MASARYKOVA UNIVERZITA FAKULTA INFORMATIKY
Světlo jako konstrukční prvek architektonického prostoru
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
Matěj Hřib
Brno, 2012
Prohlašuji, že tato pr{ce je mým původním autorským dílem, které jsem vypracoval samostatně. Všechny zdroje, prameny a literaturu, které jsem při vypracov{ní používal nebo z nich čerpal, v pr{ci ř{dně cituji s uvedením úplného odkazu na příslušný zdroj.
Matěj Hřib
Vedoucí pr{ce: Ing. arch. Ludmila Kohutov{
2
Shrnutí Cílem pr{ce je vytvořit virtu{lní světelnou instalaci, kter{ bude osvětlovat 3D model Dětské nemocnice v Brně, jako příklad použití světla při tvorbě architektonického prostoru. Pro tyto účely bude použito programu 3ds Max Design 2012 a rednereru mental ray.
Klíčová slova Světlo, architektura, prostor, 3ds Max, mentalray, redner, glob{lní osvětlov{ní 3
Poděkování Chtěl bych poděkovat zejména vedoucí pr{ce Ing. arch. Ludmile Kohutové za čas věnovaný v průběhu tvorby pr{ce, za konzultace, cenné rady, n{měty a objektivní nadhled. Nesmírné díky patří rovněž MUDr. Petru Kulišť{kovi, který zcela nezištně odpověděl na dotazy týkající se dětské psychologie. Velkou pomocí při sh{nění podkladů Dětské nemocnice byl Mgr. Jindřich Chatrný, který mi ochotně poskytl pl{ny a dobové fotografie nemocnice. Určitě si na těchto ř{dcích zaslouží uvést i Richard Fila, jemuž děkuji za zapůjčení fotoapar{tu. Díky si samozřejmě zaslouží moji rodiče a zn{mí, kteří mě během psaní podporovali.
4
Obsah 1) Úvod ................................................................................................................ 7 2) Světlo ............................................................................................................... 9 2.1
Co je světlo?........................................................................................... 9
2.2
Barva a barevn{ ud{lost .................................................................... 11
2.3
Interakce světla a materi{lu .............................................................. 12
2.4
Lidský zrak .......................................................................................... 12
2.5
Psychologie barev............................................................................... 14
3) Simulace světla v počítači .......................................................................... 15 3.1
Z{klady osvětlov{ní v počítačové grafice ...................................... 15 3.1.1 Druhy světel................................................................................. 17 3.1.2 Stíny .............................................................................................. 20 3.1.3 Fyzik{lní přesnost osvětlení ...................................................... 21
3.2
Metody přímého osvětlov{ní ........................................................... 22
3.3
Metody glob{lního osvětlov{ní ....................................................... 23
3.4
Renderery a světlo v programu 3ds Max ....................................... 25
4) Dětsk{ nemocnice v Brně ........................................................................... 27 4.1
Budova Dětské nemocnice v Brně ................................................... 27
4.2
Architektura budovy ......................................................................... 28
4.3
Vytvoření 3D modelu nemocnice .................................................... 30
4.4
Aplikace materi{lů na 3D model ..................................................... 31
5) Osvětlení budovy nemocnice .................................................................... 33 5.1
Současné denní osvětlení nemocnice .............................................. 33
5.2
Simulace slunečního světla v 3ds Max ............................................ 34
5.3
Tvorba osvětlení v mental ray .......................................................... 34
5.4
Simulace nočního osvětlení Dětské nemocnice ............................. 35
6) Projekt světlené instalace ........................................................................... 36 6.1
Současné noční osvětlení nemocnice ............................................... 36 5
6.2
N{vrh alternativního řešení nočního osvětlení ............................. 36
6.3
Realizace n{vrhu v programu 3ds Max .......................................... 39
7) Z{věr ............................................................................................................. 40 Literatura ............................................................................................................. 42
6
Kapitola 1
Úvod Obor 3D grafiky patří k jedněm z nejrychleji se rozvíjejících oblastí informatiky.
Jeho
využití
najdeme
např.
ve
zdravotnictví,
dopravě,
animovaných filmech, a zejména v posledních letech také architektuře [7]. Co se zd{lo dříve nepředstavitelné, je dnes realitou. Moderní architekt nemusí tr{vit dlouhé hodiny tvorbou papírových modelů, složitými studiemi světla atd., stačí v počítači vytvořit 3D model budovy, na ten nanést příslušné materi{ly, nasvítit, a výsledek je během několika minut k dispozici [3]. Hlavní výhodou tohoto přístupu je téměř okamžit{ odezva v případě některých změn v n{vrhu, kter{ by bez použití počítače vyžadovala pracné přepracov{ní celého modelu. Tento pracovní postup umožňuje klienta doslova provést po virtu{lním architektonickém
prostoru.
Díky
tomu
je
možné
navrhovat
nov{
architektonick{ řešení a ihned vidět výsledky pr{ce s fotorealistickou přesností. Na architektonické vizualizace se zaměřuje hned několik programů, mezi nejpoužívanější patří 3ds Max, který je v době psaní této pr{ce na trhu dostupný ve verzi 2012. V této verzi byla praktick{ č{st realizov{na. Architektonické vizualizace by měla co nejpřesněji odpovídat realitě, proto je důležité, aby byly ve výpočtech respektov{ny fyzik{lní z{kony, a to zejména v případě světla. Takto přesné výpočty byly ještě před p{r lety prakticky nerealizovatelné na běžných osobních počítačích. Pokles cen hardwaru zpřístupnil tyto technologie širšímu použití, zejména v oblasti architektury si našly rychle své místo. A pr{vě architektura vyžaduje co nejpřesnější pod{ní osvětlení, k tomu je potřeba vypočítat odrazy světla od povrchů, lom světla po průchodu sklem, kaustické jevy atd. Výše uvedené fenomény se označují souhrnně termínem glob{lní osvětlov{ní (GI – Global Illumination). Touto problematikou se zabývají první kapitoly pr{ce, které popíší nejprve teorii potřebnou k pochopení, jak algoritmy glob{lního osvětlení fungují. Po těchto úvodních teoretických z{kladech, n{sledují kapitoly pojedn{vající o metod{ch glob{lního osvětlov{ní v programu
7
3ds Max. Zde budou pops{ny jednotlivé druhy světel a možnosti, jak získat co nejlepší grafické výstupy za použití komplexního rendereru (software generující z trojrozměrné scény dvourozměrný obraz). Další kapitoly pr{ce budou na tyto znalosti navazovat, bude stručně pops{na budova Dětské nemocnice v Brně, jejíž 3D model se bude n{sledně osvětlovat. Nejprve se bude simulovat současn{ světeln{ situace, kde bude cílem postačující úrovně realističnosti na z{kladě dosavadní a autorem pořízené fotodokumentace. Praktick{ č{st pr{ce, kterou se budou zabývat poslední kapitoly, se zaměří na vytvoření samotné světelné instalace na budově Dětské nemocnice. Zde budou využity metody glob{lního osvětlov{ní probrané v předchozích kapitol{ch. Bude db{n důraz na zachov{ní současného architektonického řešení budovy, praktičnost a vizu{lní str{nku řešení. Zvl{štní péče bude věnov{na citlivosti instalace vzhledem ke specifickým n{rokům obyvatelů nemocnice. Jak již bylo uvedeno, realističnost grafických výstupů je jedním z n{roků na
moderní
architektonické
vizualizace,
a
st{v{
se
poslední
dobou
samozřejmostí. Pr{ce bude br{t toto v potaz, všechny grafické výstupy se budou realitě v r{mci možností programu 3ds Max snažit co nejvíce přibližovat.
8
Kapitola 2
Světlo Světlo je z hlediska vním{ní architektonického prostoru naprosto klíčové. Je to pr{vě světlo, které dok{že vykreslit nejjemnější odstíny barev na materi{lech a rozehr{t hru stínů. Člověk vním{ okolní svět přev{žně zrakem, největší dojem z architektonického prostoru v pozorovateli vyvol{ pr{vě vizu{lní dojem. Vzhledem k zaměření pr{ce, je nutné probrat z{klady, o které se bude zbytek textu opírat. Proto je důležité nejprve probrat fyzik{lní podstatu světla jako takového, jeho reakci po dopadu na povrch, n{sledné zachycení lidským zrakem a konečně lidské vním{ní celé ud{losti.
2.1 Co je světlo? Elektromagnetické spektrum obsahuje celou šk{lu z{ření, od gamma z{ření (vlnov{ délka přibližně 10-12 m) a paprsků x na jedné straně, po mikrovlnné z{ření a radiové vlny (vlnov{ d{lka v ř{dech metrů) na straně druhé. Pojmem světlo se označuje č{st elektromagnetického spektra, kter{ se naléz{ v oblasti vlnových délek 380 nm až 700 nm (viz Obr. 2.1) [1]. Pouze takto malou č{st jsme schopni lidským zrakem vnímat. Specializovan{ zařízení jsou schopna zobrazit i obraz mimo viditelné spektrum, tato problematika ovšem přesahuje obsah pr{ce.
Obr. 2.1: Elektromagnetické spektrum
9
Podstatnou vlastností světla je jeho dualistick{ povaha.
Za různých
podmínek se ve světle projevuje jako vlna, jindy jako č{stice. Tyto dvě rozdílné povahy světla sjednotila až kvantov{ teorie. Ta řík{, že světlo je složeno z proudu č{stic zvané fotony. Při šíření světla v prostoru se projevuje č{sticový charakter, při reakcí fotonů s prostředím naopak vlnový. Světlo se šíří v různých prostředích různou rychlostí (ve vakuu přibližně 300 000 km/s), tyto rozdíly počítačov{ grafika zanedb{v{, a pro její potřeby se světlo šíří nekonečnou rychlostí [1]. Toto jsou pouze z{kladní vlastnosti světla, detailněji se světlem zabýv{ obor fotometrie, který zav{dí veličiny a kvantifikuje je [5]. Pro potřeby přesné reprodukce
světel
existuje
několik
organizací,
např.
