3D modelování rekonstrukce historických komplexů v kontextu okolní krajiny

Mendelova univerzita v Brně Provozně ekonomická fakulta

3D modelování rekonstrukce historických komplexů v kontextu okolní krajiny Diplomová práce

Vedoucí práce: Mgr. Jitka Machalová, Ph.D.

Vypracovala: Bc. Eva Hodaňová

2010

Volná strana pro zadání

2

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Geografické aplikace malých obcí vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury.

V Brně 22. 5. 2010

……………………….

3

PODĚKOVÁNÍ Tímto bych chtěla poděkovat vedoucí mé diplomové práce Mgr. Jitce Machalové, Ph.D. za odborné vedení, čas, který věnovala této práci, a za veškerou pomoc.

4

ABSTRACT Hodaňová, E. 3D reconstruction of historicals objects in kontext with surrounding scene. Diploma thesis: Brno, 2010 This thesis deal with reconstruction of historical object swimmingpool. Is based on 3D modeling with usage geographical information systems. This paper use measure data of present komplex and historical photos and statements of witness. Key words: 3D modeling, GIS, image format ABSTRAKT Hodaňová, E. 3D rekonstrukce historických objektů v kontextu okolní krajiny. Diplomová práce: Brno, 2010 Tato práce pojednává o rekonstrukci historického komplexu damnického koupaliště. Jsou zde principy 3D modelování s využitím geografických informačních systémů. Tato práce vychází z naměřených dat nynějšího komplexu, historických fotografií a výpovědí pamětníků. Klíčová slova: 3D modelování, GIS, formáty obrazu

5

OBSAH 1

ÚVOD A CÍLE PRÁCE ................................................................................................. 8 1.1 Úvod ...................................................................................................................... 8 1.2 Cíle ......................................................................................................................... 9

2

TEORETICKÁ ČÁST .................................................................................................. 10 2.1 Vlastnosti digitálního obrazu........................................................................... 10 2.1.1 Barevné modely........................................................................................... 10 2.1.2 Chromatický diagram ................................................................................ 11 2.1.3 Obrazové formáty ....................................................................................... 13 2.1.4 Komprese dat............................................................................................... 15 2.2 Animace............................................................................................................... 18 2.2.1 Nízkoúrovňová animace............................................................................ 20 2.2.2 Vysokoúrovňová animace ......................................................................... 20 2.3 Geografické informační systémy ..................................................................... 21 2.3.1 Souřadný systém......................................................................................... 23 2.3.2 Reprezentace povrchu................................................................................ 24 2.3.3 Interpolační metody ................................................................................... 25

3

POSTUP PRÁCE A POUŽITÉ APLIKACE ..................................................................... 29 3.1 Postup práce ....................................................................................................... 29 3.2 ArcGIS ................................................................................................................. 29 3.3 Adobe................................................................................................................... 32 3.3.1 Adobe Photoshop........................................................................................ 32 3.3.2 Adobe After Effetcs..................................................................................... 34 3.4 Rhinoceros, Flamingo........................................................................................ 35 3.4.1 Rhinoceros.................................................................................................... 35 3.4.2 Flamingo....................................................................................................... 36

4

VLASTNÍ PRÁCE ...................................................................................................... 38 4.1 Tvorba 3D modelu ............................................................................................. 38 4.1.2 Kolorování fotografií .................................................................................. 38 4.1.2 Modelování objektu.................................................................................... 43 4.2 3D model a okolní krajina................................................................................. 48 4.2.1 Model terénu ............................................................................................... 48 4.2.1.1 Výškový model .................................................................................... 48 6

4.2.1.2 Bodové vrstvy....................................................................................... 49 4.2.1.3 Liniové vrstvy....................................................................................... 50 4.2.1.4 Polygonové vrstvy ............................................................................... 51 4.3 Tvorba výstupního videa.................................................................................. 52 5

DISKUSE A ZÁVĚR ................................................................................................... 56 5.1 Diskuse ................................................................................................................ 56 5.2 Závěr .................................................................................................................... 56

6

LITERATURA ........................................................................................................... 58

7

1 Úvod a cíle práce 1.1 Úvod V dnešní době moderní technologie nejen usnadňují, ale a přispívají ke zkvalitnění volnočasových aktivit, ale i umožňuji takové postupy, o kterých se nám dříve mohlo jen zdát. V posledních letech se hodně rozvinula animace a 3D modelování. Tyto principy se používají jak ve filmu tak i v architektuře, stavebnictví Součástí této práce je využití moderních technologií pro rekonstrukci historického areálu. Damnické koupaliště vzniklo okolo roku 1925. Tento objekt vybudovali původní němečtí obyvatelé a sloužil jako městské lázně pro přilehlé okolí. Po odsunu Němců po druhé světové válce došlo k zabrání majetku těchto vystěhovalců, a tak se stalo toto koupaliště majetkem obce. Koupaliště sice přežilo mnoho změn v průběhu 20. století druhou světovou válku, vystěhování Němců, nové obyvatele, komunistický režim, sametovou revoluci, ale všechny historické proměny času zde zanechaly své stopy. Bohužel stavební plány ani jiné materiály se po všech těchto událostech nedochovaly. V dnešní době tento objekt patří stále obci, ale jelikož se nikdo o tento komplex nestaral zhruba od roku 1938, koupaliště v průběhu let zchátralo a jediné, co z význačného komplexu v této oblasti zbylo, jsou chátrající pozůstatky budov a bazénu samotného.

Obrázek 1: Současná a historická fotografie komplexu (Damnitz, 2009)

K naplnění bazénu se dříve využívala podzemní voda, která se nachází pod celými Damnicemi. V současnosti jsou již artéské prameny slabé a z toho důvodu nefungují systémy výměny vody, jenž udržovaly bazén čistý. Obec

8

zvažuje rekonstrukci těchto prvorepublikových lázní a chtěla by zachovat původní podobu tohoto zajímavého objektu.

1.2 Cíle Cílem této práce je vytvořit 3D model komplexu (v současnosti velmi zchátralého) damnického koupaliště. Zobrazit stávající zchátralé koupaliště tak, jak vypadalo v době jeho provozování před 2. světovou válkou a tím umožnit obci rozhodnout, zda tento objekt rekonstruovat a investovat velkou částku z obecního rozpočtu. Protože v současnosti stojí jen zbytky původních lázní, bylo potřeba pomocí výpovědí starších občanů Damnic zjistit přibližnou podobu bývalého komplexu. Dále získat staré fotografie z doby provozu koupaliště.

9

2 Teoretická část 2.1 Vlastnosti digitálního obrazu 2.1.1 Barevné modely RGB: je založen na míchání tří barev červené (red), zelené (green) a modré (blue). Kombinaci těchto barev lze vyjádřit vektorem jehož složky mohou nabývat hodnot 0 až 255. RGB je založen na tzv. aditivním skládáním barev (čím vyšší číslo jednotlivých složek, tím je světlejší barva). Tento model je vhodný pro monitory. Hodnota 0 znamená, že složka není zastoupena, maximální hodnota indikuje, že složka nabývá své největší intenzity (Žára, Felkel, Beneš, 1998). Každá složka je interpretována 256 odstíny jednotlivé barvy, což je přibližně 16 000 000 kombinací. Když jsou složky zobrazeny v plné intenzitě, pak je výsledná barva bílá. Pokud jsou barvy nulové, tak získáme černou. Podobně získáme

stupně šedi skládáním všech tří barev se shodnou,

postupně se snižující intenzitou. Kdybychom však chtěli převést různobarevný obraz na šedotónový, nemůžeme jeho barvy nahradit odstíny šedi získanými prostým průměrem ze tří základních barev. Lidské oko vnímá různým způsobem intenzitu jednotlivých barevných složek (nejcitlivější je na zelenou). Takže celkový jas je třeba vyjádřit jako I=0.299R + 0.587 G + 0.114 B (Žára, Felkel, Beneš, 1998). RGB je často vyjadřován v podobě jednotkové krychle, která má počátek souřadnic u červené barvy [1,0,0] a vrchol má u barvy bílé [1,1,1]. Vrcholy krychle, které náleží osám, jsou zastoupeny základními barvami. Tento model se někdy vyskytuje rozšířený o složku A (alfa kanál). Tato poslední složka zaznamenává průhlednost. Ta je určena v rozmezní 0 – 1. Tento údaj určuje v jakém poměru se smíchá s barvou bodu na pozadí. Nula znamená neprůhlednou barvu pixelu a hodnota jedna zcela průhlednou.Tento model je nejčastěji používán při kombinování obrazu do jednoho celku. CMY, CMYK – tento model je založen na subtraktivním skládání barev. Což znamená, že při plné intenzitě všech barev vznikne černá. Tento způsob míchání barev je bližší lidskému chápání, a proto ho využívají například malíři, při sestavování nových odstínů. Tyto technika skládání barev se využívá v dnešní době nejvíce při tisku. 10

Model je rozdělen na tyto základní barvy: tyrkysovou (C cyan), fialovou (M magenta), žlutou (Y yellow) a černou (K black).Převod mezi modely

RGB

a CMY není složitý. Stačí použít odčítání matic. Při tisku se barvy vytváří jako složení tří obrazů do jednoho, který je tvořen základními složkami. Tyto barvy se úplně nekryjí, a proto smícháním všech elementů vznikne tmavě hnědá, ale ne požadovaná černá barva. Proto byl vytvořen model CMYK, kde je přidána černá jako základní složka. HSV a HLS nevyužívají jako základní složky barvu na rozdíl od předešlých, ale barevný tón (H hue), sytost (S saturation) a jasovou hodnotu (V value). Barevný tón označuje převládající spektrální barvu, sytost určuje příměs jiných barev a jas je dán množstvím bílého světla. Pro prostorové zobrazení modelu se nepoužívá krychle, nýbrž šestiboký jehlan, jehož vrchol leží v počátku soustavy souřadnic HSV. Souřadnice s a v se mění od 0 do 1, souřadnice h prezentuje úhel, který nabývá hodnot z intervalu <0°, 360°> (Žára, Felkel, Beneš, 1998). Model HSV obsahuje několik nedostatků: nesymetrii z hlediska jasu , při vodorovném řezu se bod při změně nepohybuje po kružnici, ale po šestiúhelníku. Některé nedostatky tohoto modelu řeší HLS, který používá jako základní složku světlost (L, lightness). V tomto modelu je jehlan nahrazen dvojicí kuželů. Tento model odpovídá nejvíce skutečnosti. Schopnost lidského oka rozlišit barvy vzniká jak při velkém ztmavení, tak i zesvětlení. YUV je používán při přenosu televizního signálu. Pro stejné účely byl zaveden model YIQ a také model YCBCR pro zpracování videozáznamů. Tyto modely mají oddělenu jasovou složku od barevné.

2.1.2 Chromatický diagram Lidské oko je citlivé na určité vlnové délky světla. Mozek zaznamenává informace od receptorů, které vnímají jednotlivé barva a z těchto dat je složena barva. Každý člověk vnímá barvu subjektivně. Aby bylo možné barvy měřit a vyjadřovat bez ohledu na subjektivitu lidského vnímání, byl v roce 1931 vytvořen mezinárodní standard základních barev. Jeho součástí je tzv. Chromatický diagram CIE (CIE je zkratka Mezinárodní komise pro osvětlení – Commisision Internationale de L’Éclairage (Žára, Felkel, Beneš, 1998). 11

Standardní kolorimetrický pozorovatel CIE 1931 je složen z color matching funkcí x(λ), y(λ) a z(λ). Tyto funkce určují trojici čísel, které nám umožňují porovnat barvy podnětů. Barevný

podnět

je

světlo

vyzařované,

odražené

či

propouštěné

pozorovaným objektem, na které naše oči reagují (tj. díky kterému daný objekt vidíme). Toto světlo má jisté spektrální rozložení energie, které se dá popsat pomocí funkce f(λ), kde lambda je vlnová délka světla. Jednoduše řečeno, tato funkce udává, jak moc které vlnové délky je v tomto světle obsaženo (Měření a míchání barev, 2010). V větším množství případů můžeme ignorovat jas barvy a použít pouze její barevnost neboli chromatičnost. Toho je možné dosáhnout normalizací. Označíme-li si tyto složky jako A, B, C, pak je lze zapsat x=A/A+B+C y=B/A+B+C z=C/A+B+C. Toto nám umožní určit barvu jen pomocí dvou složek, protože x+y+z=1. Proto můžeme všechny barvy reprezentovat dvourozměrným diagramem. Křivka, která v tomto diagramu ohraničuje viditelné spektrum se nazývá chromatický diagram. Z tvaru tohoto grafu není možné určit tři základní barvy, které by obsáhly celý diagram. Z tohoto důvodu není možné zaznamenat všechny reálné barvy počítačem. Různá technická zařízení mívají odlišné základní barvy, čemuž odpovídají různé polohy a velikosti trojúhelníků barevných rozsahů. Porovnáním těchto trojúhelníků můžeme porovnávat barevné možnosti různých zařízení, například monitorů. Z uvedeného je také zřejmé, že obraz popsaný v modelu RGB nemusí být stejně vytištěn na tiskárně v režimu CMYK. Barevné rozsahy těchto zařízení jsou odlišně a i přes výpočetní korekce dochází ke ztrátám či posunům barev (Žára, Felkel, Beneš, 1998).

