Animace historického vývoje rekonstruovaného objektu

Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Provozně ekonomická fakulta

Animace historického vývoje rekonstruovaného objektu Bakalářská práce

Vedoucí práce: Ing. Mgr. Jana Andrýsková, Ph.D.

Brno 2009

Hana Komínková

Děkuji Ing. Mgr. Janě Andrýskové, Ph.D. za cenné rady a připomínky při zpracování této práce. Dále bych ráda poděkovala panu doc. Ing. Dr. Jiřímu Rybičkovi za vytvoření a poskytnutí sazebního stylu pro diplomové a bakalářské práce.

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci vypracovala samostatně s použitím literatury uvedené v seznamu na konci práce.

V Brně dne 25. 11. 2008

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

5

Abstract Komínková, H. Animation of historical development of simulate building. Bachelor’s final project. Brno, 2009. This Bachelor’s final project describes modeling process of, these days ruins, castle Cimburk near Koryčany city, also create stationary pictures and their animation in three moments of historical evolution after that. This project introduces his readers to basic functions of Rhinoceros and Ulead VideoStudio programs and with specific tools which were used when making this project.

Abstrakt Komínková, H. Animace historického vývoje rekonstruovaného objektu. Bakalářská práce. Brno, 2009. Bakalářská práce popisuje postup modelování dnes již zříceného hradu Cimburku u Koryčan, vytvoření statických snímků a jeho následné animace ve třech vývojových obdobích. Seznamuje čtenáře se základními funkcemi programů Rhinoceros a Ulead VideoStudio a s konkrétními nástroji, které byly při práci použity.

6

OBSAH

Obsah 1 Úvod a cíl práce 1.1 Úvod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Cíl práce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Teoretická část práce 2.1 Modelovaný objekt . . . . . . . . 2.2 Historie hradu . . . . . . . . . . . 2.3 Modely reprezentace prostorových 2.4 Třetí rozměr a počítačová grafika 2.5 Reprezentace scény . . . . . . . . 2.6 Osvětlení . . . . . . . . . . . . . . 2.7 Renderování . . . . . . . . . . . . 2.8 Řešení viditelnosti . . . . . . . .

. . . . . . těles . . . . . . . . . . . . . . .

3 Vlastní práce 3.1 Modelování hradu . . . . . . . . . . . . 3.2 Renderování . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Popis programu Ulead VideoStudio 11 3.4 Postup tvoření animace . . . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . .

. . . .

7 7 7

. . . . . . . .

8 8 8 11 12 13 14 15 16

. . . .

18 18 26 28 29

4 Praktický přínos práce

33

5 Závěr

34

6 Literatura

35

Přílohy

36

A Půdorysy

37

B Vývojové schéma podle M. Plačka

38

C Nákresy podle R. Vrly

39

D Obrázky modelu

41

1

ÚVOD A CÍL PRÁCE

1 1.1

7

Úvod a cíl práce Úvod

Počítačová grafika se v posledních letech stala běžnou součástí našich životů. Rychlý vývoj počítačů, který svět za posledních pár desetiletí zažil, umožnil rozvíjet kromě mnoha jiných odvětví i grafiku. V počátcích se využívalo jednoduché 2D grafiky s malou hloubkou barev. Vývoj výkonnějšího hardwaru umožňoval používání propracovanější grafiky s více detaily a více barvami. V posledních letech dosáhly počítače takové úrovně, že umožnily i rozvoj 3D grafiky. Její úroveň se stále zvětšuje, ale již dnes je jí využíváno v mnoha oborech lidské činnosti. Využití nachází v reklamách, filmových efektech či celovečerních filmech vytvořených pouze počítačovou grafikou. Neslouží však pouze pro zábavu – 3D modely využívají lékaři, stejně jako třeba stavební architekti. Modely nám umožňují vidět objekty, které bychom si jen těžko představovali, jejichž skutečná výroba by byla příliš nákladná nebo z různých důvodů prakticky neuskutečnitelná. Z pohledu středověku nám počítače umožňují naprosté zázraky - vytvořit model hradu, dnes zříceniny, a jeho proměny v čase. Z pohodlí domova tak můžeme sledovat stavební vývoj během mnoha staletí. Hrad Cimburk u Koryčan byl postaven ve 14. století. Za svou, více než šesti set letou, pestrou historii měl velké množství majitelů, byl mnohokrát dobýván, části hradu byly pobořeny a opět dostavovány. Postupem času docházelo ke zdokonalování bojové techniky, proto byl i hrad přestavován. Jeho fortifikace byla rozšiřována a přizpůsobována tak, aby odolal svým nepřátelům. Jakožto velice hodnotný majetek o něj byly vedeny spory, byl několikrát dán do zástavy a opět vykoupen. A tak, jako mnoho jiných hradů, byl v době, kdy již jako pevnost neskýtal žádnou velkou výhodu, bydlení na něm se stalo z luxusních důvodů nevyhuvující a jeho údržba nepřiměřeně drahou, začal Cimburk chátrat.

1.2

Cíl práce

Cílem práce je z dostupné odborné literatury analyzovat stavební vývoj hradu Cimburku u Koryčan, na jeho základě vytvořit 3D modely odpovídající jednotlivým historickým obdobím a představit vývoj objektu pomocí animace. V práci bude popsán postup při počítačové rekonstrukci a následné animaci. Rekonstrukce bude provedena v programu Rhinoceros s nadstavbovým pluginem Flamingo. Animace pak vznikne v programu Ulead VideoStudio ze statických obrázků vyrenderovaných při vhodném nasvícení scény a celkového zpracování videa vhodnými animačními technikami, kterými daný program disponuje. Výsledné video bude reprezentovat a představovat hrad v dnešní době (použitím fotografií) a ve třech nejdůležitějších stavebních etapách v historii hradu a to v polovině 14. století, na přelomu 14. a 15. století a v polovině 17. století.

2

TEORETICKÁ ČÁST PRÁCE

2 2.1

8

Teoretická část práce Modelovaný objekt

Situace a dispozice Zřícenina hradu Cimburka leží v k.ú. Koryčany jižně centrální části Chřibů nad říčkou Stupavkou (dnes oficiálně Kyjovkou), v nadmořské výšce 420 m, na ostrohu přibližně od západu k východu běžícího horského hřbetu na severu, východě a jihu ohraničeném strmějšími srázy, na JZ poněkud povlovnějším. Stavební soubor vykazuje hradní jádro relativně pravidelné, mírně lichoběžníkové dispozice o vnějších příčkách 40 a 17 m, ovládané velkou okrouhlou věží o vnějším průměru 8,5 m vetknutou do SZ rohu. Obvodová zeď z litého lomového zdiva je na třech stranách, považovaných za přístupnější, silná průměrně 2 metry, na bezpečnější severní straně, jdoucí po hraně skalního srázu, má o něco slabší, přibližně 1,5 m dimenzi. Hlavní obytný objekt uvnitř pláště jádra představuje vedle vnitřního dvora na jihu a východě k obvodové zdi přiložený čtyřpodlažní dvojkřídlý palác, se čtyřmi prostory ve spodním podlaží a původně dvěma sály v podlaží druhém. K ochraně příjezdu od jádra k západu byla na polygonální podnož vysunuta válcová hláska, spojená s předbraním jádra mocně dimenzovanou spojovací hradbou. Původní přední brána hradu, zaústěná do dnes už obtížně rozeznatelného příjezdního parkánu a situovaná SZ při patě hlásky, byla po přeložení předního vjezdu více k severu a SV nahrazena komplikovaným fortifikačním útvarem, v němž lze zevně rozeznat mělkou baštu s břitem a při ní v torzu dvojlisté oblé bašty těsnou branku pro pěší. Na jižní a východní straně vnitřní jádro hradu provází užší jižní a východní parkán, při SV rohu jádra zesílený SV polygonální baštou na třičtvrtěválcové podstavě. Torzo dodatečně podkovovité bašty se nachází v jižním parkánu blíž předbraní. Do mladšího fortifikačního předpolí hradu patří dovnitř otevřená půloválná přední, resp. vstupní bašta JZ pod hláskou, spolu s hradebním tarasem na svahu jižně hlásky. Dále je to rozšířený hrazený severní dvůr s mírně rozevřenou pětibokou baštou vysunutou do cesty a konečně původně také hrazený velký dvůr na severu a východě vniřtního hradu, na opyši zajištěný dvojlistým dovnitř otevřeným útvarem tzv. Stupavské bašty. Ze západního návrší za šíjovým příkopem hrad zabezpečovala dnes takřka nezřetelná bašta předsunutá. (Eliáš, 2001)

2.2

Historie hradu

Hrad sestává ze dvou hlavních částí, hradního paláce a předhradí. Palác zaujímá severovýchodní část zastavěného území, předhradí se rozkládá okolo něho, a je vysunuto k západu, jako přičleněný stavební útvar. Každá z těchto částí hradu byla střežena věží. Obě byly okrouhlé, žádná z nich nebyla věží obytnou. Zastavěné území odděluje od zbytku hřebene hluboká průrva, částečně vytesaná do skály, která sloužila jako hradní příkop a byla překlenuta mostem. (Polypeje, 2008)