CIE
(Commision
internationale de l´eclairage) nebo IES (Illuminating Engineering Society), které se starají zejména o tvorbu standardů v oblasti osvětlení. Mimo fyzik{lní vlastnosti a charakteristiky světla lze mluvit i o vlastnostech estetických. V produkčním prostředí počítačové grafiky se nemluví o celkové radianci vyz{řené z plochy, ale o kvalit{ch světla jako jsou měkkost stínů, intenzita a další [2]. Jsou to především n{sledující: Intenzita světla je nejdůležitější charakteristikou světla a pro div{ka také nejdůležitější. Určuje energii, kterou daný světelný zdroj vyzařuje. Různé intenzity světla (např. denní a noční scéna) se kompenzují pomocí expozice. Barva umožňuje určit zdroj světla. Jinou barvu světla m{ stowattov{ ž{rovka a jinou Slunce za slunečného dne. Barva světla se měří v Kelvinech a rozdílné hodnoty se kompenzují tzv. vyv{žením bílé barvy. Měkkost světla je z{visl{ na velikost plochy světelného zdroje. Měkkého světla lze docílit i různými stínidly. Tato vlastnost m{ nesmírný vliv na atmosféru scény. Vržené stíny souvisí s měkkostí světla. Měkké světlo generuje neurčité okraje stínů, kdežto tvrdé světlo ostré okraje. Více informací o stínech lze nalézt v kapitole 3.1.2.
10
2.2 Barva a barevná událost Ačkoliv se může zd{t definice barvy trivi{lní, není tomu tak. Spíše než barva je lépe použít termínu barevn{ ud{lost [5]. Aby v člověku vyvolalo světlo vjem v podobě barvy, jsou za potřebí tři činitelé. Prvním z nich je světlo, bez něhož by cel{ ud{lost neproběhla, a které bylo probrané výše. Další z činitelů jsou povrchy, od kterých se světlo odr{ží před zpracov{ním lidským zrakem. Pouze tento činitel může být z ud{losti v některých případech vyloučen, ovšem většina světla přich{zející do oka je již odražen{. Pr{vě tento fakt berou v počítačové grafice v potaz metody glob{lního osvětlov{ní. Potom, co se charakteristika světla po styku s materi{lem změní (a to i několikr{t, m{lokdy dorazí do oka přímo ze zdroje), přich{zí do celé barevné ud{losti poslední faktor – pozorovatel. Zejména interakce všech tří faktorů je třeba br{t na zřetel, pokud chceme v architektuře dos{hnout určitého efektu. Určitý povrch se pod různým světlem může jevit zcela jinak, a v každém pozorovateli dos{hnout různého barevného vjemu [5]. Celou tuto ud{lost zachycuje obr{zek 2.2. Kolorimetrie, věda zabývají se barvami, zav{dí veličiny pro jejich popis. Pro potřeby přesné reprodukce barev v počítačové grafice slouží zejména tzv. barevné prostory (RGB, CMYK, HSV, HLS atd.) [1].
Obr. 2.2: Barevn{ ud{lost Zdroj: DQL osvětlov{ní [online]. 22. 10. 2002 [cit. 2011-12-17+. Jak budeme měřit "světelné znečištění". Dostupné z WWW:
.
11
2.3 Interakce světla a materiálu Tato kapitola podrobněji rozebere druhý činitel barevné ud{losti, a to jak dopad světla na objekt ovlivní charakter světla. Interakce světla s materi{lem, z něhož je objekt vytvořen, prozradí mnoho informací o tom, z čeho je daný objekt vyroben. Materi{l, z kterého je objekt tvořen, některé vlnové délky odr{ží a některé pohlcuje. Pro počítačovou grafiku z toho vyplýv{, že spektr{lní charakteristika odraženého světla se liší od spektr{lní charakteristiky dopadajícího světla. Z{roveň musí platit, že energie světla odraženého je menší nebo rovna energii světla dopadajícího. V případě, že by byla rovna, se jedn{ o dokonale odrazivý materi{l, kterému se ve skutečnosti pouze přibližuje zrcadlo. Míra, kter{ popisuje, jak daný objekt určité vlnové délky odr{ží, se nazýv{ spektr{lní odrazivost (reflektance) [5]. Existuje velmi m{lo materi{lů, které jsou téměř dokonale odrazivé, většina objektu v okolním světě (a tedy i v architektuře) do jisté míry dopadající světlo pohlcuje. Které vlnové délky se pohltí, a které odrazí, vním{ člověk jako barvu objektu (např. červené jablko). Takové odrazy se označují jako difúzní [7]. Jejich charakteristikou je, že se takto odražené světlo odr{ží pod různými úhly, a ned{ se přesně určit, odkud dopadající světlo přich{zí. Dokonalý difúzní odraz odr{ží světlo rovnoměrně do všech směrů, ale je to jen matematick{ abstrakce [1]. Většina světelných paprsků přich{zejících do oka jsou difúzní. Jak již bylo řečeno, tyto dvě vlastnosti povrchů pozorovateli hodně napoví o tom, z čeho je objekt vyroben. Povrchov{ úprava objektu, drsnost, lesklost, to všechno jsou vlastnosti, které lze z interakce světla a materi{lu vyčíst.
2.4 Lidský zrak Posledním účastníkem barevné ud{losti je lidský zrak. Obsahem této kapitoly je zpracov{ní světla přich{zejícího do oka na nervový sign{l do mozku. Samotným vyhodnocením vizu{lní informace mozkem se zabýv{ kapitola 2.5. Lidské oko se v z{sadě skl{d{ z těchto č{stí: rohovka, duhovka, čočka a sítnice [1]. První tři se starají o to, aby na sítnici dopadalo přiměřené množství zaostřených paprsků. Tato č{st není pro význam pr{ce důležit{. Důležité je zpracov{ní světla na sítnici. 12
O převedení světla na nervový sign{l se starají receptory, které se nach{zejí na sítnici, konkrétně tyčinky a čípky. Lidské oko obsahuje přibližně 120 milionů tyčinek a 8 milionů čípků [1]. Tyčinky jsou rozmístěny rovnoměrně po povrchu sítnice. Jsou citlivé na jas přich{zejícího světla a nedok{ží rozlišit barvu (nejcitlivější jsou ve světle s vlnovou délkou 498 nm) [5]. Při nízké úrovni světelné intenzity to jsou pr{vě tyčinky, které umožňují vidění. Proto lidské oko vním{ za šera a v noci pouze odstíny šedi. Toto je důležité si uvědomit při n{vrhu architektonického prostoru, protože barvy se za nízké úrovně světla vytr{cí (tzv. desaturace nebo achromaticita). Barevné vidění lidskému zraku umožňují čípky, které jsou na sítnici koncentrov{ny zejména v okolí tzv. žluté skvrny (místo nervového zakončení oka). Mají na starost ostré vidění za dobrých světelných podmínek. Existují tři druhy čípků, každý druh je citlivý na určité vlnové délky světla – červen{ (565 nm), zelen{ (530 nm), modr{ (420 nm) [5]. Celou situaci n{zorně ilustruje obr{zek 2.3. Jev, kdy je možné ze tří dobře zvolených z{kladních barev namíchat jakýkoliv barevný odstín, se nazýv{ trichromazie [5]. Úspěšně se ho využív{ při zobrazov{ní grafických výstupů, tzv. aditivní z{kladní barvy (RGB) a subtraktivní z{kladní barvy (CMY).
Obr. 2.3: Citlivost buněk v lidském oku
13
2.5 Psychologie barev Barvy lze využít také k tvorbě kontrastu pomocí komplement{rních barev (např. k modré je komplement{rní barva žlut{). Pomocí vhodné volby světel a materi{lů lze dos{hnout různé atmosféry ve scéně. Psychologii barev je potřeba br{t v potaz při n{vrhu světla a materi{lů, neboť jejich interakce m{ největší vliv na výsledný dojem v pozorovateli. Ačkoliv každý z n{s vním{ a reaguje na různé barvy odlišně, jsou odstíny, které evokují stejné emoce ve všech lidech [2]. Modré světlo ve scéně evokuje pocit mrzuté a chladné atmosféry, ale také klidu. Červen{ barva vyvol{v{ dojem nebezpečí, energie a v{šně. Je poměrně zajímavé, že jedna barva může vyvol{vat v lidech naprosto protichůdné dojmy. Např. zelen{ je všeobecně považov{na za barvu plodnosti a míru, ale také za barvu hamižnosti a z{visti [2]. Vním{ní barev z hlediska psychologie je značně subjektivní, existují však jisté světelné modely, které vyvol{vají ve většině lidí stejný dojem. Jedn{ se o teplé a chladné světlo. Zdroj světla se spektr{lní charakteristikou směrem k teplejším barv{m vyvol{v{ v lidech dojem vstřícné, klidné, až „poh{dkové“ atmosféry. Naproti tomu scény osvětlené světelnými zdroji, které generují chladné světlo, působí nepřívětivě.
14
Kapitola 3
Simulace světla v počítači Předchozí kapitola popsala problematiku vním{ní barev a fyzik{lní vlastnosti světla důležité pro počítačovou grafiku, kde se zav{dějí zejména n{sledující zjednodušení, kter{ nemají na výsledný obraz v architektuře významný vliv [1]: 1) Rychlost světla je nekonečn{ (nebere se v potaz ž{dné médium) 2) Světlo se šíří přímočaře (zanedb{ní ohybu světla) 3) Na světlo nem{ vliv gravitace a elektromagnetické pole 4) Neexistuje fluorescence (změna vlnové délky světla po odrazu) 5) Neexistuje fosforescence (opožděné vyz{ření světla materi{lem) Oblast světla je v oboru počítačové grafiky jedna z nejprozkoumanějších. Bohužel problematika je natolik složit{, že s důvodu rozsahu pr{ce zde budou uvedeny pouze z{kladní veličiny a principy používané v metod{ch glob{lního osvětlov{ní. Podrobnější informace může čten{ř nalézt v odborné literatuře [1], [6].
