Vysoká škola ekonomická v Praze
Fakulta informatiky a statistiky
Využití 3d grafiky v interiérovém designu
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
Studijní program: Aplikovaná informatika Studijní obor: Multimédia v ekonomické praxi
Autor: Tomáš Horáček
Vedoucí bakalářské práce: Ing. Jan Bubeníček Praha, červen 2021
Prohlášení
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci Využití 3D grafiky v interiérovém designu vypracoval samostatně za použití v práci uvedených pramenů a literatury.
V Praze dne 24.06.2021 ……….
Tomáš Horáček
Poděkování
Rád bych tímto poděkoval svému vedoucímu Ing. Janu Bubeníčkovi za cenné rady a odborné vedení mé práce.
Abstrakt
Bakalářská práce se zaměřuje na seznámení čtenáře s 3D grafikou a jejím využitím v interiérovém designu. Díky relativně nízké ceně se 3D grafika stává integrální součástí řady oblastí a v interiérovém designu tomu není jinak. Účelem teoretické části je přiblížit čtenáři principy renderování pro dosažení fotorealistické scény a interiérového designu, výhody využití 3D technologie v interiérovém designu a také možné využití do budoucna.
Praktické část je zaměřena na kompletní rekonstrukci a vizualizaci bytu, kde aplikuji své poznatky z teoretické části. Cílem závěrečné části je sumarizace nejdůležitějších poznatků z teoretické a praktické části pro ostatní 3D grafiky.
Klíčová slova
3d grafika, Blender, architektonická vizualizace, archviz, interiérový design
Abstract
The bachelor thesis focuses on acquainting the reader with 3D graphics and its use in interior design. Thanks to the relatively low price, 3D graphics are becoming an integral part of many areas, and interior design is no different. The purpose of the theoretical part is to introduce the reader to the principles of rendering to achieve a photorealistic scene and interior design, the benefits of using 3D technology in interior design and also possible uses in the future. The practical part is focused on the complete reconstruction and visualization of an apartment, where I apply my knowledge from the theoretical part.
The aim of the final part is to summarize the most important findings from the theoretical and practical part for other 3D graphic artitsts.
Keywords
3d graphics, Blender, architectural visualisation, archviz, interior design
Obsah
Úvod ... 9
1 Počítačová grafika ... 10
1.1 Vývoj grafiky ... 10
1.2 3D Software ... 10
1.3 Dosažení realističnosti ... 12
1.4 Modelování ... 13
1.4.1 Hard surface ... 13
1.4.2 Organické ...14
1.4.3 Simulace... 15
1.4.4 Skenování ... 15
1.5 Textury a Materiály ...16
1.6 Svícení ... 18
1.6.1 Zdroje světla ...19
1.6.2 Vlastnosti světla ... 21
1.6.3 False color ... 22
1.6.4 Glare ... 22
1.7 Renderování ... 22
1.7.1 Renderovací enginy ... 22
1.7.2 GPU vs CPU renderování ... 24
1.7.3 Denoising ... 25
1.8 Virtuální realita ... 26
1.9 Shrnutí ... 27
2 Interiérový design ... 28
2.1 Barva ... 33
2.2 Shrnutí ... 35
3 Praktická část ... 36
3.1 Přestavba bytu ... 36
3.2 Vybavení bytu ... 37
3.3 Vizualizace bytu ... 37
3.3.1 Výběr interiérového stylu ... 37
3.3.2 Tvorba modelů ... 37
3.3.3 Texturace ... 39
3.3.4 Využití knihoven ... 40
3.3.5 Home Styling ... 40
3.3.6 Svícení ...41
3.3.7 Renderování ... 42
3.3.8 Komponování ... 43
3.3.9 Iterace ... 44
3.3.10 Optimalizace ... 44
3.3.11 Možnost využití pro virtuální realitu ... 45
3.4 Shrnutí ... 45
Závěr ... 46
Použitá literatura ... 47
Přílohy ... 50
Seznam obrázků
Obrázek 1.1 - Nové uživatelské prostředí Blenderu (zdroj: vlastní tvorba) ... 11
Obrázek 1.2 – Hard surface model (zdroj: degua.artstation.com) ...14
Obrázek 1.3 – 3D scanner (zdroj: zebicon.com) ...16
Obrázek 1.4 – Fotogrammetrie (zdroj: 3dscanexpert.com) ...16
Obrázek 1.5 – Dopad změny parametru na vzhled materiálu (zdroj: docs.blender.org) .... 18
Obrázek 1.6 – Nastavení světel v Blenderu (zdroj: vlastní tvorba) ...19
Obrázek 1.7 – Spektrum teplotní barvy (zdroj: tcpi.com) ... 21
Obrázek 1.8 - Vizualizace zákona převrácených čtverců (zdroj: lsessions.wordpress.com) 22 Obrázek 1.9 – Porovnání renderovacích časů v cycles oproti cycles x (zdroj: code.blender.org)... 24
Obrázek 1.10 – Porovnání hardwaru v rychlosti renderu dané scény (zdroj: blog.thepixelary.com) ... 25
Obrázek 2.1 – Skandinávský styl (zdroj: home-designing.com) ... 28
Obrázek 2.2 – Minimalistický styl (zdroj: home-designing.com) ... 29
Obrázek 2.3 – Moderní styl (zdroj: modern-designing.com) ... 29
Obrázek 2.4 – Industriální styl (zdroj: home-designing.com) ... 30
Obrázek 2.5 – Mid-century modern styl (zdroj: home-designing.com) ... 30
Obrázek 2.6 – Bohémský styl (zdroj: home-designing.com) ... 31
Obrázek 2.7 – Styl Moderní glam (zdroj: casaza.ca) ... 32
Obrázek 2.8 – Rustikální styl (zdroj: home-designing.com) ... 32
Obrázek 3.1 – Tvorba přikrývky pomocí simulace (zdroj: vlastní tvorba) ... 38
Obrázek 3.2 - Kompletní model pohovky (zdroj: vlastní tvorba) ... 39
Obrázek 3.3 - Zobrazení jednotlivých zón UV map (zdroj: vlastní tvorba) ... 40
Obrázek 3.4 – Clay render kuchyně pro vizualizaci home stylingu (zdroj: vlastní tvorba) .41 Obrázek 3.5 - Zobrazení místnosti ve False color (zdroj: vlastní tvorba) ... 42
Obrázek 3.6 - Kompletní scéna a nastavení renderu (zdroj: vlastní tvorba) ... 43
Obrázek 3.7 – Příklad finální úpravy renderu (zdroj: vlastní tvorba) ... 43
Obrázek 3.8 – Finální iterace půdorysu bytu (zdroj: vlastní tvorba) ... 44
9
Úvod
3D grafika je relativně nové odvětví, které je neustále na vzestupu. Využívá se jak pro sebemenší projekty studentů, kteří se ji teprve učí vytvářet, tak pro obrovské nadnárodní projekty jako jsou filmy, kde se rozpočty pohybují i ve stech milionů dolarů. V dnešní době se tento průmysl nachází téměř na každém rohu a v architektuře tomu není jinak. 3D grafika má oproti ostatním tradičním metodám zachycení reality jednu zásadní výhodu, můžeme pomocí ní realisticky zobrazit věci, které neexistují, popřípadě ani existovat nemohou. To se zejména velmi hodí například u vizualizací staveb nemovitostí, které dosud nebyly postaveny.
Výběr bakalářské práce byl pro mě v zásadě jednoduchý. Stoprocentně jsem věděl, že se chci zaměřit na svět tvorby 3D grafiky. Tu jsem se začal učit před šesti lety, kdy jsem byl uchvácený tvorbou her a poprvé jsem narazil na program, který by mi umožnil s 3D pracovat. Ten program byl Blender a ve svém volném čase jsem se ho pokoušel naučit. Z her a občasných pokusů o speciální video efekty se sice stal spíše koníček a já přešel k interiérové vizualizaci, ale 3D grafika jako taková pro mě byla od té doby jasná cesta.
V tomto odvětí se také relativně nově objevuje technologie virtuální reality, která má možnost drasticky změnit způsob, kterým konzumujeme virtuální světy.
Tuto práci rozdělím na dvě části – teoretickou a praktickou. Teoretickou část následně rozdělím na dvě pod části, v té první se budu věnovat 3D grafice, jejím principům a postupům, pro dosažení realističnosti. V druhé části přiblížím několik moderních
interiérových stylů, z jichž pak následně využiji získané poznatky pro praktickou část. V té se zaměřím na postup kompletní rekonstrukce bytu od prvních náčrtů, přes tvorbu 3D modelů až po výslednou vizualizaci nemovitosti.