2.2

Historie hradu

9

Založení hradu Hrad byl založen zemským podkomořím krále Jana Lucemburského Bernardem z Cimburka v letech 1327–1333. (Polypeje, 2008) Filologicky lze jméno Cimburk vyložiti jako hrad s cimbuřím. V zemích německých bývá jménem velmi častým. U nás pak jeho výskyt je doložen ve třech případech. (Hurt-Svoboda, 1940) Ve své původní podobě (1350) byl podle R. Vrly hradem plášťovým. Svědčí o tom mohutná obvodová zeď hradního paláce, která v západním nároží vytváří okrouhlou smyčku, v níž byla záhy vybudována věž, chránící vstup do hradního jádra. Protože s vybudováním věže již bylo při stavbě hradby počítáno, lze tuto etapu považovat za jakousi stavební mikrofázi. Nejstarší podoba hradu obsahovala i hradní palác s obytnými prostory pro majitele a jeho rodinu, a to v přízemí kuchyně, komory a místnosti potřebné pro provoz hradní domácnosti, v prvním poschodí pak síně reprezentační. Suterénu bylo zřejmě zčásti využito jako koníren. Druhé patro zaujímaly obytné místnosti, původně upravené jako obranné prostory se střílnami. (Polypeje, 2008) Rozšiřování hradu V polovině 14. století oblehl hrad bratr Karla IV., markrabě Jan Jindřich, a v roce 1358 jej od vnuka zakladatele odkoupil. Skupoval území z důvodu upevňování zeměpanské moci a na Cimburku zahájil přestavbu hradu, jehož konce se sám již nedočkal. Upravil síně v prvním poschodí hradního paláce. V něm byl zřízen prostorný rohový sál. Sousední místnost byla na severozápadním průčelí opatřena arkýřem spočívajícím na třech krákorcích. Tento arkýř sloužil pravděpodobně jako domácí kaple. Všechny tyto úpravy nepochybně souvisí se vzrůstem významu hradního pána. Jádro nabylo v této fázi zdvojené bergfrítové dispozice a ve svém celkovém vzhledu se hrad zařadil k nejkrásnějším stavbám nejen na Moravě. (Polypeje, 2008) Po otci získal hrad markrabě Jošt, jenž kvůli finanční tísni hrad zastavil. Cimburk se tak dostal jako zástavní majetek do držení Zikmunda z Letovic, poté Čeňka z Drahotuš, Voka z Holštejna a Štěpána z Vartnova. Král Zikmund si vymínil právo volného vstupu a opevnění se v něm, při jeho poškození husity také přispěl 100 kopy grošů na jeho opravu. Smrtí Štěpána vymřel rod pánů z Holštejna-Vartnova po meči. Od roku 1464 přešlo zástavní právo na Jitku a Elišku z Vartnova. Na počátku 15. století byla vstupní brána vedle hlásné věže a procházeli jí jak pěší, tak tudy projížděly vozy. Dodnes je zde patrná fortna pro pěší. K ochraně příjezdové cesty byla vybudována mohutná zeď, která měla také za úkol spojovat nádvoříčko před vnitřním hradem s menší strážnou věží. Aby byla cesta chráněna i z druhé strany, byla souběžně s ní vybudována i druhá hradba, dodnes v základech zjistitelná.

2.2

Historie hradu

10

Severní zeď hradního paláce byla zvýšena a do přízemních místností byla prolomena střílnová okénka. V jižní části hradu byl vystavěn nový ochranný parkán, který podstatně zvýšil bezpečnost palácových staveb. Obnoven byl i vjezd do hradu. Vstupní cesta už nebyla vedena na horní nádvoříčko, ale v mírném oblouku do severovýchodní části předhradí podél skalního útesu nesoucího hlavní strážnou věž. Podél šíjové hradby bylo zřízeno schodiště. Schodiště bylo opatřeno při vyústění do nádvoříčka pozdně gotickým portálem stejného tvaru, jakým se dnes vchází do vnitřního hradu. Vozům nebyl vjezd do paláce umožněn a tak zůstávaly na novém nádvoří za branou. (Polypeje, 2008) Od 16. století Za česko-uherských válek byl hrad dobyt Matyášem Korvínem a během let 1448– 1476 bylo vnější opevnění přestavěno. Zástavní právo ale bylo uhájeno u zemského soudu a po několika dalších majitelích dostal Cimburk do držení Vilém z Víckova, který splacením zástavní sumy dostal hrad jako svobodný šlechtický majetek. Vilémovi dědicové hrad v roce 1569 prodali. Prodej se uskutečnil prostřednictvím olomouckého biskupa Viléma Prusinovského a novým majitelem byl Gabriel Majlát, hrabě sikulský, svobodný pán a stálý hrabě země Fogaroš. Tento uherský šlechtic, luterán, který později konvertoval, zadlužil Cimburské panství u olomoucké kapituly ve výši 6500 zlatých. Tato pohledávka značně zatěžovala další majitele hradu ještě v době pobělohorské. Po Majlátově smrti (1577) spravovala panství vdova Anna Banffyová („1602). Od roku 1603 se správy ujala její dcera Alina. Již v roce 1607 po ní dědili její nezletilí synové Gabriel Horecký z Horky z prvního manželství a Kašpar Suněk z Jesenice z manželství druhého. Po dosažení zletilosti a vyplacení dědického podílu se v roce 1611 stal jediným majitelem Gabriel Horecký. Za stavovského povstání mu byl roku 1619 jako katolíku a stoupenci Ferdinanda II. zkonfiskován majetek. Po Bílé hoře (1621) jej však nabyl zpět. Roku 1623 byl hrad pomocí zrady Kašpara Suňka dobyt vojskem sedmihradského knížete Gábora Betlena. Gabriel Horecký byl zajat a musel se vykoupit za 10 000 zlatých, čímž zadluženost panství dosáhla kritického stavu. (Polypeje, 2008) Po česko-uherských válkách bylo cimburské předhradí zdokonaleno na obou koncích baštami, dvojicí ve směru ke Stupavě a jednou půlkruhovou baštou pod strážnou věží. Vilém z Víckova pak přeložil vjezd do hradu na severní stranu a zajistil jej dvěma branami, umístěnými asi 18 m za sebou. K nim svedl cesty jak od údolí, tak i z hřebene. Dosavadní druhou bránu pod věží zbořil a zahradil baštou. Před ni představil ještě půlkruhovou hradbu, vyzbrojenou šikmými střílnami. Další, polygonální baštu, zřídil na ochranu nové brány a poslední nechal vystavět na jižní straně hradu. Nechal také zazdít arkýř v hradním paláci. (Polypeje, 2008) Dr. Svoboda do této doby klade i snesení horních partií bergfritu v hradním jádře. Se soudobými opravami snad souviselo i rozšíření zídky střeleckého ochozu na koruně čelní zdi jádra vnitřní přizdívkou. (Vrla, 1996)

2.3

Modely reprezentace prostorových těles

11

Gabriel Horecký z Horky v důsledku tureckého ohrožení upravoval druhé patro paláce pro dočasný pobyt. Svědectvím jeho stavební činnosti jsou velká renesanční čtverhranná okna, jejichž ostění nesou erb hradební zdi, pouze náhodně připomínající erb cimbuří zakladatelů hradu Cimburka. Sídlem vrchnosti se však stal barokní zámek v Koryčanech, a tak byl Cimburk počátkem 18. století definitivně opuštěn. (Brych, 2007) 20. století O záchranu hradu se v roce 1930 pokusili majitelé koryčanského velkostatku s podporou ministerstva školství a národní osvěty. V západní části hradu byla zabezpečena polygonální bašta a vnější hradební zeď vyspárováním a vyzděním. V severovýchodním nároží hradního paláce pak byl zajištěn gotický portál v prvním poschodí a dvě sousední okna na severní straně. Další práce pokračovaly v roce 1940, kdy zástupce SPÚ zjistil, že hrozí zřícení celého východního nároží hradu. Vzhledem k válečné době pak veškeré práce ustaly. Po II. světové válce byl hrad spravován správou státních lesů. Roku 1950 byl převeden na KNV Gottwaldov. 4. října 1959 oznámil kyjovský okresní konzervátor, že se zřítila střední část jihovýchodní 2 m silné zdi hradního paláce a sesunula se přes vnější opevnění. Po vybourání zdiva u portálu do paláce, které provedl neznámý pachatel, se ONV v Kroměříži rozhodl iniciovat obnovení zajišťovacích prací. To však narazilo na nemožnost nalezení stavebního podniku, který by byl stavební práce ochoten provést. (Polypeje, 2008) Současný stav hradu Od roku 1994 na obnově hradu pracuje občanské sdružení Polypeje. Většina prací je prováděna ručně členy sdružení, případně dalších dobrovolníků. Kromě neustálých stavebnických prací, oživují hrad také kulturní akce – divadelní, hudební či šermířká vystoupení.