12

Obrázek 2: Chromatický diagram. Barvy jsou pouze přibližné, protože podnět s touž chromaticitou se nám jeví pokaždé jinak v závislosti na pozorovacích podmínkách a dále také ani monitor ani tiskárna nedokáže zobrazit všechny viditelné barvy (Měření a míchání barev, 2010)

2.1.3 Obrazové formáty Obrazové formáty nám určují způsob uložení příslušných dat. Tyto formáty se dají rozdělit do tří hlavních skupin. Vektorové: Tento formát nepopisuje jednotlivé body (pixely), ale množiny bodů, které mají nějakou společnou vlastnost, jež se dá popsat matematickými funkcemi (rovnicemi) (Stýblo, 2006). Vektorově uložená data nejsou citlivá na zvětšení. Tedy nedochází ke zhoršování kvality snímku. Takto uchovávané informace nezabírají mnoho paměti. Tento způsob uložení se využívá především v grafice. Do této skupiny patří například sobory svg (univerzální přípona souboru pro uložení vektorové grafiky), cdr (formát používaný aplikací Corel Draw). Rastrové: Tyto formáty ukládají každý pixel obrazu. Jsou proto náročnější na paměť. Při zvětšování obrázku dochází ke ztrátě kvality. Tyto formáty se 13

používají hlavně ve fotografii, kterou nelze uložit vektorově. Nečastěji se data uchovávají ve formátu jpg, bmp, mpg, gif, tif. Metaformáty: Osahují oba druhy informací. Sem můžeme zařadit například PDF, který dokáže uchovat data o vektorových i bitmapových souborech. BMP je zkratkou slov Bit Mapped Picture. Takto uložený obraz patří mezi rastrové formáty, jak vyplývá z jeho názvu, je používán operačním systémem MS Windows. Informace ukládá do matice obrazových bodů. Soubor uchovává informace o počtu barev, velikosti snímku. JPG je dalším zástupcem rastrové skupiny. V dnešní době je to nejvíce používaný formát v digitální fotografii. Rastrový obraz je komprimovaný ztrátovou metodou JPEG s volitelným kompresním poměrem. Do poměru 20:1 není patrné žádné zhoršení kvality. Tento formát podporuje 24bitovou barevnou hloubku. Pro webové stránky je vhodné používat tzv. progresivní JPEG, který umožňuje zobrazovat celý obrázek najednou s postupným zjemňováním struktury (Stýblo, 2006). Tento formát uchovává velice kvalitní obrázky. Tyto snímky se vyznačují tím, že skoro žádné sousední pixely nemají stejnou hodnotu. Pro tyto potřeby byla vynalezena metoda řízená kompresním poměrem, který udává kvalitu dekomprimovaného obrazu a byla nazvána diskrétní kosinová transformace a vyvinula ji skupina Point Photographic Expers Group v rámci organizace ISO v roce 1991 (norma ISO95 a ISO94). Snižování kvality se zde projeví ve sjednocení barev sousední pixelů, a to jak v řádku, tak sloupci. Tento postup není vhodný pro obrazy s nízkým počtem barev. Kosinovou transformací lze komprimovat snímky až od 24 bitů na pixel. MPEG je odvozen od JPEG. Slouží pro uložení videa i zvuku. MPEG vyvinula skupina Picture Experts Group a standardizován normou ISO93b a ISO93a. Používá se zde ztrátová komprese a to pro obraz i zvuk. Verze MPEG-2 obsahuje přenosovou rychlost 15 Mbit/s. Lze ho využít pro televizní přenos např. pro HDTV. Tento formát stejně jako JPEG je založen na diskrétní kosinové transformaci. Kompresní poměr je 20 – 40:1. Snímky můžeme rozdělit na I-frame (normální snímek), P-frame (rozdílový snímek mezi předchozím I nebo P snímkem) a B-frame (rozdílový obrázek mezi dvěma nejbližšími P a Iframe). Každý jednotlivý snímek je komprimován a nezáleží na tom, do které patří kategorie. Liší se zde pouze kompresní poměr I:P:B=15:5:2.

14

GIF: tento formát je nejvíce používán na webu. Ukládá obraz, který obsahuje jen 256 barev. Také lze takto uložit i jednoduchá animace. Tento formát se komprimuje pomocí metody LZW. Nyní je dostupný ve dvou verzích GIF 87a a GIF 89a. Novější verze umožňuje uložit jednu barvu jako průhlednou. TIF (Tag Image File Format = obrazová formát s popisem). Tento druh uchování dat také zařadíme mezi rastrové formáty. Tento

formát

definovala

firma

Aldus

pro

program

PageMaker

a dopracovala jej s firmou Microsoft. Je to nejčastěji používaný formát DTP, často je to výstupní formát skenerů. Umožňuje ukládání v nekomprimované podobě nebo častěji v metodách komprese LZW nebo i JPEG (Stýblo, 2006). SVG je prvním z rodiny vektorových formátů. Je to nejuniverzálnější vektorový způsob uchování informací. SVG je značkovací jazyk a formát souboru, který popisuje dvojrozměrnou vektorovou grafiku pomocí XML. Formát SVG by se měl v budoucnu stát základním otevřeným formátem pro vektorovou grafiku na internetu (Scalable vector graphics, 2010). CDR je dalším vektorovým formátem. Název je odvozen od zkratky Corel Draw File a je to produkt firmy Corel.

2.1.4 Komprese dat Všechny rastrové formáty se vyznačují velkým objemem dat, která neúměrně rostou s jejich rozlišením. Tyto metody často souvisejí s formátem obrázku, ve kterém je uložen. Komprese rastrových formátů můžeme rozdělit do dvou skupin – bezeztrátové a ztrátové. Podle docenta J. Žáry, CSc je velký objem dat a zároveň specifický tvar obrazových informací podmětem pro používání různých druhů kompresí. Mezi nejpoužívanější komprese můžeme zařadit: •

Huffmanovo kódování,

•

run length encoding,

•

Lempel-Ziv-Welch (LZW),

•

diskrétní kosinová transformace.

Huffmanovo kódování. Toto kódování bylo původně určeno pro přenos černobílých dokumentů faxem. 15

Myšlenka kódování pochází z roku 1952 od Davida Huffmana a je založena na použití různě dlouhých bitových kódů pro symboly s různou frekvencí výskytu. Často používané symboly mají kratší kódy, přičemž frekvence se nestanovuje individuálně pro každý dokument, nýbrž je brána z tabulek CCITT1, vzniklých statistickým zpracováním mnoha typických dokumentů (Žára, Felkel, Beneš, 1998). Run length encoding. Jednoduchá metoda komprese pro obrázky vzniklé jako kresba. Zde můžeme předpokládat, že sousední pixely mají stejnou hodnotu. Tyto metoda patří do rodiny bezeztrátových kompresí. Tento algoritmus je založen na myšlence nahradit dlouhé sekvence stejných symbolů kratší sekvencí. Posloupnost opakovaného symbolu je nahrazena kratší posloupností, která obvykle obsahuje jeden nebo více symbolů a jejich informaci o délce (Abel, 2010). Stejným způsobem popisuje tuto metodu Jiří Žára v knize Moderní počítačová grafika. Přiklad komprimovaného a nekomprimovaného vstupního slova: nekomprimované aaaaabbbbccccccwrrrrrrrrrrrrppppppppp komprimované a5b4c6w1r12p9 Lempel-Ziv-Welch (LZW). Tato metoda na rozdíl od dvou předchozích, které se aplikují na rastrová data, je zcela obecná. Můžeme se s ní setkat u běžných kompresních programů. Princip spočívá v nahrazení vzorků vstupních dat binárními kódy proměnné (postupně rostoucí) délky. Vstupní vzorky se překládají pomocí slovníků (tabulky), který je průběžně doplňován o nové vzorky. Délka slovníku je dána aktuálním počtem bitů použitých pro kódování. Po zaplnění slovníku se zvýší počet bitů určených pro výstupní kód o jedničku, takže délka slovníku se zdvojnásobí. Přepokládejme zpracování obrázku s barevným rozlišením jeden byte na pixel, pak základní slovník je určen osmi bity (má délku 256), základní počet bitů pro kódování vzorků je devět (Žára, Felkel, Beneš, 1998). Diskrétní kosinová transformace. Komprese je používána pro kompresi nejkvalitnějších obrazů, které se vyznačují tím, že málokteré dva sousední pixely obsahují stejné informace. Proto v těchto případech nejsou RLE a LZW

16

efektivní. Kompresní poměr této metody je řízen požadavkem na kvalitu výsledného obrazu. Kosinová transformace patří mezi ztrátové metody. Běžně se užívá snížení kvality na sedmdesát procent. Toto zhoršení člověk vůbec nepozoruje. Mezi nejpoužívanější metody můžeme zařadit dvourozměrnou kosinovou transformaci 2D DCT. 2D DTC používá jeden z nejrozšířenějších rastrových formátů JPEG. Dvourozměrná diskrétní kosinová transformace typu II (zkráceně 2D DCT) vzniká zobecněním jednorozměrné DCT. Vstupem do 2D DCT je vzorkovaný signál (prakticky uložený jako rastrový obrázek či matice), který označme symbolem s(m,n). Výstupem DCT je taktéž rastrový obrázek (matice) hodnot t(i,j). Řád či velikost dvourozměrné DCT je obecně typu M×N, v praxi se však většinou dosazuje M=N, což vede k rychlejším a především jednodušším výpočtům bez většího vlivu na průběh dalšího zpracování (Tišnovský, 2010). Ukázka vzorce pro výpočet:

Podle docenta J. Žáry, CSc postup při kompresi JPEG můžeme rozdělit do pěti kroků: 1. Transformace barev: barvy je nutné převést na model YCBCR . 2. Redukce barev – lidské oko je citlivější na změnu jasu, než na změnu barevných odstínů. Zde se zprůměrňují barevné složky několika okolních pixelů a nahradí se jedinou hodnotou. 3. Dopředná diskrétní kosinová transformace – obrazová data jsou rozdělená do čtverců a je na ně aplikován výše zmíněný vzorec. 4. Kvantování koeficientů – zde může uživatel ovlivnit kompresní poměr. 5. Kódování – výsledkem předchozích kroků je numerická matice s dominantním číslem v levém horním rohu. Tato matice je zapsána do výstupního souboru. Poté je převedena na posloupnost a je zakódována pomocí Huffmanova principu nebo aritmetického kódování.

