Мягкое освещение в автокаде это

Панель: Источники света

Меню: Вид Тонирование Свет Новый прожектор В командной строке введите «прожектор».
Ввод команды: прожектор
Пульт управления : Панель «Свет» (нажмите, чтобы развернуть), Создать прожектор

Задайте положение источника света <0,0,0>: Задать координаты вручную или использовать мышь Задайте положение цели : Задать координаты вручную или использовать мышь Если системной переменной LIGHTINGUNITS присвоено значение 0, выводится следующий запрос: Выберите опцию для изменения [ Имя / Интенсивность / Статус / Пятно / Спад освещенности / Тень / Затухание / Цвет / Выход ] : Если системной переменной LIGHTINGUNITS присвоено значение 1 или 2, выводится следующий запрос: Выберите опцию для изменения[ Имя / Коэффициент интенсивности / Фотометрия / Статус / Пятно / Спад освещенности / Тень / Цветовой фильтр / Выход ] :

Примечание при создании источника света, если системная переменная LIGHTINGUNITS имеет значение 1 или 2, параметр «Затухание» не имеет значения. Поддерживается только для совметимости с пакетными файлами.

Имя Имя источника света. В имени можно использовать буквы верхнего и нижнего регистра, числа, пробелы, дефисы (-) и символы подчеркивания (_). Максимальная длина равна 256 символам. Введите имя источника света:

Интенсивность/Коэффициент интенсивности Установка интенсивности (или яркости) источника света. Область значений: от 0 до максимального значения, которое поддерживается в пользовательской системе. Задайте интенсивность (0.00 — макс. число с плавающей точкой) :

Пятно Угол, определяющий конус наиболее яркого света (максимальной освещенности). Допустимый диапазон — от 0 до 60 градусов или эквивалентные значения на основе AUNITS и AUNITS. Задать угол яркого пятна (0.00-160.00) :

Спад освещенности Угол, определяющий полный конус света, называемый также угловым полем. Параметр может принимать значения от 0 до 160 градусов. По умолчанию равняется 50 градусам или эквивалентным величинам на основеAUNITS и AUNITS. Угол спада освещенности должен быть больше или равен углу яркого пятна. Задать угол спада освещенности (0.00-160.00) :

Статус Включение/отключение источника света. Если в чертеже не включено освещение, эта опция не работает. Задайте статус [Вкл./вЫкл.] :

Фотометрия Фотометрия доступна, если системной переменной LIGHTINGUNITS задано значение 1 или 2. Фотометрия представляет собой измерение силы света видимых источников света. Интенсивность света в фотометрии служит мерой воспринимаемой мощности, излучаемой источником света в определенном направлении. Световой поток — это воспринимаемая энергия на единицу телесного угла. Общий световой поток для лампы — это воспринимаемая энергия, излучаемая во всех направлениях . Освещенность — это падение общего светового потока на поверхность на единицу площади. Выберите фотометрический параметр для изменения [Интенсивность/Цвет/Выход] : Интенсивность

Кандела (обозначение: кд) — единица силы света (воспринимаемая мощность, излучаемая источником света в определенном направлении). Cd/Sr
Люкс (обозначение: лк) — единица освещенности в системе СИ. Lm/m^2
Фут-кандела (обозначение: фк) — единица освещенности, принятая в США. Lm/ft^2

В командной строке ввести f, чтобы определить воспринимаемую энергию через значение светового потока.

Введите значение потока (Lm) :

Если ввести i, то можно задать интенсивность источника света на основе значения освещенности.

Введите значение освещенности («Lx»|»Fc») или выберите опцию [Расстояние] :

Значение освещенности можно задавать как в люксах, так и в фут-канделах. Введите d для задания расстояния для расчета освещенности.

Введите имя цвета или выберите опцию [?/Кельвин] :

Задайте цветовую характеристику света, выражаемую через имя цвета или через температуру по шкале Кельвина. Введите ? чтобы отобразить список имен цветов.

Ввести имя (имена) цвета в список :

Введите текстовую строку с символами-шаблонами для отображения частичного списка имен цветов или звездочку (*) для отображения всех доступных имен цветов.

Если ввести k, можно задать цвет источника света на основе значения температуры по шкале Кельвина.

Введите значение температуры по шкале Кельвина :

Выход из режима командной строки.

Включение отбрасывания теней от источника света.

Введите параметры теней [Откл/Резкие/Мягкие с текстурой/Мягкие выборочные] :

Отключает отображение и расчет интенсивности теней для данного источника света. При выключении теней повышается производительность.

Отображаются тени с «резкими» кромками. Данная опция используется для повышения производительности.

Мягкие с текстурой

Отображаются реалистичные тени с «нерезкими» кромками.

Введите размер текстуры тени [64/128/256/512/1024/2048/4096] :

Задание объема памяти для расчета текстуры тени.

Введите степень смягчения (1-10) :

Смягчение для вычисления текстуры теней.

Мягкие выборочные

Отображаются реалистичные тени со смягченными кромками (полутень) на основе дополнительных источников света.

Введите изменяемый параметр [Форма/Образцы/Видимость/вЫход] :

Задайте форму тени, для этого введите s, а затем размеры формы. (Например, радиус сферы или длину и ширину прямоугольника).

Задайте форму тени[Круг/Прямоугольник] :

Задайте размер образца, для этого введите а.

