συγκεκριμένο αντικείμενο. Για να γίνει καλύτερα κατανοητό, η πόλη της Κέρκυρας έχει την τύχη να διασώζει μέχρι σήμερα ένα ιστορικό κέντρο αρκετά μεγάλης έκτασης και σημαντικού αρχιτεκτονικού αλλά και ιστορικού ενδιαφέροντος εντός του οποίου βρίσκονται πολλά αντικείμενα (κτίρια, μνημεία κτλ) που αξίζουν να ενταχθούν στον εικονικό κόσμο. Το γεγονός αυτό οδήγησε στην ανάγκη ενοποίησης ενός μεγάλου αριθμού αντικειμένων σχηματίζοντας έναν χώρο που οριοθετείται από το τρίγωνο της Ιονίου Ακαδημίας, του Παλαιού Φρουρίου και του Νέου Φρουρίου κλείνοντας μέσα του στη πλατεία Εσπιανάδα ή Σπιανάδα, το Λιστόν και μεγάλο μέρος του ιστορικού κέντρου της πόλης της Κέρκυρας (εικόνα Θ΄.1).

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Θʹ. Ο ΠΡΟΤΕΙΝ ΟΜΕΝΟ῝ ΕΙΚΟΝΙΚ Ο῝ Κ ΟΣΜΟ῝

65

Εικόνα Θ΄.1: Χάρτης στον οποίο απεικονίζεται το κέντρο της πόλης της Κέρκυρας Ο χρήστης μπορεί να μεταβεί στα επιμέρους αντικείμενα είτε μέσω του εικονικού κόσμου συνεχίζοντας την εικονική περιήγηση είτε εξερχόμενος αυτού να επιλέξει από τον χάρτη το αντικείμενο του ενδιαφέροντος ώστε να μεταβεί άμεσα.

Θʹ.4

Επιτυγχάνοντας καλύτερη εμβύθιση - Ζωντανεύοντας τον εικονικό κόσμο

Ο εικονικός κόσμος δεν είναι μόνο τα κτίρια και τα τοπία αλλά και οι άνθρωποι και οι ήχοι. Σε επόμενο στάδιο ανάπτυξης εικονικού χαρακτήρες θα κινούνται και αυτοί στον εικονικό κόσμο ενώ ο στόχος είναι αργότερα ο επισκέπτης να μπορεί να βλέπει τα avatars των άλλων επισκεπτών. Επίσης θα πρέπει να μελετηθεί το είδος των ήχων που επικρατούν σε κάθε μέρος του εικονικού κόσμου ώστε να μεταφερθούν ανάλογα. Για παράδειγμα αν κανείς διασχίσει το Λιστόν αργά το απόγευμα ή νωρίς το βράδυ το καλοκαίρι θα συναντήσει πολύ κόσμο

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Θʹ. Ο ΠΡΟΤΕΙΝ ΟΜΕΝΟ῝ ΕΙΚΟΝΙΚ Ο῝ Κ ΟΣΜΟ῝

66

και σίγουρα οι ομιλίες και ενδεχομένως και τα τραγούδια και οι μουσικές από παραδοσιακούς κανταδόρους ή πλανόδιους μουσικούς θα πλημμυρίσουν τα αυτιά του, αντίστοιχα στις παραλίες θα ακούγεται το κύμα, σε μια λιμνοθάλασσα κελάηδημα πουλιών κ.ο.κ. Μιλώντας για ήχους ακόμα και ο ήχος του βαδίσματος του χρήστη μπορεί να αποτελέσει σημαντική παράμετρο εμβύθισης ανάλογα με τη χρήση και τις μεταβολές του, π.χ. το βάδισμα σε πλακόστρωτο και το σε βάδισμα ξύλινο δάπεδο θα πρέπει να ακούγονται διαφορετικά.

Κεφάλαιο Ιʹ

Unity το παρόν κεφάλαιο παρουσιάζεται το λογισμικό Unity με το οποίο υλοποιήθη-

Σ Ιʹ.1

κε ο εικονικός κόσμος. Χρησιμοποιήθηκε η δωρεάν έκδοση της εφαρμογής και συγκεκριμένα η έκδοση 3.5.