17

2.2 Animace Animace je způsob vytváření zdánlivě se pohybujících věcí. Slovo pochází z latiny, znamená oživení (Animace, 2010). Animace se skládá ze statických snímků. Jednotlivé obrázky jsou přehrávány takovou rychlostí, kterou lidské oko nepostřehne. Tento klam pohybu vzniká díky setrvačnosti lidského oka. Animace je nejvíce využívávána ve filmu. Film musí být promítán rychlostí 24 snímků za sekundu, protože při této frekvenci vidí lidské oko spojitý obraz. Pro pochopení jak je zobrazován film, animace a obraz, je nutné vědět, jak funguje lidský zrak. Je to velmi důležité i pro interpretaci těchto oblastí počítačem. Díky těmto znalostem můžeme určit například viditelné spektrum světla, kdy je lidské oko schopné vnímat spojitý obraz, jak velké musí být rozlišení atd. Lidský zrak je nejsilnější smysl. Umožňuje nám shromáždit informace o našem prostředí a poskytuje nám příležitost učit se skrze pozorování. Lidský zrak má dvě základní komponenty – oko a mozek, které jsou spojeny optickými nervy. Struktura, o které musíme vědět nejvíce, je přímací senzor – lidské oko. Lidské vnímání obrazu funguje následovně: 1. světelná energie se zaměří na čočku oka směrem k senzorům na sítnici v pozadí, 2. tyto senzory odpovídají na světelnou energii chemickou reakcí a vyšlou elektrický signál přes opticky nerv do mozku, 3. mozek použije nervové signály k vytvoření obrazu, který vnímáme, podle neurologických zákonitostí (Umbaugh, 2006). Kreslený film je nejstarším druhem filmové tvorby. Byl na světě dřív, než byl vynalezen kinematograf. V letech 1892 -1900 vytvářel a také předváděl své kreslené filmy Emile Reynaud – Francouz. Na jakýsi filmový pás nanášel obrázky mechanickým způsobem (škrábáním, tlakem). Prvním tvůrcem animovaného filmu vyrobeného pomocí kinematografu byl Start J. Blackton, americký režisér ve snímku Kouzelné plnící pero z roku 1907 (Koutek, 2007).

18

Starší kamery používaly nižší počet snímků za sekundu, někdy 16, ruční kamery dokonce i kolem deseti. Televize v normě PAL používá frekvenci 25 snímků za sekundu, v normě NTSC 29, 97 snímků za sekundu (Animace, 2010). Počítačová animace je druh animace vytvořené pomocí výpočetní techniky. Na tvorbu této animace musí být použit speciální software. Zde můžeme využít dva různé druhy animace: 2D a 3D. V dnešní době se využívá nejvíce 3D animace, a to díky rozvoji výpočetní techniky. Většina programů vytváří animaci pomocí klíčových snímků - pozice objektu je určena uživatelem pomocí klíčových snímků (keyframes) a program sám dopočítá pohyb mezi těmito polohami (Počítačová animace , 2010). Počítačovou vysokoúrovňovou

animaci a

můžeme

rozdělit

nízkoúrovňovou.

První

do

dvou

druh

úrovní,

obsahuje

tzv.

pohyby

jednotlivých předmětů ve scéně. Nízkoúrovňová animace zobrazí pouze statickou scénu, ve které můžeme pohybovat kamerou, a snímat jednotlivé obrazy. Tato sekvence snímků vytvoří iluzi průletu scénou. Trendem posledních let je motion capture v animaci. Tato technologie pronikla hlavně do filmové tvorby. Takto ožívají např. neexistující postavy (Glum z Pána prstenů, Spider man atd.). Motion Capture neboli MOCAP je termín, kterým se popisuje proces záznamu pohybu, jenž je posléze přenesen na digitální model (Hrubeš, 2010).

Obrázek 3: Markery sloužící na snímání obličeje (Hrubeš, 2010)

Takto přenesená data lze také využít ve vojenství, sportu, medicíně a hrách.Tyto aplikace vyžadují speciální hardwarové zařízení.

19

MOCAP vyžaduje drahé hardwarové vybavení a speciální programy na zpracování dat. Některé druhy Motion Capture mohou být náročné na požadavky prostoru, ve kterém se manipuluje (Hrubeš, 2010).

2.2.1 Nízkoúrovňová animace Tento druh animace je založena na tzv. klíčování. Tento pojem pochází již z dob Walta Disneye, kde nejdůležitější úlohu měl hlavní animátor, který nakreslil celou scénu. Jeho výtvorem byly klíčové snímky. Zbývající mezisnímky kreslili průměrní animátoři. Jednalo se o rutinní práci. Tento postup se později začal uplatňovat v 3D počítačové grafice. Animátor zde zadal klíčové body a program dodělal ostatní práci. Zde se využívají animační křivky. Zadají se jednotlivé klíčové polohy (není časté, že by se vytvářela celá animační křivka) a teprve tyto polohy příslušná aplikace interpoluje křivkou. Křivky se v počítačové animaci používají předavším pro definici dráhy objektů.

Klíčování

v kontextu

určování

polohy

objektu

velice

dobře

koresponduje s interpolačním schématem modelování křivek. Určení pohybu se obyčejně skládá ze dvou kroků: definice dráhy objektu a specifikace změny rychlosti (Žára, Felkel, Beneš, 1998).

2.2.2 Vysokoúrovňová animace Tato část počítačové grafiky patří do oblasti kinematiky. Kinematika se zabývá rychlostí, zrychlením, polohou (dynamiku i vzájemným působením sil). Zde se na rozdíl od nízkoúrovňové animace vyskytuje segmentová struktura (articulated structure), kterou může být například postava člověka. Tyto struktury jsou složeny z pevných částí, které jsou spolu propojeny. V každém takovém spojení lze jednotlivými částmi otáčet. Chceme-li

jednoznačně

určit

polohu

pevného

tělesa

v prostoru,

potřebujeme k tomu zvolený souřadnicový systém a celkem šest čísel. Tři hodnoty určují souřadnice tělesa v prostoru a tři jeho natočení vzhledem k souřadnicovým osám. Tyto veličeny se jmenují stupně volnosti (DOF – degree of freedom) a jednoznačně charakterizují

libovolný systém. Přidá-li se do

takového systému nové těleso, zvýší se počet stupňů volnosti. Pokud budeme tělesa svazovat pevnými linkami, tedy vytvářet segmentovou strukturu, bude se naopak počet stupňů snižovat (Žára, Felkel, Beneš, 1998).

20

Při modelování nás zajímá, jak je těleso poskládáno z ploch či objemů. Vysokoúrovňová animace se zabývá i tím, jak jsou poskládány pevné části tělesa, které se mohou v kloubech otáčet. K tomuto popisu se používá DHnotace, která se objevila v robotice již v roce 1955. V DH-notaci

je

každý

kloub

reprezentován

svým

souřadnicovým

systémem a čtyřmi parametry, které určují, jakou transformací přejdeme k následujícímu segmentu. Souřadnicový systéme prvního segmentu je vyjádřen ve světových souřadnicích a souřadnicový systém následujícího segmentu je vyjádřen v souřadnicovém segmentu předchozího. K určení souřadnic koncového efektoru musíme tedy postupně projít všechny segmenty (Moderní počítačová grafika, 1998).

2.3 Geografické informační systémy GIS, neboli geografický informační systém je na počítačích založený informační systém pro získávání, ukládání, analýzu a vizualizaci dat, která mají prostorový vztah k povrchu Země. (GIS, 2008) D. Arctur a M. Zeiler definují GIS takto: Geografické informační systémy jsou založeny na schopnosti organizovat informace do skupin vrstev, které jsou sjednoceny použitím geografické polohy. GIS

umožňují

vytvářet

model

části

zemského

povrchu

pomocí

hardwarových a softwarových prostředků. Takto vytvořený model lze využít v různých oblastech lidského

života,

například v územním plánování,

v dokumentech katastru nemovitostí, při stavbě silnic a přehrad, určování záplavových zón a při předpovědi počasí. Geografické informační technologie se začaly používat již v polovině minulého století, a to v Severní Americe na univerzitách. Komerční organizace se do vývoje GIT zapojily až v 70. letech 20. století. Od této doby začaly pokusy o sjednocování. K masové komercionalizaci začalo docházet až začátkem 80. let. Na přelomu století se ustálil trh s geotechnologiemi, profilovali se největší producenti a také začala být patrná snaha o standardizaci, která vycházela od dominujících firem na jedné straně a od veřejné správy států EU a USA na straně druhé (Machalová, Pokorný, 2005). V současné době se geodata přenášejí pomocí internetu a také se uplatňují distribuované IS. Výhodou těchto systémů je, že neexistuje centrální server, a proto uživatelé nemusí být na určitém místě. Toto umožňuje lepší sdílení dat. 21

Tento systém pracuje s geodaty. Tato data jsou dána svými atributy, topologií a geometrií a ta se skládají z jednotlivých geobjektů. Tento geobjekt je část modelované reality, kterou můžeme upravovat jako objekt, a zahrnuje v sobě dva druhy informací: •

neprostorové informace, tzv. atributy,

•

prostorové informace (topologie, tvar, poloha).

Tyto objekty řadíme do několika skupin. Reálné věci na povrchu Země jsou vždy trojrozměrné, ale pro potřebu GIS se dělí podle rozměrů. •

0D – bezrozměrné a definované jen svojí polohou. Nazývají se body.

•

1D – jednorozměrné linie určené svojí délkou, ale s nulovou plochou. Mohou to být například řeky, silnice, apod.

•

2D – dvojrozměrné polygony určené svým konečným obvodem a plochou, například rybníky, pole, zastavěná území, …

•

3D – tzv. polyhedrony. Používají se jen výjimečně. Třetí rozměr je modelován pomoci digitálního modelu terénu.

Tyto objekty se sdružují do mapových vrstev. Tyto vrstvy mohou být rozděleny podle jednotlivých témat: vody, silnice, města, nadmořská výška. Smyslem tohoto dělení je usnadnit analýzu geodat. Ta je nejčastějším důvodem, proč využívat GIS. Tato mapová vrstva je samostatně uložena v souboru a je možné ji využívat v různých projektech. Mapové vrstvě se někdy také říká monotematická mapa, případně zkráceně mapa (např. mapa řek, mapa silnic) (GIS, 2008). Tyto monotématické mapy můžeme rozdělit na vektorové a rastrové. Ve vektorových mapových vrstvách jsou data uložena pomocí bodů a čar. Bod je základním

elementem

s

definovanou

polohou

(souřadnicí)

a

nemá

z geometrického hlediska žádný rozměr. Čára je úsečka nebo křivka spojující dva body. V běžných GIS se z důvodů zjednodušení křivka reprezentuje pomocí seřazené sekvence bodů spojených přímou čarou. Modelování geodat pomocí vektorů úzce souvisí s teorií grafů.

22

Vektorová data jsou v GIS organizována a ukládána podle různých vektorových modelů (GIS, 2008). U rastrových vrstev se využívá k modelování veličin, které spojují celý povrch. Můžeme je využít k vytváření vrstev nadmořské výšky, druhů půd, teplotních rozdílů, atd. Prostor je v rastrových mapových vrstvách rozdělen na množství malých plošek, jejichž rozměr je dostatečně malý na to, aby bylo možno na jejich povrchu hodnotu dané veličiny považovat za konstantní (GIS, 2008). Tento prostor můžeme dělit různě, a to pravidelně, anebo nepravidelně. Buňky mohou být různého tvaru: čtverec, trojúhelník a šestiúhelník. Ve většině případů se používá čtvercová mřížka a pravidelné dělení. Každá buňka má hodnotu náležící veličině, kterou vyhodnocujeme. Tato buňka může být dvojího typu a podle toho dělíme rastrové vrstvy na: Rastrové vrstvy výčtového typu. Každá buňka rastru obsahuje jistý kód, typicky celočíselný, z rozsahu 1...N. Tento kód reprezentuje kategorii sledovaného jevu. Nutnou součástí rastrové vrstvy tohoto typu je proto překladová tabulka, která kódy interpretuje. Rastry výčtového typu se používají tam, kde má zkoumaný jev konečný počet hodnot (např. typ vegetace), nebo tam, kde lze spojitou veličinu rozdělit do konečného počtu kategorií (např. nízká, střední a vysoká hustota zalidnění) (GIS, 2008). Rastrové vrstvy hodnotového typu. Každá buňka rastru nese informaci o diskretizované hodnotě spojité veličiny, která může teoreticky nabývat nekonečného počtu hodnot. V praxi je samozřejmě omezena rozsahem a přesností použitého datového typu (integer, float). Takto reprezentované veličině se v prostředí GIS někdy říká prostorový proces. Příkladem prostorového procesu může být nadmořská výška, atmosférický tlak, teplota, apod. (GIS, 2008).