Задайте размер образца тени :

Видимость формы тени можно задать путем ввода в в командной строке.

Задайте видимость формы тени [Да/Нет] :

Задать опцию для изменения [тип Затухания/Использовать пределы/Начальный предел затухания/Конечный предел затухания/выХод]:

Зависимость затухания света от расстояния. Чем дальше от источника света располагается объект, тем темнее он выглядит. Затухание также называется ослаблением.

Задать тип затухания [Нет/Линейная инверсия/Квадратичная инверсия] :

«нет. Затухание отсутствует. И далекие, и близкие к источнику света объекты освещаются одинаково.
Линейная инверсия. Установка затухания обратно пропорционально расстоянию от источника света до объекта. Например, на расстоянии 2 единицы от источника освещенность равна 1/2 освещенности на источнике, на расстоянии 4 единицы — 1/4. По умолчанию интенсивность при линейной инверсии равна половине максимальной интенсивности.
Квадратичная инверсия. Установка затухания обратно пропорционально квадрату расстояния от источника света до объекта. Например, на расстоянии 2 единицы от источника освещенность равна 1/4 от освещенности на источнике, на расстоянии 4 единицы — 1/16.

Использовать пределы Начальный предел затухания

Задать, использовать пределы или нет.

Указывается точка начала освещения в виде смещения от центра источника света. Значение по умолчанию равно 0.

Задать смещение начального предела :

Примечание Начальные и конечные пределы затухания не поддерживаются драйвером OpenGL (wopengl9.hdi), а драйвер Direct 3D (direct3d9.hdi) поддерживает только конечные пределы затухания. Для идентификации драйвера надо ввести команду графнастр, выбрать ручную настройку и посмотреть имя выбранного драйвера в диалоговом окне «Ручная оптимизация параметров».

Конечный предел затухания

Указывается точка конца освещения в виде смещения от центра источника света. Далее этой точки свет не распространяется. Установка конечного предела увеличивает производительность в областях, где эффект освещения настолько мал, что вычисления не оправдывают затраченного на них времени.

Задать смещение конечного предела :

Управление цветом источника света.

Задайте цвет из палитры (R,G,B) или выберите опцию [Цветовой индекс/Hsl/Альбом] :

Задание истинного цвета. Задайте цвет в формате R,G,B (красный, зеленый, синий).

Указывается цвет ACI (цветовой индекс AutoCAD).

Имя цвета или его номер (1-255):

Задается цвет HSL (оттенок, насыщенность, яркость).

Задайте цвет HSL (отт, насыщ, ярк) :

Указывается цвет из альбома.

Мягкое освещение в автокаде это

Каждый вариант освещения, который добавляется в чертёж, перечислен в «Источниках света» окна «Модель» (СПИСОКСВЕТ). Источники освещения в группах и ссылках, солнечный свет и освещение по умолчанию не отображаются.

Если выбрать источник света в списке, он окажется выбранным и в чертеже, и наоборот. Характеристики источников света в списке сохраняются в соответствии с чертежом. Всех характеристики могут изменяться в палитре «Свойства». Когда источник света для чертежа выбран, можно использовать ручки для его перемещения или вращения, а также менять отдельные свойства, такие как бликование или угол конуса у прожектора. Эффекты освещения меняются одновременно с изменением свойств источника.

Перчисленные ниже свойства используются во всех источниках света, доступных в панели палитры «Общие» Свойства освещения . Полные описания элементов управления помещены в описании команды «Окносв» в Свойства освещения .

Имя Имя, назначаемое источнику света.
Тип. Определяет тип источника света: точечный источник света, прожектор, удаленный источник света или сетка.
Вкл./Откл.. Служит для включения и отключения источника света.
Тени. Определяет, отбрасываются ли тени. Для отображения тени должны быть включены в параметры стиля изображения текущего видового экрана. Отключение теней увеличивает производительность.
Коэффициент интенсивности. Устанавливает коэффициент, контролирующий яркость. Интенсивность не связана с затуханием освещения.
Цвет фильтра. Устанавливает цвет испускаемого света.
Печать обозначений источников света. Позволяет при печати чертежа выводить на печать обозначения источников света.

Параметры «Пятно» и «Спад» в разделе «Общие свойства» (только для прожекторов).

Попадая на освещаемую поверхность, свет от прожектора дает в центре пятно максимальной освещенности, окруженное переходной областью меньшей интенсивности.

Угол конуса максимальной освещенности. Определяет наиболее яркую часть светового пучка. Также может называться угол светового пучка.
Полный световой конус. Задаёт параметры светового конуса. Также может называться угол поля.
Зона быстрого рассеивания. Представляет собой пространство между зоной максимальной освещённости и углом ограничения светового конуса.

Чем больше разница между ярким пятном и полным световым конусом, тем мягче граничная кромка освещаемого пятна. Если угол наибольшей освещённости равен углу ограничения светового конуса, или близки по величине, освещаемое пятно имеет чёткие очертания. Оба этих угла могут принимать значения в пределах от 0 до 160 градусов. Эти значения можно задать напрямую соответствующими ручками спада освещенности.

Фотометрическое освещение обладает дополнительными свойствами, которые позволяют сделать его отличным от стандартного. Указанные ниже свойства доступны на панели «Фотометрические свойства».