Περιβάλλον εφαρμογής

Το περιβάλλον της Unity είναι αρκετά απλό και η εφαρμογή χαρακτηρίζεται από την ευχρηστία της. Στο πάνω μέρος της οθόνης διακρίνεται το βασικό μενού, στο κέντρο είναι ο χώρος σχεδίασης ενώ κάτω και δεξιά είναι ο χώρος για την διαχείριση των αντικειμένων (εικόνα Ι΄.1).

Εικόνα Ι΄.1: Το βασικό παράθυρο της εφαρμογής Unity.

67

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Ιʹ. UNITY

Ιʹ.2

68

Δημιουργία project

Για να δημιουργήσουμε ένα νέο project από το μενού ’File’ επιλέγουμε ’New Project¨, στο παράθυρο που ανοίγει μπορώ να ορίσω την θέση στην οποία θα αποθηκευθεί και τις βιβλιοθήκες που θέλω να εισάγω, επιλέγω την βιβλιοθήκη ’Character Controller’ με την οποία μπορώ να δημιουργήσω τον εικονικό χαρακτήρα που χρειάζομαι για την περιήγηση στον εικονικό κόσμο. Μπορώ να προσθέσω και άλλες όπως για παράδειγμα φώτα αλλά θα αρκεστώ σε αυτό τώρα καθώς μπορώ να τα προσθέσω και στη συνέχεια και θα πατήσω το κουμπί ’Create’ για να ολοκληρώσω τη διαδικασία (εικόνα Ι΄.2)

Εικόνα Ι΄.2: Δημιουργία εφαρμογής εικονικού κόσμου.

Ιʹ.3

Εισαγωγή τριδιάστατων μοντέλων

Θεωρώντας ότι έχω εξάγει τα μοντέλα μου σε μορφή κατάλληλη για την εισαγωγή τους στην Unity (*.3ds, *.obj, *.fbx) επιλέγω το αρχείο από το περιβάλλον διαχείρισης αρχείων του λειτουργικού συστήματος και το σέρνω στο παράθυρο της Unity για να το αποθέσω (drag drop) στην καρτέλα ’Project¨. Αφού φορτώσει τα αντικείμενα μπορούμε στην καρτέλα αυτή να δούμε, εκτός από τα ’Standard Assets’ που εισάγαμε κατά τη δημιουργία, το σετ αντικειμένων που επιλέξαμε, τα textures και τα materials που το συνοδεύουν (εικόνα Ι΄.3).

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Ιʹ. UNITY

69

Εικόνα Ι΄.3: Εισαγωγή 3D αντικειμένων. Μετά την εισαγωγή των αντικειμένων μπορώ να θέσω τις ρυθμίσεις τους αφού τα επιλέξω από στην καρτέλα ’Project¨. ΄Οταν επιλέγω ένα αντικείμενο οι ρυθμίσεις του εμφανίζονται στα δεξιά του παραθύρου, στην καρτέλα ’Inspector¨. Φροντίζω το ’Scale Factor’ των αντικειμένων να είναι 1, ενεργοποιώ την επιλογή ’Mesh Compression¨, ’Optimize Mesh’ και ’Generate Colliders¨, οι ’Colliders’ δημιουργούν στα αντικείμενα τις συγκρούσεις ώστε ο εικονικός χαρακτήρας να μπορεί να σταθεί πάνω σε αντικείμενα και να μην μπορεί να διέλθει από αυτά, τέλος πατάω ’Apply’ (εικόνα Ι΄.4).

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Ιʹ. UNITY

70

Εικόνα Ι΄.4: Ρυθμίσεις αντικειμένων (1). Στη συνέχεια μπορώ να σύρω τα αντικείμενα που θέλω στην καρτέλα αριστερά με τίτλο ’Hierarchy’ ώστε να τα εισάγω στον εικονικό κόσμο (εικόνα). Επιλέγω το σετ αντικειμένων που σχεδίασα και τον ’First Person Controller¨. Επιλέγοντας τώρα ένα αντικείμενο, από την

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Ιʹ. UNITY

71

καρτέλα ’Hierarchy’ ή από τον χώρο σχεδίασης της σκηνής μπορώ στον ¨τλΙνσπεςτορ’ να θέσω κάποιες επιπλέον επιλογές όπως την θέση του στον χώρο και το ’texture’ που χρησιμοποιείται όπως φαίνεται στην εικόνα Ι.΄5.