2.3

Modely reprezentace prostorových těles

Na rozdíl od plošných objektů, které lze snadno reprezentovat v podobě hran (případně i výplní) tvořených čarami, analyticky zadanými křivkami či spline křivkami, je formalizace prostorových těles mnohem složitější. Drátové modely Nejstarší metodou formalizace objektů jsou hranové modely (častěji označované jako ”drátové” (”wire-frame”)). Tyto modely vznikly počátkem 60. let, tedy v době, kdy se objevily i pvní trojrozměrné CAD systémy. Stejně jako dvojrozměrné modely i tyto modely představovaly metodu kreslení (a nikoli modelování). Zkratku ”CAD”

2.4

Třetí rozměr a počítačová grafika

12

lze tedy v jejich případě chápat spíše jako ”Computer aided Drawing”, tj. automatizované kreslení. Na rozdíl od dvojrozměrných modelů, v nichž se k popisu libovolného objektu užívají grafy tvořené pouze cykly (tj. jednoduché posloupnosti bodů), je u trojrozměrných těles užití obdobného způsobu obtížné z důvodu problematické numerace bodů. Pokud například očíslujeme hranu jedné z ploch objektu, musíme se rozhodnout, od kterého bodu začneme číslovat hranu ohraničující jinou plochu. Poté, co zvolíme počáteční bod další hrany, musíme určit, který ze dvou dosud neočíslovaných sousedních bodů očíslujeme jako bod následující po počátečním bodu. Na rozdíl od dvojrozměrných modelů nemá posloupnost numerace vrcholů u trojrozměrných modelů význam. Základní součástí drátového modelu jsou údaje o hranách objektu. Model představuje soubor trojrozměrných souřadnic jednotlivých vrcholů tělesa a topologických údajů o vrcholech vzájemně propojených hranami. Topologické údaje se ukládají do cyklického grafu, v němž každý vrchol představuje vrchol tělesa a hrany grafu spojují pouze vrcholy, které jsou spojeny hranami i v objektu samém. Daný graf je tedy topologicky totožný se samotným modelem, ovšem s tím rozdílem, že neobsahuje souřadnice vrcholů. Graf je do počítačové paměti uložen v podobě vrcholové matice, údaje o souřadnicích vrcholů obejektu pak v podobě samostatné tabulky. (Partskhaladze, 2005)

2.4

Třetí rozměr a počítačová grafika

Mezi nejrozšířenější 3D-modelovací programy patří 3ds max, Maya, Cinema, Lightwave, Rhinoceros. Ve strojírenství jsou používány programy Autocad, Autodesk Inventor a další, umožňující vedle simulace fyzikálních zákonitostí i vizualizaci navržených výrobků. V architektuře je, zejména ve světovém měřítku, nejvíce používán program ArchiCad. Nedílnou součástí 3D-modelovacích programů jsou další programy a pluginy pro specializované úlohy. Řada programů se specializuje na renderování vytvořené scény, k nejznámějším patří například Brazil. Dříve bylo jejich použití nevyhnutelností, dnes již bývají stále více dodávány v rámci samotného 3D-modelovacího programu. Na vyspělosti algotitmů programů pro renderování závisí přesvědčivost realismu a také rychlost vykreslení dané scény zvolenou metodou. Jiné postupy modelování vyžaduje tvorba objektů pro hry a jiné například tvorba modelu, který má být následně vyroben. Objekt pro hru musí splnit podmínku jednoduchosti tvaru a budoucí výrobek musí splnit podmínky obráběcího stroje. Požadavek na co nejmenší počet polygonů, ze kterých objekt sestává, neplatí jen pro hry, ale i pro komplexnější vizualizace. Pokud vytvoříte realistickou iluzi za použití co nejméně komplikovaných objemů, získáte výhodu rychlejšího vykreslení vytvořené scény a snadnější manipulace s ní v průběhu tvorby. Vytvoření realistické scény při malé složitosti závisí na umění postihnout důležité detaily a na promyšlené volbě metod při vytváření objemů. (Tůma, 2007)

2.5

Reprezentace scény

13

Určení směru projekce Během práce s modelem musí mít uživatel možnost náhledu na všechny strany modelovaného tělesa tj. musí mít možnost buď otáčet model vzhledem k rovině projekce, nebo měnit směr pohledu na model (tj. v prostoru přemísťovat bod, z něhož ”vidí” model). Na tom také závisí, pod jakým úhlem budou na obrazovce zobrazeny souřadnicové osy. (Partskhaladze, 2005)

2.5

Reprezentace scény

Scénou nazýváme množinu prostorových objektů doplněnou dalšími informacemi potřebnými pro jejich zobrazení. Přestože se zdá, že vytvoření scény je poměrně jednoduchým záverečným krokem po předchozím vymodelování individuálních prostorových objektů, je tvorbu prostorové scény možno chápat jako samostatnou úlohu. Zatímco systémy pro modelování těles zpracovávají geometrická data definující tvar jednotlivých objektů, systémy pro tvorbu scén přidávají k objektům transformace do jejich cílové polohy, určují informace potřebné pro zobrazování (světla, kamery) a především umožňují do scény opakovaně vkládat stejně nebo podobně vypadající objekty, tzv. instance. Scéna obvykle obsahuje: ˆ nezobrazované objekty – kamery, osvětlení scény; ˆ zobrazované objekty – jejich geometrii, barevné vlastnosti, textury; ˆ prvky definující logickou strukturu scény – definice skupin a jejich instancí ˆ transformace – definované hierarchicky kvůli snadnější manipulaci s objekty

Kamerou nazýváme množinu informací týkajících se jedné pohledové transformace. Kamera není reprezentována žádným tělesem, neboť představuje virtuálního pozorovatele, který si scénu prohlíží. Z charakteristiky kamery tedy zobrazovací systém získá údaje o umístění pozorovatele, směru jeho pohledu a způsobu promítání. Tvůrce scény může do popisu scény zahrnout několik kamer nastavených tak, aby poskytly pohledy na různá, významná místa ve scéně. Ke každé kameře lze doplnit údaje o animační křivce, tedy trajektorii, po které se kamera pohybuje, a o natáčení kamery. Popis osvětlení scény zahrnuje údaje o světelných zdrojích. Světelné zdroje jsou buď abstraktní objekty určující pouze směr, odkud přichází světlo, nebo konkrétní plochy, které světlo emitují, ať již primárně či sekundárně. Abstraktní zdroje světla tedy nemají definován konkrétní geometrický tvar a pokud si je tvůrce scény přeje ukázat (žárovka, reflektor), musí je vymodelovat samostatně a zařadit mezi ostatní, běžná tělesa ve scéně. Tělesa a další zobrazované objekty je vhodné uspořádat do takové struktury, která umožňuje seskupovat logicky k sobě patřící části, efektivně je transformovat a jejich instance vkládat úsporným způsobem do prostoru scény. Tato struktura se nazývá graf scény. (Žára, 2005)

2.6

Osvětlení

2.6

14

Osvětlení

Správná volba osvětlení je pro realismus scény stejně důležitá jako použití vhodných povrchů. Měkké rozptýlené světlo je vhodné pro vykreslení objemů bez rušivých ostrých stínů. Ostré boční světlo zase dokáže zvýraznit strukturu povrchu. Pokročilé 3D-programy dokáží simulovat rozptýlené denní světlo, rozptýlený odraz paprsků od povrchů ovlivňující okolní objekty (radiosity), lom světla, průhledné a odrazivé povrchy (raytracing), efekty jako odlesky vodní hladiny (caustic) a podobně. S na růstající dokonalostí simulace fyzikálních zákonitostí světla a s počtem průhledných a odrazivých povrchů na scéně narůstá i čas potřebný k vykreslení scény. (Tůma, 2007) Světelné zdroje Nejčastěji používané světelné zdroje: Bodový světelný zdroj vyzařuje světlo rovnoměrně a stejnou intenzitou do všech směrů. Bodový světelný zdroj je jednoznačně určen svou intenzitou a polohou. Rovnoběžný světelný zdroj může být chápán jako bodový zdroj ležící v nekonečnu, nebo jako nekonečně velký rovinný zdroj v konečné vzdálenosti. Jeho paprsky dopadají rovnoběžně a obyčejně se jím aproximují velmi vzdálená tělesa, například sluneční svit. Plošný zdroj je obyčejně planární, má konenčou plochu a vyzařuje paprsky do předního poloprostoru všemi směry. Zatímco bodový zdroj nemůže nikdy způsobit stíny s neostrou hranicí (polostínem), plošné světelné zdroje tento jev způsobují. Reflektor (spot ligth) je směrově závislý zdroj světla, který je určen polohou a směrem, kterým září. Vyzařuje nejvíce ve směru osy vyzařování, kolmo k tomuto směru klesá intenzita exponenciálně. Geometricky je možno popsat reflektor jako kužel. Reflektory mohou mít kolem své osy vyzařování jasnější oblast, kterou lze simulovat dvojicí souosých kuželů se shodným vrcholem. Vnitřní kužel o menším poloměru představuje svazek jasného světla, jehož intenzita klesá pouze se vzdáleností od vrcholu, nikoli se vzdáleností od osy kuželu. Vnější kužel určuje hranici, za kterou světlo z reflektoru vůbec nedopadá. V oblasti mezi vnitřním a vnějším kuželem je světlo tlumeno s ohledem na vzdálenost od osy. (Žára, 2005) Stíny V počítačové grafice se často rozlišují dva druhy stínů – vlastní (self shadow) a vržený (cast shadow). Vržený stín vnímáme nejčastěji. Je to stín, který vrhá jeden objekt na druhý a který tak pomáhá rozpoznat umístění těchto objektů v prostoru. Vlastním stínem se označuje stín, který objekt vrhá sám na sebe. Ve vlastním stínu pochopitelně leží všechny plochy tělesa odvrácené od světla. U těchto ploch je však