Hlavním cílem této práce je přiblížit čtenáři základy interiérových vizualizací a principy tvorby realistických výstupů, které se vztahují nejen na vizualizaci interiérových prostor, ale i na ostatní oblasti 3D grafiky.
Informace, které budu v této práci uvádět, vychází z velké části z mých osobních zkušeností a znalostí, a také ze zkušeností ostatních osob z tohoto oboru. Též se budu hojně odkazovat na dokumentaci a blog vývojářů samotného programu, ve kterém budu vytvářet svůj výstup. Také budu v této práci často zobrazovat obrázky na danou tématiku pro lepší představu čtenáře. V části o interiérových stylech se budu primárně odkazovat na knihy sepsané veterány z praxe.
10
1 Počítačová grafika
1.1 Vývoj grafiky
Již od pradávných dob mají lidé potřebu zakreslovat věci, které se kolem nich dělí anebo nacházejí. První takovou kresbu nakreslil první člověk již před desítky tisíci lety. V tomto ohledu jsou lidé stejní jako před dávnými časy. Od jeskynních maleb z doby kamenné, přes hieroglyfy starověkého Egypta a krásné malby italské renesance známých autorů jako byl Leonardo da Vinci, až po dnešní dobu, ve které se nyní nacházíme. Ovšem až do nedávna jsme zachycovali realitu a naše myšlenky prakticky stejným způsobem. Po dobu plynoucího času se sice měnil přenašeč, na který se kreslilo, ať už to byl kámen nebo papír, tak princip, až na výjimku fotografie, zůstával stejný. To vše se ale změnilo s rozšířením osobních počítačů do široké veřejnosti, které revolucionizovali toto odvětví, které se pomalu začalo přesouvat do digitální podoby. I přes to, že digitální tvorba zde existuje již řadu let, tak se nyní nacházíme fascinujícím zlomu. Je tomu pouze pár let, kdy jsme byli schopní poprvé vytvořit komplexní realistické scény ve 3d prostoru, ale další milník se rychle blíží. Tímto milníkem je realistické zobrazování prostředí v reálném čase. V předchozím úspěchu jsme byli schopní dosáhnout takto kvalitního výstupu v řádu pár dní až několika hodin. Problém, který nastává u zobrazování v reálném čase je, že snímky v této kvalitě je třeba sestavit v řádech zlomku vteřiny. Konkrétně řečeno pro iluzi alespoň základně plynulého pohybu, je třeba těchto snímků vyobrazit kolek dvaceti čtyř za sekundu a skutečně plynulý pohyb se dnes uvádí jako standard šedesát snímků za vteřinu. Díky inovací v hardwarové, a především softwarové technologii se ovšem rapidně blížíme k bodu, kdy zobrazování v reálném čase s realistickou kvalitou bude možné.
1.2 3D Software
Programů pro práci s 3d grafikou je celá řada a každý z nich se specializuje na jiný úkon.
Blender je například schopný vytvořit řadu věcí, ale v jednotlivých částech je překonán více specializovanými programy, jako je ZBrush, který se specializuje téměř čistě na takzvané sculptování, nebo Houdini, který je nejlepší nástrojem pro tvorbu složitých simulací. Tento fakt tedy znamená, že na nejvyšší úrovni tvorby se místo pouze jednoho programu používá celá řada programů zároveň pro co nejlepší výsledek. I přes to se ovšem téměř každý umělec specializuje na malý vzor, převážně jeden až dva programy. Jak se říká, je lepší být výborný v jedné věci, než být průměrný ve všech a v tomto oboru to je pravda dvojnásob. S ohledem na tuto skutečnost je tak třeba si důkladně rozmyslel, na kterou část oboru se chce člověk zaměřit a podle toho si může zvolit program, který je pro danou práci nejlepší.
Blender
Blender je multiplatformní program zaměřený primárně pro tvorbu 3D modelů a animací, vytvořený neziskovou organizací The Blender Foundation. Místem, kde se Blender odlišuje
11
od ostatních programů, které jsou industriálním standardem je jeho cena. Jako jediný je totiž kompletně zdarma a také je jeho zdrojový kód veřejně dostupný. Díky tomu může každý nahlédnout do tohoto kódu a následně jej upravit. Spolu s velkou komunitou, která se vytvořila kolem tohoto programu to znamená, že pro něj existuje široká řada oprav a pokročilých add-onů, které bývají často zahrnuty i v jeho oficiální verzi. Blender je versatilní program podporující modelování, manipulaci, animaci, simulaci, vykreslování, skládání a sledování pohybu, dokonce i úpravy videa a tvorbu her. Blender byl vydán v roce 2002 a od té doby je konstantě aktualizován. Je vhodný jak pro jednotlivce, tak malá studia, které těží z jeho sjednoceného potrubí a procesu vývoje. (1, 2)
Verze 2.8 vydaná v druhé polovině roku 2019, sebou přinesla spolu s drobnými vylepšeními také drasticky změněné uživatelské prostředí, které se více podobá industriálnímu standardu pro zlepšení uživatelské zkušenosti, a nový renderovací engine v reálném čase s názvem Eevee. I přes to je třeba dbát na fakt, že Blender byl původně vytvořen jako interní nástroj pro profesionální studio, kde se dbá hlavně na efektivitu práce. To znamená, že ač je možná s Blenderem pracovat rychle, tak je to na úrok jednoduchosti naučení se pracovat s tímto programem. (3)
Tento program budu využívat v praktické části pro vytvoření interiérové vizualizace a při vysvětlování různých pojmů v této práci.
Obrázek 1.1 - Nové uživatelské prostředí Blenderu (zdroj: vlastní tvorba)
Autodesk Maya
Profesionální program pro tvorbu 3D grafiky momentálně vyvíjený společností Autodesk.
Maya byla poprvé vydána roku 1998 společností Alias Systems Corporation. Maya patří mezi titány filmového průmyslu a je zde takřka zlatým standardem, díky její specializaci v oblasti modelové tvorby. Tento program byl použit ve velmi oceňovaných filmech jako Pán Prstenů a Metrix nebo novějších filmech jako je například Avengers: Endgame. (4, 5, 6)
12 Cinema 4D
Cinema 4D je 3D software nejvíce známý pro své využití v oblasti vizuálních efektů, též známé jako VFX a také je velmi často používána v reklamním průmyslu. Tento program byl vytvořený v roce 1990 společností Maxon Computer GmbH a vyniká především při práci s motion graphic. Pomocí Cinemy se vytvořili filmy jako jsou Spider-Man 3 a Pacific Rim a též se podílela na mnoho dalších filmech. (7)
Autodesk 3ds Max
Autodesk 3ds Max je program pro 3D grafiku vytvořený společností Autodesk. Tento program se primárně využívá pro tvorbu reklam, filmů, modelů pro hry a architektonickou vizualizaci, která je společně s hrami jeho hlavní doménou. Mezi známé výtvory, z části tvořeny v tomto programu, patří hry jako jsou Call od Duty: Black Ops III, Uncharted 4 a další. (8)
1.3 Dosažení realističnosti
Prakticky nejsložitějším cílem, kterého je možné se rozhodnout dosáhnout, je vytvoření realisticky vypadající scény. Při vytváření jak 2D, tak 3D grafiky je každý detail záměrně vytvořený. Naopak realita je chaotická a hlavně nedokonalá, což při tvorbě grafiky bývá přesným opakem, a tak lze jednoduše spadnout do problému, ve kterém člověku vznikne příliš dokonalé dílo. Toto velmi často dokáže člověk spatřit již na první pohled, aniž by věděl o principech, podle kterých se realita řídí. Dokonalé objekty a materiály tak člověk okamžitě rozpozná jako falešné. I přes to, že se na tomto jevu se podílí každá část tvorby, tak některé z nich jsou řádově složitější na napodobení realistického vzhledu. Nejsložitější tak z pravidla bývá světlo, následované materiály, které jsou na modely naneseny.
Z hlediska materiálů lze dojít velký kus cesty k foto realističnosti vytvořením nedokonalostí, jako mohou být například skvrny, otisky, nebo odřeniny. Pokud bude chtít jít člověk dál, musí uvažovat, jak objekt funguje, pokud je třeba zobrazit opotřebený objekt, tak je třeba mimo jiné vzít v úvahu, jak se s postupem času mění. Okapy mohou kvůli vodě zrezivět a obarvit tak pomocí tekoucí vody omítku domu pod nimi, stůl může být více opotřebovaný tam, kde člověk sedí a podobně.
Světla už jsou znatelně složitější na replikaci. Překryvem mezi světly a materiály je, jak se světlo chová, když na daný materiál dopadne. U zrcadla se světlo téměř beze změny pouze odrazí, ale například u pokožky člověka část světla projde skrz ni, kde se odrazí jiná vlnová délka, než se odrazí od kůže, a tak podle intenzity daného světla mění jeho barvu. Tomuto efektu se říká podpovrchový rozptyl.
