CC BY
96
ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОМЕТРИЯ И КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА
УДК 658.51
И.М. Лебедева
ФГБОУВПО «МГСУ»
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ AUTOCAD ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НАГЛЯДНОСТИ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
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.
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
VESTNIK
MGSU
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.
Autodesk
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 [6]. 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
MGSU
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».
Т
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
Библиографический список
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.
VESTNIK
MGSU
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, [email protected].
Для цитирования: Лебедева И.М. Использование AutoCAD для повышения наглядности организационно-технологического проектирования // Вестник МГСУ. 2014. № 1. С. 202—208.
I.M. Lebedeva
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.
Key words: realistic visualization, ambient lighting, solar lighting, a remote light source, lightning point source, AutoCAD, soft shadows, computer graphics, organizational and technological design.
References
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.