Εικόνα Ι΄.5: Ρυθμίσεις αντικειμένων (2).

Ιʹ.4

Δημιουργία φωτός

Στη συνέχεια σειρά έχει η εισαγωγή φωτισμού, από το μενού ’Edit’ επιλέγω ’Render Settings’ για να εμφανιστούν οι σχετικές επιλογές στον ’Inspector’ στα αριστερά του παραθύρου. Στην επιλογή ’Ambient Light’ κάνοντας κλικ στο πλαίσιο με το χρώμα που υποδεικνύεται στην εικόνα εμφανίζεται το παράθυρο με την ένδειξη ’Color’ όπου με το ποντίκι τοποθετώ τον κύκλο στο λευκό (εικόνα Ι΄.6).

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Ιʹ. UNITY

72

Εικόνα Ι΄.6: Δημιουργία φωτός.

Ιʹ.5

Τοποθέτηση ουρανού

Κάτω από την επιλογή ’Ambient Light’ υπάρχει η επιλογή ’Skybox Material’ με το οποίο μπορώ να τοποθετήσω υλικό στον ουρανό του εικονικού κόσμου. Επιλέγοντας την θα δω όλα τα διαθέσιμα εντός του project materials. Η Unity διαθέτει έτοιμα κάποια βασικά materials για το σκοπό αυτό, για να τα εισάγω επιλέγω από το βασικό μενού ’Assets¨, ’Import Package’ ’Skyboxes’ και στο παράθυρο που εμφανίζεται (εικόνα) πατάω ’Import’ όπως φαίνεται στην εικόνα Ι΄.7.

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Ιʹ. UNITY

73

Εικόνα Ι΄.7: Τοποθέτηση ουρανού. Επιστρέφοντας στην επιλογή ’Skybox Material’ μπορώ τώρα να επιλέξω το υλικό που επιθυμώ.

Ιʹ.6

Προεπισκόπηση και εξαγωγή εικονικού κόσμου

Μπορώ ήδη να δω πως θα είναι ο εικονικός κόσμος αν πατήσω στην καρτέλα ’Game’ πάνω από τον χώρο σχεδίασης (εικόνα Ι΄.8) και να περιηγηθώ χρησιμοποιώντας το ποντίκι και το πληκτρολόγιο.

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Ιʹ. UNITY

74

Εικόνα Ι΄.8: Προεπισκόπηση εικονικού κόσμου. Αφού δημιουργήσω τον κόσμο πρέπει στη συνέχεια να τον εξάγω για να γίνει επισκέψιμος. Η Unity προσφέρει την δυνατότητα εξαγωγής σε εκτελέσιμο αρχείο για πλατφόρμες Windows PC και MAC, δημιουργία Flash, δημιουργία εφαρμογής για φορητές συσκευές ή παιχνιδομηχανές καθώς και σε μορφή κατάλληλη για εκτέλεση μέσα από τον φυλλομετρητή (browser). Η εξαγωγή γίνεται από το μενού ’File’ επιλέγοντας ’Build Settings’ όπου θα εμφανιστεί το παράθυρο που φαίνεται στην εικόνα Ι΄.9.

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ Ιʹ. UNITY

Εικόνα Ι΄.9: Ρυθμίσεις αντικειμένων (1). Περισσότερα για τη Unity μπορείτε να διαβάσετε στο εγχειρίδιο της εφαρμογής [11].