2.3.1 Souřadný systém V dnešní době existuje velké množství souřadných systémů. Touto oblastí se zabývá kartografie již od 18. století. Každý souřadný systém je jiný, protože zemskou plochu nelze rozvinout do roviny. Zobrazení může zachovávat úhly, vzdálenosti, nebo plochy. Čím větší povrch Země zpracováváme, tím je zkreslení zřetelnější. Také existují zobrazení, která se nesnaží zachovat žádnou

23

z uvedených možností, ale co nejvíce minimalizují zkreslení. Nazývají se kompenzační zobrazení. V posledních letech se stále více projevuje globalizace, a proto byl zaveden systém WGS-84. Zkratka WGS je z anglických slov World Geografic System, což znamená světový geografický systém. Díky tomu je možné přenášet data mezi jednotlivými státy bez jakýchkoli úprav. Další souřadný systém, který se na našem území využívá je S-42. Dříve byl určen vojsku. V dnešní době je systém přístupný i civilnímu obyvatelstvu a lze se s ním setkat například u turistických map. V České republice se nejvíce používá S-JTSK, což znamená Jednotná trigonometrická síť katastrální, která pochází z dob první republiky a je stále používána na Slovensku. Jelikož jsou v tomto systému zobrazovány digitální katastrální mapy, často s ním pracuje veřejná správa. Přesnost S-JTSK byla velmi vysoká. Průměrná souřadnicová chyba byla jen 10 mm. Takové přesnosti v té době nebylo dosaženo nikde na světě. Tento systém měl i několik nedostatků. Jedním z nich bylo i to, že chybělo připojení na sítě okolních států. V dnešní době se S-JTSK využívá u státních map 1:5 000 a také u účelových map. Statní mapa je nejdůležitější pro potřeby plánování a výstavby. Je nenahraditelným podkladem pro tvorbu a obnovu bodového pole a pro záměry kompletních pozemkových úprav. Jedná se tedy o státní mapové dílo pokrývající celé území ČR, jež bylo budováno od roku 1950, a to nikoli novým měřením, ale přepracováním z existujících dostupných mapových podkladů (Mapová díla související s Křovákovým zobrazením, 2008).

2.3.2 Reprezentace povrchu Povrch můžeme modelovat dvěma různými způsoby: rastrově nebo vektorově. Rastrový model povrchu je množina bodů, kde každý bod má tři souřadnice (obvykle označované x, y, z). První dvě určují pozici bodu na povrchu modelovaného prostoru a třetí výšku v daném místě. Protože se každý povrch skládá z nekonečného množství bodů, je při rastrové reprezentaci nezbytné zvolit vhodné rozlišení, tedy určitý krok, ve kterém budeme výšky měřit. Ostatní body, mimo tyto naměřené pak musíme interpolovat. Rastrový povrchový model bývá většinou uložen v podobě matice, kde každá buňka 24

obsahuje výšku v daném místě. Nevýhodou tohoto formátu je, že nelze uložit některé významné místo s větší přesností, než jiné (Procházka, 2010). Výhody: •

snadné modelování,

•

jednoduchá datová struktura.

Nevýhody: •

náročné na paměť

•

omezená přesnost velikostí jednotlivých buněk.

Vektorový model: Trojúhelníková síť (TIN) se skládá s množiny bodů, které obsahují informaci o výšce. Tyto body jsou navíc propojeny hranami. Ty vytváří síť trojúhelníků. Protože síť je nepravidelná. můžeme zvýšit rozlišení trojúhelníků v místech, která jsou pro nás podstatná. V místech, která nás naopak nezajímají nebo mají jen malé výškové změny, lze hustotu výrazně snížit (Procházka, 2010). Výhody: •

malá náročnost na paměť,

•

kvalitní grafický výstup,

•

přesná geometrie.

Nevýhody: •

nepřesně reprezentuje spojité povrchy,

•

složitější modelování,

•

komplikovaná struktura.

2.3.3 Interpolační metody Interpolační metody se využívají pro tvorbu rastrového modelu povrchu. Mezi nejpoužívanější můžeme zařadit IDW, kriging, spline, natural neighbours.

25

IDW. Metoda je založena na vlivu interpolované hodnoty k naměřenému bodu. Vliv této hodnoty klesá se vzdáleností od bodu. V této metodě jsou hlavní 3 parametry typ – okolí, překážky a síla. Síla – velikost vlivu naměřeného bodu na interpolovanou hodnotu v její blízkosti. Čím vyšší hodnota je, tím více působí na blízké body a tím větší jsou detaily (povrch je méně rovnoměrný). Pokud je hodnota malá, působí bod i vzdálenější místa a povrch je rovnoměrnější (Procházka, 2010).

Obrázek 4: Interpolační metoda IDW(Procházka, 2010)

Typ okolí – uvažujeme pro každý interpolovaný bod. Jsou dva typy: 1. pevné – je dán pevný poloměr, stejný pro všechny interpolované body. Všechny naměřené body v tomto okolí mají vliv na interpolovanou hodnotu. Specifikováním minimálního počtu bodů můžeme zajistit to, že pokud se v poloměru určité velikosti nenachází dostatek naměřených hodnot, zvětší se na takovou velikost, aby minimální počet byl splněn. Na obrázku dole je možné vidět špatně nastavenou interpolaci s příliš malým pevným poloměrem (Procházka, 2010). 2. proměnné – každý interpolovaný bod může mít jinou velikost okolí. Je nastaven minimální počet naměřených hodnot, které jsou pro interpolaci daného bodu nutné. Dá se zde nastavit maximální poloměr, do kterého jsou naměřené hodnoty hledány. Pokud potřebný počet hodnot není nalezen do této vzdálenosti, je použito méně naměřených hodnot. Tato metoda obvykle produkuje přesnější modely terénu (Procházka, 2010). Metoda zahrnuje zpracování přírodních překážek. Lze nastavit křivku nebo polygon, který bude reprezentovat průrvu nebo jinou přírodní překážku. Pokud je takováto překážka nastavena, jsou do výpočtu zahrnuty pouze

26

naměřené hodnoty, které jsou na stejné straně překážky jako interpolovaná hodnota (Procházka, 2010). Spline. Je reprezentován matematickými funkcemi. Tyto funkce vytvářejí nezakřivenou plochu a přesně procházejí naměřenými body. Metoda je závislá na počtu zvolených bodů. Když použijeme více bodů, tak mají větší vliv na interpolovanou hodnotu a povrch je pak plynulejší. Máme dva typy spline: •

Regularized spline - Regularizovaná metoda vytváří hladké, postupně se měnící povrchy, které mohou ležet i mimo oblast naměřených hodnot. Váha ovlivňuje křivost povrchu - čím větší váha bodů, tím má bod širší okolí vlivu a vzniká menší křivost. Přiřazujeme hodnoty mezi 0 a 1 - 0, 00.1, 0.1, 0.5... (normalizovaný tvar). (Procházka, 2010)

•

Tension spline - Definuje tuhost povrchu vzhledem k charakteru modelovaného předmětu. Vytváří méně hladký povrch tam, kde jsou hodnoty blíže u sebe. Váha v tomto případě definuje tuhost. Čím větší váha, tím hrubší povrch. Zadáváme hodnoty větší nebo rovny 0 (0, 1, 5, 10...) (Procházka, 2010).

Kriging. Všechny ostatní zde zmíněné metody jsou deterministické. Hodnota se vypočítává přímo ze sousedních bodů. Kriging můžeme zařadit mezi statistické metody. Kriging je regresní technika pro aproximaci nebo interpolaci dat. Ve statistice je označována jako "Gaussian process regression“ (Procházka, 2010). Ukázka vzorce pro výpočet této metody:

Natural neighbours. Metoda je založena na principu, že okolo každého hledaného bodu se vytvoří trojúhelník ze tří nejbližších naměřených hodnot (Delauneyovská triangulace, hledání konvexní obálky) a z těch se na základě vzdálenosti vypočítá hledaná hodnota. Tato metoda je velice efektivní, pokud jsou naměřené hodnoty rozmístěny pravidelně (Procházka, 2010).

27

Obrázek 5: Natural neigbours (Procházka, 2010)

28

3 Postup práce a použité aplikace 3.1 Postup práce Prvním krokem bude zajistit výpovědi pamětníků (starších obyvatel, kteří koupaliště zažili těsně po druhé světové válce). Dále budou vyhledány internetové zdroje, které obsahují informace o historii obce (fotografie, popisy). Některé z nalezených fotografií budou převedeny do barevné podoby pomocí aplikace Adobe Photoshop. Ostatní nalezené zdroje budou sloužit ke zjištění původní podoby a z umístění některých již neexistujících objektů. Pro

počítačovou

rekonstrukci

komplexu

je

třeba

zjistit

rozměry

jednotlivých objektů. Stavební plány se nedochovaly do dnešní doby, proto bude nutné provést měření pozůstatků bývalých damnických lázní. Z těcho informací se vytvoří 3D objekt v programu Rhinoceros. Model slouží jako základ rendrovaných snímků použitých pro tvorbu videa pomocí Adobe After Effects. Také bude exportován do formátu tak, aby mohla obec tento model využít k prohlížení za využití freewarových programů. Software bude na obci nainstalován a bude předvedena manipulace s tímto materiálem. Další částí je zasadit model do okolní krajiny. Pro tvorbu této části byl využit software firmy ESRI ArcGIS. První etapou v této části bude vytvoření 2D vrstev, které budou později zasazeny do 3D modelu terénu a interpretovány trojrozměrnými symboly. Z této části vznikl výsledný model, z kterého bylo vyexportováno video a přidáno k výstupu z 3D modelu komplexu. Celý tento výstup bude pro obec přínosem pro rozhodování o rekonstrukci lázní a získávání investorů. Obnovení komplexu přinese obci nová pracovní místa a zvýší turistický ruch v obci. Damnické lázně by se staly součástí stávající vinařské cyklostezky. V oblasti, kde se obec nachází, není žádný objekt podobného druhu. Z toho lze usoudit, že tato investice by přinesla peníze i do obecního rozpočtu.

3.2 ArcGIS Pro zpracování geografických dat můžeme využít software, který je založen na práci s rastrovými, anebo vektorovými daty. Aplikace ArcGIS obsahuje soubor produktů pro práci s geodaty. Tento software vytváří firma ESRI. Byla založena v Kalifornii v roce 1969 a stala se jednou z předních

29

společností, která vyrábí software pro GIS. ArcGIS je systém pro tvorbu správu a analýzu geografických dat. Tento sytém v sobě zahrnuje různé produkty jako ArcView, ArcEditor, ArcInfo, ArcGIS nadstavby, ArcReader, ArcSDE, ArcIMS. Celá řada produktů ArcGIS je založena na jednotné architektuře, jednotném kódu, jednotném modelu nadstaveb a jednotném vývojovém prostředí. Tento program obsahuje všechny potřebné nástroje pro modelování analýzu povrchu. ESRI zajišťuje, že ArcGIS datové modely implementují standarty tak, jak se vyvíjejí. ESRI sleduje a podílí se na mnoha standardech jako ISO, ANSI, Open GIS Consortium, teh U. S. Federál Geographic Data Comitee (Arctur, Zeiler, 2004). Díky všem výše zmíněným výhodám bude pro zpracování geografických dat použita aplikace ArcGIS. Velkou roli při výběru softwaru hrála jeho dostupnost. Dalším softwarem, který zpracovává stejná data, je Janitor. Tento program je freeware, ale pro účely této práce je nevyhovující. Janitor dokáže jen jednoduše editovat bodové a liniové vrstvy. Tento software se hlavně využívá ve veřejné správě pro zobrazování geografických dat. ArcMap je centrální aplikace ArcGIS. Využívá se pro zpracování map a prostorových analýz a pro editaci dat. Tato aplikace umožňuje prohlížet geografická data a také zobrazit výkres mapy. Tento software pracuje s geografickými

vrstvami.