Naopak nejjednodušší bývá samotné modelování, kdy v řadě případů stačí dostatečné rozlišení modelů, aby se nejevily kostrbatě. Jak již bylo zmíněno, tak realita je nedokonalá, a to by měly všechny modely reflektovat. Realisticky neexistuje žádný, dokonale ostrý roh, ani čepel nože není dokonale ostrá a neměl by být ani žádný viditelný roh v daných výstupech.
13
Všechny tyto věci je možné vzít v úvahu, ale je zbytečné řešit malé detaily, které ve výsledku nejsou vidět. Je tedy potřeba vytvořit rovnováhu mezi časem stráveným nad těmito věci a efektem, kterého tím dosáhneme. Nemá cenu se zabývat věrohodnému opotřebení příborů na kuchyňském stole, pokud na výsledném obrazu nebudou dané příbory téměř vidět.
1.4 Modelování
Jedním ze zásadních aspektů architektonického modelování je zadávání přesných hodnot.
V Blenderu je toto velmi jednoduché, stačí pouze napsat požadovaný rozměr pomocí klávesnice a Blender nastaví vámi požadovaný rozměr v nastavené jednotce. Tato metoda funguje pro jednoduché čísla, ale pro složitější funkce je třeba napsat před chtěnou rovnicí
„=“, tímto se aktivuje pokročilý režim a získáme možnost zadat složitější funkce. (1)
Další věcí, které může zásadně usnadnit práci jsou add-ony. Ty jsou programy, které se dají připojit k Blenderu, které můžeme následně využít pro naši potřebu přímo v tomto programu. Díky tomu, že Blender je otevřený software, tak pro něj existuje široká řada možných add-onů, které mohou i zásadně změnit chování Blenderu a urychlit danou práci.
Běžnou praxí je také využívání databází, ze kterých je možné pořídit a následně použít modely, co vytvořili ostatní umělci. I přes to, že většina kvalitních modelů je skrytá za platební bránou, tak je tato metoda velmi atraktivní v řadě případů. Tvorba vysoce kvalitních modelů může být velmi časově náročná, a tak i přes fakt, že se za chtěný model musí utratit peníze, tak se kvůli časové investici nevyplatí model vytvářet. Pokud například budeme chtít použít detailní model auta, může trvat i několik desítek hodin, než se takový model podaří vytvořit. Pokud porovnáme cenu daného modelu s cenou zaměstnance, tak velmi často se vyplatí model zakoupit.
Pokud je ale třeba vytvořit vlastní model, například z důvodu jeho jedinečnosti, tak existuje mnoho způsobů, kterými můžeme vytvářet modely v 3D prostředích. Tyto metody nebývají lepší nebo horší, ale každá je lépe uzpůsobená pro určitý typ modelu.
1.4.1 Hard surface
Hard surface modelování se dá dělit na tři základní způsoby. Polygonové modelování, kdy vytahujeme polygon do komplexnějších tvarů. Křivkové modelování také známo jako NURBS modelování (Non-Uniform Rational B-Spline), při kterém navrhneme křivku, kterou poté pomocí dané transformace využijeme pro vytvoření 3D modelu. NURBS modelování je ideální při tvorbě hladkých a zakřivených tvarů. Poslední kategorií v této oblasti je Box modelování. Tento přístup spočívá v tom, že začneme s nějakým primitivem, kterému postupně přidáváme jeho charakteristické detaily, jako jsou například výřezy a výstupky. (1, 9, 10)
Tato kategorie modelování je ideální pro tvorbu modelů, které nemají žádné měkké prvky, jako jsou například polštáře nebo postavy. Tudíž se spíše hodí pro vytváření modelů, s tvrdými tvary, jako jsou stěny nebo skříně.
14
Obrázek 1.2 – Hard surface model (zdroj: degua.artstation.com)
1.4.2 Organické
Organické modelování je vnímáno jako tvorba živých bytostí, typu lidé, zvířata a rostliny.
Tyto modely jsou často animované nebo jsou jejich polygony dělené a z toho důvodů je u těchto modelů důležité vytvářet čtyřhranné polygony, protože tyto operace se nedají dělat s ostatními n-úhelníky. I přes to, že je lze vytvářet pomocí tvarování jednotlivých polygonů, tak se nejčastěji vytvářejí pomocí sculptovacích nástrojů jako je například specializovaný program ZBrush. (1, 9, 10)
Obrázek 1.3 – Organický model (zdroj: voronart.com)
15 1.4.3 Simulace
Simulace buď generují vlastní objekt nebo ho mohou pouze deformovat. Příkladem generování vlastního 3D objektu je například kouř. Ten se podle daného nastavení generuje z takzvaného emitoru a následně realisticky simuluje jeho chování s ohledem na jeho okolí, jako může být vítr nebo objekt, který ho blokuje. Pod deformací objektu je nejjednodušší si představit simulaci, kdy se hýbe oblečení za chůze.
Obrázek 1.4 – Simulace kouře (zdroj: blendernation.com)
1.4.4 Skenování
V neposlední řadě lze též vytvořit 3D model pomocí jeho naskenování. V této kategorii se nacházejí primárně dvě odvětví, 3D skenování a fotogrammetrie. I přes to, že skenování dokáže poskytnout vysoce realistický výsledek, tak je jeho přesnost silně určena typem povrchu objektu, jenž je předmětem skenu. Kupříkladu průhledné materiály nebo velmi lesklé povrchy jako je chrom se velmi špatně skenují a ve většině případů je třeba zajistit objektu nový, matný povrch.
3D Skenování
Tento přístup využívá aktivní zdroje světla, které se promítají směrem k objektu a následně se jejich chování zpracuje do použitelných dat. I zde se jsou různé principy, jak lze k tomuto způsobu zachycení modelu přistoupit. První z nich je sken pomocí laseru. Ten ozařuje daný objekt a poté vypočítá čas, jak dlouho trvá světlu z laseru se vrátit zpět. Druhým přístup využívá ve většině případů LCD projektor, který promítá na objekt různé druhy vzorů a interpretuje jejich deformaci pro vytvoření 3D modelu. Zásadní nevýhodou toho přístupu je limitovanost velikosti skenovaného objektu. (11)
16 Obrázek 1.3 – 3D scanner (zdroj: zebicon.com)
Fotogrammetrie
Na rozdíl od 3D skenování, není pro fotogrammetrii potřeba žádné složité vybavení kromě kamery a počítače. Tato metoda spočívá ve vyfocení série fotografií z co největšího počtu úhlů daného objektu. Jakmile je pořízen kvalitní vzorek fotografií, lze přes dedikovaný program, jako je například Meshroom nebo Autodesk ReCap, tyto fotografie převést do funkčního 3D modelu. Tyto programy vypočítávají, kde se přibližně nacházela kamera, když zachytila danou fotografii a pomocí těchto pozic vypočítá povrch objektu. Značnými výhodami oproti 3D skenerům je cena, nelimitovaná velikost skenovaných objektů a možnost přenést barvy na výsledný model. (11)
Obrázek 1.4 – Fotogrammetrie (zdroj: 3dscanexpert.com)
1.5 Textury a Materiály
V 3D programech jsou často modely vytvořeny v ploché šedé barvě, v reálném světě je ale každý povrch tvořen nějakým materiálem, který má určitý povrch a barvu. Pokud chceme
17
dosáhnout realistického výsledku, tak musíme tyto materiály přetvořit v daném 3D prostředí. Tyto materiály se rozdělují na bitmapové a procedurální. Bitmapové materiály se skládají s obrazových souborů, které potom pomocí UV map přeneseme na požadovaný model. Procedurální materiály jsou vytvořené přímo v daném programu pomocí shaderových uzlů.
