ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ FAKULTA STAVEBNÍ KATEDRA GEODÉZIE A POZEMKOVÝCH ÚPRAV
NÁVRH DOPLNĚNÍ DOKUMETACE SKUTEČNÉHO STAVU OBJEKTU CONCEPT FOR SUPPLEMENTAION OF DOCUMENTATION OF THE ACTUAL CONDITION OF THE BUILDING
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
Studijní program: GEODÉZIE a KARTOGRAFIE Studijní obor: GEODÉZIE a KARTOGRAFIE Vedoucí práce: Ing. Pavel Žofka Autor: Jan Daněk
V Praze 2011
Prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto práci vypracoval samostatně a veškeré podklady, ze kterých jsem čerpal, jsou uvedeny v seznamu literatury.
V Praze dne 11.5. 2011
….………………. Jan Daněk
Poděkování Ing. Pavlu Žofkovi za trpělivost při vedení bakalářské práce. Kolegům ze společnosti Foltánek s.r.o. za poskytnuté materiály a ochotu při konzultacích nastalých problémů. Poděkování dále patří Mgr. Haně Horké za gramatickou a jazykovou kontrolu. Rodině za podporu při studiu.
Abstrakt Bakalářská práce se především zabývá tvorbou dvou 3D modelů doplňujících 2D stavební dokumentaci části západního křídla bývalého kláštera ve Žďáru nad Sázavou. V práci byl popsán vznik celého projektu od počátečního zaměření přes tvorbu 2D plánů, až po vyhotovení 3D modelů.
Abstract The Bachelor thesis mainly deals with the creation of two 3D models complementing 2D construction documents of a part of the west wing of the monastery in Žďár nad Sázavou. The thesis describes the generation of the whole project from the initial measurement via the construction of 2D plans to the completion of 3D models.
Úvod……………………………………………………………………………..…8 1. Historie Žďárského kláštera………………………..……...........……9 2. Zaměření objektu………………………………………...………………11 2.1
Vybudování měřické sítě…………………………………………...…..11
2.2
Zaměření podrobných bodů objektu…………………..…….……….12 2.2.1 Interiér………………………………………………………..……..…12 2.2.2 Obvod a pohledy…………………………………………..…………13
2.3
Fotodokumentace……………………………………………...…...……13
2.4
Výpočty……………………………………………………………...…..…14
3. Tvorba 2D plánů……………………………………………………….…16 3.1
AutoCad………………………………………………………....…………16 3.1.1 Import dat……………………………………………………..………16 3.1.2 Kresba…………………………………………………………………16 3.1.3 Výstupní formáty……………………………………………..………18
3.2
Tvorba dle ČSN………………………………………………...…………18
3.3
Import 2D dokumentace do 3D prostoru………..……………...……20
4. Tvorba 3D modelů……………………………………….………………21 4.1
MicroStation……………………………………………………….………21 4.1.1 Podpora datových formátů………………………………..…...……22 4.1.2 Modelování a vizualizace………………………………..…….……22 4.1.3 Referenční výkresy…………………………………………..………22 4.1.4 Kresba…………………………………………………………………23 4.1.5 Groma → MicroStation………………………………………...……24
4.2
Drátový 3D model……………………………………………………...…24 4.2.1 Příprava výkresu a import vstupních dat…………………..………25 4.2.2 Tvorba modelu………………………………………………..………26
4.3
Vizualizovaný 3D model…………………………………………………26
4.3.1 Tvorba ploch……………………………………………..…………...27 4.3.2 Úprava snímků…………………………………………..…………...28 4.3.3 Práce s materiály……………………………………..…………...…30 4.4
Míra generalizace…………………………………………………………32
Závěr……………………………………………….……………………….…….33 Seznam obrázků…………………………………….……………….………34 Seznam tabulek..……………………………………..…..…….…….……...34 Použitá literatura……………………………………..…..………….……...35 Seznam příloh…………………………………………….…………..………36
Úvod V dnešní době existuje celá řada historických nebo i jiných objektů, u nichž se nezachovala žádná stavební dokumentace anebo neodpovídají stávajícímu stavu. Tyto materiály pak mohou chybět při stavebních úpravách a jiných úkonech souvisejících se správou objektů. Hlavní myšlenkou této práce bylo doplnit 2D stavební dokumentaci tak, aby výsledné materiály poskytly co možná nejvíce informací o daném objektu a aby se po finanční stránce vyplatily. Oba 3D modely vznikly na podkladě již vyhotovených stavebních plánů, jež byly pro tuto bakalářskou práci poskytnuty v digitální podobě spolu s naměřenými daty soukromou společností.
Obsahem práce je popis všech prací prováděných na tomto projektu, počínaje zaměřením objektu a následnými výpočty přes vyhotovení 2D stavební dokumentace, zpracování obou návrhů doplňkových 3D modelů, seznámení se s dílčími pracovními postupy, nastalými komplikacemi a jejich řešení. V neposlední řadě je uveden popis všech počítačových systémů, kterých bylo během tvorby využito.