Tyto

vrstvy

se

mohou

různě

kombinovat

a u jednotlivých atributů je možné nastavovat různou symboliku. Rozhraní tabulky obsahu napomáhá organizovat a ovládat vlastnosti vykreslení datových vrstev GIS v datovém rámci. Zobrazení dat je jakýmsi oknem do datových sad GIS, které máte k dispozici pro danou oblast (Aplikace ArcGIS Desktop, 2007). ArcGIS Server nabízí úplný

webový GIS, který poskytuje řadu

připravených aplikací a služeb pro koncové uživatele. Tyto aplikace mohou sloužit nejen k prohlížení a dotazování geografických dat, ale i pro jejich analýzu, shromažďování, editaci a správu, to vše založené na standardech. Veškeré zpracování i správa dat probíhá na serveru, nároky na straně klienta jsou tedy minimální (Aplikace ArcGIS Desktop, 2007). ArcCatalog je aplikace, která pomáhá spravovat a organizovat GIS data, například datové sady, modely, metadata, mapy. Obsahuje nástroje pro:

30

•

prohlížení a vyhledávání geografických informací,

•

zaznamenávání, prohlížení a správu metadat,

•

definování, export a import schémat a návrhů geodatabáze,

•

vyhledávání a nalézání GIS dat na místních sítích nebo na internetu,

•

administraci produktu ArcGIS Server (Aplikace ArcGIS Desktop, 2007).

Tato aplikace je vhodná pro tvorbu dokumentace geografických dat pomocí metadat

odpovídajících standardů.

Pomocí ArcCatalogu se

dají data

vyhledávat.

Obrázek 6: Použití ArcCatalogu při zobrazení polygonové vrstvy

ArcScene je další část aplikace ArcGIS slouží k vizualizaci 3D dat. Patří do nadstavby ArcGIS desktop. Společně s ArcGlobe jsou součástí ArcGIS 3D Analyst. 3D

Analyst

efektivně

zobrazuje

(vizualizuje)

a

analyzuje

data

reprezentující povrch. Poskytuje nástroje pro tvorbu 3D povrchů (rastrový nebo trojúhelníkový model) a jejich analýzu (orientace svahů, sklon, změna sklonu, rozdíl dvou ploch, výpočet kubatury, profil, analýza viditelnosti). Na základě

31

tvaru terénu přidává datům Vašeho GIS třetí dimenzi (ArcGIS 3D Analyst, 2010).

Obrázek 7: Zobrazení modelu terénu v prostředí ArcScene

3.3 Adobe Firma Adobe Systems Inc. patří mezi nejznámější softwarové firmy. Aplikace této firmy znají uživatelé na celém světě. Zakladatelé této firmy jsou John Warnoct a Chudl Geschke. Oba zakladatelé dříve pracovali pro Xerox, kde vyvíjeli jazyk, který komunikoval mezi počítačem a tiskárnou. Tento jazyk byl základem pro první produkt firmy PostScript. Dalším produktem firmy Adobe Illustrator, který byl vyvinut v osmdesátých letech. Firma Adobe poskytuje velké množství produktů, které se používají v praxi od webového desingu až po tvorbu videa i vektorové grafiky. Jedním z nejdůležitějších kritérií volby softwaru byla jeho legální dostupnost.

3.3.1 Adobe Photoshop Photoshop je vysoce profesionální program patřící do skupiny 2D bitmapových editorů. (Adobe Photoshop 6 Uživatelská příručka, 2001) Pomocí

této

aplikace

lze

zpracovávat

v bitmapové

obrázky

v dvojrozměrném prostoru. Tento program je nejlepším softwarem pro zpracování fotografie a z každou novou verzí přicházejí nové možnosti zpracování obrazu. Výhody Photoshopu:

32

•

jednoduchá práce s vrstvami (slučování, pojmenování, vytváření složek...),

•

podporuje velké množství formátů obrazu,

•

při importu do jiných aplikací od firmy Adobe se zachovají jednotlivé vrstvy,

•

jednoduchá manipulace.

Další variantou byl Photo Paint od firmy Corel Draw, ale pro účely této práce nebyl tento program vhodný. Kolorování fotografií není v tomto programu příliš efektivní. I když na zpracování barevné fotografie je naprosto dostačující. Photoshop poprvé uvedla firma Adobe na trh v roce 1989. V té době se jednalo o nejlepší program, který sloužil pro zpracování fotografií. Nejnovější verzi této aplikace firma označila jako CS5. V současné době (k 27. březnu 2009) je k dispozici jedenáctá verze, prodávaná pod označením Creative Suite 4 (CS4), která byla vydána v září 2008. V dubnu téhož roku vyšla i rozšířená verze Extended, nabízející všechny funkce jako verze standardní, avšak s novými nástroji pro oblast vědy, 3D a videa. Původně je Photoshop dílem bratrů Thomase a Johna Knolla, kteří na vývoji začali pracovat již v roce 1987. Jedním z nejvýznamnějších bodů byl vznik verze pro operační systém Microsoft Windows v roce 1996 (verze 4.0). Označení Creative Suite používané u nových verzí vyjadřuje fakt, že je Photoshop integrován se skupinou dalších grafických programů firmy Adobe (Adobe's Creative Suite), kam patří mimo jiné Adobe Illustrator či Adobe InDesign. (Adobe Photoshop, Wikipedie, 2010) Tato aplikace ukládá své soubory do formátu PSD (Phtoshop dokument). V tomto formátu se ukládají jednotlivé vrstvy, kanály, masky.

33

Obrázek 8: Ukázka prostředí Photoshopu

3.3.2 Adobe After Effetcs V dnešní době nalezneme mnoho softwaru pro vytváření videa. Kromě Adobe After Effetcs jsou i jiné programy od různých společností například Ulead Media Studio, Pinacle Studio a také další produkt od firmy Adobe aplikace Premiere. Adobe after efetcs je nástroj pro vytváření animací a videa. Tento vysoce sofistikovaný program je určen také pro multimedia, rozhlas i film. Tato aplikace může být rozdělena do čtyř oblastí zpracování obrazu. Dovolí uživateli: •

Vytvořit vícevrstvé kompozice, aby bylo dosaženo různého klíčování.

•

Provádět dvojrozměrné animace na nehybných a pohyblivých obrazech.

•

Vytvořit speciální efekty v různých časech jako zpětný pohyb a časové úpravy bez typického přeskakování a trhání jako u většiny ostatních aplikací založených na quicktime manipulacích s videem.

•

Použít efekty Photoshopu na fotografie, na grafiku i video, které se mohou měnit v čase (After effetcs, 2010).

Tato aplikace dokáže velmi dobře spolupracovat s dalším produkty firmy Adobe jako například Adobe Premiere, Illustrator, Photoshop. Z uvedených programů dokáže Affter effetcts přímo importovat potřebné soubory.

34

Velkou výhodou je práce s textem a jeho animace, která v Premiere není dostačující.

Dalším

přínosem

je

přímý

import

vícevrstvých

obrazů

z Photoshopu. S každou vrstvou pak můžeme manipulovat odděleně. Také zde nalezneme i efekty z Photoshopu, například Gaussovo rozostření, záře, doostření. Také zde můžeme nastavit počet snímků za sekundu a to jak podle evropských, tak amerických standardů.

Obrázek 9: Prostředí Adobe After Effects

3.4 Rhinoceros, Flamingo 3.4.1 Rhinoceros Tento program byl vybrán pro jeho legální dostupnost. Na zpracování 3D modelů existuji i jiné a lepší programy např 3D Studio Max. Tyto softwary se používají na výrobu reklam, filmů, v architektuře a často slouží i k tvorbě grafiky do počítačových her, ale nejsou volně dostupné. Rhino dokáže vytvářet, editovat, analyzovat, dokumentovat, renderovat, animovat a převádět NURBS křivky, plochy a tělesa bez omezení složitosti, stupně nebo velikosti. Rhino také podporuje polygonové sítě a mraky bodů. NURBS, NonUniform Racional B-Splines, je matematická reprezentace 3D geometrie, která umožňuje přesně popsat jakýkoliv tvar od jednoduché 2D čáry, oblouku, kružnice nebo křivky až po nejsložitější 3D plochy a tělesa organických tvarů. Díky jejich flexibilitě a přesnosti můžete používat NURBS modely v libovolném procesu od ilustrace po animaci(Funkce Rhina, 2010). Mezi nejvýznamnější funkce Rhina můžeme zařadit:

35

•

výkonné 3D nástroje, kterými můžeme vytvořit libovolný tvar,

•

použití běžně dostupného vybavení, tato aplikace běží na obyčejném PC nebo notebooku,

•

intuitivní a jednoduché ovládání,

•

přesnost potřebnou pro tvorbu designu, pro výrobu prototypů a forem, pro analýzu a finální výrobu čehokoliv od šperku až po letadlo, (Funkce Rhina, 2010)

•

kompatibilita se všemi aplikacemi pro design, kreslení, CAM, strojírenství, analýzu, renderování, animaci a ilustraci, (Funkce Rhina, 2010)

•

ekonomické hledisko – přijatelná cena.

3.4.2 Flamingo Flamingo je rendrovací modul Rhina, který se objevuje až od verze 2.0. Tato aplikace běží v rámci programu Rhino, proto není potřeba žádný speciální hardware. Stejně jako Rhino samotné jej můžeme spustit ve všech operačních systémech. Přináší sebou dva druhy renderu – Raytrace a photometric. Raytrace je založen na sledování paprsku ve scéně. Je přesnější a zachovává průhlednost a barevnost objektů. Nevýhodou tohoto rendrovacího režimu je pomalý výpočet. Může se stát, že velká přesnost výpočtu působí nerealisticky. Režim photometric se hodí spíše pro zpracování interiérů. Je zaměřen hlavně na fyzikální vlastnosti světla, jako intenzitu, tvar, typ zdroje. Na stránkách výrobců světel je možné stáhnout přesné parametry pro nastavení osvětlení nebo přímo 3D modely. Tato nadstavba přináší nové prvky k vytváření prostředí. Lze zde nastavit nekonečnou rovinu, kterou lze pokrýt jakýmkoli materiálem. Rendruje se daleko rychleji než plocha vytvořená pomocí NURBS. Dále zda také můžeme nastavit oblačnost a denní i roční dobu.

36

Obrázek 10:Ukázka prostředí Rhinoceros

37

4 Vlastní práce 4.1 Tvorba 3D modelu Tvorba 3D modelu se stala zásadní částí této práce. Nejtěžší bylo získat potřebné informace. Tento objekt byl postaven po roce 1920 a všechny potřebné materiály se ztratily v průběhu let.