PBR materiály
PBR je zkratkou pro Physically Based Render, což představuje sadu textur, které slouží pro vytvoření realističtějšího materiálu. Ty jsou často tvořeny pomocí bitmap, které jsou limitované svým rozlišením, což je vyvážené svou jednoduchostí vytvořit komplexnější tvary. Mohou být ovšem také tvořeny čistě procedurálně jak barvami, tak generovanými texturami. Materiály tvořeny procedurálně, narozdíl od bitmap nejsou limitované svým rozlišením, což je kompenzováno exponenciálně složitějším způsobem k dosažení komplexních materiálů. PBR typicky skládá z těchto map: (12)
- Diffuse – Slouží pro určení barvy (12)
- Roughness/Gloss – Slouží pro určení drsnosti povrchu pro změkčení odrazu světla od objektu (12)
- Normal – Slouží k simulaci hrbolů a promáčknutí bez fyzické deformace modelu (12)
- Ambient Occlusion – Slouží pro určení světla na modelu, kombinuje se s diffuse mapou pro vytvoření stínů a odlesků (12)
- Displacement – Funguje podobně jako Normal mapa s tím rozdílem, že fyzicky deformuje model (12)
- Specular – Množství odrazu světla od povrchu objektu (12)
Od verze 2.8, využívá Blender uzel shaderu Principled BSDF1. Ten kombinuje několik vrstev do jednoho snadno použivatelného uzlu. Je založen na PBR shaderu pro kompatibilitu s ostatními softwary v průmyslovém standardu. Principled BSDF kombinuje předchozí uzly, které se používaly v předchozích verzích, například Diffuse a Glossy. Mimo jiné tento uzel umožňuje definovat, jak základní parametry jako jsou barva a drsnost materiálu, ale obsahuje též možnosti pro úpravu pokročilejších parametrů ve stylu lesku a průhlednosti.
Na obrázku níže lze vidět, jak které parametry ovlivňují výsledné chování materiálu. (12)
1 Bidirectional Scattering Distribution Function
18
Obrázek 1.5 – Dopad změny parametru na vzhled materiálu (zdroj: docs.blender.org)
Procedurální materiály
Druhou možností je vytvoření procedurálních materiálů. Ty nemívají problémy s takzvaným tilingem, kde se viditelně opakuje jedna textura. Procedurální materiály se převážně používají u jednoduchých materiálů bez složitých kombinací barev a textur. Tento přístup ale není limitován pouze na toto uplatnění. Pomocí procedurálních textur, lze drasticky upravit model tak, že s jejich pomocí můžeme kompletně procedurálně změnit původní model, na který se tento materiál aplikuje.
1.6 Svícení
Klasicky v běžném pracovním postavu poslední, ale vzato jeden z nejdůležitějších kroků je nasvícení dané scény. Správně nastavené osvětlení je základním kamenem každého kvalitního renderu. Pokud správně nenastavíme osvětlení, tak všechny předchozí kroky, od
19
pečlivého modelování až po vlasy trhající vytváření perfektních textur přijde vniveč. Proč se tedy tak často stává, že právě tento krok je často opomíjený? Jako každý velký problém má i tento několik možných důvodů, mezi nimiž je i složitost.
Ray tracing
Ray tracing je renderovací technika pro vytvoření realistických světelných efektů. Pomocí daného algoritmu vypočítává cestu světla a následně simuluje, jak světlo reaguje při dopadu na nějaký objekt. Tato technologie vyniká především u simulací stínů, odrazů od povrchů, a propouštění světla různých materiálů a jeho podpovrchový rozptyl. Toto je ovšem výpočet velmi náročné, a tak řada programů spoléhající na rychlé vyobrazování obrazu spoléhá na takzvanou rasterizaci, u které se využívá primitivnější simulace světla. Díky rychlého postupu technologií se začínají objevovat i hry, které tuto technologii začínají využívat, třebaže pouze částečně. (13)
1.6.1 Zdroje světla
Ve většině aplikací, zabývající se zobrazováním 3D prostoru můžeme nalézt sadu podobných, ne-li identických typů světel a v Blenderu tomu není jinak. Ten nabízí řadu různých způsobů, pomocí kterých lze scénu osvětlit.
Obrázek 1.6 – Nastavení světel v Blenderu (zdroj: vlastní tvorba)
20 Bodové světlo
Bodové, též známé jako všesměrové světlo je reprezentováno pomocí bodu nastavitelné velikosti, ze kterého vyzařuje světlo neomezeně do všech směrů. U objektu tohoto typu lze primárně nastavit pouze tři hodnoty, a to jsou jeho barva, intenzita a velikost. První dva parametry jsou přímočaré ve své funkci, třetí funkce velikosti zdroje nám poté určuje, z jakých úhlů bude světlo dopadat na ostatní objekty, což mimo jiné bude určovat tvrdost stínu způsobené tímto světlem. Ideální příkladem toho typu světla v realitě jsou žárovky.
(14)
Slunce
V Blenderu světelný zdroj typu slunce funguje na bázi vyzařování paralelních paprsků světla o neklesající intenzitě z nekonečné vzdálenosti. Díky těmto vlastnostem slouží tento objektový typ, jak název napovídá, jako ideální způsob pro simulaci Slunce. Z důvodu projekce z nekonečné vzdálenosti tak nezáleží na lokaci, do které tento zdroj světla umístíme, ale pouze na jeho směru. Slunce má stejné první dva parametry jako bodové světlo, ale jeho velikost je určena pomocí úhlového průměru, jak by bylo vidět ze Země. Co se týče intenzity, tak jako jediný světelný objekt se definuje pomocí watt/m2 místo pouze wattů. (14)
Kuželové světlo
Podobné světlo jako je světlo bodové, ovšem s tím rozdílem, že směr jeho záření je omezen na daný úhel, což následně tvoří kužel světla. K tomuto typu kromě běžného nastavení je nutné také určit směr a úhel, ve kterém toto světlo bude svítit. (14)
Plošné světlo
Je nejpoužívanější typ světla. Jeho princip spočívá v definici plochy, ze které se následně světlo emituje. Konkrétní tvar záleží na definici původního tvaru a jeho následné transformace. Základní tvary nabízené v neupravené verzi Blenderu jsou čtverec, obdélník, disk a elipsa. (14)
Materiálové světlo
Mimo dedikované světelné objekty lze využít i emisi světla pomocí textur aplikovaných na fyzický objekt. V Blenderu lze toho dosáhnou buď pomocí uzlu Emission nebo přes uzel Principled, který v sobě má stejnojmenné nastavení. Též jako světelný typ Slunce, je intenzita emise světla uvedena ve watt/m2. Ovšem na rozdíl od všech objektů typu světlo, je objekt s tímto type materiálu viditelný ve výsledném renderu. Díky tomu, že se nachází na fyzickém objektu, tak je tento způsob intenzivnější na výkon než jeho protějšky, ale nabízí větší flexibilitu s jeho tvarem. Časté použití tohoto světla jsou například takzvané HDRI textury, pomocí kterých můžeme simulovat reálné světlo, které je na dané textuře zachyceno. Pro procedurálnější přístup vytvoření oblohy, lze též využít uzlu Sky texture. Ten pomocí tří různých modelů simuluje oblohu. Nejnovější model s názvem Nishita byl přidán ve verzi 2.90. (15)
21 Portál
Speciálním podtypem plošného světla jsou portály. Ty se používají primární u interiérových scén, díky nimž jsou sice rendery pomalejší, ale vyžadují nižší počet vzorků. Fungují na principu směrování světla přes tyto světelné objekty pro snížení šumu. (16)
1.6.2 Vlastnosti světla
Teplota
Teplota světla udává, na jaké části spektra termodynamické hodnotě barvy světla se nachází.
Tato teplota se uvádí v kelvinech a je založena na tom, jakou barvou by zářilo dokonale černé těleso zahřáté na danou teplotu, přičemž se pohybuje od barvy červené, přes bílou a finálně modrou. Například obyčejná halogenová zářivka je pohybuje v okolí 3 500 K. I když je toto ve světě 3D primárně důležité pro správně nastavení světel, naskytuje se zde i využití u vyvážení bílé, což se primárně využívá pro dosažení správně teplotně zbarvené bílé a správnému zobrazení barev. (17)
Obrázek 1.7 – Spektrum teplotní barvy (zdroj: tcpi.com)
Zákon převrácených čtverců
Zákon převrácených čtverců nám říká, že intenzita světla je inverzně proporcionální k druhé mocnině vzdálenosti od jeho zdroje.
𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑧𝑖𝑡𝑎 ∝ 1 vzdálenost
2Díky tomu, že se slunce nachází přibližně ve vzdálenosti 150 000 000 km, tak několikametrový nárůst vzdálenosti nebude mít na intenzitu jeho světla velký vliv. Pokud tedy chceme dosáhnout realistického osvětlení ve stylu našeho slunce, tak jej musíme umístit v dostatečné vzdálenosti od našeho objektu. Toto ovšem platí pouze v případě, že svítíme umělým venkovním světlem na náš objekt. Kdybychom v scéně umístili dané světlo příliš blízko, tak by byl v renderu viditelný pokles v jasu. Tento efekt je zřetelnější, čím menší je vzdálenost zdroje světla od vzdálené strany scény. (18)
22
Obrázek 1.8 - Vizualizace zákona převrácených čtverců (zdroj: lsessions.wordpress.com)
1.6.3 False color
Tento náhled zobrazuje tepelnou mapu, která nám zobrazuje, jak intenzivně jsou části scény exponovány. Toto umožnuje precizně zobrazit a upravit naše světla, popřípadě vzhled (kontrast), které jsou použity na nasvícení dané scény. False color se zobrazuje jako spektrum od modré, po červenou. Ty značí nízkou a vysokou exponovanost resp. (19)
1.6.4 Glare
Tento uzel slouží pro vytvoření odlesků objektivu stejně jako by se tomu dělo při použití kamery. Toto možná nevnímáme pomocí našich očí, ale u fotoaparátů se tento jev velmi často objevuje a naše mysl jej již automaticky očekává, a tak je třeba podobného efektu docílit. (20)
1.7 Renderování
1.7.1 Renderovací enginy
Cycles
Cycles je reytraced engine v Blenderu sloužící pro vysoko kvalitní produkční renderování.