3.1 Základy osvětlování v počítačové grafice V každém komplexním programu pro tvorbu 3D grafiky jsou algoritmy uvedené v této kapitole využív{ny. Je ovšem problém u konkrétního software zjistit rovnice, které se používají při výpočtu osvětlov{ní (výjimkou je program Blender, který zveřejňuje zdrojový kód). Níže uvedené rovnice jsou pro běžné užití v oblasti vizualizace architektury výpočetně n{ročné [6]. V praxi se proto užív{ různých zjednodušení těchto metod (např. Final Gather v mental ray). Ve větších produkčních studiích zaměřující se na vizualizace se nach{zí oddělení zaměřené na tvorbu světla ve scéně. Tento n{ročný úkol může jak zhatit předchozí pr{ci na 3D modelech, tak naopak podpořit atmosféru a realističnost scény. Osvětlov{ní scény v počítačové grafice vych{zí z divadelní scénografie a filmové tvorby, kde se postupem času vytvořil osvětlovací postup
15
zvaný tříbodové osvětlov{ní [2]. V z{sadě se jedn{ o tři světla umístěna tak, aby byl co nejvíce podpořen vjem z plastičnosti celé scény. Nejdůležitější světlo se nazýv{ klíčové a je to nejvýraznější světlo, které nasvěcuje objekt. Zpravidla býv{ umístěno do 30° od osy kamery do strany a lehce nad kamerou. Druhé světlo se označuje jako doplňkové nebo výplňové. Nach{zí se na protější straně objektu vzhledem ke světlu klíčovému. Jeho účelem je prosvětlit ta místa scény, kter{ zastiňuje stín z klíčového světla. Poslední světlo slouží k oddělení objektu od pozadí a nach{zí se za objektem z pohledu kamery. Jeho účel je zvýraznit obrys objektu. Toto světlo býv{ v počítačové grafice těžké simulovat, protože 3D modely na sobě nemají č{stice prachu atd., které toto světlo prosvětluje. Použív{ se proto různých způsobů jeho nahrazení, některé z nich využívají např. možnost generace světla materi{lem objektu na z{kladě orientace norm{l ploch ke kameře (hrany téměř kolmé k ose kamery). Celý koncept tříbodového osvětlov{ní zn{zorňuje n{sledující obr{zek 3.1.
Obr. 3.1: Tříbodové osvětlení objektu Existují další druhy světel, které se k osvětlov{ní scény využívají, nicméně všechny vych{zí z tohoto modelu. Tříbodové osvětlov{ní je pro 3D grafiku důležité, protože díky jednotlivým parametrům světel se tak d{ vcelku snadno upravovat atmosféra a kontrast scény, který chce autor vytvořit. Důležitým aspektem je poměř klíčového světla ke světlu doplňkovému. Je-li tento poměr velký (cca 10: 1), m{ scéna vysoký kontrast a celkový dojem je plný napětí a nehostinného prostředí. Z{měrné využití tohoto poměru lze nalézt ve filmu 16
Noir (filmový ž{nr 40. let minulého století). Oproti tomu nízkým poměrem (cca 2:1) lze docílit klidného a vstřícného dojmu [2]. Je potřeba uvést kr{tkou zmínku o sl{bnutí světla neboli atenuaci. Množství světla dopadajícího na objekt kles{ se vzd{leností od zdroje úměrně druhé odmocnině této vzd{lenosti. V počítačové grafice je potřeba tento jev simulovat. Používají se dva přístupy, line{rní a přesn{ simulace. Line{rní sl{bnutí nepod{v{ věrohodné výsledky, přesto se např. v oblasti animace použív{. Nevýhodou přesného výpočtu druhé odmocniny je, že nikdy nedos{hne nulové hodnoty. To je sice re{lné, ovšem výpočetně n{ročné. Proto se od určité vzd{lenosti od zdroje, kdy světlo viditelně nepřispív{ k celkovému osvětlení, zad{v{ hodnota intenzity tohoto světla jako nulov{ [3].
3.1.1 Druhy světel Při osvětlov{ní scény v jakémkoliv programu je na výběr z několika druhů světel. Výběr spr{vného druhu světla je klíčový. Ačkoliv se n{zvy v různých aplikacích liší, jedn{ se o tat{ž světla. Jsou to n{sledující světla (viz Obr. 3.2): Bodové světlo (omni) Bodové světlo je z{kladní světlo, někdy se označuje jako všesměrové (omni – z anglického omni-directional). Paprsky z takového světla vych{zí z nekonečně malého bodu do všech směrů rovnoměrně. Ve skutečnosti se tomuto světlu nejvíce podob{ obyčejn{ ž{rovka. V praxi se snaží tomuto typu světel pokud možno vyhnout. Vzhledem k faktu, že všechny paprsky vych{zí rovnoměrně do všech směrů, doch{zí i k vysíl{ní paprsků do nekonečna Rovnoběžné světlo Paprsky rovnoběžného světla vych{zí z nekonečně vzd{leného zdroje. V re{lu takové světlo neexistuje, v počítačové grafice se ovšem pomocí rovnoběžného světla simuluje sluneční světlo. Paprsky slunečního světla se jeví na Zemi téměř rovnoběžné a díky tomu, že vektor každého z paprsků rovnoběžného světla je stejný, doch{zí k výraznému urychlení výpočtu. Toto světlo je také vhodné jako výplňové.
17
Reflektor Reflektor je všesměrové světlo, jehož svítivost je omezena prostorovým úhlem. Existuje ve dvou variant{ch: jednoduchý reflektor a reflektor s jasným středovým svazkem. U druhého světla je zad{n ještě jeden prostorový úhel, který definuje jasný svazek světla. Mezi těmito dvěma úhly doch{zí k postupnému sl{bnutí intenzity světla. Plošné světlo Ve skutečnosti ž{dné světlo nevych{zí z nekonečně malého bodu. Tento problém řeší plošné světlo, kde zdroj světla je plocha, kter{ se d{ definovat buď jako kruh nebo obdélník o určitých rozměrech. V některých programech je možné použít jakýkoliv objekt jako zdroj plošného světla. Výpočet plošného světla je n{ročný, poskytuje však nejre{lněji vypadající výstupy. Obrovskou výhodou tohoto světla je generov{ní měkkých stínů. Obloha Ve spojení se simulací slunečního světla je důležité simulovat i rozptýlené světlo přich{zející z oblohy. Č{st slunečních paprsků proch{zejících atmosférou je rozptýlena nebo pohlcena. Pr{vě tyto „ztracené“ paprsky slunečního světla tvoří světlo z oblohy (jedn{ se tedy o světlo rozptýlené, není možné určit místo, odkud paprsky vych{zejí). Takové světlo si lze představit jako kupoli obklopující celou virtu{lní scénu. V praxi se těchto světel použív{ ve spojení s HDR obr{zky (viz HDR níže), které se aplikují jako mapa prostředí. Takový postup naléz{ uplatnění jak při tvorbě triků pro film, tak v architektonických vizualizacích. Zejména je vhodný tam, kde je 3D grafika zasazena do existujících fotografií nebo videonahr{vky.
HDR mapy Většina klasických obrazových form{tů (např. JPEG, BMP) ukl{d{ informace o každém pixelu zvl{šť pro každý z barevných kan{lů (R – červen{, G – zelen{, B – modr{). Tato hodnota je v paměti počítače uložena obvykle v podobě 8bitového čísla, které m{ rozsah hodnot 0 – 255. Touto metodou lze uložit až 16,7 milionů barev. Ačkoliv se toto číslo může zd{t dostačující pro běžnou digit{lní fotografii, nedok{že 18
zachytit např. více odstínů z{řivě bílé barvy. HDR (z angl. High Dynamic Range = Vysoký dynamický rozsah) ukl{d{ barevnou informaci ve více než 8 bitech a dok{že tak uložit obraz jak s plným rozsahem barev v tmavých oblastech, tak ve světlých oblastech, což klasické form{ty neumožňují. Tato vlastnost je v počítačové grafice využív{ní jako mapa prostředí pro tvorbu kovových odlesků a pro simulaci světla z oblohy. Metoda použití HDR map poskytuje velmi realistické výsledky.
Ambientní světlo Pro úplnost je potřeba uvést i ambientní světlo. Nejedn{ se o světlo jako takové, ale je to světlo, které simuluje rozptýlené nepřímé osvětlení ve scéně. Parametry tohoto světla jsou intenzita a barva. Celý výsledný obraz je tímto světlem osvětlen, aby se zabr{nilo příliš tmavým stínům, které jsou nere{lné. Hlavní nevýhodou tohoto přístupu je omezení barevné hloubky obrazu, protože každý pixel obrazu bude zesvětlen *2]. V praxi se ambientní světlo nepoužív{ a nahrazuje výplňovými světly.