2.7

Renderování

15

problém určení stínu vyřešen již přímo ve fázi stínování, a proto si často ani neuvědomujeme, že se také jedná o stín. Mnohem důležitější jsou proto ty vlastní stíny, které vrhá jedna část tělesa na jinou. Některé algoritmy jsou schopny nalézt pouze vržené, nikoli vlastní stíny. (Žára, 2005)

2.7

Renderování

Textury Mapping (mapování) je jakýmsi ”polepením” virtuálního objektu tapetami. Těmito ”tapetami” je přitom dvojrozměrné zobrazení (grafický soubor) obsahující ”zdroj” textury. Důležité je přichytit počátek textury ke konkrétnímu bodu povrchu modelu. Každý bod povrchu modelu je tedy jakoby pokryt zvolenou texturou a při výpočtu barvy tohoto bodu se k jeho ”absolutnímu” osvětlení dodává barva příslušného bodu textury. Tímto způsobem lze docílit nejen realistického zobrazení, ale také snadněji rozlišit objekty scény, pokud samozřejmě mají různé textury. (Partskhaladze, 2005) Textura je popisem vlastností povrchu a je důležitá pro vnímání struktury, barvy a kvality objektu. Textura je vzorek, který může být buď pravidelný, či nepravidelný. Prvek textury se jemnuje texel. Textura je úzce spjata s materiálem, který by měl povrch jednoznačně popisovat. Z historických důvodů, zejména však pro zjednodušení mnoha operací, se materiál a textura oddělují a aplikují se ve dvou krocích. Aplikace textury vede k podstatnému zvýšení vizuální kvality objektu za cenu relativně malých nákladů, a proto je textura intentivně používána v časově kritických aplikacích. Často je efektivnější použít jednoduchou geometrii a složité textury, nežli definovat složité geometrické detaily. výsledek, zejména pro objekty, které jsou zobrazeny jen krátce či z velké vzdálenosti, je od složitých objektů k nerozeznání. Typickým přikladem jsou billboardy, tento přístup ale nachází použití například při modelování příšer v počítačových hrách. (Žára, 2005) Rozdělení textur ˆ Barva povrchu je určena koeficientem difúzního odrazu. Mapování difúzní

složky materiálu je nejčastěji používaným způsobem aplikace textury. ˆ Odraz světla se může měnit s místem povrchu a simuluje se jako změna zrca-

dlové složky materiálu. Projevem této vlastnosti je odrážející se okolí objektu na jeho povrchu. ˆ Změna normálového vektoru opticky mění tvar povrchu, aniž by měnil ge-

ometrii objektu. Výsledkem je povrch, který vypadá jako zprohýbaný, či jinak geometricky změněný. Typickým reprezentantem této techniky je hrbolatá textura (bumb mappimg)

2.8

Řešení viditelnosti

16

ˆ Textura může určovat průhlednost povrchu a její aplikací se docílí dojem

změny geometrie povrchu. ˆ Hypertextura určuje optické vlastnosti nad povrchem objektu a hodí se pro

modelování vlasů, ohně, trávy atp. (Žára, 2005)

2.8

Řešení viditelnosti

Cílem algoritmů pro řešení viditelnosti je nalezení těch objektů a jejich částí, které jsou viditelné z určitého místa. V technických aplikacích se setkáváme s rošířenou úlohou, při které je třeba umět vykreslit i zakryté části (hidden part), např. zakryté hrany zobrazit čárkovanou čarou. Algoritmy pro řešní viditelnosti jsou vždy svázány s konkrétní reprezentací prostorových objektů. Dobře se zpracovávají objekty popsané hraniční reprezentací, a to zejména ploškovou. Většina známých metod pro řešení viditelnosti pracuje právě s rovinnými ploškami. Pro jiné reprezentace je nutno použít specializované postupy. Často jsou také objekty z jiných reprezentací převáděny do ploškové hraniční reprezentace. Možná ztráta přesnosti při převedení dat je vyvážena rychlostí zobrazování. Algoritmy viditelnosti se dělí do dvou základních skupin podle toho, v jakém tvaru poskytují výsledná vyhodnocená data: ˆ Vektorové algoritmy (též liniové algoritmy) Jejich výstupem je soubor geomet-

rických prvků, např. úseček, představujících viditelné části zobrazovaných objektů. Úsečky, popsané koncovými body, lze plynule zvětšovat, takže jednou vyhodnocená data z hlediska viditelnosti lze opakovaně vykresli v libovolném rozlišení na různých zařízeních. Dalším výstupem těchto algoritmů bývá soubor zakrytých částí objektů, se kterými se při případném vykreslování zachází obdobně. Tato třída algoritmů je používána zejména v technických aplikacích. Aplikace, které vracejí pouze úsečky, se nazývají HLE (Hidden Lin Elimination), pokud zpracovávají plochy, říkáme jim HSE (Hidden Surface Elimination). ˆ Rastrové algoritmy Pracují pouze v rastru. výsledkem je obraz, jehož jednotlivé

pixely obsahují barvu odpovídajících viditelných ploch. Nevýhodou je pevný rozměr výsledného obrázku. Naprostá většina současných metod patří do této katagorie. Zajímavé je posouzení vlivu možné numerické chyby při provádění algoritmů. Zatímco chyba při provádění rastrového algoritmu ovlivní většinou pouze několik pixelů, chyba vektorového algoritmu (např. označení jedné ze zakrytých hran za viditelnou) může způsobit výrazné porušení vzhledu celého obrazu. (Žára, 2005) Výpočty viditelnosti Vykreslevání všech objektů na scéně by v mnoha případech bylo příliš náročné a tedy i dlouhé. Existují metody vypočítavající viditelnost objektů na scéně.

2.8

Řešení viditelnosti

17

ˆ přesné ˆ konzervativní ˆ agresivní ˆ přibližné

Přesné algoritmy poskytují exaktní řešení daného problému – naleznou právě tu množinu objektů, kterou je nutno zobrazit. Konzervativní algoritmy ”nadhodnocují” viditenosti, tzn. jako výsledek poskytují nadmnožinu skutečně viditelných bodů, objektů či ploch. Agresivní algoritmy naopak ”podhodnocují” viditelnost, tzn. jejich výdledkem je pouze podmožina viditelných objektů. Přibližné algoritmy pak poskytují pouze aproximaci exaktního výsledku, u níž nelze s jistotou určit, zda je podmožinou či nadmnožinou exaktního řešení. (Žára, 2005) Metoda sledování paprsku Metoda sledování paprsku spočívá v rekurzivním vyhodnocování všech sekundárních paprsků, které protínají zobrazené předměty ve scéně. Není-li žádný průsečík zjištěn, přiřadí se barva odpovídající barvě pozadí a sledování skončí. V praktických situacích by však takové sledování mohlo být velmi dlouhé a dokonce by nemuselo nikdy skončit. Sledování je tedy třeba ukončit nejpozději po předem určeném počtu odrazů či lomů primárního paprsku (toto číslo tedy udává maximální hloubku použité rekurze). (Martišek, 2002)