Je navržen pro tvorbu co nejvíce fotorealističtějších výsledků. Tato výhoda ovšem přichází se zásadní nevýhodou, kterou je čas, po který se daná scéna renderuje. Díky tomu, že Cycles musí vypočítávat zásadně více informací, tak to znamená delší renderovací čas. (1)
Eevee
Eevee je Blenderový renderovací engine v reálném čase vytvořený pomocí OpenGL zaměřeného na rychlost a interaktivitu při dosahování cíle vykreslování PBR materiálů.
Eevee lze interaktivně použít ve 3D výřezu, ale také vytváří vysoce kvalitní finální rendery.
23
Materiály Eevee jsou vytvářeny pomocí stejných shaderových uzlů jako Cycles, což usnadňuje vykreslení existujících scén. Pro uživatele Cycles díky tomuto Eevee skvěle funguje pro náhled materiálů v reálném čase. Na rozdíl od Cycles, Eevee není raytrace renderovací engine. Místo výpočtu každého paprsku světla používá Eevee proces zvaný rasterizace. Rasterizace odhaduje způsob, jakým světlo interaguje s objekty a materiály pomocí mnoha algoritmů. Zatímco Eevee je navržen tak, aby používal principy PBR, není dokonalý a Cycles vždy poskytne fyzicky přesnější vykreslení. Protože Eevee používá rasterizaci, má velkou sadu omezení. (1)
Octane
Octane je nezaujatý renderovací engine založený na GPU vykreslování. Výhoda v nezaujatém přístupu k renderování je, že finální výsledek je přesnější než u zaujatých enginů. To je díky faktu, že neobjektivní enginy předem vypočítávají odhadované chování, což sice zásadně zvyšuje konečný stav výpočtu, ale to přichází za cenu ztráty kvality. (21)
Unreal Engine
Unreal Engine je herní engine poprvé předvedený v roce 1988 a nyní dále vyvíjen společností Epic Games v roce 1988. Nejnovější vydaná stabilní verze je Unreal Engine 4.
Ten byl vydán roku 2014 na základě předplacené licence. Jednou s hlavních funkcí, kterou nově přináší Unreal Engine 4, je podpora globální iluminace. V květnu tohoto roku byla též zveřejněna v předběžném vydání nová verze Unreal Engine 5, mezi jejíž hlavní vlastnosti patří nový engine Nanite, který slouží pro importaci modelů ve velmi vysokým rozlišením do her. Nanite využívá největší knihovnu fotogrammetricky nasnímaných modelů, kterou Epic Games zakoupil v roce 2019. (22, 23)
Cycles X
K desátému výročí od vydání renderovacího enginu Cycles, Blender oznámil přípravu nového renderovacího enginu s názvem Cycles X. Ten slibuje podstatně rychlejší renderování oproti dosavadnímu Cycles. Podle výsledků testů poskytnutých přímo od vývojářů Blenderu lze očekávat v některých případech až 700% nárůst výkonnosti při renderování scén. Ovšem kvůli současnému stavu funkcí okolo OpenCL, nebude Cycles X tento standard nadále podporovat a s pomocí AMD and Intelu pracují na podpoře jejich grafických karet a potencionálně změně používaných API. (24)
Další velkou změnou je odstup od dlaždicového stylu renderování a přechod na progresivní renderování. Dlaždicový přístup spočívá v rozdělení obrazu do několika částí (dlaždic) a ty postupně renderuje do finální podoby jednu po druhé. Zde můžeme narazit na fakt, že všechny zdroje jsou alokované a zamknuté pro danou dlaždici, tudíž můžeme mít neaktivní zdroj, který pouze čeká na dokončení dané části. Progresivní styl naopak renderuje celý obraz najednou, takže by se toto nemělo stát. Stojí za zmínku, že progresivní renderování lze použít již v současné verzi Blenderu, ale díky jeho staré architektuře je tento přístup často pomalejší. (24)
24
Obrázek 1.9 – Porovnání renderovacích časů v cycles oproti cycles x (zdroj: code.blender.org)
1.7.2 GPU vs CPU renderování
V oblasti 3D renderování se používají dvě různé metody, pro vypočítání touženého výsledného obrazu. Tyto dvě metody, ačkoliv na první pohled podobné, se zásadně liší v několika aspektech. Historicky prvním přístupem, se kterým se přistupuje k renderování 3D scén, je CPU2 renderování. Ta využívá procesor počítače pro splnění tohoto účelu.
Druhou možností, jak sestavit požadovaný obraz je GPU3 renderování. To jako procesní jednotku využívá grafickou kartu počítače. Rozdíly v těchto technologiích je mnoho, kategorie, které stoj za zmínku jsou rychlost, kvalita výsledného obrazu a velikost dostupné paměti. (25)
Grafické karty jsou dobré ve zpracování specifických informacích v paralelním režimu (počítají řadu výpočtů najednou). Procesory jsou zase excelují u nespecifických informací v sériovém režimu (Vypočítávají informace jednu po druhé). Díky paralelnímu přístupu grafických karet k výpočtům, tak mají grafické karty značnou výhodu nad procesory v oddělení renderování 3D prostor. To je mimo jiné díky tomu, že velká řada operací jako jsou například projekce paprsků, snadno paralizovatelná. To též znamená, že může pro vykreslení stejného obrazu použít více grafických karet, což v kombinaci s předchozím bodem může znamenat až několikanásobně kratší čas renderu při stejné kvalitě šumu. (25)
2 Central Processing Unit
3 Graphics Processing Unit
25
Druhým bodem, kde se tyto technologie liší, je kvalita finálního výstupu. Zde na rozdíl od předchozího rozdílu vede CPU. Díky širší podpoře různých algoritmů má procesor výhodu ve vypočítávaní věcí jako jsou složité simulace a miniaturní detaily. (25)
Posledním důležitým bodem je velikost dostupné paměti. Zatímco procesory mají přístup k plné kapacitě RAM4 paměti, která je v počítači nainstalována, tak grafické karty mají přístup pouze ke své vlastní VRAM5 paměti. Zatímco současné systémy mohou podporovat až několik terabajtů RAM paměti, které může procesor využít, tak moderní grafické mají pouze 24 až 48 gigabytů vlastní paměti. To značí zásadní problém pro grafické karty, u kterých zvýšením jejich počtu, nezvyšuje počet jejich maximální využitelné paměti. To v praxi znamená, že grafické karty jsou na rozdíl od procesorů limitovány na méně datově náročné scény. (25)
Obrázek 1.10 – Porovnání hardwaru v rychlosti renderu dané scény (zdroj: blog.thepixelary.com)
1.7.3 Denoising
Denoise slouží pro odstranění šumu z renderů. Blender využívá několik různých způsobů odstraňování šumu pro renderovací engine Cycles. Uzel Denoise, který lze nalézt v komponovacím rozhraní využívá Open Image Denoise od společnosti Intel, který se aplikuje po finálním renderu. Mimo něj lze využít i filtry přímo v postranním panelu, kde je kromě předchozí možnosti též na výběr Optix AI denoiser od společnosti NVIDIA, který ovšem funguje pouze pro RTX grafické karty od této společnosti. (26, 27)
4 Random Access Memory
5 Video Random Access Memory
26
Obrázek 1 – Porovnání obrazu s využitím denoisingu (zdroj: evermotion.org)
1.8 Virtuální realita
V našem stále více digitalizovaném světě, kde už i ledničky mají v sobě počítač připojený na domácí síť se ubírá k obzoru nové technologie, konkrétně virtuální realita a rozšířená realita.
Tato technologie je již v naše světě delší dobu, ale není to tak dávno, kdy začala být cenově dostupná i pro domácnosti.
Když se řekne virtuální realita, spousta lidí si může vybavit počítačové hry a není se čemu divit. I když se první přístroje na virtuální realitu používaly v jiných oblastech, tak to byly právě hry a jiná média, která tyto zařízení popularizovali.