Интенсивность лампы. Определяет собственную яркость источника света. Задает для лампы интенсивность, световой поток и освещенность.
Итоговая интенсивность. Указывает фактическую яркость источника света. (Произведение интенсивности лампы на коэффициент интенсивности. Доступно только для чтения.)
Цвет лампы. Задает собственный цвет источника света в температуре по Кельвину или по стандарту.
Итоговый цвет.Указывает фактический цвет источника света. Это значение определяется комбинацией цвета лампы и цвета фильтра. (Определяется цветом лампы и цветом фильтра. Доступно только для чтения.)

Если для свойства «Тип» фотометрического источника света выбрано значение «Сетка», на панелях «Фотометрическая сетка» и «Смещения сетки» (на палитре «Свойства освещения») становятся доступными дополнительные свойства.

Файл сетки. Указывает файл данных, в котором описывается распределение интенсивности света.
Предварительный просмотр сетки. Отображает 2D разрез с учетом гониометрических данных.
«Поворот вокруг оси X». Определяет угловое смещение сетки относительно оптической оси X.
«Поворот вокруг оси Y». Определяет угловое смещение сетки относительно оптической оси Y.
«Поворот вокруг оси Z». Определяет угловое смещение сетки относительно оптической оси Z.

Геометрия, включающая свойства направления

Панель «Геометрия» содержит элементы управления для работы с местом расположения источника света. Для точечных источников света, прожекторов и сеточных источников света доступны дополнительные свойства, определяющие направление источника света. Выбрав значение «Да» или «Нет» для свойства «Нацеленный», можно преобразовать обычный источник света в источник света со свойствами направления или наоборот.

Затухание (для точечного источника света и прожектора)

Эта функция определяет ослабление света в зависимости от дистанции. Чем дальше расположен объект от источника света, тем темнее он выглядит. Пользователь может задать отсутствие затухания, линейную инверсию или квадратичную инверсию (ТОЧСВЕТ, ПРОЖЕКТОР). Функция затухания не активна для фотометрических источников света.

Другим способом контроля точек источника и объекта освещения является использование пределов. Пределы используются в виде секущих плоскостей, определяющих, откуда свет испускается и где прекращается. Задание пределов может способствовать повышению производительности, так как в этом случае уровни освещенности не вычисляются в тех областях, где свет является практически невидимым.

Примечание Драйвер OpenGL (wopengl9.hdi) не поддерживает в видовых экранах начальные и конечные пределы затухания. В отличие от драйвера OpenGL, драйвер Direct 3D (direct3d9.hdi) поддерживает в видовых экранах конечные пределы затухания, хотя и не поддерживает начальные пределы. Независимо от того, какой драйвер является текущим, начальные и конечные пределы затухания для источников света отображаются во время тонирования. Для идентификации драйвера надо ввести команду графнастр, выбрать ручную настройку и посмотреть имя выбранного драйвера в диалоговом окне «Ручная оптимизация параметров».

Проблемы реалистической визуализации организационно-технологических решений в среде AutoCAD Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

AUTOCAD / РЕАЛИСТИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ / REALISTIC IMAGE / RENDERING / МЯГКИЕ ТЕНИ / SOFT SHADOWS / LIGHT / ПРОЦЕСС МОДЕЛИРОВАНИЯ / MODELING PROCESS / ВИЗУАЛИЗАЦИЯ / VISUALIZATION / ТОНИРОВАНИЕ / ОСВЕЩЕНИЕ

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Синенко С.А., Лебедева И.М.

В статье анализируется возможность и доступные средства для окончательного оформления проектных решений в области строительного проектирования в среде AutoCAD с формированием фотореалистического изображения проектируемого объекта. AutoCAD рассматривается как инструмент для реалистической визуализации сцены из твердотельных 3D моделей. Оцениваются различные варианты создания освещения .

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE PROBLEMS OF REALISTIC VISUALIZATION FOR ORGANIZATIONAL AND TECHNOLOGICAL SOLUTIONS IN AUTOCAD

The paper analyses available possibilities and tools for final design decisions made in AutoCAD when photorealistic image of developed object is rendered. AutoCAD is considered as a tool for 3D solid models realistic visualization . Different variants of light settings, shadow calculations and reflected light shaping are evaluated.

Текст научной работы на тему «Проблемы реалистической визуализации организационно-технологических решений в среде AutoCAD»

ПРОБЛЕМЫ РЕАЛИСТИЧЕСКОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ

ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ В

THE PROBLEMS OF REALISTIC VISUALIZATION FOR

ORGANIZATIONAL AND TECHNOLOGICAL SOLUTIONS IN

C.A. Синенко, И.М. Лебедева

S.A. Sinenko, I.M. Lebedeva

The paper analyses available possibilities and tools for final design decisions made in AutoCAD when photorealistic image of developed object is rendered. AutoCAD is considered as a tool for 3D solid models realistic visualization. Different variants of light settings, shadow calculations and reflected light shaping are evaluated.

Как известно, AutoCAD является универсальной графической программой. С его помощью можно создавать как строительные, так и машиностроительные чертежи, можно моделировать трехмерные объекты, имитирующие реальные предметы, состоящие из поверхностей любой сложности, и повторяющие отражательные преломляющие и рассеивающие свойства реальных материалов.