Obr. 3.2: Druhy světel v počítačové grafice [1]
19
3.1.2 Stíny Další důležitý aspekt osvětlov{ní v počítačové grafice je tvorba stínů. Jsou to pr{vě stíny, které (pokud jsou scéna a osvětlení „vhodně“ postaveny) dod{vají obrazům kontrast, rytmus, hloubku a především realističnost, kter{ je tak důležit{ pro architektonické vizualizace. Generov{ní re{lně vypadajících stínů je výpočetně n{ročné, je proto třeba věnovat této problematice patřičnou pozornost. Díky stínům je možné určit směr přich{zejícího světla, polohu objektů ve scéně a materi{lové vlastnosti objektu (viz Obr. 1 a 2 v barevné příloze). Zde je zobrazena Dětsk{ nemocnice v Brně bez stínů a se stíny. V počítačové grafice v současnosti existuje několik přístupů ke generov{ní stínů, program 3ds Max použív{ dva, a to buď pomocí projekční mapy nebo raytrace stínů. Projekční mapa Stíny generované projekční stínovou mapou (v anglické literatuře označované jako shadow map) poskytují dobré výsledky za přijatelný čas výpočtu. Princip této metody spočív{ v projekci bitmapy o předem daném rozlišení, kter{ je vržena ve směru světla z jeho středu. V případě „zasažení“ objektu je tato informace uložena do bitmapy a na z{kladě této mapy se vygeneruje patřičný stín. Kritické je pr{vě rozlišení stínové mapy, neboť pokud je příliš nízké, jsou stíny „zubaté“. K dosažení ostrých stínů je třeba zvýšit rozlišení mapy na potřebnou úroveň, kter{ může být někdy tak velk{, že je lepší použít raytrace stínů. Okraj stínové mapy lze rozostřit např. Gaussovským filtrem a dos{hnout tak vzhledu měkkých stínů. Pr{vě na jejich generov{ní je tato metoda vhodn{. Další nevýhodou je, že tyto stíny neberou v potaz průhlednost/průsvitnost objektů [4]. O tuto vlastnost lze metodu obohatit, avšak hlavní výhoda (tj. rychlý výpočet) ztr{cí smysl díky časové n{ročnosti výpočtu. Pro generaci ostrých stínů je potřeba dostatečně velk{ bitmapa, kter{ je kapacitně n{ročn{ na paměť RAM (viz n{sledující vztah) [2]. (Rozměr síťové mapy)2 × 4 = paměťov{ n{ročnost v bitech
20
Raytrace stíny Druhou možností je generovat stíny pomocí raytracingu. Raytracing je metoda sledov{ní paprsků světla, v případě stínů se jedn{ o sledov{ní paprsků vych{zejících se světla směrem k objektům ve scéně. Tato metoda je výpočetně n{ročnější než metoda předchozí, poskytuje ovšem realističtější výsledky. Raytrace stíny mají tvrdé okraje, což je jejich hlavní nevýhoda. Za použití plošných světel vznikají měkké stíny, jejich generov{ní je díky výpočtu plošného
světla
časově
n{ročnější.
I
přesto
se
zejména
v oblasti
architektonických vizualizací tyto stíny ve spojení s plošnými světly používají, neboť realističnost je zde na prvním místě.
3.1.3 Fyzikální přesnost osvětlení Rovnice a metody uvedené v kapitol{ch 3.2 a 3.3 počítají s re{lnými fyzik{lními jednotkami. Aby odpovídaly výsledné obrazy v počítačové grafice co nejvíce realitě, musí i virtu{lní scéna tyto jednotky dodržovat a počítat s nimi. Grafický program, který se zaměřuje na tvorbu realistických obrazů, musí proto umožnit uživateli tyto jednotky nastavit. Jedn{ se zejména o jednotky délkové, tj. virtu{lní scéna musí mít spr{vné měřítko. Stowattov{ ž{rovka například osvítí obývací místnost o rozměrech v ř{dech metrů, ale neosvítí dostatečně fotbalový stadion. U architektonických vizualizací je nesmírně důležité fyzik{lně přesné nastavení jednotlivých světel. Díky energetické krizi v USA v 70. letech 20. století byl zaveden program EnergyPlus, který simuluje teplotní, ventilační a další druhy toků energie v konkrétním místě na Zemi [2]. Tento program m{ obrovské využití pro počítačovou grafiku, neboť měří také dlouhodobě počasí a světelné sluneční podmínky, a tyto informace jsou veřejně přístupné v souborech s příponou *.epw. V době psaní této pr{ce existuje přibližně 1300 takto zpracovaných lokací (včetně Prahy). Pokud grafický software podporuje využití těchto souborů, dají se využít pro nastavení slunečního světla ve scéně, a tím dos{hnout maxim{lní shody se skutečnými světelnými podmínkami na daném místě.
21
Další pomůckou pro počítačové grafiky jsou tzv. fotometrické sítě. Fotometrick{ síť je trojrozměrn{ informace o svítivosti světelného zdroje v různých směrech. Dokonalé všesměrové světlo vyzařuje rovnoměrně světelné paprsky do všech stran. Ve skutečnosti ž{dné takové světlo neexistuje, i obyčejn{ ž{rovka m{ díky tvaru vl{kna různou distribuci světla v různých směrech. Větší výrobci svítidel poskytují fotometrické informace pro sv{ světla v podobě fotometrických sítí - souborů, které mají distribuční informaci v sobě uloženou. Tyto soubory jsou běžně ke stažení na internetu a lze je použít jako distribuční funkci světla pro virtu{lní světlo a je tak dosaženo perfektní shody se světlem re{lným [2]. Fotometrické sítě jsou pro oblast architektury velkým přínosem, protože umožňují virtu{lní scénu nasvítit světly, kter{ přesně odpovídají svým skutečným protějškům.
3.2 Metody přímého osvětlování Jedním z problémů, se kterým se počítačov{ grafika potýkala v poč{tcích simulace světla, byla jejich výpočetní n{ročnost. Z toho důvodu se v praxi až do ned{vné doby používal model přímého osvětlov{ní (Direct Illumination), někde označované jako lok{lní osvětlení [1]. Tento model nebere v potaz vícen{sobné odrazy světla, které jsou běžné v re{lném světě. Obraz generovaný metodou přímého osvětlov{ní lze nalézt v barevné příloze (Obr. 2). Tyto jevy byly nahrazov{ny výplňovými světly, kter{ odražené světlo simulovaly. Přímé osvětlov{ní je st{le hojně použív{no hlavně tam, kde je potřeba okamžit{ odezva nebo kratší doba vykreslov{ní animace (PC hry, animované filmy). Pro potřeby architektonických vizualizací jsou metody přímého osvětlov{ní nepostačující, protože neposkytují realistické výsledky. Fyzik{lně přesné výsledky jsou možné s pokročilejší metodou, tj. glob{lním osvětlov{ním (d{le v textu označovaným jako GI – Global Illumination). Pro úplnost jsou zde uvedeny nejdůležitější radiometrické pojmy a veličiny, se kterými počítají i metody GI. Úplný výčet lze nalézt v [1] a [6]. Radiance je nejdůležitější veličina pro výpočet osvětlení v počítačové grafice. Její velkou výhodou je, že většina ostatních radiometrických veličin lze z rovnice radiance dopočítat. Radiance se značí jako L(x,ω), kde x je polohově
22
z{vislý bod, ve kterém se radiance počít{, a ω vektor ud{vající směr příchozích/vyz{řených fotonů. Vypočít{ se jako:
Složitě vypadající rovnice víceméně ud{v{ množství fotonů, které dopadnou na bod x ze směru ω za jednotku času a které proch{zí plochou A, jejíž průmět je kolmý na tento směr. CosΘ v rovnici určuje odchylku plochy A od směru ω [1]. BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function = Dvousměrov{ odrazov{ distribuční funkce) je důležitou vlastností povrchu, které určuje, pod jakým úhlem se odrazí paprsek světla přich{zející na konkrétní bod v prostoru pod konkrétním úhlem. BRDF m{ velký vliv na to, jak se světlo bude chovat po dopadu na materi{l. Matematicky lze tuto vlastnost zapsat jako:
Indexy r a i v rovnici označují směr příchozí resp. odražený. BRDF v z{sadě počít{ poměr mezi radiancí odraženou a vstupní, kter{ je promítnuta kolmo na plochu, v nějakém bodě x [1]. Lok{lní osvětlovací model je z{kladní rovnice pro výpočet odražené radiance v bodě x pro všechny vstupní směry.