Již několik let se v oblasti vizualizace interiérů používá obdobná metoda. Ta spočívá v tom, že se vezme 360° kamera a vyfotí se interiér z několika pozic v daném nemovitostním objektu. Tato metoda má své výhody i nevýhody.
Jednou z těchto výhod je relativně rychlé vytvoření, takovýchto záběrů. Toto platí zejména v případech, kdy není nutno využívat služby takzvaného home stagingu, což představuje různé potřebné úpravy, například úklid a sjednocení vzhledu místností.
Tento přístup má ale i své nevýhody, jako je například velmi obtížná nebo v některých případech prakticky nemožná úprava dané fotografie. Pokud budeme chtít u fotografie například změnit barvu křesla, tak to může být na základě dané scény poměrně obtížné, aby tento zásah vypadal věruhodně. V 3D programech se ale tomuto problému snadno vyhneme. Zde nám pouze stačí buď kompletně vyměnit pouze texturu, nebo pouze přebarvit texturu stávající.
27
Nyní se už ale na trh prodírá nový přístup k interiérové vizualizaci, který má potenciál obrátit tento sektor vzhůru nohama. Jedná se o 3D vizualizace v reálném čase. Toto je možné jak díky rapidně rostoucímu výkonu vykreslovacího hardwaru, tak také díky novým softwarovým řešením. Stačí si nasadit VR brýle a ocitnete se v plně pohlcujícím vyobrazení daného prostoru, kde se můžete hýbat, jak budete chtít, mimo body, které byly zachyceny kamerou.
Další obrovskou výhodou této technologie je interaktivita. U klasické metody interiérové vizualizace si musí člověk často představovat, jak by daný objekt vypadal, kdyby ho změnil.
To ovšem u tohoto nového přístupu nemusí být žádný problém. Pokud bude chtít klient vidět, jak by vypadal v obývacím pokoji stůl ze skla, místo současného dřevěného, stačí ho pouze pár kliky vyměnit za jiný 3D model, nebo texturu a prakticky okamžitě může tuto změnu pozorovat.
1.9 Shrnutí
V první sekci teoretické části jsem představil vývoj grafiky napříč historií a principy, které pomohou zajistit realističnost 3D renderů. Následně jsem představil skupinu hlavních softwarů, využívaných ve 3D průmyslu a k čemu se jednotlivé programy používají. Poté představil možnosti, kterými lze vytvořit požadované modely, materiály a světla. Ke konci této kapitoly jsem též vyčetl renderovací enginy, které lze pro tuto funkci využít a vysvětlil jsem rozdíl mezi vykreslováním pomocí CPU a GPU technologií. V poslední části jsem poukázal na technologii virtuální reality a její možnosti do budoucna.
28
2 Interiérový design
Skandinávský
Tento styl je typický funkčním a minimalistickým stylem. Využívá jemných odstínů barev a textur, které dodávají interiéru moderní přívětivý vzhled. Častými prvky, které můžeme nalézt u tohoto stylu jsou dřeva, jasné linie, kontrast, barevné umění a přírodní světlo. (28)
Obrázek 2.1 – Skandinávský styl (zdroj: home-designing.com)
Minimalistický
Minimalistický styl je poslední dobou velmi populární napříč všemi odvětvími, nejvíce známý díky 2D ilustracím jako jsou například loga firem nebo ikony aplikací. Ten funguje na principu redukování všeho jejich nejjednodušší formy. V interiérovém designu to znamená využívání pouze nejnutnějších a jednoduchých věcí pro vytvoření elegantního prostoru. Vyznačuje se právě jednoduchostí místností i dekórů, chromových doplňků a často také monochromatickou paletou. Též se zde mnohdy využívá textilií k dosažení pocitu přívětivosti. (28)
29
Obrázek 2.2 – Minimalistický styl (zdroj: home-designing.com)
Moderní
Moderní styl se podobá předchozím stylům, ale je více zaměřený na mužský vzhled a spíše zobrazení prostoru nežli věcí. Co se týče barev, tak se zde využívají převážně neutrální barvy, bílé a černé. Často zde můžeme vidět skleněné stoly, kovy, kámen a velká umělecká díla.
(28)
Obrázek 2.3 – Moderní styl (zdroj: modern-designing.com)
Industriální
Jak tento název napovídá, tak je tento styl odvozen od industriálních komplexů, jako jsou skladiště, továrny a podobně. Klasický vzhled toto stylu tvoří holé žárovky a trubky, přístroje
30
s viditelnými vnitřnostmi, hojné využití dřeva, oceli a betonu s nepříliš doplňky. Barvy jsou zde znovu neutrální, černé, bílé a hnědé. (28)
Obrázek 2.4 – Industriální styl (zdroj: home-designing.com)
Mid-century modern
I tento název nám dává jasnou nápovědu, o jaký styl se nachází. Pochází ze středu minulého století a je o silném retro vzhledu. (28)
Obrázek 2.5 – Mid-century modern styl (zdroj: home-designing.com)
31 Bohémský
Co se týče bohémského stylu, tak ten je inspirován lidmi vedoucí neobyčejný život jako jsou například častí cestovatelé, umělci, zpěváci nebo spisovatelé. Tento styl se neřídí žádnými tvrdými pravidly a na první pohled by so mohlo zdát, že se jedná o náhodné seskupení objektů v jisté místnosti. To ale není pravda, tento styl můžeme volně definovat pomocí často se opakujících prvků. Díky životnímu stylu, podle kterého je tento styl vytvořen se zde nacházejí velmi barevné, netradiční prvky a velkou řadu květin. Na rozdíl od ostatních stylů, následuje tento styl filozofii více je více a tím pádem se v domácnostech toho stylu nachází velké množství různorodých dekorací. (28)
Obrázek 2.6 – Bohémský styl (zdroj: home-designing.com)
Moderní glam
Jedná se o extravagantní styl s počátky v Hollywoodu a je odvozeninou Hollywoodského regentství. Moderní glam staví na základních stylech a dodává jim šmrnc. Cílem toho stylu je, aby byl každý kus výrazný, ať už se jedné o silně syté barvy, komplexní vzory nebo výstřední nábytek. (28)
32 Obrázek 2.7 – Styl Moderní glam (zdroj: casaza.ca)
Rustikální
Rustikální styl se zaměřuje na co největší možnou přirozenost a z tohoto důvodu využívá ve velkém měřítku drsné přírodní prvky. V tomto stylu nejde o dokonalost tvarů ani povrchu jednotlivých složek, spíše naopak, ale zaměřuje se na individuální charakter každé z nich.
Tento styl vznikl příchodem evropských osadníků do Ameriky v 19. století.
Charakteristickými prvky pro tento styl jsou přírodní barvy a textury. Využívá dřeva ve velkém měřítku a jako doplňky lze často spatřit kůže z různých zvířat. (28)
Obrázek 2.8 – Rustikální styl (zdroj: home-designing.com)
33
2.1 Barva
Barvy jsou velmi důležitou částí našeho života, ovlivňují, jak vnímáme svět kolem sebe. Také mají zásluhu na tom, jakou máme náladu nebo na co právě myslíme, mohou nás uklidnit či naopak rozdráždit. Již celá staletí máme vědění o tom, že na nás barvy mají velký vliv a umělci tohoto faktu využívají dodnes. Pokud se člověk někdy podívá na logo firmy, balení produktu nebo jen různých barev, které použil malíř pro svůj obraz a zamyslí se proč byly použity právě tyto barvy, tak zjistí, že za každou z nich je účel, kterému daná barva má posloužit. Ale i přes to, že je tento fenomén znám již dlouhou dobu, tak je toto odvětví silně neprozkoumané.
Každý člověk může vnímat barvu jinak než člověk druhý. Jak si můžeme být skutečně jistí, že různí lidé vidí stejnou barvu? Barva je jen výsledek interpretace dané vlnové délky elektromagnetického spektra. Můžeme tedy měřit a porovnávat tyto vlnové délky jednotlivých objektů, ale nemůžeme změřit nebo pozorovat, jak toto spektrum mozek interpretuje. Je možné, že jeden člověk vidí kupříkladu barvu červenou a druhý vidí modrou.
Oba ovšem tuto barvu nazývají červená a nemají žádný problém v komunikaci mezi sebou.