75

Κεφάλαιο ΙΑʹ

Προκλήσεις ΑΡ΄ΟΛΗ την τεχνολογική πρόοδο και την εξέλιξη στον χώρο της εικονικής πραγ-

Π

ματικότητας οι εικονικοί κόσμοι βρίσκονται ακόμη σε ενεργή διαδικασία εξέλιξης στην προσπάθεια να γίνουν όσο το δυνατόν περισσότεροι ρεαλιστικοί. Καθ΄Α

όλη τη διάρκεια ανάπτυξης βρέθηκα αντιμέτωπος με πολλές προκλήσεις και διάφορα προβλήματα όπως η φιλικότητα προς τον χρήστη αλλά και τεχνολογικές και τεχνικές δυσκολίες που συνοδεύουν τέτοια εγχειρήματα τα οποία θα περιγραφούν σε αυτό το κεφάλαιο.

ΙΑʹ.1

Πιστότητα και απόδοση

΄Ηδη έχει δειχθεί το πρόβλημα της πιστότητας (fidelity) και της απόδοσης (performance) του εικονικού κόσμου σε συνθήκες πραγματικού χρόνου (real time rendering), στο σημείο αυτό δυστυχώς σπάνια και μόνο σε πάρα πολύ μικρό βαθμό μπορούμε να θυσιάσουμε την απόδοση για χάρη της πιστότητας, αντιθέτως η πιστότητα είναι αυτή που καλείται να θυσιαστεί. Ο σχεδιαστής εδώ καλείται να ισορροπήσει την ποιότητα και την απόδοση λαμβάνοντας υπόψη το είδος της εφαρμογής, τους χρήστες και τις απαιτήσεις τους αλλά και τις πλατφόρμες στις οποίες ο εικονικός κόσμος θα εκτελεστεί.

ΙΑʹ.2

Φωτορεαλισμός

Στο φωτορεαλισμό συμβάλλουν οι υφές, τα χρώματα και οι φωτοσκιάσεις. Η χρήση φωτός και σκιών αν και απαραίτητη έχει ισχυρό αντίκτυπο στην απόδοση αλλά η χρήση των κατάλληλων 76

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ ΙΑʹ. ΠΡΟΚΛ ΗΣΕΙ῝

77

υφών που προέρχονται από φωτογραφίες του πραγματικού κόσμου μπορούν να βελτιώσουν το αισθητικό αποτέλεσμα χωρίς να επιβαρύνουν ιδιαίτερα την απόδοση. Στην εργασία αυτή σχεδόν όλα τα τρισδιάστατα μοντέλα που σχεδιάστηκαν επενδύθηκαν με τις φωτογραφίες τους ώστε να αποδοθούν σωστά οι υφές και τα χρώματα τους. Για τις φωτοσκιάσεις έχουν χρησιμοποιηθεί οι προεπιλεγμένες ρυθμίσεις των προγραμμάτων.

ΙΑʹ.3

Εμβύθιση χρήστη

Ο όρος χρησιμοποιείται για να δηλώσει την δημιουργία της αίσθησης του πραγματικού κόσμου στον χρήστη κατά την παραμονή του στον εικονικό. Η εμβύθιση δεν θα ήταν δυνατή χωρίς τα τριδιάστατα γραφικά και συνεισφέρει σε αυτήν η υψηλή ανάλυση και ποιότητα των αντικειμένων. Επίσης σημαντικός για την εμβύθιση είναι ο ήχος. Προτείνεται η λήψη ήχων από το περιβάλλον που πρόκειται να αποδοθεί στον εικονικό κόσμο αλλά και η δημιουργία ηχητικών συμβάντων που συνδέονται με τον χρήστη και τον ψηφιακό του χαρακτήρα (avatar), όπως για παράδειγμα η χρήση του ήχου των βημάτων όταν αυτός θα βαδίζει.

ΙΑʹ.4

Διάδραση χρήστη

Εύκολα παρατηρεί κάποιος όταν παρακολουθεί άλλους, ειδικά μη εξοικοιωμένους χρήστες, ότι πολλές φορές αντιμετωπίζουν δυσκολία στην περιήγηση τους στον εικονικό κόσμο. Αντίστοιχα πολλές δυσκολίες αντιμετωπίζουν τα μικρά παιδιά αλλά και οι ηλικιωμένοι. Θεωρούμε δεδομένο ότι ο εικονικός κόσμος θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν περισσότερο φιλικός και προσβάσιμος στον χρήστη, στην κατεύθυνση αυτή γίνεται έρευνα που αφορά στην διεπαφή και την διάδραση του χρήστη με τον εικονικό κόσμο. Αντίστοιχη προσοχή θα έπρεπε να δοθεί και σε άτομα με προβλήματα όρασης.