Для получения фотореалистической картины предусмотрен аппарат визуализации. Это механизм создания плоской растровой картинки, по точности восприятия, приближенной к фотографической. Во время визуализации рассчитываются и отображаются все свойства материалов и освещенности.

Рис. 1. Необходимые составляющие реалистической визуализации

Чтобы изображение получилось правдоподобным, требуется провести некоторую подготовительную работу: поставить и настроить свет, присвоить объектам материалы, откорректировав их параметры, сформировать сцену с фоном, перспективой, атмосферными эффектами, а также настроить дополнительные параметры визуализации.

1. ПРОБЛЕМЫ ОСВЕЩЕННОСТИ В СРЕДЕ AUTOCAD

Для отображения освещенности объектов с построением теней, собственных и падающих, в AutoCAD имеется возможность создания источников света различных типов. Причем свойства этих источников можно настраивать самостоятельно, или же воспользоваться стандартными фотометрическими характеристиками реальных осветительных приборов.

Возможны точечные источники света, направленные и удаленные.

Рис. 2. Пример освещения точечными источниками света

В AutoCAD точечный источник — это точка с конкретными координатами, испускающая лучи во всех направлениях с постепенным угасанием интенсивности освещения. Такие источники широко применяется для общего освещения сцены. Они имитируют, например, свет от электрических светильников. Комбинируя несколько точечных источников можно добиться разнообразных эффектов освещения. Кроме того, точечные источники подходят в качестве вспомогательных для подсветки отдельных поверхностей, как альтернатива рассеянному свету.

Рис. 3. Пример освещения источником света типа: прожектор Источник света типа прожектор в AutoCAD — это тоже точка с конкретными координатами, но испускающая направленный конус света. Интенсивность света затухает не только с увеличением расстояния до него, но и в переходной области от светово-

го пятна наибольшей яркости до области полной тени. Он применяется для имитации света прожекторов и потому используется в качестве ключевых и заполняющих осветителей для создания ореола вокруг объекта, для получения световых пятен в определенных областях.

Удаленный источник света находится в бесконечности. Поэтому считают, что на уровне земли лучи от него параллельны и идут в одном направлении. Интенсивность светового потока остается постоянной на протяжении всего пути. Данный вариант особенно удобен для равномерного освещения объектов или заднего плана сцены, а также для имитации солнечного света.

Рис. 4. Пример освещения удаленным источником света

Примером фотометрического освещения может служить солнечное освещение. Солнце — это удаленный источник света специального типа со стандартными настройками. Солнечное освещение логично использовать при проектировании зданий и сооружений и вписывании их в окружающую сред>

Рис. 5. Типы теней (слева направо): резкие, мягкие выборочные, мягкие с текстурами

При использовании солнца, в отличие от просто удаленного источника света, все фотометрические параметры освещения (положение солнца, интенсивность и цвет светового потока) устанавливаются автоматически на основании заданных географического положения, времени года, времени суток. Таким образом, выявляются особенности конструкции и положения здания или сооружения с точки зрения его освещенности.

Дополнительное небесное освещение имитирует эффект солнечных лучей, рассеиваемых в атмосфере, равномерно освещает всю сцену и подсвечивает неосвещенные области. Тени при этом будут формироваться только от солнца.

В AutoCAD есть еще и такой тип источников света как световая сетка. Световая сетка позволяет получить фотометрическое освещение, интенсивность которого неравномерно распределена в различных направлениях трехмерного пространства. Данные для вычисления освещенности можно ввести самостоятельно, а можно считать из специального файла фотометрических данных формата IES , которые предоставляются заводами изготовителями реальных осветительных приборов.

Рис. 6. Световое пятно от сетчатого источника света

2. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ТЕНЕЙ В СРЕДЕ AUTOCAD

В AutoCAD 2010 предлагаются тени трех типов:

— мягкие с текстурами

Мягкая тень характеризуется наличием переходной полосы между полной тенью и полной освещенностью. Тени либо рассчитываются трассировкой луча, либо формируются с помощью теневых карт. Рассчитанные тени геометрически точны, но процесс вычисления занимает определенное количество времени. Метод теневых карт дает быстрый результат в ущерб качеству теней.

Рис. 7. Типы теней (слева направо): резкие, мягкие выборочные, мягкие с текстурами

Тень с типом «резкая» (рис.8) построена по алгоритму обратной лучевой трассировки. При этом освещенность рассчитывается с учетом отражений и преломлений луча, а также с учетом уменьшения интенсивности с расстоянием. Тень геометрически правильная, имеет резкую границу и окрашивается при прохождении света сквозь цветные полупрозрачные объекты.

Рис. 8. Визуализация с типом теней «Резкие»

Резкие тени часто выглядят нереалистично. Для смягчения кромки тени применяют различные методики. Тени с типом «мягкие выборочные» (рис.9) мягкие, но геометрически правильные, имеют различную густоту в зависимости от прозрачности предметов, отбрасывающих тень. И, что очень важно, тень окрашивается при прохождении света сквозь полупрозрачные цветные объекты._

Рис. 9. Визуализация с типом теней «Мягкие выборочные»

Такие тени можно получить, если смоделировать протяженный источник света из множества точечных, рассчитав освещенность для каждого из них с помощью алгоритма лучевой трассировки. Если количество точечных источников света будет достаточно большим, то общая освещенность сцены будет физически правильной, изобра-

жение будет реалистическим. Понятно, что каждый дополнительный источник света будет увеличивать время на прорисовку изображения.