8
1. Historie Žďárského kláštera Bývalý cisterciácký klášter nacházející se severně od dnešního města Žďár nad Sázavou byl založen v roce 1252 Bočkem z Obřan při kolonizaci východní části Českomoravské vrchoviny. Založení a počátky kláštera jsou zachyceny v latinsky psané veršované kronice CRONICA DOMUS SARENSIS Jindřicha řezbáře a syna kameníka Edwarda z přelomu 13. a 14. století. Kláštera se dotkly všechny historické a společenské změny, procházející českými zeměmi. Za husitských válek byl vydrancován a poté hospodářsky živořil. K obnově došlo až za vlády krále Jiřího z Poděbrad, který byl v příbuzenském vztahu s jeho zakladatelem. Roku 1588 Karel Minsterberský vyměnil žďárský klášter a přilehlé pozemky s olomouckým biskupem Stanislavem Pavlovským za jiný statek. O dva roky později byla smlouva mezi nimi schválena Rudolfem II. a další rok intabulována, což znamenalo, že ze Žďáru se stal biskupský manský statek. Toto bylo příčinou dlouholetého sporu biskupství s klášterem, který nechtěl nový stav uznat. Spor byl ukončen až zrušením cisterciáckého kláštera kardinálem Františkem z Ditrichštejna, který roku 1617 výměnou za chropyňský statek získal Žďár nad Sázavou do osobního vlastnictví. Znovuotevření kláštera se konalo roku 1638, kdy velehradský opat Jan Greifenfels odkoupil žďárské panství od Maxmiliána z Ditrichštejna a další rok znovu uvedl do kláštera cisterciáky. Na konci třicetileté války roku 1642, byl klášter napaden Švédy, ale ozbrojení měšťané jej ubránili. Avšak o pět let později se Švédi vrátili a město vydrancovali. Největší rozkvět kláštera nastal v první polovině 18. století za opata Václava Vejmluvy, kdy počet bratří přesáhl pět desítek. Do Žďáru byl povolán významný architekt Jan Blažej Santini Aichl, a tak započala éra proměn areálu do podoby jednoho z nejvýznamnějších církevních sídel své doby. Tehdy byla doplněna výzdoba kostela Nanebevzetí Panny Marie, konventu a dalších budov, velkoryse přestavěna a rozšířena prelatura do podoby mohutného zámeckého čtyřkřídlého objektu s navazující francouzskou zahradou. V části opatství byly vybudovány prostory pro šlechtickou akademii, konírnu a jízdárnu. Vyvrcholením jejich společných snah se stala stavba poutního kostela sv. Jana Nepomuckého na Zelené hoře ( od roku 1994 zapsán 9
v seznamu světového kulturního dědictví UNESCO ). Avšak stavební práce z této době vyčerpaly klášterní pokladnu, další rány ji zasadily požáry v letech 1737 a 1740 a vojenská rekvizice ve 40. letech 18. století. Definitivní konec kláštera nastává po požáru v roce 1784, o zrušení požádal Josefa II. sám poslední opat působící ve Žďáru Otto Steinbach z Kranichštejna. Veškerý majetek se dostal pod správu Náboženského fondu, ohněm poškozené objekty byly přestavěny na zámek, který sloužil jako byty úředníků. Od roku 1826 se stal areál majetkem Josefa Vratislava z Milovic, který jej koupi ve veřejné dražbě. Po jeho smrti se panství ujal F.J. kníže Dietrichstein-Proskau-Leslie, dalšími majiteli byli Clam-Gallasové a posledními šlechtickými vlastníky byla rodina Kinských. Po skončení 2. světové války byl bývalý klášter znárodněn, později zde bylo umístěno Muzeum knihy, okresní muzeum a okresní archiv. Bývalé konírny se změnily v expozici díla Jana Santiniho a vývoje cisterciáckého kláštera. V roce 1991 byl zámek v restituci navrácen nynějšímu majiteli Dr. Radoslavu Kinskému. Čerpáno bylo z [1] až [6].
Obr. 1.1 Celkový pohled na Žďárské opatství v 18. století
10
2. Zaměření objektu Zaměření stávajícího stavu a následná tvorba 2D digitálních stavebních plánů se týkaly západního křídla kláštera, které prochází rozsáhlou rekonstrukcí. Objekt byl zaměřen ve státním polohovém souřadnicovém systému S-JTSK a ve výškovém systému Balt po vyrovnání. Veškeré měřické práce probíhaly v časovém období od 13.9. 2010 do 1.10. 2010. Tyto práce a následná tvorba stavebních plánů byly provedeny geodetickou firmou Foltánek s.r.o.
2.1 Vybudování měřické sítě Nejprve se stabilizovaly body, jejichž souřadnice byly určeny pomocí GPS přijímače (Trimble) metodou RTK (Real Time Kinematic). Takto určené body posloužily jako připojovací stanoviska pro následnou tvorbu polygonových pořadů. Měřickou síť bylo nutno výškově připojit. K tomuto účelu byly využity body Kab-22.2, Kab-22.1 nivelačního pořadu Kab Ždírec-Žďár, které byly stabilizovány na budově č.p.13 a v zámecké zdi před vjezdem do areálu zámku na ulici Santiniho. Síť polygonových pořadů byla rozvinuta po objektu tak, aby v každé místnosti bylo alespoň jedno stanovisko, jehož výška zároveň definovala výšku podlahy v daném prostoru. Výška jednotlivých bodů měřické sítě se určovala trigonometrickou nivelací, což znamenalo, že se na každém stanovisku zadávala do totální stanice výška stroje a cíle. Jednotlivá podlaží byla mezi sebou propojena schodišti. Připojení jednotlivých pořadů v objektu se provádělo měřením z oken na body po obvodu stavení o již známých souřadnicích. Stabilizace měřické sítě byla ovlivněna povrchem a místem, na kterém se body nacházely. Na přání investora se body v areálu zámecké zahrady stabilizovaly dřevěnými kolíky, jež byly, z důvodu sekání trávníku a možnosti poškození zahradní techniky při vytlučení roxorových tyčí či jiné vhodnější stabilizace, celé zatlučeny do země a popřípadě označeny signalizačním kolíkem. Do asfaltového nebo dlážděného podkladu se stabilizace prováděla nastřelovacími hřeby, uvnitř objektu byla fixem namalována značka na podlaze.
11
2.2 Zaměření podrobných bodů objektu Objekt byl zaměřen polární metodou pomocí totální stanice doplněné o konstrukční oměrné míry. Body získané z polární metody byly měřeny takzvanou bezhranolovou metodou, kdy se paprsek vyslaný totální stanicí odrazí přímo od zaměřované plochy. Bylo použito přístroje Nikon NPL-522 jehož přesnost je 3'', 3+2 ppm, dosah bez hranolu činí 200 m a s odrazným zařízením až 5 000 m. Veškeré měření bylo polohově i výškově připojeno. Jelikož měřické práce probíhaly na podzim v místnostech prvního nadzemního a prvního podzemního podlaží bylo takřka neustále šero či úplná tma, bylo nezbytné prostory nasvěcovat halogenovými lampami.