Tento model je z{kladem
výpočtu přímého osvětlov{ni, počít{ celkovou radianci přich{zející na bod ze všech směrů, kter{ je vyn{sobena BRDF [1]. ∫
3.3 Metody globálního osvětlování Výše uvedené metody přímého osvětlov{ní jsou rychlé na výpočet, jejich nedostatkem je nerealističnost tohoto modelu, který nesimuluje n{sobné odrazy světla. Stíny generované pomocí přímého osvětlov{ní jsou příliš tmavé, protože zastíněn{ místa ve scéně neosvětlují ž{dné odražené paprsky. Tento jev simulují pokročilé metody glob{lního osvětlov{ní, které z přímého osvětlov{ní 23
vych{zí. Toho je důkazem i n{sledující tzv. zobrazovací rovnice, ve které figuruje již zn{m{ rovnice pro výpočet lok{lního osvětlovacího modelu: ∫ Cílem zobrazovací rovnice je spočítat celkovou radianci vych{zející z bodu x ve směru ω. Ve vztahu se vyskytuje člen Le, který vyjadřuje vlastní vyzařovan{ bodu x. Bohužel pro počítačovou grafiku je analytické řešení této rovnice nemožné, v praxi se proto používají různé aproximace zobrazovací rovnice. Jsou to např. metody sledov{ní fotonů (photon tracing), Monte Carlo sledov{ní světla (light tracing), fotonové mapy a další [1]. Metody GI v z{sadě poskytují realistické výsledky (proto se někde označují jako fotorealistické zobrazov{ní). Obraz generovaný metodami GI lze nalézt v barevné příloze (Obr. 3). Celkové chov{ní světla je ovšem natolik složité že některé jevy ani tyto metody nepostihují. Používají se proto některé doplňkové metody, které podporují realističnost obrazu. Ty simulují běžně pozorovatelné jevy jako např. difrakci světla (rozklad světla dle vlnové délky). Jejich naprogramov{ní není n{ročné, jedn{ se o poměrně trivi{lní rozšíření. Mezi metody běžně aplikované v oblasti architektonických vizualizací patří Ambient Occlusion a simulace kaustických jevů. Ambient Occlusion Jeden z problémů GI metod popsaných výše je nedostatek kontrastu ve výsledných obrazech. Algoritmus metody Ambient Occlusion generuje černobílou mapu, který ztmavuje obraz v místech, kde se dva objekty nebo stěny jednoho objektu nalézají v předem dané blízkosti. Aplikace této metody je zobrazena na Obr. 4 v barevné příloze. Ambient Occlusion dodal obrazu kontrast (ztmavení stínů) a zvýšil tak realističnost [3]. Kaustické jevy Další doplňkov{ metoda k metod{m GI je generov{ní kaustických jevů (zkr{ceně kaustika). Kaustika vznik{ např. při průchodu světla sklem nebo vodou anebo při odrazu světla od vodní hladiny. Jedn{ se o koncentrované paprsky světla v důsledku průchodu nerovným povrchem. Kaustika je běžný jev, jehož simulace dod{ obrazu realističnost (viz Obr. 8 v barevné příloze) [4]. 24
3.4 Renderery a světlo v programu 3ds Max Renderer je software, který se star{ o zobrazení trojrozměrné virtu{lní scény na diskrétní dvourozměrný obraz. Tento proces se označuje jako rendering. V češtině by se daly tyto termíny přeložit jako vykreslovač a vykreslov{ní, překlady se ovšem v počítačové grafice neujaly. Souč{stí každého rendereru jsou tzv. shadery. Existují různé druhy shaderů: kamerové, materi{lové, objemové atd., které určují vzhled každého bodu výsledného obrazu. Po instalaci programu 3ds Max Design 2012 je na výběr ze dvou rendererů. Jsou to mental ray od firmy mental images a historický renderer scanline. Standardně po spuštění programu je aktivov{n mental ray. Dosluhující renderer scanline byl z{kladem programu ve starších verzích 3ds Max, poskytuje dostačující výsledky při použití přímého osvětlov{ní, pro GI použív{ metody zvané Light Tracer a radiozitu. Bohužel scanline nepodporuje např. plošn{ světla, a nabídka shaderů je pouze z{kladní. V současné době nahradil v programu 3ds Max scanline renderer mental ray. Mental ray podporuje plošn{ světla, jeho možnosti v oblasti GI jsou mnohem větší než u režimu scanline, tvorba uvěřitelně vypadajících materi{lů je díky zaměření mental ray na realističnost mnohem snazší. Při založení nového projektu je nezbytné předem vybrat jeden renderer a toho se držet po zbytek pr{ce. Shadery mezi sebou nemusí být kompatibilní, stejně jako nastavení kamer, druhy světel atd. Existují i další renderery jako např. Brazil (vhodný pro filmovou tvorbu), finalRender (první renderer třetí strany pro 3ds Max), Maxwell Render (výborn{ fyzik{lní přesnost) a V-Ray [2]. Pr{vě poslední zmiňovaný je mezi uživateli 3ds Max, kteří se zaměřují na architektonické a produktové vizualizace, značně oblíben [2]. Jeho jednoduchost a rychlost použití je výhodn{ v produkčním prostředí, kde je kr{tk{ doba tvorby grafiky kritick{. Jednoduchost použití si bohužel vybír{ svou daň v menších možnostech nastavení parametrů renderov{ní oproti mental ray. V-Ray byl také jedním z kandid{tů pro projekt v této pr{ci. Nakonec padla volba na mental ray z důvodu jeho zameření na fyzik{lní přesnost a lepší simulaci GI. V režimu mental ray nabízí 3ds Max dva druhy světel. První jsou klasick{ světla, kter{ používají generické světelné jednotky a dají se použít i s
25
rendererem scanline. Druhou kategorií světel jsou fotometrick{, kter{ používají re{lné fyzik{lní jednotky a umožňují použití fotometrických sítí. Tato světla přesně odpovídají svým re{lným protějškům, dají se ovšem upravit konkrétním potřeb{m projektu. K dispozici jsou n{sledující světla: Omni (bodové), Directional (rovnoběžné), Spotlight (reflektor), Area (plošné), Sunlight (sluneční světlo), Skylight (obloha). Většina světel existuje ve dvou variant{ch, a to s cílem nebo bez cíle. Světlo s cílem m{ určený bod v prostoru, na který bude vždy směrovat. S takovým světlem se d{ pohybovat po scéně, ale bude vždy svítit směrem k danému bodu. V případě statických scén (což je většina architektonických vizualizací) tato světla umožňují snadnější nasměrov{ní a kontrolu. Světla bez cíle se hodí tam, kde se světelný kužel pohybuje v čase v z{vislosti na pohybu jiného objektu. Může to být např. světla jedoucího automobilu nebo svítilna v ruce jdoucí osoby. Mezi těmito světly lze i po jejich vytvoření libovolně přepínat. Výborn{ pomůcka pro realistické vizualizace v 3ds Max je systém Daylight, který obsahuje kompas, světlo Sunlight (Slunce) a Skylight (obloha). Systém Daylight tyto tři prvky vz{jemně propojuje. Na z{kladě otočení kompasu a na výběru místa na Zemi (buď výběrem z předem nastavených, mezi nimiž je i Praha, nebo zad{ním vlastních souřadnic) se mění poloha Slunce, u kterého je možné určit čas, který zase ovlivňuje úhel mezi Sluncem a horizontem. Nastavení Slunce zase ovlivňuje světlo z oblohy. Systém Daylight funguje dokonale a lze díky němu dos{hnout fyzik{lně přesného osvětlení na konkrétním místě v konkrétní dobu. Všechna nastavení lze animovat a simulovat tak změnu osvětlení v průběhu dne nebo dokonce roku. Komplexnost systému doplňuje možnost použít soubory *.epw, které obsahují re{lně naměřené světelné údaje v dané lokalitě (viz kapitola 3.1.3). Více informací o konkrétních nastaveních světel a jejich parametrech lze nalézt v kapitole 5.
26
Kapitola 4
Dětská nemocnice v Brně Dětsk{ nemocnice v Brně byla pro účely pr{ce vybr{na z n{sledujících důvodů: funkcionalistick{ architektura, relativní izolace budovy od okolní z{stavby, nedostatečný současný z{jem o budovu. Jednoduchost tvarů funkcionalismu je vhodn{ zejména ke studii vlivu světla jako konstrukčního prvku v architektuře. Rovné linie a „čistota“ d{vají prostor světlu vyniknout, zdobnost gotické nebo secesní architektury by na sebe v tomto ohledu poutala zbytečnou pozornost. Umístění budovy nad svahem a její izolovanost je pro tuto studii také vhodn{, neboť okolní architektura víceméně neovlivňuje světlo dopadající na budovu. Dle mého n{zoru je budově věnov{na nedostatečn{ pozornost, přestože jako stavba získala mnoh{ ocenění [8].
4.1 Budova Dětské nemocnice v Brně Historií budovy nemocnice a osobností architekta Bedřicha Rozehnala se podrobně zabýv{ pr{ce studentky A. Belkovové: Bedřich Rozehnal – Dětsk{ nemocnice v Brně – Černých Polích [8]. Brněnsk{ čtvrť Čern{ Pole byla až do 18. století nezastavěna, všechna tamní architektura je tedy pozdějšího data, než historický střed Brna. Díky tomu se zde mohla plně rozvíjet moderní architektura a urbanismus charakteristický pro poč{tek 20. století nejen novému Brnu [8]. Jedním z převažujících architektonických směrů té doby je funkcionalismus, jehož stopy jsou v Brně zřetelné na velkém množství budov. Projektantem a architektem Dětské nemocnice je prof. Ing. arch. Bedřich Rozehnal (2. 6. 1902 – 11. 6. 1984). V raném období své tvorby používal pavilonové řešení nemocnic, které se s rozvojem medicíny ve 20. století stalo nevyhovujícím. Uk{zalo se, že blokové řešení je z provozních důvodů pro stavbu nemocnic vhodnější [8]. Tento typ nemocnic zast{val i Rozehnal při n{vrhu nemocnic, mezi něž patří např. nemocnice v Kyjově, Novém Městě na Moravě i Dětsk{ nemocnice v Brně. Na obr{zku 4.1 je zobrazeno schéma
27
nemocnice, je zde vidět rozdělení nemocnice do několika tematicky a systematicky sjednocených bloků. Je nutné podotknout, že původní pl{n pana Rozehnala se nerealizoval celý a že některé č{sti současné nemocnice jsou až dostavby z 90. let minulého století (pavilon F).
Obr. 4.1: Schéma Dětské nemocnice v Brně Zdoj: Mapa are{lu Dětské nemocnice [online]. 2011 [cit. 2011-12-17+. Fakultní nemocnice Brno. Dostupné z WWW: .
Původní z{měr této pr{ce bylo vymodelovat a osvětlovat n{dvoří bloku G, jehož uzavřenost od okolního are{lu by nejlépe vyhovovala potřeb{m pr{ce. V bloku G se nach{zí klinika dětské onkologie včetně lůžkové č{sti. Světeln{ instalace se zde jevila jako vhodn{ z hlediska charakteru tohoto bloku. Bohužel lůžkov{ č{st bloku G se nach{zí směrem ven z n{dvoří, do kterého jsou nasměrov{ny zejména administrativní místnosti a ošetřovny. Přev{žn{ č{st lůžkových stanic v nemocnici se nach{zí v bloku B, který byl nakonec vybr{n pro účely této pr{ce. Blok B tvoří dominantu celé dětské nemocnice, je viditelný ze stejnojmenné zast{vky MHD a z centra Brna. Její tvary a architektonické prvky jsou okamžitě rozpoznatelné a snadno budovu odlišují od jiných architektonických pam{tek.