Тени типа «Мягкие с текстурами» формируются с помощью теневой карты. При этом, единожды сформированная тень накладывается на все предметы по направлению луча. Такие тени требуют совсем мало вычислительных затрат, но не могут учитывать отраженное освещение, не могут менять густоту и цвет.

Рис. 1. Визуализация с типом теней «Мягкие с текстурами»

На рисунке 10 для теней типа «Мягкие с текстурами» выбрано небольшое смягчение. Хорошо видны все недостатки метода: зубчатая граница тени, ошибочное затене-

Алиасинг проявляется, когда одной точке теневой карты поставлено в соответствие несколько пикселей изображения. Темные пятна и полосы на стыках поверхностей говорят о том, что в процессе расчета освещенности были ошибочно использованы элементы теневой карты, соответствующие другим поверхностям. И, наконец, на плоскостях, положение которых приближается к параллельности направлению освещения, проявляется алиасинг в виде несуществующих теневых полос.

При увеличении смягчения недостатки почти не видны, но тень становится настолько размытой, что почти не отображается.

3. ОСОБЕННОСТИ ОТРАЖЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ В СРЕДЕ AUTOCAD

В жизни мы не задумываемся о том, почему при освещении одним источником света все части предметов отчетливо видны. Ведь лучи попадают на часть объектов только с одной стороны. На самом деле большую часть общей освещенности комнаты занимает освещение отраженным светом. В AutoCAD отраженное и общее освещение можно получить, применяя энергию фотонов.

Метод фотонной трассировки заключается в следующем. Источником света испускается определенное количество фотонов, сгустков световой энергии заданной величины и направления. Их траектория движения отслеживается. Все диффузные взаимодействия с поверхностями образуют фотонную карту для каждой поверхности. Фо-

тонная карта нормализуется, сохраняется и накладывается на поверхности в процессе визуализации, создавая отраженное освещение.

Реалистичность отраженного освещения зависит от количества фотонов и от глубины трассировки.

Рис. 11. Картина освещенности одним источником света при выключенном отраженном освещении

Рис. 12. Картина освещенности одним источником света с использованием энергии фотонов

Умение корректно настроить освещение и сформировать реалистичные мягкие тени может оказаться важным при проектировании зданий и сооружений, а также в любой сфере строительного производства: при проектировании строительного генерального плана и схем производства работ, систем кондиционирования воздуха и отопления, систем охлаждения, в приборостроении и компьютерной индустрии и др.

1. Шикин Е.В., Боресков A.B. Компьютерная графика. Динамика, реалистические изображения. — М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1995.

2. Сиваков И., Попов А.И. Современные программы рендеринга: mental ray, VRay, finalRender, brasil r/s 2004. — http://www.fcenter.ru/online.shtml7articles/hardware/videos/9217

3. Банковский Ю.М., Галактионов B.A. Современные проблемы компьютерной (машинной) графики.

4. Сиваков И. Как компьютер рассчитывает изображения. Технологии программного рендеринга. 2004.

5. Дебелов В.А., Новиков И.Е. Генерация мягких теней при использовании алгоритма трассировки лучей. Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН. 2009

6. Трифонов Д. Мягкие тени на GPU 2008 http://www.uraldev.ru/articles/id/18

1. Shikin E.V., Boreskov A.V. Computer graphics. Dynamics, realistic images. — Moscow. DI-ALOG-MIFI, 1995

2. Sivakov I., Popov A.I. Modern rendering programs: mental ray, VRay, finalRender, brasil r/s 2004. — http://www.fcenter.ru/online.shtml7articles/hardware/videos/9217

3. Bayakovsky Y.M., Galaktionov V.A. Modern problems of computer (machine) graphics.

4. Sivakov I. How computer calculates images. Technologies of program rendering. 2004

5. Debelov V.A., Novikov I.E. Generation of soft shadows using ray tracing method. Institute of computation al mathematics and mathematical geophysics. 2009.

6. Trifonov D. Soft shadows on GPU 2008 http://www.uraldev.ru/articles/id/18

Ключевые слова: AutoCAD, realistic image, rendering, soft shadows, light, modeling process, visualization

Key-words: AutoCAD, реалистическое изображение, тонирование, мягкие тени, освещение, процесс моделирования, визуализация.

e-mail автора: istac@mgsu.ru Рецензент: Вайнштейн М.С., д.т.н., проф., ОАО «Моспроект»

Использование AutoCAD для повышения наглядности организационно-технологического проектирования Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

РЕАЛИСТИЧЕСКАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ / REALISTIC VISUALIZATION / РАССЕЯННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ / AMBIENT LIGHTING / СОЛНЕЧНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ / SOLAR LIGHTING / УДАЛЕННЫЙ ИСТОЧНИК СВЕТА / A REMOTE LIGHT SOURCE / ТОЧЕЧНЫЙ ИСТОЧНИК СВЕТА / LIGHTNING POINT SOURCE / AUTOCAD / МЯГКИЕ ТЕНИ / SOFT SHADOWS / КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА / COMPUTER GRAPHICS / ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ / ORGANIZATIONAL AND TECHNOLOGICAL DESIGN