2.2.1 Interiér Během staletí budova několikrát vyhořela, byla přestavovaná či rekonstruovaná. Všechny tyto faktory se promítly do stávající podoby kláštera, ať už to byly například zděné příčky procházející středy oken nebo stržené původní klenby nahrazené stropy z ocelové konstrukce osázené dřevěnými trámy. Proto se nedala předpokládat pravidelnost architektonických prvků ani zachování pravých úhlů v rozích místností. Měření místností postupovalo od prvního nadzemního patra výše. Dalo by se tedy říci od měřicky nejobtížnějšího. V přízemí se nacházelo největší množství kleneb, schodišť a různých výklenků ve zdech, kterých postupem vzhůru po podlažích ubývalo. Oblouky kleneb se zaměřovaly třemi body. Počátek, střed a konec hrany. U schodišť, pokud se rozměr schodů shodoval, se zaměřil vždy spodní a horní schod s tím, že se mezilehlé stupně napočítaly. Výklenky ve zdech, do nichž nebylo ze stanovisek vidět a jejichž čelní průřez byl stejný jako zadní, stačilo zaměřit přední část a pásmem určit hloubku popřípadě odlehlou hranu s tím, že se poloha bodů vypočte pomocí konstrukčních oměrných měr. K měřickým pracím se vždy vedl náčrt.
12
2.2.2 Obvod a pohledy Před tím než se začaly měřit samotné pohledy bylo třeba vyhotovit zaměření obvodu zájmové části kláštera. Obvod se zaměřil při tvorbě polygonových pořadů kolem objektu. Následně se pokračovalo s měřením průčelí. Pohledy jdoucí po vnějším obvodu objektu byly zaměřovány ze stanovisek rozmístěných v zahradě a po nádvořích kláštera. Jinak tomu však bylo u pohledů ve vnitrobloku, kde nebylo dostatek místa a měřické body byly umístěny příliš blízko stěn. Tyto zdi se měřily z oken protějších místností. U stejných prvků, jež se na fasádách opakovaly jako okna, parapety či ozdobné štuky, stačilo zaměřit jeden důkladně a pro další určit polohu na zdi třemi body. Nezbytnou součástí měření pohledů byla tvorba přehledných náčrtů.
2.3 Fotodokumentace Všechny měřené místnosti a pohledy byly na závěr vyfotografovány. Snímky pořízené digitální kamerou Nikon D-80 měly dvojí účel. Jednak posloužily jako dobrá nápověda při tvorbě samotných 2D plánů, kdy si zpracovatel mohl jednotlivé části náčrtů porovnat se skutečnou podobou. Druhé využití bylo pro tvorbu tapet při vizualizaci objektu. Snahou bylo pořizovat fotografie tak, aby osa záběru byla kolmá na snímanou plochu, což se ne vždy podařilo splnit. Problém nastal ve stísněných místnostech či v dlouhých úzkých chodbách, kdy nám neumožnil objektiv s příliš dlouhou ohniskovou vzdáleností (24 mm) zachytit celou stěnu místnosti. Tento problém byl vyřešen tak, že stěna byla vyfotografována na více částí. Pro zachycení celé snímané plochy by bylo zapotřebí extrémně širokoúhlého objektivu, který již nedokáže vytvořit obdélníkový obraz. Jeho úhel záběru může dosáhnout až 180°. Tyto objektivy se nazývají rybí oka a jejich běžné ohniskové vzdálenosti činí 6 až 8 mm. Veškeré obrázky byly pořizovány ve formátu .jpg. Při fotodokumentaci bylo nezbytné pro následnou práci s fotografiemi vést náčrt, do kterého se k jednotlivým stěnám přiřazovala čísla odpovídajících snímků.
13
2.4 Výpočty Pro zpracování naměřených dat byl použit geodetický software Groma v.9.0. Pokud bychom měli tento program charakterizovat, tak stojí za zmínku, že pracuje v prostředí MS Windows. Systém je určen ke komplexnímu zpracování geodetických dat od surových údajů přenesených z totální stanice až po výsledné seznamy souřadnic, výpočetní protokoly a kontrolní kresbu. Po uživatelské stránce je dobře ovladatelný, výpočetní funkce jsou přehledně uspořádány a práce v dialogových oknech je intuitivní. Po otevření systému Groma bylo nejprve třeba založit nový seznam souřadnic, který nalezneme v hlavní nástrojové liště soubor → nový → seznam souřadnic, do něhož se uložily body změřené GPS přijímačem v systému S-JTSK. Proto bylo nutné při výpočtech polygonových pořadů zadat měřítko do roviny Křovákova zobrazení, jež pro danou lokalitu odpovídalo hodnotě 0.999812. Jelikož se stavební plány vyhotovují v reálných nezkreslených mírách musel se při výpočtu podrobných bodů tento měřítkový koeficient rovnat jedné.
skutečná délka [m]
redukovaná délka [m]
rozdíl [m]
100,000
99,981
0,019
Tab. 2.1 Porovnání délek
Výpočet souřadnic bodů měřické sítě proběhl ve výpočetní funkci Polygonový pořad nacházející se v panelu Výpočty. Zde bylo důležité zaškrtnout funkci Výškové připojení. Poté se zadal počáteční koncový bod, počet orientací a měřená data na jednotlivých stanoviskách. Takto vypočtené souřadnice bodů polygonových pořadů se přesunou za stisku levého tlačítka myši do již vytvořeného seznamu souřadnic. Posledním krokem bylo dopočítat souřadnice podrobných bodů. K tomuto účelu je zde nástroj Polární metoda dávkou. Opět ji nalezneme v panelu Výpočty. V tomto dialogovém okně se pouze zadal vstupní soubor, což byla naměřená data s koncovkou .mes, následně výstupní soubor s příponou seznamu souřadnic .crd
14
a provedl se výpočet. Dosažené výsledky z výpočtu měřických sítí jsou uloženy v 2. příloze v adresáři Protokoly_Groma.
Obr. 2.1 Pracovní prostředí programu Groma
15
3. Tvorba 2D plánů Výsledkem práce v terénu byly 2D stavební plány stávajícího stavu kláštera určené pro rekonstrukci objektu. Celkem se skládaly ze šesti výkresů vytvořených v softwaru AutoCad 2007 (1PP, 1NP, 2NP, 3NP, Pohledy, Rezy), jejichž tvorba se řídila Českými technickými normami. Veškerá dokumentace byla vyhotovena v měřítku 1 : 200.