Samozřejmě již víme o lidech, kteří vnímají barvy jinak. Na jednou konci jsou takzvaní barvoslepí lidé, u zásadního typu této poruchy nevidí subjekt žádné barvy, ale pouze odstíny šedi. Na druhém konci jsou zase lidé, kteří místo klasických třech čípků, díky kterým vnímáme barvu, mají tyto čípky čtyři. Tento čtvrtý senzor umožnuje lidem a jiným živočichům vnímat barvy v mnohem detailnějším měřítku. Barvy, které by pro normálního člověka byly téměř nerozpoznatelné, by byly pro tetrachromata zjevně rozdílné. (29) Dobrým a známým příkladem, jak lidé mohou vnímat barvy jinak je případ z února roku 2015, kdy se na internet dostala fotografie šatů. Tyto šaty vyvolaly velkou ozvěnu lidí, kde se lidé hádali o tom, jestli jsou tyto šaty černo-modré nebo bílo-zlaté. I přes to, že šaty byly později potvrzeny jako černo-modré, tak vyvolali diskusi mezi širokou veřejností o tom, jak rozdílně moou jednotlivci vnímat barvy. (30)
Barvy také mohou mít velký vliv na naše pocity a emoce. To, jaký vliv má jistá barva na určitého člověk se liší ať už od člověka ke člověku, tak už jen pouze náladou, ve které se momentálně nachází. Dalším faktorem, mající vliv na naši reakci jsou naše osobní předchozí zkušenosti. Díky tomu, že je červená barva velmi výrazná, tak se v naší společnosti často používá jako barva varovná, jako je například na pozadí dopravní značky stop. Pokud by ovšem člověk vyrostl v jiné společnosti, tak by mohla červená barva představovat kompletně opačný pocit bezpečí. Též si můžeme spojovat jistou barvu s negativní událostí v našem životě, a tak vždy když tuto konkrétní barvu spatříme, tak má negativní dopad na naše současné rozpoložení. Naopak, když si tuto barvu spojujeme s pozitivní vzpomínkou, tak její dopad na naši náladu bude kladný. (30)
34 RBY vs RGB
Nemalá část populace si myslí, že primární barvy jsou červená, žlutá a modrá. Proč tedy počítače používají model RGB6? Ve skutečnosti se primární barvy mění, podle toho, jakou metodou barvy zobrazujeme. V tomto ohledu máme dva hlavní přístupy. Prvním přístupem je blokace jistých vlnových délek světla, kdy zbývající vlnové délky tvoří barvu, kterou my vidíme. Tento přístup se nazývá subtraktivní díky faktu, že odebíráme vlnové délky a tím získáváme tmavší barvy až nakonec postupným odebíráním vznikne černá. Toto funguje například u pigmentových barev, proto se v tisku používá model CMYK7, který představuje právě variantu RYB8. Druhý přístup spočívá v přidávání světel o určitých vlnových délkách, proto se tento přístup jmenuje aditivní, kde postupným přidáváním vzniká barva bílá. Při kombinaci více vlnových délek vznikají čím dál světlejší barvy, kde ke konci vznikne barva bílá. Příkladem aditivního míchání barev jsou právě displeje monitorů či televizorů, které fungují na bázi RGB.
Obrázek 1 – Barevné modely (zdroj: plasticaaicle.wordpress.com)
Černá
Černá barva často evokuje přitažlivost, eleganci, sofistikovanost a je spojována s luxusem.
Negativními asociacemi mohou být smutek, strach. V tomto ohledu je černá obvykle spojována se smrtí. Na černé nejsou velmi dobře vidět stíny, a tak velmi dobře schovává tvary. (31)
6 Red, Green, Blue
7 Cyan, Magenta, Yellow, Key
8 Red, Yellow, Blue
35 Bílá
Tato barva představuje čistotu a nevinnost. Díky tomu, že bílá je jasná barva, tak přináší pocit většího prostoru. Na druhou stranu může bílá působit nudně, studeně a až sterilně.
(31)
Červená
Vyvolává silnější emoce než barvy jiné a také má větší rozdíl mezi svým pozitivním a negativním vjemem. Červená v kladném smyslu představuje vášeň, lásku a moc. Proti tomu se staví vnímání červené jako barvy hněvu a agrese. Díky svému silnému působení červená barva přitahuje pozornost. (31)
Zelená
Zelená je barva přírody. Představuje klid, bezpečí a přirozenost s přírodou spojené a dodává prostorům pocit života. Též je ovšem viděna jako barva závisti. Přidáním zelené, například v podobě květin můžeme jinak sterilnímu prostoru vdechnou trochu života. (31)
Modrá
Dobrá barva je barvou nebe a vody. Z toho důvodu modrá barva vzbuzuje v lidech pocit klidu a vyrovnanosti. Ovšem jako barva studená se může také jevit jako barva smutná a depresivní. (31)
Žlutá
Žlutá je další silná barva. Je barvou tepla a energie a silně přitahuje pozornost. Díky své jasnosti je to barva unavující na pohled. Žlutá je také komplikovaná barva i přes to, že je vnímána jako pozitivní barva, tak ji lidé mohou vnímat silně negativně. Z toho důvodu je dobré používat žlutou barvu opatrně. (31)
2.2 Shrnutí
V této části práce jsem přiblížil čtenáři jedny z momentálně neznámějších interiérových stylů, které se momentálně hojně využívají. Následně jsem popsal problematiku odlišného vnímání barev různými lidmi a představil obecné efekty, které mají tyto barvy na psychiku.
36
3 Praktická část
V praktické části této práce se zabývám rekonstrukcí bytu, který se nachází v Kerharticích, části obce Ústí nad Orlicí. Společně s majitelem bytu navrhuji nový plán bytu. Následně podle tohoto plánu vytvářím technické nákresy tohoto bytu. V poslední fázi vytvářím 3D scénu, která zobrazuje již kompletně zařízený byt a z této scény vytvořím fotorealistické rendery jako svůj finální výstup.
3.1 Přestavba bytu
Byt v 1. patře o rozloze 65 metrů čtverečních se nachází v Kerharticích. Celkový stav toho bytu byl téměř katastrofický a bylo jasné, že bude třeba kompletní rekonstrukce.
V celém bytě bylo třeba narovnat stěny a pomocí sádrokartonu také předělat stropy. V obývacím pokoji a také v předsíni byla potřeba vybourat podlaha a postavit nová, z důvodu jejího drastického prohýbání, což způsobovalo pohyb nábytku. Celkově se do bytu zasahovalo ve velkém měřítku a měnily se i místnosti. Též jsme se zbavili téměř veškerého vybavení včetně dveří, jediné, co chtěl majitel zachovat byla kuchyňská trouba a vybavení koupelny.
V původním rozložení bytu byla ložnice spojená s obývacím pokojem. Toto jsme se rozhodli změnit, a tak jsme ložnici prohodili s kuchyní, a tím dosáhli soukromí pro budoucí obyvatele bytu. Kuchyňský kout jsme se rozhodli umístit tam, kde se nacházela ložnicová část místnosti, tudíž ke vchodu do bytu. Tato změna ovšem znamenala vybourání další části bytu, kvůli natažení elektřiny a vody. Ovšem díky ostatním nutným zásahům do konstrukce bytu, se nejednalo o oblast zásadně velkou.
Kvůli stavu stěny mezi obývacím pokojem a bývalou kuchyní, se musela stěna zbourat a postavit nová. Jelikož bylo v plánu kuchyň přesunout do místnosti obývacího pokoje a místo ní udělat ložnici, tak jsme mezi tímto pokojem a koupelnou postavili malou chodbu, aby se do ní nemuselo vcházet přes pokoj, což by bylo pravděpodobně pro potencionální obyvatele bytu bráno jako jeho negativní prvek.
Koupelna a sanitární místnost jako jediné neprošly zásadní úpravou, jelikož byly jako jediné v minulosti rekonstruovány, a tak se zde vyměnila pouze skříň pod umyvadlem.
Původně dalším velkým zásahem do rozložení toho bytu bylo rozhodnutí přistavit zcela novou místnost, která by sloužila jako možný dětský pokoj a tím se zvýšila atraktivita pronájmu pro rodiny s dětmi. Tato místnost se měla nacházet vedle obývacího pokoje.
Přístavba by byla možná, díky volnému místu na půdě domu, kde se ovšem musela postavit kompletně nová podlaha, stěny a také strop. Majitel bytu se nakonec rozhodl tuto místnost nestavět kvůli nedostatku financí, ale byt byl navržen tak, aby se v případě změny zájmu mohla tato místnost přistavit.
37
Posledním malým zásahem bylo postavení příčky ve vchodové síni, což vytvoří malou technickou místnost, kde se bude mimo jiné nacházet pračka a sušička.
3.2 Vybavení bytu
Majitel měl původně v plánu byt poskytovat zcela bez nábytku s výjimkou kuchyňského rohu, tudíž se vyhodil veškerý bývalý nábytek. Kvůli stavu původního kuchyňského rohu, jsem nakonec přesvědčit majitele bytu k jeho výměně, a tak bylo třeba vybrat a koupit zcela nový. Zde měl majitel podmínku nízké ceny, už kvůli neatraktivní lokaci bytu. Z tohoto důvodu poměru cena/výkon, padla IKEA jako volba pro nákup nového kuchyňského rohu.