4.1.2 Kolorování fotografií Pro rekonstrukci tohoto objektu byly použity fotografie sudetských Němců, které se nacházejí na internetových stránkách zabývajících se touto obcí. Pro zobrazení koupaliště v prvních letech svého fungování byly vybrány tři fotografie. Tyto snímky zobrazují hlavní budovy koupaliště. Fotografie byly zkolorovány v programu Adobe Photoshop. Tato práce se zabývala možností automatického kolorování pomocí dostupných algoritmů. Byly nalezeny růžné možnosti pokusů o kolorování fotografie. Jednou z možností, která se z počátku jevila jako dobrá metoda, byla Houghova transformace, jenž vyhledává jednotlivé shluky a po té identifikuje tvary v obraze. Těmto tvarům by mohly být nastaveny možnosti barev, které jsou typické pro určité tvary. Bylo zjištěno, že tato transformace dokáže identifikovat jen velice jednoduché tvary. Pro reálný obraz je zatím nepoužitelná. Více by se hodila pro rozpoznání tvarů kreslených obrázků než reálného snímku. Tento postu je vhodný spíše pro detekci hran. Další algoritmus, který je možné aplikovat na černobílé snímky je fuzzybased coloring algoritm, který navrhl D. Gómez , J. Montero a J. Yáñez (Complutense University, Španělsko). Prvním krokem tohoto algoritmu je roztřízení jednotlivých pixelů do tzv. fuzzy tříd. Každá třída obsahuje jádro, které je obklopené pixely se stejnou vlastností. Obrázek se dá považovat za dvojdimensionální mapu pixelů. Každý bod obsahuje nějaké měřitelné vlastnosti. Pixely jsou seskupeny do homogenních tříd. Problém rozdělní pixelů, závisí na správném výběru rozdílu mezi vlastnostmi jednotlivých pixelů. Obrázek je zde považován za rovinný graf, který je určen množinou uzlů a hran. Každá hrana zde spojuje dva přilehlé body. Tento graf můžeme značit 38

G=(P,E), kde E={dpp‘/(p,p’) přilehlé) a P je charakterizováno dvěma maticemi, které popisují vztahy a vlastnosti přilehlých pixelů. Těchto vlastností později využívá binární kolorovací procedura. Klasifikuje přilehlé pixely jako 0 nebo 1. Hodnota závisí na rozdílu mezi jejich tzv. fuzzy rozdílu mezi jejich vlastnostmi. Procedura rozlišuje jestli je tento rozdíl menší nebo větší než určený cíl α. Bod je klasifikován jako odlišný, když rozdíl mezi je nimi vyšší než α. První kolorovaný pixel je v levém horním rohu. Jestli bude kolorování probíhat zprava do leva nebo z hora dolů zaleží na určení hodnoty alfa. Nastavení správné hodnoty alfa je velice důležité, protože když je vysoká vznikni z obrázku jedna třída a když je nízká, tak je výsledkem šachovnice. Po prvním kolorování jsou pixely označeny jako 1 nebo 0. Další iterace aplikuje stejnou proceduru, díky tomu dostaneme více barev (např. druh 0 získá 00 nebo 01). Při opakování více iterací získáváme vyšší škálu barev. Tento algoritmus byl aplikován na obrázky s vysokým rozlišením (například na ortofoto snímky). Při nízkém rozlišení obrazu a celkově nekvalitní fotografii, jako mají příslušné černobílé fotografie komplexu je tento celkem propracovaný algoritmus nevhodný, protože z obrázku vznikne šachovnice skládáním příslušných pixelů do tříd (viz obrázek 11). Není možné určit, z fotografie objekt, kterému byla barva přiřazena.

. Obrázek 11: Ukázka obarvené nekvalitní fotografie

Z důvodů nedostatečně propracovaných algoritmů, bylo využito ruční kolorování fotografií a byl navržen postup, jak tyto fotografie efektivně kolorovat, aby působily reálně. I černobílé filmy jsou zatím kolorovány ručně. Tyto snímky později obec využije na výstavě k výročí založení obce. Pro obarvení fotografií byly použity výpovědi svědků, kteří žili v Damnicích po druhé světové válce nebo koupaliště v této době navštěvovali,

39

i když v obci přímo nežili. Pokus kontaktovat původní obyvatele Damnic nebyl úspěšný. Popis tohoto objektu byl vždy trochu různý, ale všichni se shodli na třech základních barvách zelená, bílá a cihlová. Z výpovědí bylo zjištěno, že se zde v menší míře vyskytovala i růžová barva. Z popisu občanů vyplývá: •

sloupky a části hlavní budovy byly dříve ponechány v cihlové přírodní barvě,

•

dřevěné části hlavní budovy byly zelené s jemnými detaily bílé,

•

vstupní dveře do budovy u vchodu byly zelené stejně jako na toalety, které už se v objektu nenacházejí,

•

zadní kruh, kde se ohřívala podzemní voda, měl stejné barvy jako dnes, ale sytější,

•

voda v bazénu nebyla úplně čirá, ale mírně nazelenalá, protože se nepoužívala žádná chemie, koupaliště bylo čištěno neustálou cirkulací podzemní vody,

•

fontánka v zadním kruhu nebyla funkční už od druhé světové války.

Obarvení jednotlivých fotografií bylo provedeno rozdělením obrázku do vrstev, kterým byla přiřazena barva. Tyto jednotlivé vrstvy vznikly použitím nástrojů Photoshopu kouzelná hůlka, laso a výběrovým nástrojem. Každá vrstva obsahovala pixely zobrazující část objektu, který měl původně stejnou barvu. Stejně barevné objekty byly rozděleny do jednotlivých vrstev pomocí zmíněných nástrojů, které byly vytvořeny přes nabídku vrstva/nová vrstva výplně/plná barva. Při použití jen této vlastnosti se příslušná oblast překryla jednotnou barvou. To samozřejmě nepůsobilo reálně, proto byla na jednotlivé vrstvy aplikována funkce volby prolnutí a po té vybrána barva. Tato funkce převedla původní krycí barvu na její jednotlivé odstíny, které se přizpůsobily hodnotě šedé na podkladové fotografii.

40

Obrázek 12: Ukázka kolorované a černobílé fotografie prodejny vstupenek (Damnitz, 2009)

Další ze snímku, které byly převedeny z černobílého formátu na barevný, byly vybrány převlékárny, které jsou hlavní dominantou koupaliště. Tyto snímky jsou velice nekvalitní a mají velmi malé rozlišení. To zapříčinilo, že některé velké části obrázku tvořila jedna barva. Po použití popsaných efektů snímek působil velmi nepřirozeně, a proto bylo použito několik vrstev na jeden objekt. Jedna vrstva obsahovala celý objekt a ty další jen jeho mále části, většinou nepravidelně vybrané, aby snímek získal větší barevnou škálu a působil reálně. Je to vidět na níže uvedeném obrázku, kde je umístěný velký strom přímo před budovou. Jeho velká část nad kmenem je jednolitá, a proto na ni bylo aplikováno více vrstev, aby fotografie působila reálně.

41

Obrázek 13: černobílá a kolorovaná fotografie převlékáren (Damnitz, 2009)

Další významnou dominantou koupaliště je kašna, která sloužila pro ohřev studené podzemní vody, a odtud byla dále potrubím odváděla do bazénu. Tato kašna nebyla plně funkční již po druhé světové válce.

Obrázek 14: Kolorovaná a černobílá fotografie kašny (Damnitz, 2009)

42

4.1.2 Modelování objektu Pro tvorbu 3D modelu byl využit již zmíněný program Rhinoceros. Zásadní pro tvorbu komplexu bylo zjistit rozměry objektu, protože plány toho komplexu se do dnešní doby nedochovaly. Proto bylo nutné provést měření jednotlivých objektů. Bylo třeba změřit jak hlavní rozměry budov, bazénu, tak i rozměry dveří, jednotlivých prken, ze kterých se skládá hlavní budova. Tato měření byla velice zdlouhavá. Jako největší problém se nakonec ukázaly rozměry bazénu samotného, protože tento objekt není obdélník, i když na pohled tak působí, ale lichoběžník. Tato banální nepřesnost velice změnila vzhled celého modelu. Základním předpokladem přesného modelování je nastavit mřížku modelovací plochy v Rhinu. Jako rozměry jednotlivých čtverců mřížky byly zvoleny centimetry, protože bylo potřeba vymodelovat malé detaily, a to převážně u hlavní budovy. Tato základní mřížka obsahuje osy X a Y. V bodě [0,0] je umístěn začátek převlékáren (hlavní budovy). Toto umístění bylo zvoleno pro snadnou orientaci vzdáleností mezi ostatními částmi komplexu a příslušnou budovou. Nesložitější bylo vymodelování již zmíněné budovy převlékáren, která je z větší části dřevěná a některé její části jsou tvořeny malými oddělenými prkny. Proto bylo vytvořeno několik vrstev, do kterých byly uloženy jednotlivé části budovy.

Obrázek 15: Ukázka vrstvy v Rhinu, která zobrazuje přední část hlavní budovy

Nesložitější částí pro vymodelování byla přední strana vrchních oblouků se zábradlím (viz obrázek 15). Zábradlí nebylo postaveno úplně přesně a každé dvě jeho části byly jinak vzdálené, a to jak jednotlivé čtverce, tak celé

43

části oddělené sloupky. Tato část byla náročná i kvůli složitým měřením. Velmi složité pro modelování byly jednotlivé oblouky skládající se z malých prkének, kde skoro každé je jinak dlouhé. Pro urychlení práce byla vytvořena jedna lišta, která je zkopírována po celé délce. Další krok obsahoval vymodelování ořezových rovin, zahnutých do příslušných oblouků. Pro každou část oddělenou sloupky se musela vytvořit jiná ořezová rovina, protože každá sekce má jiné rozměry. A poté byly nechtěné části prken odděleny a smazány. Tímto postupem se vytvořily jednotlivé oblouky. Jako velmi složité se zde ukázalo vymodelování šikmé střechy objektu. Rhinoceros nemá efektivní nástroj pro modelování šikmých ploch. Prvním krokem bylo vymodelovat šikmou rovinu, která by přesahovala jednotlivé okraje budovy. Vně jednotlivých rohů budovy byly vytvořeny sloupky v příslušných výškách. Po té byl použit nástroj rovina se 4 body. Tyto body byly pomocí úchopového režimu přichyceny na jednotlivé sloupky. Po vytvoření roviny byly pomocné sloupky smazány. Tato plocha tvořila rovinu pro oříznutí jednotlivých zdí. Podle této plochy se seřízly boční stěny budovy, aby kopírovaly zešikmení střechy. Dále byla tato rovina rozšířena na střechu nástrojem těleso/vytáhnout rovinnou plochu/přímo. Takto nám vznikl zešikmený kvádr, který reprezentuje střechu.

Obrázek 16: Rendrovaný snímek hlavní budovy

Dalším modelovaným objektem je pokladna. Budově je umístněna za vstupem a zachovala se do dnešní doby. U této budovy bylo nejnáročnější vymodelovat její vršek, na kterém se původně nacházel německý nápis 44

"Erfrischung halle". Dnes objekt slouží jako letní hospoda, kde je jen venkovní posezení.

Z původního občerstvení byl udělán výčep. Nyní je vršek této

budovy pokryt rákosovým plotem, a proto byly změřeny jen některé části vrchního konce. Zbytek byl odvozen z fotografií a rozměry jednotlivých částí, byly přepočítány poměrově. Podle výpovědí měla tato budova dveře a okna zelená, vršek budovy byl růžový a sloupky tvořila cihla. Zbytek budovy byl celý bílý. Takto byly zvoleny barvy i v 3D modelu. Na jednotlivé sloupky byl použit materiál (zásuvný modul Flaminga), který se skládá z jednotlivých oranžových cihel. Byl to nejjednodušší způsob jak dosáhnout iluze cihlového sloupku. Skládat tento sloupek z jednotlivých kvádrů by bylo zdlouhavé a náročné na paměť i výpočet, a proto byl zvolen první způsob. Další dominantou tohoto komplexu byla kašna, která se nachází v zadní části koupaliště. Dříve sloužila pro ohřívání podzemní vody a po té odváděla vodu do hlavního bazénu. Dnes fontánka nefunguje. Kruh, který uprostřed stříkal vodu, je nyní umístěn na obci. Tato část se uchovala, i když nebyla v provozu zhruba od roku 1950. Obec zvažuje její navrácení zpět. Největším problémem se u této části modelu ukázala samotná voda vytékající z prostředního kruhu fontánky. Na historických fotografiích voda vytéka mírným obloučkem z vršku fontánky a stéká po kruhu do kašny (viz obrázek 17). Jako první způsob interpretace stékající vody byl použit válec, kterému byla přiřazena modrá barva a průhlednost. Tato metoda je sice výpočetně nenáročné, ale nepůsobilo to realisticky. Proto byl tento tvar složen z jednotlivých tenkých proužků, které simulují padající pruhy vody. Byla jim nastavena průhlednost na padesát procent a nastavena světle modrá barva. Po vyrendrování obrazu působila kašna reálněji.