3.1 AutoCad V dnešní době zřejmě nejrozšířenější a veřejností nejvíce využívaný grafický software. Systém AutoCAD je základní produkt americké fy. Autodesk. Jako jeden z prvních CAD programů pro PC se celosvětově používá již od roku 1982, přičemž v posledních verzích změnil svůj vzhled. Je určen ke zpracovávání projektových dokumentací od koncepčních návrhů přes architektonické studie až po prováděcí projekt s konstrukčními detaily. AutoCAD je vytvořen jako systém s otevřenou architekturou, to znamená, že uživatel si jeho prostředí může podle svých potřeb a podle oblasti, v které pracuje, doplňovat a přetvářet. Pro různé oblasti je vhodné používat profesionální nadstavby, které jsou vybaveny prostředky pro práci zaměřenou právě na určitý obor.
3.1.1 Import dat Jelikož Groma v.9.0 nedokáže komunikovat s AutoCadem, bylo třeba nejprve vypočtené souřadnice načíst v softwaru, jenž to dovede a převést je do formátu .dxf. Pro tento účel byl použit geodetický program Kokeš, který má tuto funkci uloženou v hlavní liště soubor → Export→ Export DXF. Takto upravený soubor již lze bez problémů načíst a pracovat s ním.
16
3.1.2 Kresba Postup práce v AutoCadu je podobný jako v jiných kreslících programech. To znamená, že s otevřením nového výkresu je třeba nastavit parametry prostředí jako hodnoty systémových proměnných, velikost kroku, rastru, jednotky, kótovací proměnné, velikost kursoru atd. Dále je nutné definovat hladiny pro jednotlivé části kresby. Každá hladina má vlastní atributy, jako jsou viditelnost, barva a typ čár. Aktuální neboli pracovní je vždy právě jedna hladina. Do této hladiny jsou umisťovány nově kreslené objekty. Jméno aktuální hladiny a informace o jejím nastavení jsou zobrazeny na panelu Vlastnosti hladin, zobrazené vlevo nahoře pod Standardním panelem.
Obr. 3.1 Pracovní prostředí systému AutoCAD
Po rozvrstvení výkresu bylo přistoupeno k samotné kresbě neboli ke tvorbě entit, jež se vytvářejí pomocí příkazů pro kreslení, například úsečky, přímky, kružnice atd. Po zadání instrukce se dále specifikovaly další parametry, jako je umístění entity ve výkrese, rozměry a další atributy. Toto nastavení lze dodatečně měnit, a to prostřednictvím příkazu Změna nebo přesunutím do jiné hladiny. Při vytváření entit je vhodné využívat některé z pomůcek pro kreslení. Což je přesné navazování prvků pomocí módu Uchopení, pro kres17
lení v určitém modulu Rastr a Krok kursoru, pro úsečky v pravoúhlých směrech nastavení režimu ORTO. Ke zjednodušení a zrychlení práce při kreslení slouží různé druhy modifikací kopie, zrcadli, zaobli, zkos aj. Každou entitu lze opravit či změnit. Při editaci je nutno specifikovat množinu prvků, pro které bude daný editační příkaz proveden. Výběr lze provést kteroukoliv z výběrových metod (bodem, oknem, atd.). Nedílnou součástí výkresu jsou kóty, zobrazující geometrické rozměry objektů, vzdálenosti či úhly mezi objekty nebo souřadnice X a Z určitého prvku. Při vytváření kót vznikají v hladině DEFPOINTS definiční body, které určují polohu kót a slouží pro jejich editaci. Ve výkrese jsou definiční body viditelné i při vypnutí hladiny DEFPOINTS, avšak na plotru se nikdy nevykreslují. AutoCAD dovoluje vytvářet tzv. asociativní kóty, což znamená, že se po editaci entity změní automaticky i hodnota příslušné kóty. Při výběru entity však musí být do výběrové množiny zahrnuty i definiční body příslušné kóty.
3.1.3 Výstupní formáty Soubory vytvořené v AutoCadu je někdy potřeba přenést do jiného prostředí pro další zpracování. Jedná se například o zpracování části projektu v jiném CAD systému. Mohou to být výpočty objemů, ploch a deformací prováděných ve speciálních programech. K tomuto účelu
grafický soubor
.dwg není vhodný, proto se musí překonvertovat do textového ASCII souboru typu .dxf,. Ten obsahuje tytéž informace jako soubor .dwq, jen je jinak vyjadřuje. Tohoto převedení dosáhneme klasickým způsobem funkcí uložit jako…
3.2 Tvorba dle ČSN Kresba výkresů se řídila dle České technické normy 01 3420. Tato norma stanovuje základní požadavky pro úpravu a kreslení výkresů a obdobných dokumentů stavební části objektů pozemních staveb. Výkres je rozdělen na tři základní části, půdorysy, řezy a pohledy. Půdorys byl zobrazen jako pravoúhlý průmět myšlených pravoúhlých řezů objektem na půdorysnu. Tyto řezy byly vedeny tak, aby bylo možné jimi zobrazovat co nejvíce 18
konstrukcí, otvorů a objemů v jejich charakteristickém tvaru, velikosti a poloze i jejich provozní souvislosti v rámci zobrazovaného podlaží. Rovinu řezu lze v případě potřeby i zlomit do více výškových úrovní. Svislé řezy objektem se zobrazují jako průměty myšlených svislých řezů na nárysnu s tím, že rovina svislého řezu je vedena v podélném směru tyčového prvku tak, aby tato rovina procházela schodištěm za poskytnutí možnosti co nejúplnějšího zobrazení schodiště. Opět lze rovinu svislého řezu v případě potřeby zalomit. Nesmí však vzniknout nelogický a nesouvislý obraz. U pohledů se doporučuje pro jednotlivá průčelí volit názvy podle světových stran, k nimž jsou průčelí obrácena. Při tvorbě plánů bylo třeba dodržovat pokyny pro samotnou kresbu výkresu. Tloušťka čar musela být ve vzájemném poměru tenkých, tlustých a velmi tlustých (1:2:4). Popisy plánů stavebních objektů byly psány kolmým písmem velké abecedy, výjimkou mohou být například délkové jednotky jako mm, cm… atd., jejichž způsob psaní je předepsán technickými normami. Jednou z nejdůležitějších částí výkresu jsou kóty. Délkové rozměry se do výkresů uváděly v milimetrech, výškové úrovně se kótovaly v metrech s přesností na tři desetinná místa bez značky jednotky. Výškové kóty byly tvořeny v absolutních hodnotách, kdy se do výkresu musí uvést použitý systém například Výškový systém Bpv či Místní výškový systém nebo v relativních hodnotách, kdy se výška vztahuje ke zvolené základní úrovni.