ΙΑʹ.5

Δικτυακές εφαρμογές πολλών χρηστών

Στην περίπτωση δικτυακών εφαρμογών πολλών χρηστών υπάρχει πλήθος προβλημάτων τα οποία έχουν να κάνουν με το γεγονός ότι οι κόμβοι των χρηστών μοιράζονται πληροφορίες για την κατάσταση της εφαρμογής όπως για παράδειγμα η θέση κάθε χρήστη στον εικονικό κόσμο. Το πρόβλημα εντείνεται όσο αυξάνει ο αριθμός των χρηστών και αναλόγως με το

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ ΙΑʹ. ΠΡΟΚΛ ΗΣΕΙ῝

78

είδος της εφαρμογής θα πρέπει να υιοθετηθούν κάποιες λύσεις. Για να γίνουμε περισσότερο συγκεκριμένοι το πρόβλημα μπορεί να περιγραφεί ως πρόβλημα συνέπειας της πληροφορίας που μοιράζονται οι κόμβοι και ως πρόβλημα ανταπόκρισης [12].

ΙΑʹ.5.1

Συνέπεια - Consistency

Με τον όρο συνέπεια εννοειται ότι θα πρέπει κάθε στιγμή όλοι οι κόμβοι να διαθέτουν την ίδια πληροφορία, για να ισχύει αυτό θα πρέπει το δίκτυο να διαθέτει παρέχει υψηλό εύρος ζώνης, χαμηλή χρονοκαθυστέρηση και ο αριθμός των συμμετεχόντων κόμβων να είναι περιορισμένος.

ΙΑʹ.5.2

Ανταπόκριση - Responsiveness

Ο όρος ανταπόκριση χρησιμοποιείται για να περιγράψει την διαδικασία εκτέλεσης ενεργειών του χρηστη ως προς την εφαρμογή καθώς και τον χρόνο που αυτή χρειάζεται για να τις φέρει εις πέρας. Η απαιτούμενη ανταπόκριση διαφέρει ανάμεσα στα είδη των εφαρμογών αλλά στις εφαρμογές εικονικής πραγματικότητας και ψυχαγωγικού λογισμικού πρέπει, στις περισσότερες των περιπτώσεων, να ειναι άμεση. Η ανταπόκριση εμπλέκεται με τη συνέπεια λόγω του γεγονότος ότι για να προχωρήσει σε μια ενέργεια ένας κόμβος θα πρέπει, αν απαιτούμενο είναι να ισχύει και η συνέπεια, να περιμένει να λάβει την πληροφορία που τον αφορά. Για τον λόγο αυτό πολλές φορές για να επιτευχθεί γρήγορη ανταπόκριση θυσιάζεται η συνέπεια ή αντιστρόφως αν η συνέπεια ήταν απαραίτητη, υποχρεωτικά η ανταπόκριση θα υποβαθμιζόνταν. Συνοψίζοντας τα παραπάνω η υψηλή ανταπόκριση απαιτεί οι κόμβοι να είναι ¨χαλαρά’ συνδεδεμένοι μεταξύ τους και περισσότερους υπολογισμούς οι οποίοι περιορίζουν τις απαιτήσεις σε εύρος ζώνης και χρονοκαθυστέρηση. Για τη βελτίωση της ανταπόκρισης χωρίς σημαντική υποβάθμιση της συνέπειας υπάρχουν αρκετές διαφορετικές προσεγγίσεις που αναλύονται παρακάτω.