3

VLASTNÍ PRÁCE

3 3.1

18

Vlastní práce Modelování hradu

Půdorys hradu vychází převážně z vývojového schématu podle M. Plačka, kde je znázorněno, ve které době existovaly jednotlivé části hradu. Druhým důležitým podkladem byl půdorys obsažený ve Stavebně historickém průzkumu – věrně zachycuje polohu zdí, ovšem pouze ty, které ještě dnes existují. Celkový vzhled hradu je vytvořen podle popisů ve Stavebně historickém průzkumu a v publikaci Hrad Cimburk u Koryčan – jeho dějiny a stavební vývoj, podle některých nákresů ing. Radima Vrly a podle vlastních fotografií pořízených na hradě. Hrad byl modelován nejdřív z období v polovině 17. století a až pak byl upraven na hrad staršího data. Bude proto tak i popisován postup modelování. Podle chronologie ovšem – prvním modelem je hrad z poloviny 14. století, druhý model představuje přelom 14. a 15. století a třetí model polovinu 17. století. Nejčastěji používané nástroje Hodně objektů je možné vymodelovat pomocí nástroje Kvádr. Mnohdy jsou ale objekty složitější, jediná možnost je tedy poskládat je z ploch. K tomu slouží především dva velmi často používané nástroje a to Plocha ze 3 nebo 4 rohových bodů případně Plocha ze 3 nebo 4 hraničních křivek. Pokud ovšem jedna nebo více z hran vytvářené plochy nemá být přímka, je nutné použít nástroj Plocha ze 3 nebo 4 hraničních křivek. Při hledání rohových bodů (stejně jako při kopírování či přesouvání objektů) je důležité zapnutí (a někdy i vypnutí) úchopových bodů. Lišta úchopových bodů se zapíná tlačítkem Uchop, umístěném v dolní části obrazovky. Rhino nabízí 10 typů úchopových bodů – nejčastěji používané je přitom zřejmě Uchopování koncových bodů. Zapnutím tohoto módu se kurzor na malé vzdálenosti bude přichycovat k určeným bodům, přičemž se vedle nich objeví informativní tabulka označující nalezení takového bodu. Úchopové body umožňují velice přesné modelování, kdy koncové body sousedních objektů jsou totožné, nevznikají tedy mezi nimi škvíry, které by byly viditelné. Stejně důležité jako používání těchto bodů je ovšem také jejich vypnutí, jinak hrozí, že nově vytvářená tělesa se budou přichytávat na úplně jiná místa, než kam by měla. Dalším používaným nástrojem je Lomená čára případně Úsečka. Pro vytvoření plochy slouží nejen dva výše zmiňované nástroje, ale také nástroj Vytáhnout křivku buď Přímo, Podél křivky případně pomocí dalších možností. Stejným způsobem lze z plochy vytvořit těleso, jen použijeme nástroj Vytáhnout plochu. Velmi silný nástroj je Stříhat případně Rozdělit. K ořezu je potřeba určit hraniční křivku, pokud se taková v modelu nenalézá, použije se nástroj Řezná rovina, který inteligentně vytvoří plochu právě tak velkou, jak je potřeba. Každý objekt musí být umístěn v nějaké vrstvě. Tyto vrstvy jsou pouze abstraktním rozdělením objektů v počítači, liší se od sebe barvou a jednotlivé vrstvy

3.1

Modelování hradu

19

lze libovolně vypínat – objekty v nich se tím zneviditelní a nezavazí tedy zbytečně při další práci. Postup modelování Hlavní palác je čtyřpodlažní. V přízemí byla okna kvůli obraně maximálně střílnová. V prvním patře najdeme okna široce nálevkovitá. Zvenku jsou nicméně všechna okna poměrně úzká a s okenicemi kvůli teplu. Do zdí byly vyříznuty otvory pomocí nástroje Stříhej a do nich přidány velmi úzké kvádry s texturou dřeva. Nástrojem Otočit byly některé okenice jakoby otevřeny – při bližším pohledu je tedy vidět síla zdi. Na severní straně paláce se nachází prevet1 . Model prevetu nemusí přesně odpovídat realitě, protože v renesanci byl zásadně přestaven, takže lze těžko usuzovat jak vypadal dříve. Dalším problémem je nepřesnost modelování terénu, v tomto případě skály, na které je hrad vystavěn.

Obr. 1: Dnešní podoba místa, kde kdysi býval prevet. Tehdejší vchod na toto místo, dnes slouží jako hlavní vchod do paláce.

Celý palác je vytvořen převážně pomocí ploch, do kterých jsou pomocí nástroje Stříhej vyřezány otvory a vsazena okna. Střecha je modelována pomocí úseček – od vrcholu střechy po vrcholy budovy, pomocí nástroje Prodluž křivku se úsečky protáhly, aby přečnívaly přes okraj budovy. Následně se křivky použily pro vytvoření ploch. 1

Nejpokročilejší forma středověkého záchodu, nejčastěji ve formě malého arkýře, opatřeného kamennou sedačkou s otvorem, nebo podobně vybaveného výklenku ve zdi. V obou případech padaly fekálie přímo k patě stavby. (Fabian, 2007)

3.1

Modelování hradu

20

Textury Pro nanesení textur byla využita nástavba Flamingo. V přednastavené knihovně však textury nevypadají dostatečně realisticky. Použity proto byly textury nalezené na internetu. Po vybrání nabídky Materials se otevře okno materiálů. Kliknutím pravým tlačítkem se objeví menu, vybereme New a poté Default gray. V záložce Maps zadáme adresu textury, označením zadané adresy se zvýrazní možnost Edit zde se nastavují vlastnosti textury, především velikost a orientace. Pokud bychom chtěli použít jiný materiál jako vzor, vybereme místo Deault gray Use Current Material as Template. Místo defaultního nastavení se přenastavují vlastnosti již hotového materiálu. Na budovu je použita textura omítky, na střechu šindele. Právě na střechách bylo zapotřebí textury pro každou plochu otočit tak, aby šindele nebyly nakřivo. Muselo být proto vytvořeno poměrně velké množství materiálů, protože na každou plochu bylo nutné použít materiál s jiným otočením.

Obr. 2: Nabídka materiálů

Ve třetím patře byla v době přestaveb za vlády Jana Jindřicha vybudována kaple. K přestavbám došlo až ve druhé polovině 14. století, proto je kaple vidět až na dvou modelech z pozdějšího období. Avšak dnes již kaple neexistuje a není ani jasné, jak přesně vypadala – možná podoba je s křížovým ale i s šestidílným zaklenutím arkýře. Pro model bylo zvoleno šestidílné zaklenutí, podle jedné z kreseb.

3.1

Modelování hradu

21

Zdi vnitřního hradu K nejstarším částem hradu patří ještě mohutné obvodové zdi, které tak vytváří vnitřní nádvoří. Na všechny bylo osazeno cimbuří2 , o jeho přesném vzhledu se mohou vést spory, ale podle cimbuří ještě existujícím na jiných hradech, můžeme předpokládat, že takto vypadalo i na Cimburku. Cimbuří je seskládáno z několika ploch, z nichž je utvořena skupina, kterou je snadné kopírovat vedle sebe podle potřeby. Při označení kterékoli části cimuří se označí celá skupina, příkazem Kopírovat je objekt chycen za určitý rohový bod a přenesen na tomuto rohu odpovídající místo, které je zvýrazněno díky zapnutému režimu Uchopování koncových bodů. Na třetím modelu je na cimbuří ještě střecha. Polovina síly zdi je o něco nižší – je tak vytvořen ochoz. Ten je domodelován dřevěným ochozem přidaným ke zdi. Tato výdřeva má zábradlí, stojí na trámech a o dřevěný ochoz je na několika místech opřen žebřík, sloužící pro přístup na ochoz.

Obr. 3: Modelování cimbuří

V západní zdi je průchod ven z hradu. Ve zdi byl vyříznut otvor, průchodu byly přidány boční zdi a vloženy dveře. Z obou stran dveří jsou dva kvádry s texturou železných pásků (kování dveří) a jednoduchá klika. Země vnitřního hradu se svažuje od západu k východu. Dnes je svah pozvolný, ve středověku byl stupňovitý, což je vidět na vnitřním dvoře modelu. Stupně jsou ohraničeny dřevěnými deskami, tedy kvádry s texturou dřeva. Zbytek země je tvořen z trojúhelníkovitých ploch s texturou trávy. 2

Ozubené ukončení parapetních zídek ochozů, tvořené zuby (stínkami) a výhledy (prolukami) mezi nimi. Stínky se převážně od 14. století rozšiřují a bývají opatřeny střílnou, v pozdní gotice se proluky většinou zazdívají a v zazdívce je opět ponechána pouze štěrbinová střílna, později i jako ozdoba. (Fabian, 2007)

3.1

Modelování hradu

22

Obr. 4: Fotografie průchodu a jeho model i s dveřmi

Bergfrit Do prostoru v severozápadní zdi byla ve druhé polovině 14. století dostavena věž – bergfrit3 (opět je možné ji vidět až na dvou modelech z pozdější doby). Vstup do věže je až ve výši ochozu. Dnes je bohužel věž vysoká pouze k tomuto ochozu. Věž je válec na jehož vrcholu je nasazen nízký o něco širší válec nahoře s cimbuřím, ze spodu podepřený krakorci. S dvěma pomocnými kružnicemi byl vymodelován jeden krakorec, nezbytné přitom bylo použití úchopového bodu Uchopování kolmic, proto aby boční stěny ležely v rovinách, které prochází osou věže. Nástrojem z nabídky Transformace Pole - Podél křivky, byl nanesen těsně vedle sebe tolikrát, aby vyplnil celý obvod věže. Věž ukončuje střecha - tedy jednoduchý kužel. Bašta Na severovýchodním rohu paláce je bašta, která pravděpodobně vznikla až ve druhé stavební fázi. Bašta je polygonální, vytvořená jako 2 polygony a jeden z nich je zvětšený. Tak vznikla zeď o jisté tloušťce, ve vrchní části bašty jsou vyříznuté střílny. Právě na tomto místě je možno tloušťku zdi vidět. Střecha je opět vytvořena pomocí úseček, které byly doplněny na plochy. Plocha pak byla o pár centimetrů vytažena do výšky pro větší realističnost. Do bašty se vcházelo vchodem z druhého podlaží v paláci, vchod proto nemůže být na modelu vidět. 3 Útočištná, převážně okrouhlá věž, bývá přístupná z prvního patra po snadno odstranitelném můstku či schodišti, v případě potřeby mohla být chráněna jako samostatná pevnost. V dobách míru nesloužila obytným účelům, její temné, pouze otvorem ve stropě přístupné přízemí mohlo sloužit jako vězení (hladomorna). (Fabian, 2007)

