Jak děláme vizualizace

Sebastian Trapl
17. 6. 2021

Jak děláme vizualizace…

V architektuře je potřeba klientovi stručně a jasně vysvětlit o čem je celý váš návrh. Klienta stojí spoustu peněz a úsilí nechat si dům postavit, proto je důležité, aby se během designové fáze vyjasnilo, co přesně klient chce a zda architekt splňuje všechny klientovy požadavky. Právě to se dá zvládnout slovy, ale daleko snazší a přesnější je bavit se nad papírem. 

Obrázek č. 1

 

Málokterý člověk bez cvičeného oka se snadno a rychle zorientuje v technických výkresech. Proto vizualizace často zobrazuje návrh v perspektivě běžnému uživateli daleko srozumitelnější. 
Klient tak vidí svůj dům v podstatě v realizovaném stavu. Fasáda, zahrada, všechny materiály na místě. Klasická dvouúběžníková perspektiva, realistické barvy a materiály, trocha světla a klient hned ví, o čem je řeč (viz. Obrázek č. 1).

Nemusí se tak fyzicky nic třikrát předělávat a většina a chyb nejasností je vyřešena již “na papíře,” Tak se v dialogu klienta s architektem zrodí dokonalá verze stavby. Jen tak se může vytvořit něco skutečně na míru, kde pak celá rodina může strávit spokojené dekády. 

Díky pokroku v IT sektoru je stále snazší vytvořit velmi realistický, počítačem generovaný obraz. To se v důsledku projevuje i jako usnadňující prvek pro tvorbu nejen vizualizací, ale hlavně virtuálních videí, průletů a “procházek” ve virtuální realitě. To, co by před pěti lety sotva zvládl počítač za 200 tisíc, dnes zvládne lépe i počítač za 30 tisíc a tak podobně. Díky tomu se i software víc specializuje na virtuální videa. Tyto faktory velmi stručně indikují i budoucí trendy vizualizací. Možná se tak častěji setkáme s video průlety vaším domem, spíš než se statickým snímkem, skicou nebo atmosferickou koláží.
Naše studio v tomto ohledu jde s dobou a tak vytváříme u vybraných projektů kromě statických perspektiv i průletová videa. Vidět je můžete na našem YouTube nebo ve feedu na Instagramu

V tomto krátkém článku jsme se rozhodli stručně představit proces tvorby statických vizualízací i videí. 

Dalo by se jej rozdělit do čtyř fází:

 

 

I.
Designování

První fáze je design a projektování.
Architekt má většinou velkou volnost ohledně základního konceptu stavby. Rozhodují vnější faktory jako dispozice a specifika pozemku (stavět na rovném terénu v Praze je jiné než u potoka ve svahu v podhůří), historický kontext místa a hlavně požadavky klienta. Faktorů, které se zohledňují je mnohem víc, chci teď být ale stručný. Vzniká tak jakýsi dialog mezi námi a klientem. Udělá se návrh, klient řekne co chce jinak, my to opravíme, on reaguje a tak pořád dokola. Tady se právě rozhoduje, kde bude jaký vchod, zdali terasa bude mít šestimetrová okna na jižní straně a také zda se víc hodí lamely udělat z modřínu nebo jen z dubu.
Pomalu se tak vycizeluje verze projektu, s kterou se začne počítat jako s verí finální. Garantuji vám, že i tato verze se v průběhu času mění a upravuje, podle současných podmínek. Někdy do toho vstoupí úřady, jindy rozpočet. Někdy se nám prostě jen starší verze přestane s odstupem líbit a tak se rozhodneme ji předělat. 