45

Obrázek 17: Rendrovaný snímek kašny

Pro vytvoření hlavního kamenného kruhu kašny byl využit tvar, který poskytuje Rhina, a to dutý válec, u kterého se nastaví dva poloměry a objekt je hotov. Původním záměrem bylo vnitřek válce odstranit pomocí ořezových nástrojů. Při počtu komponent, ze kterých se tento objekt skládá, se tento způsob ukázal jako neefektivní a zdlouhavý. Další částí modelu byla budova wc. Pozůstatky této budovy se nacházely za kašnou v zadní části. Ale z prvních fotografií bylo zjištěno, že se původní objekt nacházel nalevo od budovy převlékáren. To znamená, že původní toalety byly v minulosti zrušeny a přesunuty do zadní části areálu. Dnes je v komplexu už jen betonová cestička, která vede k plotu. Práce vychází z původního projektu, proto jsou toalety umístěny v přední části a ne vzadu za kašnou. Tato část je na fotografii vidět jen zboku, a tak byl použit stejný vzhled, jako měla později budova wc, která byla stržena asi před dvěma lety. Nejsložitější částí byla šikmá střecha. Nastal zde stejný problém jako u střechy hlavní budovy. Byly vymodelována 4 pomocné sloupky v příslušných výškách v rozích objektu. Poté byl použit nástroj plocha se 4 body. Tyto body byly přichyceny na sloupky a vytvořena rovina. Tato plocha se stala ořezovou pro zdi budovy a zároveň střechou objektu. Tímto postupem plochy přesahovala ze všech stran rozměry budovy, což je potřebné pro oříznutí i pro vzhled střechy.

46

Obrázek 18: Zobrazení původního umístění budovy toalet

Jedním z největších úskalí tohoto modelu se stalo oplocení komplexu. Na starých fotografiích není zřetelně vidět a jediné co zůstalo, jsou kamenné sloupky a jich podklad, na kterém stojí. Nejjednodušším kusem pro modelování plotu byla část mezi občerstvením a dřevěnou bránou, kde jsou vysázeny keříky, které jsou tam dodnes. Zde jsou vybrány rostliny z modulu Flamingo. Nebyl použit přesný druh rostlin, který se v komplexu nachází, protože tento typ keřů Flamingo nenabízí. Byly vybrány stromy příslušné výšky a vzhledu, aby nerušily vzhled komplexu a při tom tvořily oplocení. Další část plotu, který obklopuje zbytek komplexu je složena z betonového podkladu a sloupků, dále železných tenkých tyček, které tvoří různě dlouhé obdélníky (část plotu viz obrázek 18). Výplň mezi sloupky není na historických fotografiích zřetelná. Proto byla použita podobná výplň, která je dodnes dochována na plotu, jenž pochází ze stejného období a dříve sloužil jako oplocení školního pozemku (tento plot se nachází v obci dodnes v zachovalém stavu). Plot v modelu byl původně vytvořen z větším množstvím detailů (kuželovité ukončení plotu, jednotlivé ozdoby na svislých tyčkách), ale po použití pár kopií se paměťová náročnost modelu zvýšila na tolik, že nebylo možné s modelem efektivně pracovat a rendrování jednoho snímku bylo velice zdlouhavé. Proto byl tento plot zjednodušen jen na jednotivé tyčky. I tak se model stal hodně složitým. Po přenesení plotu okolo celého modelu jeho paměťová náročnost vzrostla skoro o plovinu a čas renderu jednoho snímku také hodně narostl. 47

4.2 3D model a okolní krajina 4.2.1 Model terénu 4.2.1.1 Výškový model Byl využit systém ArcGIS a převážně jeho aplikace ArcScene a ArcMap. Celý tento projekt je tvořen v souřadném systému SJTS-K Křovák East North. Prvním krokem pro vytvoření modelu terénu je nutné získat příslušný výřez z vrstvy, která obsahuje vrstevnice. Pro zístkání této části vrstvy byla vytvořena ořezová vrstva v ArcMapu. Dále byl využit nástroj v ArcToolbox, který obsahuje skript Clip, což nám jednoduše umožnilo vytvořit třetí vrstvu vrstev_Clip5, která obsahuje všechna příslušná data, jako původní vrstva, ale je zmenšená jen na příslušnou oblast. Dále byl vytvořen TIN model terénu přes Create/Modify TIN a pak vybrán Create TIN From Features. Takto byla vytvořena vrstva s názvem tin. Z této části vznikl soubor tinfeatures1 pomocí nástroje Convert – TIN to features. Nyní byla vytvořena rastrová vrstva vyskove_body, která slouží jako hlavní poklad celého terénu. Tato část aplikace byla vytvořena pomocí interpolační metody z tinfeatures1. Tento postup byl aplikován v nástroji ArcScene, ale je možné využít i ArcMap. Výsledek tohoto postupu můžeme vidět na obrázku 19. Jelikož Damnice leží v oblasti, která je pokryta rovinami, můžeme zde vidět jen malé zvlnění povrchu. Toto zvlnění je v modelu terénu zobrazeno jinou než zelenou barvou.

Obrázek 19: Vrstva výškové body

Na takto vytvořený výškový model byla nanesena rastrová vrstva ort_google.jpg, která byla vyříznuta z aplikace Google Earth. Tento obrázek

48

obsahuje fotografii obce a jejího blízkého okolí. Zobrazením této fotky na výškový model terénu docílíme pomocí funkce propeties/Base Heights/Obtain heights for leyer from surface a zde byla použita základní vrstva vyskove_body. Takto je to aplikováno na každou vrstvu použitou v tomto modelu.

4.2.1.2 Bodové vrstvy Pro názorné zobrazení byly vytvořeny 3 bodové vrstvy auta, budovy, stromy. Tyto vrstvy vznikly jako bodové, protože byly později využity pro zobrazení příslušných 3D symbolu v ArcScene. Vrstva auta byla vytvořena pro doplnění scény. Tato vrstva byla založena v ArcCatalgu jako bodová. Poté otevřena v ArcMapu a pomcí editačního nástroje byly vytvořeny jednotlivé body s různým číselným popisem viz tabulka 1. tabulka 1: popis bodové vrstvy auta FID 0 1 2 3 4

shape point point point point point

popis 1 2 3 4 5

Jednotlivé body jsou vytvořeny na místech, tak aby jednotlivá auta byla zobrazena na krajích silnic, nebo zaparkovaná u jednotlivých domů. Sloupec popis určuje druh auta. Každému jednomu bodu bylo přiřazeno jako symbol jiné auto. Další bodovou vrstvou, která byla vytvořena pro účely tohoto modelu terénu, je vrstva stromy. Byla vytvořena stejně jako předešlá. Rozdíl je v interpretaci jednotlivých bodů. tabulka 2: ukázka části tabulky vrstvy stromy FID 0 7 14 18 21 29 75 76 95

shape point point point point point point point point point

popis strom1 strom1 strom2 strom2 strom2 strom3 keř1 keř1 keř3

49

Podle popisu byl vybrán obrázek z nabídky 3D symbolů pro zeleň. Díky stejnému popisu na více řádcích je například alej určena stejným 3D obrazcem. Poslední

bodovou

vrstvou

je

vrstva

budovy.

Tato

vrstva

je

nejpropracovanější ze všech. Obsahuje body pro jednotlivé budovy jen v blízkém okolí koupaliště. Další budovy jsou zobrazeny jako polygony. Zde byl v popisu pro každý dům použit jiný popis. Pro určité typy domů je užitý stejný symbol, ale bylo třeba každý jednotlivý dům zarovnat podél cesty a to nejde udělat u všech symbolů pomocí stejného natočení. tabulka 3: Ukázka tabulky vrstvy budovy FID 0 3 4 5 10 11 15

shape point point point point point point point

popis hlavni budova maly1 maly2 maly3 velky rovna kabiny maly11

Pod popisem hlavní budova (viz tabulka 3) je zobrazeno samo koupaliště. Byl proveden export Rhina do formátu 3ds a načten do aplikace ArcScene. Tento bod obsahuje přesné souřadnice damnického koupaliště. Další budovou, která byla navrhována pro účely tohoto modelu, byl malý typický vesnický domeček ve zjednodušené podobě. Tento domek je vytvořen v Google SketchUp. Tato budova se zobrazuje pod popisem malý1 až malý12.

Obrázek 20: interpretace symbolů bodových vrstev

4.2.1.3 Liniové vrstvy Vrstvy vytvořené pro tento model jsou pouze dvě – voda_clip, silnice_clip1. Tyto vrstvy vznikly pomocí výřezu z územního plánu obce zpracovaného pro bakalářskou práci. Tyto výřezy vrstev si zachovaly všechny příslušné atributy. Vrstva silnice vychází z hlavní mapy v papírové podobě a obsahuje všechny komunikace v území obce. Atributová tabulka obsahuje sloupce FID,

50

druh, shape. Je zde atribut druh, náleží mu typ text a jeho délka je 40 znaků. Podle tohoto atributu byla vytvářena legenda rozdělením do kategorií a nastavením příslušných symbolů. tabulka 4:ukázka atributové tabulky u vrstvy silnice FID

shape

druh

object ID

line

text 40

číslo určující linii

druh objektu rozdělení silnic

5

polyline

cesty pro údržbu vodního toku

10

polyline

místní komunikace

Další liniovou vrstvou je voda. Ta obsahuje pouze potok Miroslávka a Dolenickou strouhu. Toto jsou jediné vodní toky na území obce. Tato vrstva obsahuje atributy FID, shape, druh a název. Název a druh jsou typu text o délce 40 znaků. Atribut druh uvádí, co je to za typ toku a název jeho pojmenování. V atributu druh je pouze jediné označení: potok. tabulka 5: ukázka atributové tabulky u vrstvy voda FID

shape

druh text 40

název

object ID

line

text 40

číslo určující linii

druh objektu Rozdělení podle druhu název toku

1

polyline

potok

Miroslávka

3

polyline

potok

Dolenická strouha

Ve výřezu voda_clip zůstal pouze potok Miroslávka jako vodní tok. Této linii byla přiřazena modrá barva a širší zobrazení přímky, která ji reprezentuje.

4.2.1.4 Polygonové vrstvy Byly vytvořeny dvě polygonové vrstvy, zcela nová budovy_pal a jedna jako výřez hlavní mapy uzemního plánu hlavnimapa_clip, kde po vyříznutí byly zachovány všechny atributy původní vrstvy. Vrstva hlavní mapa je rozdělena na části území podle jejich funkčnosti. Pro vytvoření legendy, což jsou barevná označení různého území, byl použit sloupec druh. Tato vrstva je zde použita jako doplňková, aby bylo vidět, do kterého území jednotlivé části modelu spadají. Její výřez je možné zobrazit přes vrstvu vyskove_body. Nově vytvořená vrstva pomocí ArcCatalogu a ArcMapu je budovy_pol. Tato část modelu obsahuje polygony, které jsou zobrazeny na jednotlivých domech v obci. Každému polygonu je přiřazen počet pater (viz tabulka 6).

51

Tento sloupec umožňuje v aplikaci ArcScene přidat třetí rozměr a to počet pater krát výška jednotlivého patra. Je to nejjednodušší způsob jak zobrazit prostorově jednoduché náčrtky domů. tabulka 6: ukázka tabulky vrstvy budovy_pol FID 0 1 3 18 36

shape polygon ZM polygon ZM polygon ZM polygon ZM polygon ZM

patra 1 1 2 2 3

Tento způsob zaručuje i jednoduchou změnu výšky jednotlivých budov. Pokud by bylo potřeba změnit výškový rozměr, stačí vynásobit všechny polygony větším, popřípadě menším číslem.

Obrázek 21: Polygovonová vrstva budov

4.3 Tvorba výstupního videa Výsledný film je tvořen v programu Adobe After Effects. Video samotné není v tomto programu stříhano (program k tomu není ani určen), ale poskládáno dohromady z několika vytvořených kompozic a jednotlivých fotografií. Video je s loženo z několika částí: •

výsledné video z aplikace ArcScene,

•

rendrované sekvence z Rhinoceros,

•

staré a nové fotografie.