4.2 Architektura budovy Jak již bylo zmíněno, nemocnice je postavena ve funkcionalistickém stylu. Jedn{ se o poslední funkcionalistickou budovu takového rozměru postavenou
28
v Brně. Obr{zek 4.2 zobrazuje typický pohled na blok B, na kterém se jednotlivé architektonické prvky dají dobře ilustrovat.
Obr. 4.2: Pohled na blok B Typické pro funkcionalistickou architekturu jsou zejména rovné linie, které jsou na budově nemocnice výrazné na horizont{lních p{sech teras a pater. Tyto linie, které jsou rovnoběžné s horizontem, vzbuzují dojem stability a jistoty. Podpěrné sloupy teras rozdělují prostor v pravidelných vertik{lních p{sech. Terasy nejvyššího patra postr{dají boční stěny, architekt tímto dos{hl „provzdušnění“ a odlehčení budovy. Zajímavé je rovněž řešení teras v jednotlivých patrech. První a čtvrté podlaží mají terasy plné, bez z{bradlí. Oproti tomu ve druhém a třetím patře jsou terasy řešeny z větší č{sti z{bradlím. Tento architektonický prvek rozbíjí přílišnou pravidelnost budovy a vyvol{vají dojem lehkosti. Bloky B1 a B2 mezi sebou svírají úhel 160°, který tvoří nejodlišnější prvek bloku B od ostatních bloků. Tento malý úhel vyvol{v{ dojem vstřícnosti a otevřenosti celé budovy, jakoby l{kal n{vštěvníka dovnitř. Díky němu se stal blok B dominantou celé nemocnice, kter{ je vidět i z centra Brna. Z oken nemocnice je rovněž výjimečný pohled na střed města. Vyvolat takový dojem v div{kovi u nemocniční budovy nemohl být pro architekta lehký úkol, který vypovíd{ o architektových rozs{hlých zkušenostech s n{vrhy nemocnic. Vz{jemně jsou bloky B1 a B2 odděleny elegantně řešeným
29
schodištěm, které tvoří osu symetrie celé budovy. Bíl{ barva omítky a široké červené r{my oken tak vzbuzují dojem červeného kříže [8].
4.3 Vytvoření 3D modelu nemocnice Po předchozím uv{žení byla vymodelov{na pouze tato č{st nemocnice s nejbližším okolím, protože samotný blok zastiňuje zbytek nemocnice a okolní z{stavba je díky izolaci are{lu natolik vzd{len{, že na světelnost budovy m{ zanedbatelný vliv. Pravidelnost celého bloku B ulehčila svým způsobem modelovací pr{ci, neboť stačilo vymodelovat kterýkoliv z bloků B1 nebo B2 a ten n{sledně zrcadlit okolo osy, kterou tvoří centr{lní schodiště. Pravidelně se opakující prvky rovněž zjednodušily modelovací proces, a z{roveň zkr{tily dobu vykreslov{ní scény. Při modelov{ní totiž byly opakující se prvky jako okna a z{bradlí kopírov{ny jako instance (odkazy na původní objekt), tím se dos{hlo velké úspory paměti RAM [7]. Takový přístup umožnil i jednoduchou pozdější editaci objektů, protože změna parametru na jedné z kopií se ihned promítla na všechny kopie. Jako velk{ úspora času se potvrdila volba programu 3ds Max Design software pro tvorbu celého projektu. 3ds Max se zaměřuje na tvorbu takových vizualizací, obsahuje některé n{stroje, které celý modelovací proces výrazně usnadnily. Jedn{ se zejména o n{stroje parametrické tvorby z{bradlí a tvorby parametrických zdí a oken, které se dají vz{jemně propojit. Tímto propojením dojde k automatickému vytvoření otvoru ve zdi a při jakékoliv transformaci okna se otvor pohybuje s oknem. Pro účely pozdějšího osvětlov{ní modelu musel proces modelov{ní v programu 3ds Max Design 2012 br{t v ohledu skutečné měřítko stavby. K tomu sloužily především podklady (viz Obr. 4.3), které se nach{zejí v Moravském muzeu se sídlem na Špilberku, a referenční fotodokumentace. Byl db{n důraz na vytvoření co nejdetailnějšího modelu v r{mci pr{ce. Pominuty byly některé detaily, které nejsou na výsledných obr{zcích vidět a na kvalitu výstupu měly minim{lní vliv.
30
Obr 4.3: Uk{zka referenčních pl{nů nemocnice Zdroj: Muzeum města Brna, Oddělení dějin architektury a urbanismu
Zřejmě největší výzva při vytv{ření modelu byla tvorba okolní flóry. Tato oblast 3D grafiky je st{le n{ročn{ na zpracov{ní a paměť RAM, pokud m{ být skutečně modelov{na. Původní z{měr vymodelovat stromy pomocí tzv. billboardů (dvourozměrné, vhodně „otexturované“ plochy) neposkytoval úroveň realističnosti, kterou si pr{ce vyžadovala. Z toho důvodu je všechna flóra nach{zející se před blokem B tvořena skutečnými trojrozměrnými objekty. K tomu byl použit plug-in od společnosti e-on software Vue 9.5 xStream. Modelovat ručně tyto modely by bylo značně časově neefektivní.
4.4 Aplikace materiálů na 3D model Jakmile byl vymodelov{n blok B, bylo nutné pro tento model vytvořit příslušné materi{ly. Pro tyto účely je nejvhodnější použít materi{ly Arch & Design rendereru mental ray nebo kolekci Autodesk materi{lů (v dřívějších verzích označovaných jako ProMaterials) [4]. Jejich hlavní výhoda je nepřeberné množství přednastavených materi{lů, které lze změnou několika parametrů proměnit na specifický materi{l. Fas{da dětské nemocnice je omítnuta hrubě strukturovaným betonem natřeným bílou barvou. Pro tento materi{l byl zvolen Arch & Design s mírně upraveným přednastavením Matte Finish, který se hodí pro difúzní povrchy. Struktura fas{dy se docílila aplikací frakt{lního šumu jako 31
norm{lové mapy. Díky norm{lové mapě lze simulovat drobné nerovnosti nebo škr{bance na povrchu objektů, aniž by se musely složitě modelovat nebo zvyšovat detailnost geometrie. Podobným způsobem probíhala tvorba ostatních materi{lů použitých ve scéně – upravov{ním Arch & Design nebo Autodesk šablon materi{lů pro potřeby scény a n{sledným zkušebním renderingem. Mezi často upravované parametry patřily lesklost povrchu, BRDF a nastavení příslušných norm{lových map. Velkou pomocí byla šablona pro okna, kter{ po aplikaci na parametrick{ okna přiřadí jednotlivým č{stem okna různý materi{l (vnější r{m, vnitřní r{m, sklo…). Pr{vě tvorbě skleněného povrchu byla věnov{na mimoř{dn{ péče, neboť sklo tvoří velkou č{st povrchu budovy, kter{ je typick{ pro funkcionalistickou architekturu. Při interakci světla a skla doch{zí ke spoustě fyzik{lních fenoménů (zrcadlový odraz, lom světla atd.), které je třeba simulovat, jinak by cel{ scéna ztratila významným způsobem na realističnosti.
32
Kapitola 5
Osvětlení budovy nemocnice Po vytvoření dostatečně detailního modelu pro studii světla na budově Dětské nemocnice v Brně a aplikaci příslušných materi{lů je potřeba celou scénu nasvítit. Jak již bylo řečeno, je to pr{vě světlo a hra stínů, které dod{vají architektonickému prostoru objem a kontrast. Hlavním cílem celé kapitoly je nejprve co nejrealističtěji nasvítit virtu{lní scénu slunečním světlem tak, aby se co nejvíce shodoval výsledný obraz se skutečností. K tomu poslouží referenční fotografie, jejichž výběr je souč{stí barevné přílohy. V praktické č{sti pr{ce bude vytvořena světeln{ instalace na bloku B, kter{ bude z této č{sti pr{ce vych{zet.
5.1 Současné denní osvětlení nemocnice Při n{vrhu architektury je třeba db{t ohled na doporučené hygienické normy, které musí budova splňovat z hlediska osvětlení [2]. Architekt Rozehnal pečlivě navrhoval celou nemocnici tak, aby se jednotlivé bloky vz{jemně nestínily. Zřejmě proto je i celý are{l orientov{n ve směru sever-jih. Blok B tvoří jižní cíp celého nemocničního are{lu, a jeho křídla jsou natočena směrem k jihu. Orientace bloku nekopíruje zcela přesně osu východ-z{pad, ale je o několik stupňů natočena směrem na z{pad. Díky této orientaci je nemocnice osvětlena více při z{padu než při východu Slunce a do pokojů, které jsou směrované na jih, pronik{ nejdelší možnou dobu sluneční světlo. Úhel 160°, který mezi sebou svírají bloky B1 a B2, zabraňuje přímému vstupu „nepříjemných“ slunečních paprsků do pokojů v ranních a večerních hodin{ch. Ačkoliv by se mohla jevit orientace lůžkových pokojů na jih jako nepraktick{ zejména v horkých letních dnech, přesah balkonů také br{ní přímému vstupu paprsků. Celý světelný koncept bloku B je opravdu promyšlený a zaměřený na potřeby „obyvatel“ nemocnice.