II.
Modelování

Vizualizace se většinou vytváří v rámci studie – tedy v ještě relativně fluidní verzi projektu. Každá zeď se může za týden změnit a je tak důležité být připravený na to se přizpůsobit. Když svému dědovi vysvětluji v čem spočívá moje práce, používám tuto paralelu:
Představte si, že na papíře máte návrh stavby. Plány pater, řezy, materiálová řešení… Vedle toho si na stole můžete stavět model domu z lega. Máte v tom relativně úplnou volnost. Já v podstatě v počítači stavím tento model z lega. Vymodeluji si tam zdi, stropy, povrchy, terén a všechno co tato “scéna” vyžaduje. (viz. Obrázek č. 2)

U nás ve studiu používáme převážně Blender 3D, což je program právě na 3D modelování. Paradoxně stejný program se dá použít i na vytváření animovaných filmů, figurek do her a mnoho dalšího. Existují konkurenční programy jako SketchUp, Maya, Cinema 4D, Rhino nebo 3DS Max. Během své praxe se však vždycky setkávám s málo rozdíly mezi nimi a Blenderem. A protože je Blender na rozdíl od ostatních programů zadarmo a má extrémně aktivní fanouškovskou základnu, nemůžeme si Blender vynachválit. 

Když je všechno potřebné hotovo ve fázi modelování a stavba má na dveřích kliky, můžeme začít náš model z lega barvit tak, jak potřebujeme. 

Obrázek č. 2

III.
Texturování a příprava scény

Scénu po modelování musíme nějak dotvořit. Musíme dát objektům barvu (materiál) a přidat komplexnější objekty jako stromy, trávu nebo záclony. Neméně důležitá je i kompozice scény, tedy rozložení hmot ve výsledném obrazu.
U texturování a přidávání materiálů jde čistě o to, aby se jedna digitální krychle tvářila jako že je ze dřeva a druhá jako že ze skla. Ve zkratce – na jednu z nich se “nanese” materiál dřeva a na druhou “sklo,” Software pak už ví, co dělá na světle dřevo a co zase sklo. V Blenderu používáme Render Engine “Cycles” což je prostě metoda, jak má počítač počítat světelné odrazy a chování povrchů ve 3D scéně. Takže když se vrátíme k modelu z Lega, jen vezmeme noční lampičku, dáme ji vedle modelu na stůl a zkoušíme co na modelu dělá toto světlo a tento materiál. Všechno se dá samozřejmě zkoušet velmi rychle a tak se dá celkem jednoduše nastavit a přiřadit materiál každé části modelu. (viz. video č. 1)

Máme tedy “fyzický” aspekt (v uvozovkách, protože mi přijde absurdní něco v digitálním 3D modelu zvát slovem “fyzický”) což jsou hmoty jako zdi, stoly, židle, lampy, křesla, příbory, stromy… Tyto objekty mají předepsané vlastnosti jako je materiál, barva, odrazivost, hrubost a tak dále. Snažím se nezabíhat příliš do detailů, ale v Blenderu by to rozhodně šlo velmi snadno. 

 

V této fázi se také snadno změní rozložení předmětů. Kompozice je důležitější než barevnost. Scéna se musí líbit, musí být promyšlená a ideálně i sdělovat něco o funkci a konceptu místa. Kolikrát je lepší zabrat zblízka detailnější a menší část prostoru, než se snažit pojmout do snímku všechno. 
Když je model postavený, zdi nabarvené a lampička svítí z ideálního úhlu, vezmeme do ruky foťák, stoupnem si z té správné strany a model vyfotíme. To v realitě jde snadno, ale jak se to děje ve virtuálním prostoru na bázi jedniček a nul a křemíkových čipů?

 

Video č. 1

 

IV.
Render a post-processing

Když lampičkou posvítíme na bílou legovou zeď, odrazí se nám žluté světlo lampičky na stůl lehce světlejší, protože po cestě potkalo bílou zeď.