ΙΑʹ.5.2.1

Υπολογισμός στίγματος - Dead Reckoning

Οι αλγόριθμοι υπολογισμού στίγματος χρησιμοποιούνται για να διατηρήσουν τη ανταπόκριση σε υψηλά επίπεδα χωρίς να θυσιάσουν τη συνέπεια η οποία επηρεάζεται από τις καθυστερήσεις του δικτύου και στόχος τους είναι να προβλέψουν τη θέση ενός αντικειμένου. Κατά διαστήματα οι κόμβοι ανταλλάσουν πληροφορία για τη θέση των αντικειμένων, αν η υπολογισμένη θέση αποκλίνει από την πραγματική γίνεται διόρθωση. Οι αλγόριθμοι υπολογισμού στίγματος χρησιμοποιούνται σε παιχνίδια πολλών χρηστών και η συνέπεια τους εξαρτάται από τη διαφορά

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ ΙΑʹ. ΠΡΟΚΛ ΗΣΕΙ῝

79

της υπολογισμένης θέσης με την πραγματική[13].

ΙΑʹ.5.2.2

Τοπικά φίλτρα αντίληψης - Local Perception Filters

Οι αλγόριθμοι αυτοί εκμεταλλεύονται την περιορισμένη αντίληψη των χρηστών για να βελτιώσουν την ανταπόκριση, με την προσέγγιση αυτή αντικείμενα που βρίσκονται μακριά από τον χρήστη και άρα οι πιθανότητες αλληλεπίδρασης μαζί τους είναι λίγες, απεικονίζονται στην τελευταία γνωστή κατάσταση ή θέση η οποία ενδέχεται να διαφέρει από την πραγματική ενώ όσο πιο κοντά βρίσκεται τόσο πιο πρόσφατη θα πρέπει να είναι η πληροφορία που το αφορά[14].

ΙΑʹ.5.2.3

Συγχρονισμένη προσομείωση - Synchronized Simulation

Διαχωρίζοντας τα αντικείμενα σε ενεργά και παθητικά είναι εύκολο να υπολογιστεί η κατάσταση των παθητικών χωρίς να χρειάζεται ανταλλαγή πληροφοριών για αυτά αρκεί οι κόμβοι να είναι συγχρονισμένοι. Ως ενεργά ορίζονται τα αντικείμενα τα οποία παρουσιάζουν συμπεριφορά η οποία εξαρτάται από εξωτερικούς παράγοντες όπως για παράδειγμα ένας εικονικός χαρακτήρας ο οποίος ελέγχεται από τον χρήστη ενώ ως παθητικά ορίζονται τα αντικείμενα των οποίων η συμπεριφορά είναι προκαθορισμένη ακόμη και αν επηρεάζεται από την αλληλεπίδραση με ενεργά αντικείμενα. Με τη μέθοδο αυτή η ανταλλαγή πληροφοριών περιορίζεται κυρίως στα ενεργά αντικείμενα[15].

Κεφάλαιο ΙΒʹ

Συμπεράσματα ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΗ μεθοδολογία αποδεικνύεται ιδιαίτερα αποτελεσματική για τη

Η

δημιουργία εικονικών κόσμων που περιλαμβάνουν ανθρωπογενές και φυσικό περιβάλλον μεγάλης έκτασης. Η επιλογή της έγινε με κριτήρια την πιστότητα των

ψηφιακών αντιγράφων στα πρωτότυπα, όταν αυτά αποτελούν σημεία ιδιαίτερου ενδιαφέροντος, διατηρώντας όμως με την απαραίτητη γενίκευση των υπολοίπων τις υπολογιστικές απαιτήσεις αλλά και τον χρόνο υλοποίησης σε διαχειρίσιμα επίπεδα. Η διαδικασία που ακολουθήθηκε παράγει ρεαλιστικές αναπραστάσεις τμημάτων του πραγματικού κόσμου σε βαθμό που οι χρήστες μπορούσαν να αναγνωρίσουν τα αναπαριστώμενα σημεία χωρίς άμεση σύγκριση, βλέποντας μόνο τον εικονικό κόσμο ήταν σε θέση να αναγνωσίσουν τα περισσότερα αντικείμενα τα οποία είχαν κατά το παρελθόν επισκεφθεί. ΄Εμφαση δόθηκε στην κλιμακωσιμότητα του εικονικού κόσμου καθώς πρόκειται για ένα μεγάλης έκτασης εγχείρημα το οποίο είναι δυνατο να επεκταθεί συμπεριλαμβάνοντας περισσότερα σημεία ενδιαφέροντος. Η ενσωμάτωση ενός γεωγραφικού συστήματος πληροφοριών απεδείχθη πολύτιμη τόσο λόγω της έκτασης του εικονικού κόσμου αλλά και λόγω των γεωγραφικών του ιδιαιτεροτήτων καθότι πρόκειται για νησιωτικό χώρο. Τέλος αναγνωρίστηκαν σημαντικές ερευνητικές προσπάθειες και οι κατευθύνσεις στις οποίες κινούνται ώστε οι εικονικοί κόσμοι να προσομοιώσουν ακόμη καλύτερα τη φυσική πραγματικότητα όσο το δυνατόν πιο αυτοματοποιημένα και αποδοτικά καθώς και να γίνουν περισσότερο φιλικοί προς τους χρήστες.