33
5.2 Simulace slunečního světla v 3ds Max V kapitole 3.4 byly představeny možnosti systému Daylight. Tento promyšlený systém nastavení slunečního světla a oblohy je obrovskou výhodou 3ds Max oproti konkurenci. Simulace slunečního světla spočívala ve spr{vném natočení světových stran pomocného kompasu. Do vytvořeného světla byl nahr{n časosběrný soubor osvětlení (Weather Data File) s příponou *.epw, který je ke stažení na webových str{nk{ch EnergyPlus. Nevýhodou tohoto řešení je, že nejbližší dostupn{ zpracovan{ lokalita je Praha, pro potřeby projektu se ale tato odchylka d{ zanedbat. D{le byl nastaven čas a počasí odpovídající pořízené fotodokumentaci (4. Října v 18:00 za jasného počasí). Barva oblohy se také automaticky změní. Řešení, které v tomto ohledu nabízí 3ds Max, je elegantní a jednoduché. Aby se výsledné obrazy shodovaly barevně s fotodokumentací, bylo nutné upravit vyv{žení bílé. Proces vyv{žení bíle je potřeba prov{dět z důvodu různé teploty
chromatičnosti
barevnou
citlivost
fotografického filmu tak, aby se bíl{ barva zobrazovala „bíle“.
Teplota
chromatičnosti
7500
světel. K
se
Cílem
je
uk{zala
nastavit
jako
odpovídající
barevnosti
fotodokumentace.
5.3 Tvorba osvětlení v mental ray Samotné nastavení slunečního světla v 3ds Max uvedené v předchozí kapitole (pouze přímé osvětlov{ní) pro realistické výsledky nestačí (viz Obr. 3 v barevné příloze). Pro simulaci GI jsou v 3ds Max dvě možnosti, a to buď pomocí fotonových map, nebo pomocí tzv. Final Gather metody. Obě poskytují realistické výsledky, přestože k problematice GI přistupují opačným přístupem. Metoda fotonových map z každého světelného zdroje ve scéně vyšle světelné paprsky, jejichž kvalitu a množství nastavuje uživatel. Final Gather naopak spočít{ geometrickou složitost scény a na z{kladě toho určí body na objektech ve scéně pro počít{ní GI. Z těchto bodů jsou n{sledně vysl{ny do scény paprsky a barva bodu je spočít{na jakoby „zprůměrov{ním“ barevnosti svého okolí. Nastavení množství bodů, kvalitu a hloubku sledov{ní paprsků určuje dle potřeb scény uživatel.
34
V projektu byly využity oba přístupy. GI bylo nejprve spočít{no pomocí fotonových map a n{sledně byla použita metoda Final Gather. Tento přístup se jeví z hlediska poměru kvality a doby renderingu jako nejvhodnější. Hotovou scénu simulace denního osvětlení na bloku B a fotodokumentaci na porovn{ní lze nalézt na Obr. 5, Obr. 6 a Obr. 7 v barevné příloze.
5.4 Simulace nočního osvětlení Dětské nemocnice Tvorbě samotné instalace předch{zel ještě jeden důležitý krok. Bylo nutné simulovat současné noční osvětlení bloku B. V okolí budovy jsou rozmístěny stejné standardní pouliční lampy (viz Obr. 9 v barevné příloze). To byla značn{ výhoda při vytv{ření osvětlení, protože stačilo nastavit spr{vně jedno světlo a ostatní zkopírovat jako instance (kdy se případn{ změna nastavení projeví i na všech kopiích). Původní z{měr byl urychlit rendering zjednodušením světel na obyčejný reflektor (Spotlight), bohužel po několika zkušebních renderech se uk{zalo, že takové zjednodušení pod{valo nerealistické výsledky. Místo klasického reflektorového světla bylo nakonec použito plošné světlo, které dodalo obrazům uvěřitelnost, ovšem na úkor několikan{sobně delšího renderingu. Velk{ výzva byla simulace tzv. světelného znečištění v dané lokalitě. Světelné znečištění je problém zejména větších měst, kde doch{zí k rozptýlení velkého množství světla (z pouličního osvětlení, budov, automobilů…) do atmosféry. Pro tento jev nem{ 3ds Max připraven ž{dné elegantní řešení jako v případě oblohy za slunečného dne. Jako obr{zek okolního prostředí (které je vidět na pozadí obr{zku) byla vytvořena gradientní mapa doplněna o frakt{lový šum. Cel{ simulace světelného znečištění byla prov{děna na z{kladě pořízené dokumentace a zkušebních renderingů. Výsledek takového postupu lze nalézt v barevné příloze (Obr. 10).
35
Kapitola 6
Projekt světelné instalace Z{věrečn{ a ryze prakticky zaměřen{ kapitola pr{ce využije všechny výše popsané znalosti a postupy k n{vrhu alternativního nočního osvětlení bloku B Dětské nemocnice. Nejprve bude pops{no současné osvětlení před blokem B, rozebr{ny výhody tohoto řešení, ale také nevýhody. Pr{vě nevýhody hodl{ řešit navrhovaný koncept. Velmi specifické n{roky „obyvatelů“ pokojů bloku B, v kterém se nach{zí lůžkov{ č{st oddělení ORL, celý n{vrh značně ztěžovaly. Alternativní řešení se snaží br{t tento aspekt maxim{lně na zřetel a nenarušovat zejména provoz nemocnice.
6.1 Současné noční osvětlení nemocnice Současné světlené řešení ilustruje obr{zek 9 v barevné příloze. Virtu{lní simulace tohoto osvětlení byla vysvětlena v kapitole 5.4. Are{l před blokem B je osvětlen sedmi standardními pouličními lampami, které osvětlují jak zatravněnou plochu před blokem B, tak silnici vedoucí okolo. To by v z{sadě bylo ide{lní řešení. Rovněž teplejší barva světla pouličních lamp je pro děti přijateln{. Problém, který vyvst{v{, je rozptýlené světlo z lamp, které svítí i do dětských pokojů, a to nerovnoměrně. Nižší patra nemocnice jsou takovým světlem osvětlena dostatečně, ale ve vyšších patrech je intenzita světla slab{. Sem svítí pouze rozptýlené světlo ze světelného znečištění v okolí nemocnice. Tento problém se snaží řešit navrhované řešení, které úplně odděluje osvětlení komunikace před blokem B a samotných lůžkových pokojů.
6.2 Návrh alternativního řešení nočního osvětlení Zde navrhované řešení osvětlení bloku B spočívalo v osvětlení příjezdové komunikace a vytvoření světelné instalace, kter{ by byla přijatelnější pro ubytované děti. V průběhu pořizov{ní fotodokumentace se vyskytl další problém, a to je společn{ příjezdov{ komunikace pro automobily i chodce.
36
Doch{zí tak k situacím, kdy chodec musí uhýbat projíždějícímu automobilu, což v případě rychlého průjezdu ambulance není úplně ide{lní řešení. Proto byla v n{vrhu přesazena č{st zeleně, aby mohl být vybudovaný přilehlý chodník, který nijak nenarušuje architektonický prostor vytvořený architektem Rozehnalem, ale zvyšuje bezpečnost provozu nemocnice. Pr{vě i zde navržený chodník byl využit k osvětlení komunikace. Do bočních stran chodníku byla zasazena plošn{ světla, kter{ byla instalov{na rovněž i do boční strany nízké zídky oddělující blok B od okolní z{stavby. Takov{ instalace umožnila oddělit osvětlení komunikace od osvětlení pokojů, neboť světla svítí pouze na potřebn{ místa. Zvýrazňují linie chodníku a z{roveň osvětlují příjezdovou silnici. V původním n{vrhu měla tato světla chladnější odstíny (modr{ a fialov{), aby byl vytvořen kontrast mezi teplejším světlem u dětských pokojů (viz d{le). Nakonec se v n{vrhu přiklonilo k odstínům z opačné strany viditelného spektra (odstíny červené), které jsou pro vním{ní světla v noci přijatelnější. Další z možných využití takového přístupu je možn{ změna barvy světla při příjezdu ambulance. Potom, co byla vyřešena bezpečnostní a světeln{ č{st n{vrhu, přišla na řadu pr{ce na samotné světelné instalaci pro děti. Z{měr byl vytvořit příjemné noční osvětlení bloku B, které by co nejvíce uklidňovalo děti, které často mají v nemocničním prostředí problémy se spaním, a z{roveň působilo vizu{lně zajímavě pro vnějšího pozorovatele. Jedním z cílů bylo také nenarušit výborný n{vrh architekta Rozehnal a naopak tento n{vrh podpořit zvýrazněním výrazných horizont{lních linií na budově. Ot{zkou rovněž bylo, zda je vůbec vhodné nějaké osvětlení dětských pokojů, případně jaké barvy jsou v hodné. K této ot{zce se vyj{dřil zkušený dětský nemocniční psycholog MUDr. Petra Kulišť{k, jehož n{zor se snažil n{vrh světelné instalace respektovat.
Odborný n{zor dětského psychologa MUDr. Petra Kulišť{ka Pro děti - obecně - jsou vhodnější "teplé" barvy, např. žlut{, oranžov{, možn{ vhodný tón fialové (působí však příliš mysticky), ale ani tyto barvy by neměly být "ostré". Ovšem pokud dítě m{ kupř. vysokou horečku, je vhodnější barva "chladiv{", tj. např. příjemn{ modr{, příp. i vhodný tón zelené. 37
Úpln{ tma by neměla být v ž{dném případě pr{vě kvůli různým stavům, kdy se dítě opakovaně vzbudí - např. zmíněn{ vysok{ teplota apod. - a také, aby netrpělo zbytečnými strachy. Pokud je "příjemné" šero - zřejmě tón modré barvy - může se dívat na hračky, které mu přinesli rodiče, anebo je m{ přímo z nemocnice a tak se uklidnit a zase usnout. Ovšem při přítomnosti některého z rodičů - nyní je tato alternativa dost běžn{ - je pak vhodnější "teplejší" barva, když spolu v noci z nějakých důvodů komunikují (aby "mrtvolné" tv{ře nebudily barvou strach). Potom samozřejmě pro různ{ onemocnění (oddělení) jsou vhodné různé barvy, třeba pro kožní choroby modr{ atp.