Než světlo lidem dopadne na sítnici, odráží se od nesmírného množství předmětů, materiálů, barev, molekul vzduchu, ztratí jas, když ho nějaká barva pohltí, změní délku a rozptýlí do všech směrů, když projde vodou a tak dále. Lidé jsou tak geniální, že tyto vlastnosti světla a materiálů fyzických předmětů popsali, zanalyzovali a zparametrizovali. díky tomu, můžeme udělat relativně přesný “simulátor světla,”  Takovou virtuální světelnou komoru.
Rendering (vykreslování) simuluje tentýž proces, jen s virtuálními parametry. 
Tento proces trvá velmi dlouho. Než počítač vykreslí obrázek virtuálního interiéru musí spočítat všechny proměnné. Prostě si tam představí světelný zdroj a spočítá jak z něj jde světlo do objektivu virtuální kamery. Tak snadné a přitom složité to je. Vysvětluji to jen proto, abych poukázal na to jak úžasné a náročné “renderování” je. 
Pokud máme jednu barvu světla o určité intenzitě, odrazí se nám jednou o rovnou bílou zeď a nás zajímá v jakém stavu světlo doletí do kamery (tedy jak to celé uvidíme my), nejedná se o příliš složitou rovnici. S tím doufám souhlasíte. 
Teď si představte složitější scénu (viz. obrázek 2) 
Kolik ploch, které světlo odráží a tudíž je počítač musí zakalkulovat vidíte? Kolik vstupů pro sluneční paprsky tam je (HDRI – tedy světelný zdroj oblohy, je navíc komplexní 360° fotka nějakého místa)? Kolik různých materiálů, kolik odrazů tak musí proběhnout? Chápete kam mířím? Jeden takový snímek trvá tímto druhem renderování (Light path tracing rendering) klidně i několik hodin. 
Hotový produkt po takovém času ale stojí za to. Máme plně realistické světlo, barevnost a míchání barev. Pokud je scéna chytře postavena, výsledek je opravdu krásný. 

Následně se vytvořený CGI obraz upraví pomocí programů jako je například Photoshop. Tím se už jen finálně doladí barevnost, expozice, saturace a další náležitosti, jež má. Z relativně plochého snímku se tak může stát barevně vyvážený, zajímavý výtvor, který diváka na pohled baví.

 

 

 

V.
Video

Video je sekvence statických snímků. Lidské oko už při 24 snímcích za vteřinu vidí spojitý pohyb. Prostě jak fungujeme. 

Aby bylo možné z 3D programu dostat video, musí tedy vyrendrovat aspoň 24 snímků na každou vteřinu délky videa. Teď si uvědomte tuto informaci v kontextu s časem rendrování. Jak jsem už zmínil, jeden snímek může trvat klidne hodiny. Zkusme tedy jak dlouho by trvalo vyrendrovat minutové video. 60 sekund je 24×60 snímků. To je 1440 snímků. Pokud bychom měli hodně výkonný počítač (cena 100 tisíc Kč a výš) a štěstí, že scéna není zase tak náročná, můžeme se dostat i na 15 minut na snímek (FullHD). To je 360 hodin (15 dnů !!!) času na minutové video! to se opravdu nevyplatí. 
Proto (a hlavně kvůli hernímu průmyslu, kde vteřiny rozhodují) vzniklo takzvané “Physically based rendering,” které je značně rychlejší. Používá ho například program Lumion, který je na architekturu velmi dobře optimalizovaný. V Lumionu se nemodeluje, pouze se skládá dohromady celá scéna. (viz video 2) Vezmete už hotové objekty, zdi a tvary a z nich složíte celou scénu. Jde tedy v podstatě o fázi III. a IV. 

Video č. 2

 

Aplikujete materiály a jednotlivé prvky a dáte celý výtvor rendrovat. Díky výpočtu založeném na vlastnostech již v materiálech (materiály automaticky obsahují například odrazivou informaci – tedy to jak moc se na určitém světle leskou) razantně zkrátíme čas rendrování a minutové video nám nezabere víc než 48 hodin. V lumionu už vám “nelítají světelné paprsky a neodráží se od všech předmětů sem a tam až dolétnou do kamery. Tato metoda krom mnoha výhod obnáší i nevýhody jako například jiné světlo ve finálních vizualizacích a trochu horší míchání a slučování barev (objekty mají někdy tendenci vystupovat z celkového obrazu). 

Rozdíl těchto dvou metod můžete snadno srovnat na projektu rodinného domu ve Vlastějovicích. Dan o něm mimochodem napsal krásný článek)