3.1

Modelování hradu

23

Obr. 5: Modelování bergfritu

Parkánová zeď Byla postavena, stejně jako bašta, v první polovině 15. století. Parkánová zeď4 je vymodelována stejným způsobem jako plášť vnitřního hradu. Hotová část zdi vytvořila skupinu. Objekty ve skupině nelze označit jednotlivě, při kliknutí na kterýkoli z nich, se označí celá skupina. Tyto krátké fragmenty zdi byly nakopírovány vedle sebe a poupraveny některé nesrovnalosti (škvíry při ohybu zdi, mezery v zábradlí na žebříky apod.). Stejným způsobem bylo vytvořeno i předbraní přiléhající k západní části vnitřního hradu. Ve zdech byly vyříznuty dva průchody – jeden vedoucí na parkán a druhý k hlavnímu vchodu hradu. Vedle tohoto vchodu je umístěn žebřík vedoucí na spojovací zeď. Žebřík tvoří dva dlouhé rovnoběžné kvádry pospojované kratšími kvádry. Celý žebřík tvoří dohromady jednu skupinu a je tedy možné ho libovolněkrát kopírovat dle potřeby. Na zdi, stejně jako na předbraní, je ve třetí stavební fázi střecha tvořena výše popsaným postupem. V dřívějších letech byly zdi zakončeny pouze cimbuřím. V jihozápadní zdi předbraní je zevnitř široce nálevkovitá střílna. Na vnější stranu hradby byl pomocí křivek nakreslen obdélník, na vnitřní stranu složitější tvar nálevkovitého okna. Oba tvary byly do zdi vyříznuty pomocí nástroje Stříhej. Rohy útvarů byly pospojovány křivkami a doplněny na plochy. 4

Parkán je podlouhlá plocha zdvojeného fortifikačního pásu; zesilující prvek gotických opevnění, prostor mezi hlavní a nižší, tzv. parkánovou hradbou, většinou upravený navezením zeminy. Parkán umožňoval nasazení dvou řad střelců nad sebou a kromě toho zmenšuje možnost proražení celého hradebního okruhu. Zajišťoval také plynulý přesun obránců po celém obvodu opevnění. (Fabian, 2007)

3.1

Modelování hradu

24

Hláska Dále na západ vybíhá spojovací hradba s cimbuřím/střechou. Vznikla ve druhé fázi stavebních úprav, aby propojila nově vzniklou strážní věž se zbytkem hradu. Věž byla vystavěna na skalním ostrohu, modelována je stejným způsobem jako bergfrit, je pouze o něco užší. Prvky na jejím vrcholu (tedy cimbuří, krakorce a střecha) byly zkopírovány a zmenšeny nástrojem Měřítko. Ve středověku se do věže dostávalo pomocí žebříku, v renesanci bylo k věži přistavěno šnekové schodiště zachycené na fotografiích ze 30. let minulého století, dnes již zachováno jen v drobném střepu. U paty hlásky je na druhém modelu zachycen vchod do hradu. Vedl od něj nejstarší příjezdní parkán ze 14. století, jenž na plošinu předbraní před hlavním vstupem do vnitřního hradu zřejmě pokračoval po svažité dřevěné, snad i koňmo sjízdné rampě. (Eliáš, 2001) Brána se ovšem ukázala jako slabina v opevnění, byla přeložena dále na sever, tento vchod byl z velké části zazděn, zůstal pouze průchod pro pěší a vedle byla vybudována podkovovitá bašta. Nakonec tu vznikla dnes dost těžko interpretovatelná konstrukční změť s již vzpomenutou spíše nouzovou brankou pro pěší. (Eliáš, 2001) Na sever od hradu tedy vznikl nový vchod v podobě dvou po sobě jdoucích bran. Na severní dvůr, který vznikl před branami vedly dvě brány – jedna od západu, druhá z jihu. Západní zeď se od modelu pravděpodobně mírně liší, protože obrana zde byla budována s ohledem na okolní terén, modelování okolního terénu ale již není předmětem této práce především s ohledem na výkon počítače, který by rozsáhlejší model již jen těžko zvládal. Po zbytku obvodu hradu byla vystavěna vnější parkánová zeď, jenž byla vymodelována stejným způsobem jako vnitřní parkánová zeď. Zem, skála Zem na hradě je vytvořena z mnoha trojúhelníků, které byly vytvářeny především pomocí nástroje Plocha ze 3 nebo 4 rohových bodů. Větším problémem bylo modelování skal. Pro modelování terénu existuje zásuvný modul Rhino Terrain, ten je ovšem pro verzi Rhina 4 a projekt je vytvářen ve verzi Rhino 3. Navíc by propracovanější modelování respektive následné renderování terénu bylo velice náročné na hardware počítače. Z těchto důvodů je terén modelován poměrně jednoduchým způsobem a pouze na místech, kde je nutně potřeba, aby neutrpěl celkový dojem z modelu. Pochodně Pochodeň je tvořena jako válec s texturou dřeva a na jeho konci je nasazaný druhý válec, na koncích seříznutý nástrojem Zaoblit hranu. Celá pochodeň byla uložena jako Blok. To znamená, že byla uložena na disk jako samostatný soubor a poté vkládána do modelu příkazem Vložit instanci bloku. Použitím tohoto příkazu se otevře okno s nastavením vkládání. Tlačítkem soubor se vybere soubor na disku,

3.1

Modelování hradu

25

Obr. 6: Modelování země a skal

který má být otevřen. Dále je možné nastavit Vkládací bod, Měřítko a Natočení – u všech je možné zaškrtnout tlačítko Na výzvu, což znamená, že se objekt vloží na místo, kam uživatel klikne, poté je vyzván k zadání měřítka a jak má být objekt otočen. Všechny tři veličiny mohou být zadány ještě před vložením objektu, zvolením souřadnic, respektive úhlu. Objekt je možné vložit jako instatnci bloku, jako skupinu nebo jako samostatné objekty. V tomto případě byly objekty vkládány jako instance bloku. Při případné úpravě vloženého bloku postačí upravit výchozí soubor a ve Správci bloků kliknout na tlačítko Aktualizovat. Všechny vložené bloky se znovu načtou ze souboru. Každou úpravu stačí proto provést pouze jednou bez ohledu na to, kolikrát se blok v projektu vyskytuje. Správce bloků umožňuje provádět s bloky další operace jako například vybrat jiný soubor, změnit název bloku, přidat k bloku popis či zjistit počet použití v aktuálním projektu. Nad každou pochodeň bylo umístěno bodové světlo s nepříliš velkou intenzitou svitu. Pokud je vypnuté slunce, vytváří zapnutá bodová světla dojem hořících pochodní. Při většině renderování je však vhodné svěla vypnout, protože s velkým počtem světel také vzrůstá doba potřebná pro vyrenderování obrázku. Prostředí Nástavba Flamingo umožňuje dotvořit celou scénu tak, aby působila co nejrealističtěji. Ve vlastnostech se nachází tlačítko Environment. Po jeho rozkliknutí se objeví nové okno, nastavuje se zde barva pozadí – buď jednobarevné pozadí nebo postupný přechod dvou nebo tří barev. Po zaškrtnutí dalších nabídek se do okna přidávají další záložky nastavení:

3.2

Renderování

26

ˆ Na pozadí je možné umístit obrázek. ˆ Mraky – lze nastavovat jejich velikost, hustotu, průhlednost, barvu, zda mají

být vidět při vypnutém slunci, na obzoru je možné nastavit mlhu. Mraky mohou být též zobrazeny jako 3D. ˆ Pro mlhu se nastavuje její barva a síla. ˆ Rovina země je vpodstatě nekonečnou rovinou, která se v určitě výši stýká

s oblohou. Tlačítkem Material... se zvolí materiál z knihovny materiálů, který zem bude mít. Rovina bude procházet počátkem souřadnicové soustavy, což je však možné nastavit zapsáním jiného čísla než defaultní 0 do okýnka Hight Above XY Plane. V tomto případě je výška roviny nastavena na −13.000. Vedle tlačítka Environment je tlačítko Sun. Nastavuje se zde především zda je slunce zapnuté či nikoli. Důležité je, ze kterého směru slunce svítí. To je možné zadat dvěma způsoby – přímým udáním směru nebo udáním data a času a případně i geografického místa na Zemi (je možné zadat vybráním určitého města nebo kliknutím na mapu). Dále se samozřejmě ještě nastaví intenzita svitu a barva světla.

3.2

Renderování

Při práci je model možné vidět pouze v drátěném, případně poloprůhledném, rentgenovém či renderovaném zobrazení. Pro celkové zobrazení celé scény se všemi nastavenými prvky jako například nekonečná rovina, obloha, textury, které se jinak vůbec nezobrazují, je nutné obrázek vyrendrovat. Renderování v Rhinu Aby se projevily i prvky z Flaminga musíme použít buď Flamingo Raytrace nebo Flamingo Photometric. Vzhledem k tomu, že renderovat se bude venkovní scéna, použije se Photometric. Ve vlastnostech dokumentu se nastaví rozlišení výsledných obrázků, je možné vybrat ze tří přednastavených standardních velikostí nebo zadat vlastní rozměry. Při větších rozlišeních je však nutno počítat s delším časem renderování. Tento čas můžeme ještě navýšit zvýšením kvality obrázků. Jednotlivé obrázky v tomto projektu byly renderovány při rozlišení 1024 X 768 a nejvyšší kvalitě. Obrázky renderované jako animace mají kvalitu nižší kvůli dlouhé době renderovní. Dále je možno nastavit speciální efekty, například měkké stíny, průhlednost. . . rapidně ovšem také narůstají nároky na výkon počítače. Při rendru Raytrace je možné nastavit intenzitu a barvu ambientího (roztříštěného) světla. Při rendru Photometric můžeme nastavit pouze jeho sílu.