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Лебедева Ирина Михайловна

Рассмотрена проблема повышения наглядности технологических решений в организационно-технологическом проектировании (ОТП). Дано обоснование применения системы AutoCAD для автоматизации процесса визуализации результатов ОТП. Описаны методы получения реалистичного дневного освещения в среде AutoCAD без существенного увеличения трудоемкости процесса. Дано краткое описание алгоритма программы, позволяющей в автоматическом режиме осуществить настройку освещения и создать файл с реалистической визуализацией проектного решения.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Using AutoCAD to improve the visibility of the organizational technological design

The article describes the issue of increasing the visibility of technological solutions in organizational-technological design. The ability to visualize the main stages of building process technology contributes to organic integration of all the requirements. A special role for the harmonious perception is played by correct display of the lighting facilities, shadowing. Realistic shadows help to analyze the rooms’ insolation of the designed facility and the surrounding areas. We give a justification for the use of AutoCAD in order to automate the process of visualizing the results of organizational-technological design. The author describes the methods of obtaining realistic natural lighting in AutoCAD without significantly increasing the complexity of the process. Engineering companies in 46 % of cases use the software AutoCAD in order to create construction plans. AutoCAD has a variety of possibilities and is constantly evolving. Continuation is one of the benefits of this program. AutoCAD is unique in terms of customization, because, apart from instruction languages, it has two built-in programming languages: AutoLISP and VisualBasic. Because of these specific features AutoCAD allows to create any applications related to graphics implementation. Constant monitoring of lightning changes allows finding the appropriate in terms of aesthetics, ergonomics and insolation decisions on planning and associating a building or structure to the environment. Solar lighting is simulated by a combination of several directional lightning point sources. The author offers a brief description of the program algorithm, which allows automatically managing lighting settings and creating a file with a realistic visualization of the design solutions.

Текст научной работы на тему «Использование AutoCAD для повышения наглядности организационно-технологического проектирования»

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОМЕТРИЯ И КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ AUTOCAD ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НАГЛЯДНОСТИ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО

Ключевые слова: реалистическая визуализация, рассеянное освещение, солнечное освещение, удаленный источник света, точечный источник света, AutoCAD, мягкие тени, компьютерная графика, организационно-технологического проектирования.

Одно из перспективных направлений развития системы автоматизированного проектирования (САПР) в строительстве — это повышение наглядности результатов организационно-технологического проектирования (ОТП). Возможность объемно визуализировать основные этапы технологического процесса строительства способствует органичному учету всех требований СНиП и ТР при формировании организационно-технологических решений (ОТР) [1]. Реалистично визуализированные этапы подготовки строительства улучшают восприятие и облегчают реализацию ОТР (рис. 1).

Рис. 1. Технологическая схема разработки грунта и погрузки в автомобиль

Трехмерная реалистичная визуализация объектного стройгенплана способствует выработке оптимальных технологических решений при формировании

схем размещения на стройплощадке строительной техники, инженерных сетей, охвата основных зон техникой [2]. Визуализация технологических карт помогает сформировать оптимальные организационные условия выполнения строительных процессов, способствующих соблюдению требований по технике безопасности, охране окружающей среды и противопожарной безопасности [3].

Задача повышения наглядности напрямую связана с повышением уровня реалистичности моделей строительных объектов. Особую роль для гармоничного восприятия играет правильное отображение освещенности объектов, построение теней. Наличие реалистичных теней, корректно отображенных для каждой назначенной временной точки конкретной местности, помогает в анализе инсоляции помещений проектируемого объекта и прилегающих к нему территорий, или, наоборот, в анализе изменения естественной освещенности окружающих зданий при вписывании проектируемого объекта в существующую городскую застройку. Однако анализ инсоляции выходит за рамки данной работы.

В настоящее время существует множество пакетов программ, включающих в себя блок трехмерного моделирования, таких как 3D Studio Max, AutoCAD, ArchiCAD, Maya и др. В них с разной степенью реалистичности реализуется механизм расчета освещенности и генерации теней.

На диаграммах (рис. 2) показан результат проведенного автором анализа применения различных программ в сфере строительного и строительно-технологического проектирования.

îYuîicao Floran Revit Дгсоп

Рис. 2. Соотношение применения программ для проектирования строительных объектов (а) и визуализации строительных объектов (б)

Проектные организации строительной отрасли в 46 % случаев для создания строительных чертежей используют программную среду AutoCAD. При этом для реалистической визуализации они предпочитают использовать другие пакеты.

AutoCAD обладает многообразием возможностей и постоянно развивается. Преемственность является одним из преимуществ этой программы. На базе AutoCAD были разработаны программные продукты для интеллектуального проектирования в различных областях: AutoCAD Revit Architecture — для архитектурно-строительного проектирования; AutoCAD MEP — для проектирования инженерных систем зданий и сооружений; AutoCAD Civil 3D — для про-

ектирования транспортных сетей, природоохранных сооружений и решений по землеустройству; Autodesk Inventor — для автоматизации проектирования в машиностроении.

AutoCAD уникален по настраиваемости, так как, не считая языка команд, имеет два встроенных языка программирования: AutoLISP и VisualBasic. В силу этих специфических особенностей AutoCAD дает возможность создавать любые приложения, связанные с графической реализацией.