Obr. 3.2 Ukázka stavební dokumentace
19
3.3 Import 2D dokumentace do 3D prostoru Aby byl ve výsledku pohled na celé zpracování plánů a jejich doplňků úplný, byl za tímto účelem v MicroStationu vytvořen 3D výkres PLANY. dgn, k němuž se postupně, jako reference, připojovaly soubory .dwg. stavební dokumentace vytvořené v AutoCadu. Následně se tyto výkresy přemístily tak, aby půdorysy ležely v podlahách 3D drátového modelu a řezy v osách vyznačených v půdorysech. V tomto výkresu byly pouze vytvořeny filtry tak, aby šlo vypínat a zapínat plány po jednotlivých poschodích či řezech.
Obr. 3.3 Ukázka stavební dokumentace ve 3D prostoru
20
4. Tvorba 3D modelů V této kapitole se budeme zabývat doplňující dokumentací 2D stavebních plánů, která již nebyla součástí zakázky, nýbrž návrhem, jak obohatit informační stránku 2D výkresů přidáním třetího rozměru. Za tímto účelem byly vyhotoveny dva 3D modely v systému MicroStatin V8 XM Edition. První z nich je drátový model objektu, který vychází ze samotného měření a již vyhotovených
plánů.
To
znamená,
že
rozměry
a umístění
modelu
v souřadnicové a výškové soustavě odpovídají skutečnosti. Takto vypracovaný výkres je vhodný pro rychlé a snadné odsouvání délek, a to především svislic, které v 2D dokumentaci nemohou být zobrazeny. Druhou částí nadstavby 2D dokumentace je jednoduchý vizualizovaný 3D model, který se skládá z ploch znázorňujících stěny místností. Na tyto plochy byly umístěny materiály s reálnými snímky daných prostor. Výkres umožňuje prohlédnout si objekt v reálné podobě, lze z něj určit odlišné typy okenních tabulí, dveří či podobu a stav samotných stěn či jiných stavebních prvků.
4.1 MicroStation MicroStation pochází z dílny společnosti Bentley, která se podílí na jeho vývoji od 80. let dvacátého století. Tento systém je určen pro architekturu, stavební inženýrství, dopravu, zpracovatelský průmysl, výrobní zařízení, státní správu a samosprávu a inženýrské a telekomunikační sítě. Uživatelům umožňuje MicroStation vytvářet 3D modely objektů a budov. Tyto modely a jejich jednotlivé části jsou elektronickou simulací reálných objektů a obsahují všechny informace o jejich parametrech. Tyto parametry i celé části modelů se přizpůsobují jednotlivým fázím životního cyklu objektu (návrh, projektování, výstavba, provoz), což zjednodušuje vedení projektu a zefektivňuje provoz objektu.
21
4.1.1 Podpora datových formátů Předností systému MicroStation je, že není pevně spojen s formátem .dgn, ale dokáže otevřít a uložit i soubory jiných formátů. Jednou z výhod technologie uvnitř MicroStationu, která pro podporu různých formátů využívá princip slovníků, je možnost přímo pracovat s .dwg výkresy vytvořenými programem AutoCAD. .dwg. Data zpracovává MicroStation na stejné úrovni jako samotný AutoCAD, a to včetně grafických elementů, hladin, pohledů a rozvržení. Samotný MicroStation může interpretovat větší rozsah informací, než jaké jsou obsaženy v .dwg a .dgn souborech, takže oba formáty mohou být při práci formou referenčních výkresů libovolně kombinovány. Při práci v MicroStationu již proto není nutné používat nástroje pro import a export souborů.
4.1.2 Modelování a vizualizace Nabídka MicroStationu pro práci ve 3D je vyváženou kombinací nástrojů pro drátové, povrchové a objemové modelování. Nástroje pro profesionální fotorealistickou vizualizaci spolu s rozsáhlými knihovnami materiálů a osvětlení umožňují prezentovat výsledný projekt ve formě kvalitních obrázků nebo animace. Toto byl také důvod, proč přejít během započaté práce z verze PowerDraft, která nenabízí rozšířené funkce pro práce v 3D výkresech na MicroStationu V8 XM Edition.
4.1.3 Referenční výkresy Nedílnou součástí a při následné tvorbě 3D modelů je často využívaná funkce Referenční výkresy. Pomocí tohoto nástroje lze snadno prohlížet změny, které byly provedeny v jednotlivých výkresech, které dohromady tvoří projekt. K oceňovaným funkcím patří například možnost připojit výkres sám k sobě jako referenční, v připojených výkresech pracovat s jednotlivými grafickými prvky nebo maskovat a ořezávat obsah připojených výkresů pomocí nepravidelný tvarů. Jako referenční výkres je možné připojit i soubor ve formátu .dwg.
22
4.1.4 Kresba Liniové prvky v podání MicroStationu představují úsečky, lomené čáry, proudové křivky, multičáry nebo složené řetězce. Při tvorbě modelů byly využity funkce kreslení úsečky a proudová křivka, jejíž řídící body vznikají pohybem myši. Důležitým nástrojem při kresbě byly nájezdy, pomocí kterých se lze přichytit na geometricky významné části již nakreslených prvků. Zaručují, že nakreslené prvky na sebe přesně navazují, že jsou vůči sobě kolmé, tečné, rovnoběžné či splňují jinou geometrickou podmínku. Panel nástrojů UPRAVIT umožňuje provádět geometrické úpravy a opravy již nakreslených prvků. Lze s ním prodlužovat/zkracovat, ořezávat, zaoblovat či zkosovat prvky nebo skupiny prvků. Další důležitý panel nástrojů MANIPULOVAT umožňuje provádět základní manipulace s jedním nebo více prvky. Nejčastěji jsou používány následující operace: kopírování, přesun, otáčení, zrcadlení.