3.2

Renderování

27

Animace v Rhinu Nabídka animace se musí zapnout v nabídce Nástroje-Rozvržení nástrojových palet, zaškrtnutím příslušného checkboxu. Nástrojová paleta obsahuje tři ikonky: Nastavení, Náhled animace a Zaznamenat animaci. V nastavení vybereme jednu ze čtyř možností: ˆ Animace otočného stolu o 360 stupňů ˆ Animace po trase ˆ Animace průletu ˆ Jednodenní sluneční studie nebo Sluneční studie v ročním období

Animace průletu Pomocí trasy se může měnit vzdálenost mezi kamerou a bodem, do kterého se kamera dívá (cíle). Kamera i cíl mohou sledovat samostatné trasy a nebo se mohou nacházet na pevném stanovišti. To umožní vytvářet tři typy animací: pohyb kamery s pevným cílem, pevnou kameru s pohyblivým cílem a pohyblivou kameru s pohyblivým cílem. 1. Vytvoření trasy pro kameru a cíl: ˆ Pohyblivá kamera a pevný cíl: Nakreslí se křivka pro pohyb kamery a bod

pro umístění cíle. ˆ Pohyblivý cíl a pevná kamera: Nakreslí se křivku pro pohyb cíle a bod

pro umístění kamery. ˆ Pohyblivá kamera i cíl: Nakreslí se dvě křivky – pro pohyb kamery a cíle.

Směr pohybu kamery bude odvozen z orientace (směru) křivky. Směr křivky zjistíme v roletovém menu Analyze / Direction. 2. Klikneme na Nastavení a poté na Animace po trase. 3. Na výzvu Select camera path curve or point vybereme trasu kamery. 4. Na výzvu Select target path curve or point vybereme trasu cíle. 5. Na výzvu Number of frames zadáme počet snímků animace. 6. Na výzvu File type zadáme formát, pod jakým se budou jednotlivé snímky animace ukládat. K dispozici jsou formáty JPG, BMP, PNG, nebo TGA. Pokud se v seznamu vyskytuje i GIF, nepoužíváme ho – nebude fungovat. 7. Na výzvu Viewport name to render zadáme název pohledu, který chceme animovat. Výchozím pohledem je Perspective.

3.3

Popis programu Ulead VideoStudio 11

28

Pokud obsahuje název pohledu mezery, uzavřeme jej do uvozovek (např. ”Muj pohled”). 8. Na výzvu Animation sequence name zadáme název animační sekvence. Tento název budou mít jednotlivé snímky a náhledová stránka s HTML animací, která je generována jako součást animace. Pokud obsahuje název sekvence mezery, uzavřeme jej do uvozovek (např. ”Moje sekvence”). (McNeel, 2001) Pro tento projekt byly použity všechny typy animací.

3.3

Popis programu Ulead VideoStudio 11

Pracovní plocha je rozdělena do několika částí. Jejich rozvržení lze nastavit, zde budeme předpokládat rozvržení panelů dle obrázku. V hlavním okně (vlevo nahoře)

Obr. 7: Pracovní plocha v programu Ulead VideoStudio 11

se zobrazuje přehrávaná animace, případně jednotlivé obrázky, se kterými je zrovna manipulováno. Klasické ovládání přehrávání je pod oknem s animací, na posuvník je možno umístit zarážky a přehrávat pouze úsek mezi nimi. V pravé části obrazovky máme přehled o objektech načtených do knihovny. Knihovna je rozdělena do devíti kategorií: ˆ Video

3.4

Postup tvoření animace

29

ˆ Obrázek ˆ Audio ˆ Color ˆ Přechod ˆ Video filter ˆ Title ˆ Dekorace ˆ Flash animation

Pod těmito kategoriemi je možné si vytvářet další vlastní strukturu. Do každé kategorie si uživatel načítá příslušné soubory, respektive adresu souborů a přetažením myší přidává objekty do tvořené animace. Nejdůležitější kategorií v tomto případě je kategorie Obrázek, Audio a Přechod. Kategorie Přechod je již plná. Obsahuje možnosti jak je možné měnit pohled mezi snímky. Těchto přechodů je připraveno poměrně velké množství a jejich správné použití může výrazně přispět k celkovému dojmu výsledného videa. Do spodní části obrazovky se přetahují vybrané obrázky, videa, přechody či zvukové stopy. Zde si můžeme vybrat, co konkrétně chceme sledovat: scénář, časovou osu nebo zvukovou stopu. V náhledu Scénář vidíme přehledně jak za sebou půjdou snímky, jejich název a délku a přechody mezi nimi. V časové ose je délka snímku zobrazena velikostí samotného políčka s náhledem obrázku. Při tomto náhledu vidíme kromě stopy s obrázky i texty, které se v průběhu animace mohou objevovat, a zvukovou stopu. Pomocí posuvníku s obrázky lupy + a - zvětšujeme či zmenšujeme velikost zobrazovaných náhledů. Na časové ose vidíme čas od začátku videa ve formátu hodiny:minuty:sekundy:políčka, přičemž jedna sekunda má 25 políček.

3.4

Postup tvoření animace

Hudba Celé video je koncipováno tak, aby pokud možno respektovalo náladu hudby. Prvním krokem tedy bylo nahrání zvukové stopy. Problémem může být délka vybrané hudby. Zvuková stopa ale může být složena z více hudebních souborů. Hlasitost hudby přitom můžeme ovládat. Přepnutím náhledu tlačítkem Ukázka zvuku vidíme ve všech okamžicích videa, jak je hudba hlasitá. Kliknutím přidáváme body, které tahem myši zesilujeme nebo zeslabujeme.

3.4

Postup tvoření animace

30

Titulky Další práce probíhá převážně v náhledu Zobrazit časovou osu. Úvodní titulky jsou psané ve stopě určené pro titul. Rámeček s nápisem můžeme přetahovat na libivolné místo a chycením okraje a tažením myši natahovat (či zkracovat) jeho délku. Pro animaci textu můžeme využít několika přednastavených stylů v pravé horní části obrazovky. Zhruba v polovině výšky obrazovky jsou dvě záložky: Upravit a Animace. V záložce Upravit nastavujeme běžné věci jako velikost písma, kurzívu, tučnost, styl písma, řádkování, natočení písma apod. Najdeme zde také číslo označující délku trvání, tu můžeme samozřejmě přepsáním měnit. Kliknutím na Ohraničení/Stín/Průhlednost vyskočí nabídka, která upravuje právě tyto atributy. Pro lepší umístění písma na snímek může pomoci zapnutí mřížky nebo zarovnání na jednu z devíti pozic (vlevo nahoru, doprostřed nahoru,. . .). V záložce Animace vybereme, jakým způsobem se písmo má objevit, případně zmizet (postupné objevování po písmenkách, ”přijetí” písma z jedné strany, postupné slábnutí celého textu apod.). Pokud text nemá překrývat obrázky, přidáme do stopy pro video jednobarevný snímek (z nabídky color) délky zobrazovaného textu. Obrázky Dalším krokem je přidávání jednotlivých obrázků. U každého obrázku máme opět dvě záložky: Obrázek a Vlastnosti. V první záložce je nejdůležitějším údajem délka zobrazení konkrétního snímku. Nastavování zde je přesnější než natahováním myší v časové ose, ale natahovaný snímek se zase přichytává k celým sekundám a tím usnadňuje práci. Dále je možné změnit otočení obrázku, k dizpozici je také nabídka upravující barevnost. V nabídce Volba převzorkování nastavíme zachování poměru stran, přizpůsobíme velikosti projektu nebo použijeme Rozšíření & zvětšní. Zvolíme, jak má rozšíření/zvětšení vypadat a případně nastavíme v nabídce Přizpůsobit. Po rozkliknutí se objeví nová nabídka. Na levém obrázku nastavujeme pomocí křížků, kde bude střed obrazu a natahováním myši ovládáme velikost výřezu. Počet křížků odpovídá počtu pomocných bodů, které na snímek umístíme. Pouze v těchto bodech můžeme provádět změny v pohybu obrazu. Vidíme je také na časové ose a pomocí tlačítka se symbolem + můžeme přidávat další. Výsledný efekt pozorujeme na pravém obrázku. Pro lepší orientaci opět můžeme použít mřížku nebo vycetrování na devět standardních pozic. Rozměr výřezu lze měnit nejen pomocí myši, ale také na posuvníku (či číselně) Poměr zvětšení. Nastavit lze i průhlednost a barvu pozadí. Záložka Vlastnosti slouží pro nastavování video filtrů. Ty na obrázek přidávají bubliny či světla, rozmazávají jej apod. Jejich knihovna je připravena stejně jako knihovna přechodů. Přetažením na snímek se přidají do seznamu použitých filtrů a tlačítkem Přizpůsobit filtr otevřeme další nabídku obdobnou jako při rozšiřování a zvětšení.