Работа полностью в программе AutoCAD могла бы значительно облегчить механизм поэтапного редактирования проекта с параллельной визуализацией промежуточных результатов. Постоянное отслеживание изменений в картине освещенности позволит найти оптимальное с точки зрения эстетики, инсоляции и эргономики решение по планировке и вписыванию здания или сооружения в окружающую среду.

Получение фотореалистической визуализации в системе AutoCAD основывается на значительном подготовительном этапе. Если пропустить его, то результат визуализации даст результат, похожий на простое тонирование с визуальным стилем «реалистичный».

Для настройки освещения и выполнения реалистической визуализации моделей проектируемых строительных объектов автором было разработано компьютерное приложение [4].

Приложение создано на алгоритмическом языке Visual BASIC for Applications (VBA). Средой разработки служит встроенный в AutoCAD редактор VBA, или редактор Visual Studio. Такие приложения могут использоваться как самостоятельные программы, или в системе AutoCAD непосредственно из текущего чертежа [5].

Имеющийся в AutoCAD способ формирования солнечного и рассеянного освещения обладает недостатками. Обеспечение удовлетворительного освещения достигается использованием инструмента «Солнце» для основного освещения и инструмента «Небесное освещение» для рассеянного и отраженного освещения. Настройка солнечного освещения предполагает создание именованного вида с фоном «Солнце и небо» и подключением небесного освещения, настройку географического положения модели, установки даты и времени визуализации, настройку параметров солнца и неба и дополнительных параметров визуализации [б]. Визуализация с применением солнечного и небесного освещения и с корректными настройками получится несколько дымчатой, сероватой. Времени на процесс визуализации затрачивается в несколько раз больше, чем при имитации солнечного освещения с использованием пользовательских источников света (ИС). Другим недостатком солнечного освещения в AutoCAD является невозможность использования фотографии в качестве фона. Фоном уже является «Солнце и небо», что необходимо для включения рассеянного «небесного» освещения.

Для замены солнечного освещения в AutoCAD присутствует ИС типа «Удаленный». Лучи от него параллельны, форма теней повторяет форму теней от солнца [7]. К тому же установка удаленного ИС не требует расчета расстояния до объекта, что немаловажно, так как не предъявляет никаких условий к масштабу модели. Чтобы установить удаленный ИС нужно знать только

направление светового потока. У удаленных источников AutoCAD имеется существенный недостаток — мягкие тени формируются только методом теневых карт [8]. Это означает, что граница теней хоть и размыта, но является приблизительной, геометрически неточной. Возможны проявления алиасинга. Поэтому в разработанной программе удаленный ИС был заменен на точечный ИС. Причем для экономии компьютерных ресурсов и времени был выбран точечный направленный ИС.

Отраженное освещение в программе формируется методом кругового освещения (рис. 3). Вокруг модели размещаются 10 направленных точечных ИС с очень малой интенсивностью на высоте, порядка трех максимальных высот модели [9]. В сумме значение интенсивности всех вспомогательных ИС не превышает интенсивности основного источника. Свет от них окрашен в голубой цвет — цвет неба. Тени от этих источников сделаны мягкими текстурными. Такие тени создадут на земле вокруг объекта легкое дымчатое облачко, имитирующее тень от рассеянного в атмосфере света.

Рис. 3. Схема расположения вспомогательных ИС

Перед началом работы приложения следует запустить AutoCAD, открыть файл с готовой сформированной трехмерной твердотельной моделью строительных объектов, загрузить приложение. Затем, следует установить оптимальный вид и запустить программу на выполнение.

Пользователь должен в открывшемся модальном окне выбрать желаемый месяц года и время суток для визуализации. Затем, в ответ на запрос программы непосредственно на экране указать направление на север относительно центра композиции. После обработки программой полученной информации производится автоматическая настройка основного и рассеянного освещения и осуществляется визуализация сцены.

По окончании работы приложения на экране появится запрос на удаление созданных ИС. При необходимости продолжения работы по получению реалистичного изображения следует отказаться от удаления созданных ИС и продолжить работу над проектом: поработать над материалами, подложить фоновую фотографию и т.д. Созданное программой освещение остается в сцене и не нуждается в повторной настройке. Визуализацию рекомендуется повторно запускать в ручном режиме по кнопке «Визуализировать».

Полученное изображение (рис. 4) следует записать в одном из растровых форматов и использовать его в дальнейшем в организационно-технологической документации (ОТД), презентациях, для корректировки архитектурного решения.

Рис. 4. Визуализация процесса укладки плиты перекрытия

1. Лапидус А.А., Теличенко В.И. Информационное моделирование технологий и бизнес-процессов в строительстве : монография. М. : Изд-во АСВ, 2008.

2. Колесникова Е.Б., Синенко С.А. Технология виртуальной реальности в отображении строительного генерального плана при возведении объекта // Промышленное и гражданское строительство. 2012. № 11. С. 44—46.

3. Лебедева И.М., Синенко С.А. Проблемы реалистической визуализации организационно-технологических решений в среде AutoCAD // Вестник МГСУ 2011. № 8. Т. 2. С. 451—458.

4. Лебедева И.М., Синенко С.А. Алгоритм программы визуализации проектных решений в среде AutoCAD // Технология и организация строительного производства. 2012. № 1(1). С. 43—46.

5. Полещук Н.Н. AutoCAD Разработка приложений, настройка и адаптация. СПб. : БХВ-Петербург, 2006.