Obr. 4.1 Pracovní prostředí systému MicroStation
23
4.1.5 Groma → MicroStation Jednou z velkých předností systému Groma je, že podporuje komunikaci s grafickým programem MicroStation. Tato komunikace probíhá na základě DDE (Dynamic Data Exchange), což je meziprocesová technologie využívající sdílené paměti umožňující sdílet informace nebo sdělovat je mezi různými programy. Například, pokud změníme formu v databázi softwaru nebo datovou položku, mohou být tyto formy úprav uskutečněny v jakýchkoliv jiných programech, které je dokáží používat. Tuto technologii ve světě využívá celá řada známých aplikací Microsoft Excel, Word, Lotus 1-2-3, AmiPro, Quattro Pro, Visual Basic a jiné. Samotný přenos souřadnic funguje tak, že v hlavní nástrojové liště MicroStationu nalezneme ikonu Pomůcky → Aplikace MDL. V tomto dialogovém okně v části určené Dostupným aplikacím vylistujeme ID úlohu Groma a tlačítkem Zavést program spustíme. Nyní se v pracovním prostředí MicroStationu objevil malý funkční panel, ve kterém nalezneme různé nástroje a nastavení pro práci se souřadnicemi bodů v rámci komunikace obou těchto softwarů. Jakmile je takto Groma spuštěna, stačí už jen otevřít příslušný seznam souřadnic, jehož body budeme chtít graficky zobrazit v Microstatinu. Výběrem je označíme a za stisku levého tlačítka myši tahem data přesuneme.
4.2 Drátový 3D model První část doplňkové dokumentace, jež byla zpracována přibližně na polovině zaměřovaného území. Práce na tomto modelu kompletně proběhly v systému Microstation.
24
Obr. 4.2 Ukázka 3D drátového modelu
4.2.1 Příprava výkresu a import vstupních dat Prvním krokem bylo založení nového výkresu 3D.dgn. Jedním z hlavních úkonů bylo rozvrstvení výkresu, což dosti zjednodušilo následnou práci v 3D prostoru. Vrstvy byly tvořeny tak, aby v jedné vrstvě byla umístěna jedna až dvě místnosti. Pro zrychlení manipulace vrstvami tak, aby se daly vypínat a zapínat po částech, byly vytvořeny filtry, do nichž se vložily všechny vrstvy daného celku. Nastavení filtrů se nachází ve správci vrstev, kde se daný filtr založil a následně byly označeny vrstvy, které bude obsahovat. V tomto případě představoval jeden filtr jedno podlaží, následně každému z nich byla přidělena barva. 1PP – fialová 1NP – zelená 2NP – červená 3NP – žlutá P – azurová Tvorba modelu započala interiérem, a to od nejvyššího poschodí. Do nově vytvořeného výkresu bylo třeba importovat souřadnice vypočtených bodů v systému Groma, viz kapitola 4.1.1. Jelikož seznamy souřadnic obsa25
hovaly velké množství dat a nahráním všech najednou by se vytvořila nepřehledná množina bodů, se kterou by takřka nešlo pracovat, byly soubory importovány a následně zpracovány po jednotlivých podlažích. Dalším krokem bylo překopírování a umístění 2D stavební dokumentace do nově založeného výkresu. Pro tento záměr byl vždy výkres .dwg. připojen jako referenční a následně funkcí Kopírovat přesunut na místo určení. Umísťování výkresu probíhalo tak, že z množiny nahraných bodů se podle měřického náčrtu nalezl ten, jenž ležel v rovině podlahy, a plán se na něj v odpovídajícím bodě přesunul. Poté byla kresba svisle posunuta o 30 centimetrů pod úroveň podlahy. Pro lepší manipulaci s výkresem byly půdorysy stavební dokumentace jednotlivých podlaží umístěny vždy do jedné vrstvy s navolenou bílou barvou.
4.2.2 Tvorba modelu Po importu vstupních dat bylo přistoupeno ke tvorbě drátového modelu. Úkolem bylo definovat tvar podlah, tohoto se docílilo tak, že se obtáhl obvod místnosti ze stavebních plánů. Tento obvod byl vyzvednut do reálné výšky, tedy na měřený bod v úrovni podlahy. Poté byly rýsovány všechny linie a křivky, jež šlo vytvořit spojováním měřených bodů. Tím vzniknul hrubý model, který byl doplněn o prvky, které nebyly měřeny totální stanicí, ale pásmem, popřípadě tvořeny jako konstrukční oměrné a jejich rozměry definoval stavební plán. Jednalo se o výšky parapetů, oken, dveří a jiných otvorů ve zdech. Na závěr se zkonstruovaly prvky, jež ve stavební dokumentaci nebyly zakresleny, jejichž tvar a rozměr bylo nutno odvodit z pořízených snímků. Toto se především týkalo mramorových desek umístěných na stupnicích kolem půlkruhového schodiště ve východní části objektu, parapetů a štuků kolem oken z vnější strany modelu. Při kresbě se dbalo na návaznost jednotlivých linií.
4.3 Vizualizovaný 3D model V této podkapitole si popíšeme tvorbu druhé část doplňkové dokumentace, a s ní spojené práce s tvorbou ploch, úpravami pořízených snímků, až
26
po konečné umisťování textur v systému MicroStation. Rozsah byl stejný jako u drátového modelu.
Obr. 4.3 Ukázka 3D vizualizovaného modelu
4.3.1 Tvorba ploch Předtím, než se přiřadily k jednotlivým plochám tapety, bylo třeba tyto plochy vytvořit. Pro tento účel byl založen nový 3D výkres FOTO.dgn, jako referenční výkres byl připojen soubor 3D.dgn, který posloužil jako šablona, podle níž se plochy umisťovaly do prostoru. Výkres byl rozvrstven tak, že každá vrstva obsahovala jednu až tři místnosti dle velikosti. Vrstvy byly poté vloženy do filtrů, kdy každý z nich představoval jedno poschodí. Plochy se tvořily tak, aby byly vždy o něco menší než skutečnost, tedy aby byly umístěny uvnitř místností. Každá plocha se upravovala přesně na míru dané tapetě. To bylo důležité u snímků, kde nebyla zachycena celá stěna nebo se stěna skládala z více nasnímaných fotografií z důvodu, aby umístěná textura velikostně odpovídala rozměrům drátového modelu zobrazeného v pozadí. Poté následovala tvorba ploch. Jelikož se jednalo o jednoduché obdélníkové obrazce, jejichž obvody se nakreslily funkcí Umístit úsečku, byly tyto útvary vyplochovány funkcí Konstrukce plochy hranami, kterou nalezneme v hlavní nástrojové liště v paletě Nástroje → Vytvořit plochu. Tato funguje 27
tak, že levým tlačítkem myši byly označeny všechny dotčené hrany a následným potvrzením se plocha vytvořila. Aby se na vytvořených plochách zobrazovaly následně umístěné tapety, bylo třeba přepnout atributy pohledů na Hladké stínování.