3.4

Postup tvoření animace

31

Obr. 8: Nabídka rošíření a zvětšení

Přechody Skoro mezi všemi obrázky, tedy mimo sekvence statických snímku z Rhina renderovaných jako video, jsou umístěny přechody. Přechod je graficky znázorněný postup, jak se prostřídají dva po sobě jdoucí snímky. Nejčastěji používaný je Crossfade – první obrázek postupně zeslabuje a druhý se objevuje a Fade to black – první obrázek postupně zmizí a černou plochu vystřídá postupně obrázek druhý. Oba přechody nejsou nijak zvášť nápadné a jejich úkolem je hlavně zmírnit jinak rychlé přebliknutí obrázků. Přechodů na výběr je ale velké množství a některé je možno ještě mírně editovat (jako třeba směr rotace, barvu efektu apod.).

Obr. 9: Ukázky přechodů z knihovny F/X

Přechody se přidávají také přetažením do časové osy, ale musí se umístit mezi dva snímky, přičemž přechod způsobí, že se tyto obrázky překryjí a zobrazují se

3.4

Postup tvoření animace

32

současně a to po dobu trvání přechodu. Tzn., že tyto snímky musí mít delší dobu trvání než přechod (i tuto dobu lze upravit, defaultně se přechody vkládají s délkou jedné sekundy, je možné je zkrátit až na dobu jednohu políčka; je ovšem nutné si uvědomit, že za tak krátkou chvíli z efektu v podstatě nic nezbyde a scéna bude vypadat jakoby tam přechod vůbec nebyl). Doba trvání se nastavuje opět číselně nebo tažením myši, tentokrát ale pouze natahováním levého okraje políčka. Natahováním pravého okraje se natahuje celý předchozí snímek (délka přechodu zůstává konstantní). Vytvoření videa Takto vytvořené video pouze přehrává obrázky uložené na disku. Aby bylo možné video samostatně spustit, musíme ho převést do některého ze standardních formátů. V horní liště vybereme záložku Share a poté Vytvořit video soubor. Při výběru nabídky Vlastní si můžeme zvolit formát a tlačítkem Možnosti podrobně nastavit požadové rozlišení, frekvenci, komprimaci. . . Čím kvalitnější video chceme, tím víc bude zabírat místa na disku.

4

4

PRAKTICKÝ PŘíNOS PRÁCE

33

Praktický přínos práce

Díky vizualizaci modelu si můžeme prohlédnout několikrát přestavěný hrad, který je dnes už jen pouhou zříceninou. Umožní nám vidět objekt v jeho nejranější podobě, stejně jako v pozdějších dobách. Tato bakalářská práce stojí na výsledcích bádání historiků, kteří se minulostí Cimburku zabývali, a využívá jejich poznatky při modelování jednotlivých vývojových stupňů hradu. Jejich výsledky dále rozvíjí a popularizuje. Je tak užitečná nejen pro historiky samotné, ale i pro laickou veřejnost. Text této práce popisuje celý postup, který je možno použít pro rekonstrukci a vizualizaci jakékoli budovy nebo jiného objektu. Rovněž seznamuje čtenáře s ovládáním 3D modelovacího programu Rhinoceros a nadstavbového pluginu Flamingo a animačního programu Ulead VideoStudio 11. Práce může sloužit jako materiál při výuce předmětu Počítačová grafika. Stejně tak je možné ho využít coby pomocný materiál nebo řekněme návod začátečníkům při tvorbě podobných prací. Vizualizace je moderním způsobem propagace hradu a lze ji využít jako reprezentativní materiál. Nabízí se zejména užití v internetových aplikacích nebo městských informačních centrech. Cimburk se jako mnohé jiné památky potýká s nedostatkem finančních prostředků. Upoutání pozornosti veřejnosti tímto způsobem může přitáhnout více návštěvníků, případně i sponzorů.

5

5

ZÁVĚR

34

Závěr

Cílem práce bylo rekonstruovat vývoj hradu, jeho vizualizace a popis celého procesu. Teoretická část práce pojednává o historii hradu, který byl založen ve druhé polovině 14. století Bernardem z Cimburka. Velký rozmach hrad zažil v letech, kdy jej vlastnil markrabě Jan Jindřich, který na Moravě tímto způsobem upevňoval svou moc. Hrad byl v jeho době přestaven nejen ”zvenku”, jak je vidět na modelu hradu, ale přestaveny byly i sály v paláci a byla vybudována kaple hradního pána. Během 15. a 16. století hrad mnohokrát změnil majitele, často přitom byl zástavním majetkem. Postupem času byl hrad rozšiřován a opevňován, když bylo zjištěno, že jeho dosavadní fortifikace je nedostatečná. Od 18. století hrad převážně chátrá. Teprve na konci 20. století počala záchrana zbytků hradu občanským sdružením Polypeje. Dále se práce zabývá reprezentací prostorových těles, osvětlením scény a nejčastějšími typy světelných zdrojů. Nasvícení scény hraje velmi důležitou roli při celkovém efektu, který model vyvolává. Je vysvětleno, že textura je obrázek, který je namapován na objekt a má vyvolávat pocit určitého typu povrchu. V praktické části je detailně popsán postup modelování hradu. Model je vytvářen na základě vlastního pozorování přímo na hradě (a zde pořízených fotografií), popisů vývoje hradu v literatuře a podle nákresů pravděpodobného vzhledu hradu. Objekt je modelován od paláce a silných obvodových zdí včetně oken a cimbuří, věží a střech. Dále je popsán postup modelování parkánových zdí a bašt a konečně i samotné země. Čtenář je při tomto popisu seznámen s nástroji, které byly při modelování použity a jakým způsobem byly objekty otexturovány. Z hotové scény bylo pořízeno mnoho statických obrázků, které byly následně využity při vytváření videa. Video bylo vytvořeno v programu Ulead VideoStudio. Popsána je pracovní plocha programu a nejdůležitější používané nástroje i jakým způsobem se používají.

6

6

LITERATURA

35

Literatura

Brych, V. Hardy a zámky na Moravě a ve Slezku, Praha: Ottovo nakladatelství,s.r.o., 2008. 655 s. ISBN 978-80-7360-673-2. . Eliáš, J. Stavebně historický průzkum. Brno 2001. 83 s. . Fabian, P. Hradní architektura – vybrané pojmy [online]. 2. 11. 2008 [cit. 2008-1128]. URL: . Hurt, R., Svoboda, K. Hrad Cimburk u Koryčan. Jeho dějiny a stavební vývoj, Přerov: Nakladatelstí společenských podniků v Přerově, 1940. . Martišek, D. Matematické pricipy grafických systémů, Brno: Littera, 2002. 278 s. ISBN 80-85763-19-2. . McNeel, R. Raytracing and Radiosity for Rhino [online]. 29. 11. 2008 [cit. 200811-29]. URL: . PARTSKHALADZE, G. Počítačová grafika a design, Kaviná: Slezká univerzita v Opavě Obchodně podnikatelská fakulta, 2005. 191 s. ISBN 80-7248-315-3. . Polypeje Cimburk u Koryčan [online]. 29. 11. 2008 [cit. 2008-11-29]. URL: . TŮMA, T. Počítačová grafika a design, Brno: Computer Press, 2007. 155 s. ISBN 978-80-251-1784-2. . Vrla, R. ”Horský zámek” Cimburk u Koryčan. Poznámky ke stavu a stavebnímu vývoji památky, In Slovácko 38, 1996. . ŽÁRA, J., FELKEL, P., BENEŠ, B., SOCHOR, J. Moderní počítačová grafika, Brno: Computer Press, 2005. 628 s. ISBN 80-251-0454-0. .

Přílohy

A

A

PŮDORYSY

Půdorysy

37

B

B

VÝVOJOVÉ SCHÉMA PODLE M. PLAČKA

38

Vývojové schéma podle M. Plačka

Obr. 10: Křížkovaně 1. pol. 14. století, šrafovaně přelom 15. a 16. století, tečkovaně pol. 16. století

C

C

NÁKRESY PODLE R. VRLY

Nákresy podle R. Vrly

Obr. 11: Cimburk v polovině 14. století

Obr. 12: Cimburk na přelomu 15. století

39

C

NÁKRESY PODLE R. VRLY

Obr. 13: Cimburk v polovině 17. století

Obr. 14: Cimburk v roce 1997

40

D

D

OBRÁZKY MODELU

Obrázky modelu

Obr. 15: Model Cimburku v polovině 14. století

41

D

OBRÁZKY MODELU

Obr. 16: Model Cimburku ve 14. století

Obr. 17: Model Cimburku ve 14. století

42

D

OBRÁZKY MODELU

Obr. 18: Model Cimburku v polovině 17. století

Obr. 19: Model Cimburku v polovině 17. století

43