K zaměření bloku B jako oddělení ORL, kde se neléčí děti s horečkou (i když i takov{ situace může nastat), byly vybr{ny jako vhodné „teplejší“ barvy světla, konkrétně odstíny oranžové. Byl rovněž zohledněn n{zor dětského psychologa a byla vytvořena i varianta s chladnými odstíny. Po zv{žení možností, kam takov{ světla umístit, bylo vybr{no jednoznačně řešení, kdy jsou umístěna na spodních stran{ch teras. Takové řešení umožnilo oddělit jednotliv{ světla mezi patry, kter{ se tak minim{lně ovlivňovala, a z{roveň se tak docílilo z{měru zvýraznit horizont{lní linie budovy. Všechny výše uvedené vlastnosti a n{roky umožnilo osvětlení spodních stran teras velkým množstvím malých tlumených LED ž{rovek, které mohou měnit odstín světla a z{roveň nevytv{řejí ostré světlo. Takové velké množství bodů navíc umožňuje vytv{řet ze světel různé světelné obrazce, které se mohou měnit ve stanovených časových intervalech a z{roveň mohou světla měnit barvu. Uk{zka takové animace ani tvorba obrazců není bohužel v době psaní této pr{ce z technických důvodů na osobním počítači realizovateln{ kvůli dlouhé době renderingu. Každý z pokojů by při použití navrhovaného řešení mohl dokonce mít svou vlastní světelnou instalaci zaměřenou na specifické potřeby pacientů. Např. pokoje, kde se dočasné léčí děti s horečkou, by byly osvětleny chladnější variantou světel. Další z možných využití je simulace hvězdné oblohy, kter{ je pro děti ubytované v nemocnici těžko viditeln{. Jedním z neřešitelných problémů je přím{ viditelnost LED ž{rovek pouze z lůžka, které je nejblíže oknu (pokoje jsou trojlůžkové), odražené světlo od stěn teras ovšem pronik{ i 38
k nejvzd{lenějšímu lůžku. S tímto problémem by se potýkala jak{koliv světlen{ instalace a není řešitelný jinak než z{krokem do samotné stavby.
6.3 Realizace návrhu v programu 3ds Max Proces tvorby alternativního osvětlení v programu 3ds Max byl d{n konceptem n{vrhu. Nejprve byly odstraněny všechny pouliční lampy ze scény a vymodelov{n chodník lemující silnici. Plošn{ světla, kter{ tvoří osvětlení komunikací, byla vyřešena pomocí nanesení svítivého materi{lu na příslušné plochy na modelech. Mental ray m{ pro takovéto světlo řešení v podobě vlastnosti Glow, kter{ je souč{stí Arch & Design materi{lů (viz kapitola 4.4). Podobným způsobem byla vytvořena LED světla dětských pokojů a teras. Problém realizace n{vrhu na PC byla pr{vě tato č{st. Velké množství světelných zdrojů způsobilo obtíže s vykreslov{ním a musely zde být aplikov{na určit{ omezení v počtu světel. Bylo rovněž nutné upravit dobu expozice ve virtu{lní kameře při renderingu, protože zde navrhované řešení není tolik z{řivé jako současné díky tomu, že osvětluje jen potřebn{ místa. Po vytvoření několika zkušebních renderů kdy byla zkoum{n zejména poměr doby renderingu a přijatelné kvality obrazu. I přes veškerou snahu o optimalizaci scény v podobě maxim{lního využití instančních objektů (doch{zí tak k velké úspoře paměti RAM) musely být sníženy n{roky na obrazovou kvalitu. Doba renderingu i tak dosahovala při nastaveném rozlišení na 2048×1536 pixelů ř{dově 8 až 10 hodin. Výsledné obrazy alternativního osvětlení v obou barevných variant{ch jsou zobrazeny na Obr. 11 a Obr. 12 v barevné příloze.
39
Kapitola 7
Závěr Pr{ce nejprve prozkoumala teoretické z{klady a pojmy z oblasti fyzik{lních vlastností světla a jejich n{slednou aplikaci v počítačové grafice. Rozsah textu neumožnil probrat l{tku do hloubky, byla však vysvětlena do úrovně potřebné pro pochopení praktičtěji zaměřených kapitol. Tyto dovednosti a metody byly aplikov{ny na tvorbě projektu, jehož samotnou tvorbou se zabývají poslední tři kapitoly. Navržené alternativní řešení osvětlení bloku B Dětské nemocnice v Brně je zpracov{no jako koncept určený k další odborné analýze a případnému rozšíření. Možným rozšířením by bylo například vyzkoušení možnosti různých tvarů a hry barev na „terasové“ instalaci. Hlavním cílem této pr{ce však bylo prok{zat, jak by šlo současné osvětlení vyřešit netradičně spolu se zvýrazněním kvalitní architektury a citlivým oživením prostředí pobytu dětských pacientů. V první řadě byl br{n ohled na pacienty nemocnice, kteří v nemocnici tr{ví více času než kolemjdoucí. I tak se osvětlení snažilo budovu nemocnice tomuto publiku zatraktivnit. Výsledné obrazy projektu musely v určité míře ustoupit kvalitě. I přes veškerou snahu scénu jakkoliv optimalizovat byla doba renderingu dlouh{. To je způsobeno zejména obrovským množstvím světel, kter{ jsou výpočetně n{ročn{. Ani použití relativně výkonného počítače nestačilo (procesor Intel Core i7, grafick{ k{rta GeForce GTX 560 Ti, 8GB RAM). Jeden z cílů moderní počítačové grafiky je použití metod GI v re{lném čase [1]. Pr{ce na projektu uk{zala, že v tomto směru jsou st{le možn{ vylepšení (optimalizace algoritmů, n{růst výpočetního výkonu. Celou tvorbu scény významně komplikoval další faktor, a to nestabilita programu 3ds Max Design 2012. Pr{ce na projektu se tak prodloužila až o několik desítek hodin. Program nevysvětlitelně „padal“. N{stroje, které při malém počtu objektů fungují bezchybně, při velkém množství vytv{ří nepředvídatelné výsledky a chovají se nestabilně. Ačkoliv byla naplno využita 64bitov{ architektura (jak procesor, OS, tak samotný 3ds Max), odezva při tak
40
velkém množství objektů nebyla okamžit{ a musely se použít různé metody zjednodušení scény. Na přiloženém DVD se nach{zí všechny verze scény, které byly vytvořeny. D{le jsou zde ke zhlédnutí kompletní naskenované podklady, které poskytlo Muzeum města Brna, a autorem pořízen{ fotodokumentace. Důležitou souč{stí DVD jsou všechny výsledné obrazy, které jsou v barevné příloze ve velkém rozlišení 2048×1536 (tzv. 2K). Jsou zde rovněž i uk{zky několika zkušebních renderů pro představu, jak pr{ce na díle probíhala. Jedním z cílů bylo vzbudit alespoň o trochu větší z{jem o budovu nemocnice, kter{ tak trochu žije ve stínu nedaleké vily Tugendhat. Na jednu stranu je to dobře, protože z{měr architekta rozhodně nebyl vybudovat turistickou atrakci (což by nebylo příjemné hlavně pro pacienty). Dle mého n{zoru je v současné době i přesto věnov{no budově m{lo pozornosti, ačkoliv si vysloužila mnoh{ architektonick{ ocenění [8]. Na budově se již podepsal zub času a některé č{sti budovy by rozhodně zasloužily opravy. Přijít díky nez{jmu o tak významnou budovu by byla pro město Brno velk{ ztr{ta.
41
Literatura [1] Ž[RA Jiří, BENEŠ Bedřich, SOCHOR Jiří, FELKEL Petr. Moderní počítačov{ grafika (2. vyd{ní), Brno: ComputerPress, 2005. [2] BROOKER Darren. Essential CG LightingTechniques with 3ds Max (Third edition), FocalPress, 2008. [3] CUSSON Roger, CARDOSO Jamie. Realistic Architectural Visualization with 3ds Max and mental ray (Second edition), FocalPress, 2010. [4] VAN DER STEEN Joep, BOARDMAN Ted. Rendering with mental ray & 3ds Max (Second edition), FocalPress, 2010. [5] FRASER Bruce, MURPHY Chris, BUNTING Fred. Spr{va barev, Brno: Computer Press, 2003. [6] DUTRÉ Philip, BEKAERT Phillipe, BALA Kavita. Advanced Global Illumination, A K Peters, Ltd., 2003. [7] KŘÍŽ Jan. Mistrovství v Autodesk 3ds Max. Brno: ComputerPress, 2010. [8] BELKOVOV[ Alexandra. Bedřich Rozehnal – Dětsk{ nemocnice v Brně – Černých Polích, Masarykova univerzita, Filozofick{ fakulta, 2010. [9] BIRN Jeremy. Digital Lighting & Rendering, New Riders Publishing, 2000 [10] DANIELE Todd. Poly-Modeling with 3ds Max – Thinking Outside of the Box, Focal Press, 2009 [11] MURDOCK Kelly. 3ds Max 2009 Bible, Wiley Publishing, Inc., 2008
42
Obr. 1: Scéna bez stínů
Obr. 2: Scéna se stíny (přímé osvětlov{ní)
43
Obr. 3: Scéna s použitím metod glob{lního osvětlov{ní
Obr. 4: Scéna s Ambient Occlusion
44
Obr. 5: Uk{zka fotodokumentace bloku B
Obr. 6: Virtu{lní scéna denního osvětlení
45
Obr. 7: Virtu{lní scéna denního osvětlení
Obr. 8: Fotografie kaustiky
46
Obr. 9: Fotodokumentace nočního osvětlení bloku B
Obr. 10: Virtu{lní scéna nočního osvětlení
47
Obr. 11: N{vrh osvětlení s použitím teplejších barev
Obr. 12: N{vrh osvětlení s použitím chladnějších barev
48