4.3.2 Úprava snímků Pro vytvoření tapet vkládaných na připravené plochy v Microstationu bylo třeba snímky nejprve upravit. Prvním krokem bylo zmenšit velikost snímků, jelikož při práci s fotografiemi o průměrné velikosti 600 kB došlo k tomu, že se po přiřazování určitého počtu tapet přestaly materiály načítat. Za tímto účelem bylo využito programu Jpeg Resampler 2010 vs 6.1.0.2, který dokáže provést hromadnou změnu velikosti všech snímků uložených v jednom adresáři. Ovládání softwaru bylo velmi jednoduché, zadala se jen zdrojová složka, ta v níž byly fotografie uloženy, poté cílový adresář, do něhož se zmenšené snímky budou ukládat. Nakonec v roletě Zmenšit na: byla vybrána možnost Velikost souboru a určila se velikost výsledného souboru na 60 kB, což pro záměr vizualizovaného modelu bohatě dostačovalo, tlačítkem Start se proces spustil.
Obr. 4.4 Pracovní prostředí programu Jpeg Resampler Dalším krokem bylo docílit na snímcích kolmého průmětu a oříznutí nepotřebných částí. Pro tento účel se hodil program Zoner Photo Studio 13. 28
Je to fotografický software vyvíjený brněnskou společností ZONER software. Tento bitmapový editor, sloužící ke správě a úpravě fotografií, je v České republice jedním z nejrozšířenějších programů, který je z pohledu uživatele velmi srozumitelný a snadno ovladatelný.
Obr. 4.5 Pracovní prostředí programu Zoner Photo Studio 13 Po otevření Zoneru se nám zobrazí pracovní prostředí v režimu Správce, kde v horní části nalezneme hlavní nástrojovou lištu, po levé straně se nachází Náhled a Navigátor, v jehož okně si vylistujeme příslušný snímek, který se zobrazí v prohlížeči obrázků. Pro úpravu fotografií musíme přepnout do prostředí Editoru, jenž je umístěn v pravé horní části. Zde se již s fotografií pracuje. Kolmého průmětu dosáhneme funkcí Perspektiva nacházející se po levé straně ve svislé liště. Po aktivaci nástroje se v pracovním okně zobrazil obdélník, jehož vrcholy byly stiskem levého tlačítka myši naposouvány na plochu, podle které se vytvořil kolmý průmět. Takto upravený snímek byl dále pomocí funkce Oříznutí oříznut. Některé fotografie bylo ještě třeba doostřit, projasnit či vylepšit jejich expozici, tyto modifikace nalezneme v hlavní liště pod panelem Vylepšit. Dalším krokem bylo upravit fotografie, na nichž byly nasnímány střechy, tak aby v rozích kde, se nacházela obloha, byly průhledné. Výběrovou Funkcí Polygonové laso se ohrani29
čila místa, která bylo třeba editovat. Poté už jen stačilo obsah polygonů vygumovat nástrojem Guma. Obrázek se musel uložit ve formátu .png, soubor s touto příponou podporuje průhlednost a lze ho načíst v systému MicroStation. Při editaci se ukázalo, že určité množství obrázků nelze použít, byly to ty, u nichž byla osa záběru příliš sklopená na plochu snímaného objektu. Po aplikaci nástroje Perspektiva se zobrazené území na fotografii zmenšilo natolik, že ji nešlo použít. Na závěr byl soubor uložen ve stejném formátu, v jakém se pořizoval, tedy .jpg.
Obr. 4.6 Ukázka úpravy snímků v Zoneru
4.3.3 Práce s materiály Po vytvoření ploch se přistoupilo k přiřazování jednotlivých textur na příslušná
místa.
Tuto
funkci
nalezneme
u
systému
MicroStation
v hlavní nástrojové liště pod ikonou Nastavení → Rendering → Materiály. Po otevření aplikace se objeví dialogové okno Editor materiálů, zde je dobré si zapnout Rozšířený režim, který nalezneme v roletě Podrobnosti. Tato funkce nám zobrazí široký výběr možností jak snímky pomocí posuvníků upravovat. Prvním úkonem bylo založení nové palety, která byla naplněna jednotlivými materiály. Pro tento model postačilo vytvořit dva soubory ve formátu .pal a to Pohledy a Interiér. Následně byly do těchto vytvořených palet vkládány materiály, každá z těchto textur byla pojmenována podle čísla místnosti. Po založení nového materiálu mu bylo třeba přiřadit odpovídající tapetu, 30
toho se docílilo kliknutím na ikonu připomínající šachovnici v pravé části Editoru materiálů. Zde byla vylistována příslušná textura, po jejím nahrání se otevřelo dialogové okno Vzor pro nový materiál. Toto okno se týká umísťování textur. Nalezneme tu nezbytné funkce Otočení, Zrcadlení a Překlopení. Veškeré tapety byly vkládány parametricky, pokud se pracovalo se snímky s průhlednými částmi, bylo nezbytné zaškrtnout možnost Průhledné nacházející se takřka ve středu tohoto okna.