Díky tomu, že byt se bude pronajímat prakticky prázdný, jsem dostal od majitele volnou ruku se zařízením, které se bude vyskytovat v 3D vizualizaci bytu.
3.3 Vizualizace bytu
Jelikož majitel neměl žádné plány k tomuto bytu, bylo třeba změřit kompletně celý byt. Toto měření jsem si postupně zapisoval do hrubého náčrtku bytu. Poté jsem následně převedl daný náčrtek do přehlednějšího plánku pro lepší orientaci.
3.3.1 Výběr interiérového stylu
Následným krokem byla volba stylu, ve kterém budu byt prezentovat. Toto bylo důležité zvolit co nejdříve, aby se mohl začít vytvářet moodboard a následně 3D modely.
Jako styl jsem se rozhodl vybrat kombinaci skandinávského a moderního minimalistického stylu. Tato kombinace stylů je kompromisem mezi mou představou o potencionálních nájemnících a modernějším pojetím. Tento přístup jsem zvolil kvůli tomu, aby byt působil luxusněji, ale pořád přitahoval námi chtěnou klientelu, což by mělo v ideálním případě za efekt vyšší potencionální nájem.
Jakmile byl zvolen styl, v jakém chci vytvořit interiérovou vizualizaci, byla na řadě tvorba moodboardu. Zde jsem si našel sérii fotografií a náčrtků zobrazující jak jednotlivé dekóry, tak celé místnosti, ze kterých jsem následně čerpal inspiraci při zařizování místností.
3.3.2 Tvorba modelů
Jakmile byly připravené všechny potřebné podklady, tak jsem mohl začít vytvářet model celého bytu v programu Blender. Zde jsem pomocí add-onu pro tento program s názvem ArchiMesh, vytvořil potřebné místnosti přesně podle rozměrů, které jsem si dříve změřil.
Toto nebyl problém, jelikož tento byt neměl žádné atypické tvary, ale skládal se pouze z klasických pravoúhlých místností. Jakmile jsem měl vytvořený model všech místností, tak byla na řadě tvorba hlavních prvků daných místností, což představovalo například modelování pohovky pro obývací místnost nebo kuchyňské linky. Pro možnost následného využití modelů, i mimo tuto práci jsem pracoval ve velmi detailním stylu. Toto se projevilo
38
na časové náročnosti vytvoření jednotlivých modelů. V případě tvorby pohovky jsem na tomto jediném modelu strávil přibližně 30 až 40 hodin. Tento čas by bylo ovšem možné značně zkrátit s dostatkem zkušeností modelování podobných objektů. Při samotné modelaci jsem prvně postupoval se získáním plánků pro tuto pohovku. Následně jsem tyto plánky importoval do Blenderu a začal podle nich modelovat její základní tvary. Poté jsem vytvořil polštáře, ze kterých se pohovka skládá, s pomocí simulačního panelu, kde jsem nastavil simulaci tlaku.
Obrázek 3.1 – Tvorba přikrývky pomocí simulace (zdroj: vlastní tvorba)
Jakmile byl tento krok hotový, byl na řadě přechod do sculptovacího prostředí, kde jsem mohl do modelu vnést detaily, jako jsou vrásky, které by pomocí hard surface modelování nebo simulace byly velmi obtížné vytvořit. Dokončením tohoto kroku jsem měl hotovou základní část modelu a přesunul jsem se na vytvoření dekorativních polštářů. Ty jsem vytvořil pomocí fyzikální simulace, kdy jsem vytvořil kvádr, ve kterém jsem poté sloučil boční hrany. Následně jsem aplikoval na tento model tlak, a tím se vytvořil detailnější tvar polštáře. Pro vyšší realističnost jsem také musel aktivovat kolize pro ostatní části pohovky, aby se mohl polštář podle nich deformovat. I u polštářů jsem se přepnul do sculptovacího prostředí, abych mohl lépe definovat jejich tvar a texturu. Pro ostatní polštáře jsem použil podobný postup s různými variacemi nastavení, aby nevypadaly příliš podobně. Posledním modelovacím krokem, bylo vytvoření deky. Ta již byla poměrně jednoduchá vytvořit. Zde stačilo vytvořit rovinu s dostatečným počtem polygonů a simulovat jí pomocí funkce Cloth, která slouží pro detailní simulaci látek. Stejně jako v předchozím kroku jsem musel zapnout kolize u zbývajících objektů, aby se podle nich deka správně deformovala. Jediné, co bylo třeba doladit byla volba místa a úhlu, ze kterého jsem začal simulaci, což mělo zásadní dopad na její finální vzhled.
39
Obrázek 3.2 - Kompletní model pohovky (zdroj: vlastní tvorba)
3.3.3 Texturace
Po dokončení modelování přišla rada na texturování, to je společně se svícením jeden z nejdůležitějších prvků renderu a tak bylo třeba na tomto kroku strávit více času. U některých modelů se jednoduše texturuje na finálním modelu, ale jak jsem tvrdě zjistil, tak u některých modelů je UV unwrapping velmi složitý a musel jsem se vrátit o několik kroků zpět. Na tomto modelu bylo texturování v porovnáním s tvorbou nových materiálů u jiných modelů přímočaré. Zde stačilo správně rozbalit model a aplikovat na něj textury. Ty jsem poté následně upravil, aby stylově a barevně odpovídali stejnému vizuálnímu stylu pomocí různých shaderových uzlů. Nejsložitější krok byla již výše zmíněná tvorba kompletně nových materiálů. Bylo třeba je testovat pod různými světelnými podmínkami, aby odpovídaly takovému záměru, který jsem pro tento model zamýšlel.
40
Obrázek 3.3 - Zobrazení jednotlivých zón UV map (zdroj: vlastní tvorba)
3.3.4 Využití knihoven
Osobně se přikláním k postoji, že je třeba umět chtěný model vytvořit. Ovšem pokud bychom museli vytvářet každý model, tak by tvorba jedné interiérové vizualizace zabrala příliš mnoho času, o čemž může dosvědčit časová náročnost výše zmíněné pohovky.
Z tohoto důvodu se v tomto průmyslu hojně využívají knihovny, ze kterých lze stáhnout potřebný model nebo pouze texturu. Já v této práci používal knihovnu z add-onu BlenderKit. Z této knihovny lze čerpat řadu volně dostupných assetů zcela zdarma, popřípadě si lze pořídit assety prémiové a také nahrát do knihovny své vlastní. Výhoda v používání tohoto add-onu je ta, že se člověk nemusí připojovat na externí webové stránky v počítači a následně chtěné assety stahovat a ručně importovat do Blenderu. Naopak lze všechny tyto kroky provést přímo v Blenderu pomocí pouze pár kliků a bez problémů s kompatibilitou.
3.3.5 Home Styling
Jakmile jsem měl připraveno vše podstatné, tak jsem začal rozmisťovat všechny assety na svá místa. Snažil jsem se vytvořit dojem, že zde skutečně někdo bydlí a vdechnout renderům život. Toho jsem se snažil docílit pomocí různých předmětů a popřípadě květin.
41
Obrázek 3.4 – Clay render kuchyně pro vizualizaci home stylingu (zdroj: vlastní tvorba)
3.3.6 Svícení
Druhý ze dvou nejzásadnějších prvků je svícení. K tomu, abych dosáhl co možná nejrealističtějšího osvětlení, jsem přistoupil ve dvou krocích. V prvním kroku jsem si nastavil HRDI texturu, která mi slouží jako venkovní světlo a také jako pozadí, které bude vidět v oknech. Ta musela být následně upravena, aby se chovala tak, jak by v realitě vypadala, kdyby byla vyfotografována pomocí fotoaparátu. To znamenalo převážně ztlumit její barvy a celkově ji zesvětlit, aby vypadala přeexponovaně v poměru s interiérem. Druhým krokem bylo rozmístění stropních světel. Toto bylo nutné zejména v koupelně a technické místnosti, kde se nenachází žádné okno, a tudíž tam nemůže proniknout venkovní světlo.
Nakonec jsem ale v různých měřítkách musel použít tato světla v každé místnosti, abych mohl vyplnit příliš tmavá místa. Dále jsem také strategicky rozmístil doplňková světla, která sloužila buď čistě pro osvětlení scény nebo pro dodání atmosféry.
Pro správné exponování mi byl velmi nápomocný zobrazovací mód False color, díky kterému jsem mohl vidět, jak jsou které části mého modely exponované.