80

Βιβλιογραφία [1] WikiBooks., AutoCAD,http://en.wikibooks.org/wiki/AutoCAD. [2] Λουλάκης Χρόνης, 3DS MAX DESIGN ΟΔΗΓΟΣ ΕΚΜΑΘΗΣΗΣ ΓΙΑ ΚΤΙΡΙΑΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ, ΛΟΥΛΑΚΗΣ ΠΟΛΥΧΡΟΝΗΣ ΚΑΙ ΣΥΝ Ε.Ε. ISBN: 978-960-89059-93 [3] Peter K. Allen, Ioannis Stamost, A. Troccoli, B. Smith, M. Leordeanut, Y.C.Hsu, 3D Modeling of Historic Sites Using Range and Image Data, Proceedings of the 2003 IEEE Conference on Robotics Automation Taipei, Taiwan, September 11-19, 2003.

[4] Marc Pollefeys, Reinhard Koch, Maarten Vergauwen, Luc Van Gool, Virtualizing Archaeological Sites, Proceedings of the 2003 IEEE Conference on Robotics Automation Taipei, Taiwan, September 11-19, 2003.

[5] Xiao, J., Fang, T., Zhao, P., Lhuillier, M., Quan, L., Image-based Street-side City Modeling, ACM Trans. Graph. 28, 5, Article 114 (December 2009).

[6] Clifford So George Bach, Hanqiu Sunt, Reconstruct ion of 3D Virtual Buildings from 2D Architectural Floor Plans, 01998 ACM l-58113-019-8/9 8/O Oll/.

[7] Xuetao Yin, Wonka, P., Razdan, A., Generating 3D Building Models from Architectural Drawings: A Survey, Published in: Computer Graphics and Applications, IEEE (Volume:29 , Issue: 1 ) Date of Publication: Jan.-Feb. 2009 Page(s): 20-30 ISSN : 0272-1716.

[8] Sinha S., Steedly D., Szeliski R., Agrawala M., Pollefeys M., Interactive 3D Architectural Modeling from Unordered Photo Collections, ACM Trans. Graph. 27, 5, Article 159 (December 2008), 10 pages.

81

Βιβλιογραφία

82

[9] Martin Kada, Automatic Generalisation of 3D Building Models, ISPRS Commission IV, WG IV/3.

[10] Wikipedia, Jaron Lanier, https://en.wikipedia.org/wiki/Jaron Lanier [11] Unity, Manual, http://docs.unity3d.com/Documentation/Manual/index.html [12] Jouni Smed, Harri Hakonen, Algorithms and Networking for Computer Games, Wiley 2006.

[13] Lothar Pantel, Lars C. Wolf, On the Suitability of Dead Reckoning Schemes for Games, NetGames2002, April 16-17, 2002, Braunschweig, Germany, ACM 1-58113-4932/02/0004.

[14] Jouni Smed, Henrik Niinisalo, Harri Hakonen, Realizing the bullet time effect in multiplayer games with local perception filters, Elsevier, Computer Networks Volume 49, Issue 1, 15 September 2005, Pages 27b•“37.

[15] Marko Meister and Charles A. Wuthrich, On Synchronized Simulation in a Distributed Virtual Environment, in WSCG 2001 Conference Proceedings.