Obr. 4.7 Ukázka editoru materiálů
Obr. 4.8 Ukázka okna pro vzor materiálu
Na závěr bylo nezbytné přepsat v textových souborech jednotlivých materiálových tabulek absolutní cestu na relativní. Tím se docílilo toho, že se ve výkresu FOTO.dgn načtou snímky na jakémkoliv počítači, ve kterém budou uloženy. Příklad absolutní cesta před přepsáním C:\Users\Honza\Documents\ČVUT\7.semestr\BAKALÁŘKA\Tapety\1_1.jpg Příklad relativní cesta po přepsání Tapety\1_1.jpg
31
4.4 Míra generalizace Generalizace prvků nacházejících se ve stavební dokumentaci se týkala především vizualizovaného modelu, ve kterém nejsou vůbec zobrazeny stropy a podlahy objektu. Malé místnosti typu budoucích toalet nacházejících se v západní části zámku u kruhového schodiště jsou zachyceny jedním až dvěma snímky z důvodu popsaného v kapitole 2.3, ze stejné příčiny není model ucelený u pohledů ve vnitrobloku. Průběh a vzhled schodišť je zaznamenán na obrázcích stěn, ze kterých vychází nebo do nichž ústí, nikoli z podest v mezipatrech. U drátového modelu takřka k žádné generalizaci nedošlo, snahou bylo vytvořit komplexní 3D model přesně odpovídající stavebním plánům. Jedinou odlišnost obou projektů nalezneme ve třetím nadzemním poschodí u spojovacího mostku, kde nebyl vykreslen trámový krov střechy.
32
Závěr Hlavním předmětem této práce byl návrh jak dokumentaci vzniklou jako 2D stavební výkresy doplnit tak, aby poskytovala co možná nejvíce informací o daném objektu. Za tímto účelem byly v systému Microstation vyhotoveny dva 3D modely objektu, které měly tyto informace poskytnout. První částí byl 3D drátový model připojen do systémů S-JTSK a Bpv, jež přímo vystupoval ze stavebních výkresů a jehož rozměry odpovídaly skutečnosti. Druhou polovinou návrhu byl vizualizovaný model, který prostřednictvím textur zachycoval aktuální stav objektu. Při porovnání obou doplňujících modelů se jeví 3D drátový model na zpracování značně náročnější, jak v míře znalostí stavební dokumentace, tak po časové stránce, kdy práce na tomto modelu zabraly přibližně dvakrát více času než tvorba vizualizované části návrhu. S tím, že míra následného využití je u drátového modelu daleko širší, ať už by se jednalo o konkrétní navrhování jednotlivých prvků chystané rekonstrukce či dotvoření projektu na kompletní vyplochovaný vizualizovaný 3D model. Druhá část bakalářské práce zjednodušený vizualizovaný model, má pouze ilustrativní funkci, vykreslující současný stav objektu. Z důvodů popsaných v kapitole 4.3.2. nebylo možné vyhotovit komplexní model objektu zachycující všechny části zájmového území. Jelikož vypracování takovéto dokumentace, která poskytuje jen doplňující informace k již hotové stavební dokumentaci, bylo dosti časově náročné a tím ekonomicky nevýhodné, nemyslím si, že nalezne velkého uplatnění při správě objektů. Budoucnost spatřuji v kompletně vizualizovaných 3D modelech, na jejichž základě se bude stavební dokumentace tvořit s tím, že si vyhotovitel bude moci sám určit, v jakém místě či výšce daný řez nebo půdorys potřebuje. Plošné rozšíření takovéto tvorby 3D projektů je závislé na rozvoji moderních měřických metod a automatizaci postupů při zpracování dat.
33
Seznam obrázků Obr. 1.1 Celkový pohled na Žďárské opatství v 18. století Obr. 2.1 Pracovní prostředí programu Groma Obr. 3.1 Pracovní prostředí systému AutoCAD Obr. 3.2 Ukázka stavební dokumentace Obr. 3.3 Ukázka stavební dokumentace ve 3D prostoru Obr. 4.1 Pracovní prostředí systému MicroStation Obr. 4.2 Ukázka 3D drátového modelu Obr. 4.3 Ukázka 3D vizualizovaného modelu Obr. 4.4 Pracovní prostředí programu Jpeg Resampler Obr. 4.5 Pracovní prostředí programu Zoner Photo Studio Obr. 4.6 Ukázka úpravy snímků v Zoneru Obr. 4.7 Ukázka materiálové tabulky Obr. 4.8 Ukázka okna pro vzor materiálu
Seznam tabulek Tab. 2.1 Porovnání délek
34
Použitá literatura [1] D. FOLTÝN A KOLEKTIV, 2005: Encyklopedie Moravských a Slezských klášterů. Nakladatelství Libri, Praha: 880 s.
[2] P. DAVID & V. SOUKUP, 2002: 888 hradů zámků tvrzí České republiky. Kartografie Praha, a.s.: 335 s.
[3] ČESKÉ DĚDICTVÍ UNESCO, 2010: Žďár nad Sázavou – historie, online: http://www.unesco-czech.cz/zdar-nad-sazavou/historie/, cit. 3.3. 2011
[4] WIKIPEDIA OTEVŘENÁ ENCYKLOPEDIE, 2010: Žďár nad Sázavou (klášter), online: http://cs.wikipedia.org/wiki/Žďár_nad_Sázavou_(klášter), cit. 5.3. 2011
[5] ŽĎÁR NAD SÁZAVOU, 2009: Z historie města, online: http://www.zdarns.cz/o-meste/historie.asp, cit. 1.3. 2011
[6] ZÁMEK ŽĎÁR NAD SÁZAVOU, 2010: Historie kláštera, online: http://www.zamekzdar.cz/129-historie-klastera.aspx?sid=50&lid=131, cit. 4.3. 2011
[7] ČSN 01 3420, 2004: Výkresy pozemních staveb – Kreslení výkresů pozemní části. Český normalizační institut: 72 s.
[8] ÚVOD DO OBLASTI CAD SYSTÉMŮ, 1999: Popis základních funkcí, online: http://iris.uhk.cz/grafika/AutoCAD/3_2.htm, cit. 13.3. 2011
[9] T. BAYER, 2007: Úvod do programu MicroStation PowerDraft. Czech space office: 64 s.
[10] GISOFT, 2011: MicroStation, online: http://www.gisoft.cz/MicroStation/MicroStation, cit. 18.3. 2011 35
[11] GROMA, 2009: Domovská stránka systému groma, online: http://www.groma.cz/cz/, cit. 10.3. 2011
[12] L. Hulík, 2010: 3D model památkové budovy. České vysoké učení technické v Praze, fakulta stavební: 45 s.
Seznam příloh 1. Obrazové přílohy 1.1 Porovnání dokumentace – řez patry 1.2 Porovnání dokumentace – půlkruhové schodiště 1.3 Porovnání dokumentace – blok z kvádrů 1.4 Porovnání dokumentace – kruhové schodiště
2. Disk DVD
36