6. Климачева Т.Н. Трехмерная компьютерная графика и автоматизация проектирования на VBA в AutoCAD. M. : Пресс, 2008. 464 с.

7. Зацепин П.М. Автоматизированная система проектирования контроля объектов строительства // Промышленное и гражданское строительство. 2009. № 6. С. 60.

8. Педерсен Матиас. Технология и методы освещения. Режим доступа: http://b3d. mezon.ru/index.php/Chapter_11.1:_Lighting_Discussion. Дата обращения: 03.04.2012.

9. Роджерс Д., Адамс Дж. Математические основы машинной графики. 2-е изд., доп., перераб. М. : Мир, 2001.

Поступила в редакцию в декабре 2013 г.

Об авторе: Лебедева Ирина Михайловна — доцент кафедры начертательной геометрии и графики, Московский государственный строительный университет

(ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8(499)183-24-83, grafika@mgsu.ru.

Для цитирования: Лебедева И.М. Использование AutoCAD для повышения наглядности организационно-технологического проектирования // Вестник МГСУ. 2014. № 1. С. 202—208.

USING AUTOCAD TO IMPROVE THE VISIBILITY OF THE ORGANIZATIONAL TECHNOLOGICAL DESIGN

Key words: realistic visualization, ambient lighting, solar lighting, a remote light source, lightning point source, AutoCAD, soft shadows, computer graphics, organizational and technological design.

1. Lapidus A.A., Telichenko V.I. Informatsionnoe modelirovanie tekhnologiy i biznes-protsessov v stroitel’stve: monografiya [Information Modeling of Technology and Business Processes in Construction. Monograph]. Moscow, ASV Publ., 2008.

2. Kolesnikova E.B., Sinenko S.A. Tekhnologiya virtual’noy real’nosti v otobrazhenii stroitel’nogo general’nogo plana pri vozvedenii ob»ekta [Technology of Virtual Reality in Presentation of General Lay-out in the Process of Building an Object]. Promyshlennoe i grazh-danskoe stroitel’stvo [Industrial and Civil Engineering]. 2012, no. 11, pp. 44—46.

3. Lebedeva I.M., Sinenko S.A. Problemy realisticheskoy vizualizatsii organizatsionno-tekhnologicheskikh resheniy v srede AutoCAD [The Problems of Realistic Visualization of the Organizational and Technological Solutions in AutoCAD]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2011, no. 8, vol. 2, pp. 451—458.

4. Lebedeva I.M., Sinenko S.A. Algoritm programmy vizualizatsii proektnykh resheniy v srede AUTOCAD [Algorithm of Visualization Software of Design Decisions in AUTOCAD]. Tekhnologiya i organizatsiya stroitel’nogo proizvodstva [Technology and Organization of Construction Industry]. 2012, no. 1(1), pp. 43—46.

5. Poleshchuk N.N. AutoCAD Razrabotka prilozheniy, nastroyka i adaptatsiya [AutoCAD: Application Development, Customization and Adaptation]. Saint Petersburg, BKhV-Pe-terburg Publ., 2006.

6. Klimacheva T.N. Trekhmernaya komp’yuternaya grafika i avtomatizatsiya proek-tirovaniya na VBA v AutoCAD [3D Computer Graphics and Computer-aided Design on VBA in AutoCAD]. Moscow, Press, 2008, 464 p.

7. Zatsepin P.M. Avtomatizirovannaya sistema proektirovaniya kontrolya ob»ektov stroitel’stva [Automated System of Control of Construction Projects Designing]. Promyshlen-noe i grazhdanskoe stroitel’stvo [Industrial and Civil Engineering]. 2009, no. 6, pp. 60.

8. Pedersen Mathias. Tekhnologiya i metody osveshcheniya [Technology and Lighting Techniques]. Available at: http://b3d.mezon.ru/index.php/Chapter_11.1:_Lighting_Discussion. Date of access: 03.04.2012.

9. Rogers D., Adams J. Matematicheskie osnovy mashinnoy grafiki [Mathematical Background of Computer Graphics]. 2nd ed. Moscow, Mir Publ., 2001.

About the author: Lebedeva Irina Mikhailovna — Assistant Professor, Department of Descriptive Geometry and Graphics, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; +7 (499) 183-24-83.

For citation: Lebedeva I.M. Ispol’zovanie AutoCAD dlya povysheniya naglyadnosti or-ganizatsionno-tekhnologicheskogo proektirovaniya [Using AutoCad to Improve the Visibility of the Organizational Technological Design]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2014, no. 1, pp. 202—208.

Мягкое освещение в автокаде это

Мягкое освещение в автокаде это

Мягкое освещение в автокаде это

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Синенко С.А., Лебедева И.М.

Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Синенко С.А., Лебедева И.М.

THE PROBLEMS OF REALISTIC VISUALIZATION FOR ORGANIZATIONAL AND TECHNOLOGICAL SOLUTIONS IN AUTOCAD

Текст научной работы на тему «Проблемы реалистической визуализации организационно-технологических решений в среде AutoCAD»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Лебедева Ирина Михайловна

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Лебедева Ирина Михайловна

Using AutoCAD to improve the visibility of the organizational technological design

Текст научной работы на тему «Использование AutoCAD для повышения наглядности организационно-технологического проектирования»

Добавить комментарий Отменить ответ