52

Pro tvorbu videa byl zvolen evropský standard. Video je snímkováno frekvencí 25 obrazů za vteřinu. Formát videa byl nastaven na PAL D1/DV Widescreen SQ4RB PIXBL. Byly také vytvořeny průvodní titulky, které prolínají v průběhu celého videa. Titulky v průběhu filmu vytváří komentáře k jednotlivým částem. Pro jednotlivé texty byly vytvořeny vrstvy typu text. Barva byla zvolena modrá, protože reprezentuje vodu a také se dobře vyjímá na černém pozadí, které bylo vytvořeno pomocí vrstvy solid a byla mu přiřazena černá barva. První částí videa je složená z fotografií. Je složená z historických i současných snímků. Tato část ukazuje, jak koupaliště vypadalo a v jakém stavu je dnes. Každá jednotlivá fotka byla vložena do vrstvy. Tento program pracuje s vrstvami a pro každou vrstvu je možné nastavovat efekty a animační prvky. Každá změna se ukládá do klíčového snímku. Hodnoty mezi jednotlivými snímky jsou přepočítány pro každý obraz videa. Toto nám umožňuje animovat pohyby, změnu průhlednosti, velikosti atd. Pro animování této části byly použity hlavně nástroje After Effects opacity, scale, pozition. Dalším

prvkem

výsledného

filmu

jsou

animace

vytvořené

z renderovaných snímků. Části pohybující se scény byly vytvořeny přes import, kde byl použit nástroj import JPEG sequence. Z těchto renderovaných animací byl vytvořeny kompozice, jenž byly přidány do hlavní kompozice, ve které je tvořeno výsledné video.

53

Obrázek 22: Ukázka tvorby výsledného videa

Začátek této části je složen ze snímku z nichž jeden je výsledná sekvence z renderu otočení. V této části působí jako statická fotografie, která se později rozpohybuje a zvětší na celou plochu obrazovky. Tento efekt umožňuje plynulý přechod do části filmu, která je výstupem jednotlivých renderů natavených pomocí animačních křivek v Rhinu. Tyto sekvence byly vytvářeny v laboratoři virtuální reality, protože 3D model byl natolik složitý, že se s ním na běžném PC nedalo pracovat a render jednoho snímku trval okolo dvaceti minut. I za použití vybavení laboratoře se jedna animační část renderovala průměrně osm hodin. Rhinoceros při velké složitosti tohoto modelu začal vytvářet chyby při renderování. Některé sekvence se vyrendrovaly bez rostlin nebo plotu, i když tyto vrstvy byly zapnuté. Proto byla většina animací renderována opakovaně. V této etapě byla vytvořena iluze pohybu pro prohlídnutí hlavní budovy až v After Effects. Tento způsob byl zvolen díky chybám Rhina. After Effects má efektivní nástroje, které umožní iluzi pohybu. Tato cesta byla jednodušší než renderovat výstup z Rhina. Byla použita jedna statická fotografie hlavní budovy. Ta byla několikanásobně zvětšena než vystup videa. Poté byl použity nástroje scale a pozition, které vytvořily iluzi pohybu kamery před hlavní budovou. Poslední částí animace je výstup z aplikace ArcGIS. Tato animace je průlet scénou, která zobrazuje celou obec. Tato část vypovídá o přibližném vzhledu 54

modelu v krajině. Model byl převeden do formátu 3ds. V tomto formátu měl být importován do ArcScene. Výsledný model měl 65 megabytů. Tento model nešel do této aplikace importovat. Proto byla do příslušného formátu uložena jen hlavní budova. Bazén byl vytvořen pomocí polygonové vrstvy. ArcGIS nedokáže pracovat s takto složitým modelem. Další budovou, která měla být později vložena byla pokladna a občerstvení, ale při přidání další budovy se ArcScene vždy zavřel. Nešlo s modelem pracovat, a tak ho ani uložit. Komplex je v tomto modelu ve zjednodušené verzi, ale ostatní části dostatečně doplňuje letecký snímek terénu, který je vložený na povrchu modelu. Z tohoto modelu bylo vytvořeno video pomocí nástroje fly, který vytváří klíčové snímky ve scéně. Tento nástroj je interpretován obrazem letícího ptáka, protože stejným způsobem se používá i ArcScene. Pomocí fly se přelétá nad terénem a jsou vytvářeny jednotlivé klíčové snímky, které určují trasu průletu. Z tohoto programu bylo video exportováno do formátu avi a přidáno do hlavní kompozice v After Effects jako závěr filmu. Poslední části animace jsou závěrečné titulky, které poskytují informace o použitých zdrojích a tvůrci filmu. Jsou tvořeny stejným způsobem jako komentáře v průběhu animace.

55

5 Diskuse a závěr 5.1 Diskuse Pro účely této práce byly prozkoumány různé možnosti jak rekonstruovat barvu v černobílé fotografii. Tato část zpracování fotografie zatím není plně rozvinutá. Způsoby, které ji řeší, jsou například Houghova transformace, která vyhledává shluky v snímku a podle jejich tvaru určuje objekt a podle toho přiřadí barvu objektu. Tato metoda není příliš rozvinutá, dokáže identifikovat jen jednoduché tvary a pro obarvení se moc nehodí. Dalším způsobem jak by šla tato část práce vyřešit je fuzzy-based coloring algoritm. Tato metoda využívá hodnot sousedních pixelů. Metody pro rekonstrukci barev nejsou zatím příliš efektivní a díky malým rozlišením fotografií nepoužitelné. Těmito algoritmy by se dalo navázat na tuto práci.

5.2 Závěr Tato diplomová práce pomůže ke kulturnímu i ekonomickému rozvoji obce. Umožní obecnímu zastupitelstvu zhodnotit možnosti rekonstrukce bývalých lázní. Výsledek práce může napomoci k získání dotací a popřípadě investorů, kteří by se podíleli na rekonstrukci. Znovuotevření tohoto komplexu vytvoří nová pracovní místa, která mohou napomoci k ekonomickému rozvoji obce. Na celkovou rekonstrukci, která by využívala podzemních artézských pramenů, je potřeba asi 15 miliónů korun. V tomto případě je nutné znovu provést vrty, které byly dříve používány. Potrubí, které k nim vede nyní nelze nelézt a je nefunkční. Tyto vrty stojí statisíce korun a obec nemá jistotu, jestli jsou tyto prameny ještě dostatečně silné, aby dokázaly zaplnit celé koupaliště. Tento způsob rekonstrukce je velmi nákladný a výsledek vysoce nejistý, tudíž si obec díky svému rozpočtu nemůže dovolit tento způsob opravy. Obec zvažuje i částečnou rekonstrukci za využití chemického čistícího systému a vody z rozvodného systému. Tato varianta by byla levnější, ale ztratila by se myšlenka původních lázní, ve kterých se nacházela přírodní voda z vysokým obsahem železa. Tato varianta je odhadována na necelých 8 miliónu korun. Nebyla by to taková zátěž pro obecní rozpočet, ale obec nyní investuje do vybudování kanalizace, která je velmi nákladná.

56

Pokud se obecní zastupitelstvo rozhodne objekt rekonstruovat ať už kompletně, nebo jen částečně, bude se snažit získat peníze z dotací státu nebo Evropské unie, popřípadě oslovit nějaké investory. Další variantou je představit projekt místním firmám, které by mohly stát sponzory a poskytnout finanční dar, který by jim snížil daňový základ. Tato práce by se mohla stát pro obec Damnice přínosem nejen při rozhodnutí o opravě objektu, ale také historickou rekonstrukcí dřívějšího vzhledu obce.

57

6 Literatura ABEL, J. Run length encoding [online] [cit. 25. dubna 2010] Dostupné na: http://www.data-compression.info/Algorithms/RLE/index.htm ADOBE PHOTOSHOP .[online] [cit. 25. dubna 2010] Dostupné na: http://cs.wikipedia.org/wiki/Adobe_Photoshop AFTER EFFECTS [online] [cit. 25. dubna 2010] http://webdevelopersjournal.com/software/after.html ANIMACE [online]. Webová encyklopedie [cit. 3. dubna 2010] Dostupné na: http://cs.wikipedia.org/wiki/Animace APLIKACE ARCGIS DESKTOP [online]. [cit. 24. dubna 2008]. Dostupné na: http://www.arcdata.cz/produkty-a-sluzby/software/esri/arcgisdesktop/aplikace-arcgis-desktop/ ARCGIS 3D Analyst [online] [cit. 5. května 2010] Dostupné na: http://www.arcdata.cz/produkty-a-sluzby/software/esri/arcgisdesktop/nadstavby-arcgis-desktop/arcgis-3d-analyst/ ARCTUR, D. -- ZEILER, M. Designing Geodatabases. USA: ESRI Press, 2004. 395 s. ISBN 1-58948-021-X FUNKCE PROGRAMU [online] [cit. 30. dubna 2010] Dostupné na: http://www.cz.rhino3d.com/features.htm#NURBS GEOGRAFICKÉ INFORMAČNÍ SYSTÉMY [online]. Webová encyklopedie.[cit. 24. dubna 2008]. Dostupné na: HANAK, G. Damnitz [online] [cit. 30. dubna 2009] Dostupné na: http://www.gerhan.de HRUBEŠ, P. Motion capture [online]. [cit. 1. dubna 2010] Dostupné na: http://glosy.animace.com/ KOUTEK, D. Animační abeceda, AVE ART Ostrava, 2007 149s, ISBN 978-80-2398502-3 MACHALOVA, J.-- POKORNY, P. Geografické informační technologie pro manažery Praha: VŠE, 2005. 106 s. ISBN 80-245-0864-8 MAPOVÁ DÍLA SOUVISEJÍCÍ S KŘOVÁKOVÝM ZOBRAZENÍM [online]. [cit. 24. dubna 2008]. Dostupné na: http://krovak.webpark.cz/soucasnost/praxe.htm MĚŘENÍ A MÍCHÁNÍ BAREV [online]. [cit. 5. dubna 2010] Dostupné na: http://www.paladix.cz/clanky/mereni-a-michani-barev.html

58

POČÍTAČOVÁ ANIMACE [online]. [cit. 1. dubna 2010] Dostupné na: http://cs.wikipedia.org/wiki/Po%C4%8D%C3%ADta%C4%8Dov%C3%A1_ani mace PROCHÁZKA, D. Způsoby reprezentace povrchu [online] [cit. 25. dubna 2010] Dostupné na: https://is.mendelu.cz/auth/eknihovna/opory/index.pl?opora=35 SCALABLE VECTOR GRAPHICS [online]. [cit. 20. dubna 2010] Dostupné na: http://cs.wikipedia.org/wiki/Svg STÝBLO, P. Teorie digitální fotografie. TOMOS Praha, 2006 44 s, ISBN: 80-901994-29 UMBAUGH, S. Computer Imaging Digital Image Analysis and Processing. Edvardsville: Sounthern Illinois University, 2006. 659 s. ISBN 0-8493-2919-1 VLACH, M.-- ŠVÉDA, P.Adobe Photoshop 6 Uživatelská příručka, Computer Press, 2008 309s, ISBN 80-7226-453-2 ŽÁRA, J.-- BENEŠ, B.-- FELKEL, P. Moderní počítačová grafika. Praha:Computer Press, 1998. 448s. ISBN 80-7226-049-9

59

PŘÍLOHY

60

Příloha 1: Hlavní budova převlékáren a část bazénu (Damnitz, 2009)

Příloha 2: Pohled na komplex od budovy občerstvení a pokladna (Damnitz, 2009)

Příloha 3: Pohled na celý komplex od kašny (Damnitz, 2009)

61

Příloha 4: Plavecké závody (Damnitz, 2009)

Příloha 5: Pokladna a živý plot (Damnitz, 2009)

Příloha 6: vyhloubení artézské studny, ze které celý komplex čerpal vodu (Damnitz, 2009)

62

Příloha 7: Místo, kde bylo postaveno damnické koupaliště (Damnitz, 2009)

Příloha 8: Zakladatel damnického koupališě (Damnitz, 2009)

Příloha 9: Pozůstatek kašny

63

Příloha 10: Hlavní budova a bazén

Příloha 11: Pokladna a občerstvní

Pozůstatek kašny Zarustající pozůstatky bývalého koupaliště

64

znečištěný bazén

Bázen a kašna

65

Část hlavní budovy

Část převlékáren a pokladna

66