CC BY
54
^ ОБЩЕТЕХНИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ
УДК 514.182.3
Т. Ю. Сафонова, А. Н. Зубков
ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ПЕРСПЕКТИВЫ ОБЪЕКТА НА НАКЛОННОЙ И ВЕРТИКАЛЬНОЙ КАРТИНАХ
Дата поступления: 21.12.2018 Решение о публикации: 15.01.2019
Аннотация
Цель: Продемонстрировать практическое применение технологий ЭБ-моделирования для проверки композиционных достоинств задуманного архитектурного сооружения. Методы: Использованы методы компьютерного моделирования, анализ данных, способы оптимизационного проектирования - в реализации трех взаимосвязанных этапов. На первом этапе создана трехмерная модель строительного объекта с соблюдением нормативных требований, на втором этапе проанализированы особенности построения перспективных проекций и предложена их классификация, на третьем этапе эта конструктивная система подверглась более детальному моделированию с учетом особенностей перспективных проекций. Результаты: Принимая во внимание рациональные критерии, в частности высоту горизонта и число фокусов, были созданы перспективные проекции модели в программе AutodeskRevitArchitecture. Практическая значимость: Возможность и удобство применения перспективных проекций моделей при проектировании и реконструкции строительных объектов железных дорог для определения соответствия окончательного результата первоначальному композиционному замыслу. Статья может быть интересна инженерам-строителям, а также студентам и аспирантам, изучающим технологию строительства промышленных и гражданских зданий, железных дорог, мостов и транспортных тоннелей.
Ключевые слова: Перспектива, картинная плоскость, линия горизонта, точка зрения, фокус.
Tat'yana Yu. Safonova, chief teacher, tusafonova@list.ru; Anatoliy N. Zubkov, student, azubkov@ my.com (Emperor Alexander I Petersburg State Transport University) SPECIFIC FEATURES OF BUILDING OBJECT PERSPECTIVE IN SLANTED AND VERTICAL PICTURES. DOI: 10.20295/1815-588X-2019-1-149-156
Summary
Objective: To demonstrate practical application of 3D-modelling technologies to check composition advantages of an intended architectural object. Methods: Methods of computer simulation, data analysis and optimization design were applied in implementation of three interrelated stages. At the first stage, a 3D-model of a construction object was created according to regulatory requirements. At the second stage, specific features of perspective projections were analysed, and a classification of these features was proposed. At the third stage, this structural system was being modelled in more detail, taking into consideration specific features of perspective projections. Results: Perspective model projections were created in the AutodeskRevitArchitecture program with due regard to rational criteria including the height of horizon and the number of focuses. Practical importance: The possibility and convenience of application of 3D-model perspective projections in design and reconstruction of railway construction
objects for matching final results with initial composition incentives. The article may be interesting for civil engineers, as well as for students and postgraduates studying the technology of construction of industrial and civil buildings, construction of railways, bridges and transport tunnels.
Keywords: Perspective, picture plane, horizon line, vantage point, focus.
Введение
Архитектурный проект, выполненный в системе Revit, позволяет определить, какой результат будет получен в натуре и в какой мере он будет соответствовать первоначальному композиционному замыслу.
Среди различных способов выявления художественных достоинств архитектурного проекта и ожидаемого зрительного восприятия будущего сооружения наиболее простым способом является построение перспективного изображения. Одно из определений перспективы сформулировано А. Я. Зметным: «Перспектива есть наука, дающая теоретически обоснованные правила и приемы построения предмета в том виде, в каком он представляется нашему глазу при непосредственном рассматривании его в пространстве» [1, с. 6]. Перспективой принято называть также и собственно само изображение (условную форму), построенную по законам и правилам перспективы.
Приступая к изложению последовательности построения перспективной проекции модели (ППМ) в Revit, обратим внимание на то, что в повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с перспективными изображениями на плоскости: в частности, к ним относятся фотографии. Обзор фотографий Пе-
тербургского государственного университета путей сообщения (рис. 1) свидетельствует о том, что высотные доминанты зданий изображаются наклоненными друг к другу, чего, конечно же, нет на самом деле. Как определить натуральные размеры объекта с имеющегося фотоснимка? Ответ на такой вопрос освещен в работе Н. Б. Шкиневой [2]. Как рассчитать эффект перспективы? В настоящей работе постараемся на это ответить.
Известно, что геометрической основой перспективы является метод центрального проецирования. Из известных сейчас определений перспективы следует, что взаимное положение центра проекций (точки зрения), объекта и плоскости проекций должно удовлетворять определенным условиям, при которых изображение предмета было бы наиболее близким к его зрительному восприятию в натуре. В общем случае при построении перспективы положение плоскости проекций в пространстве может быть произвольным, в частном случае - вертикальным. В практике архитектурного проектирования в подавляющем большинстве применяется вертикальная плоскость проекций (в дальнейшем - картина). Это обусловлено достаточно полно разработанной методикой построений [3-14], сравнительной их простотой и в известной мере
Рис. 1. Фотографии ПГУПС: а - ректорский (полуциркульный) корпус; б - Дворец физической культуры
сложившейся традицией. Однако перспективы на вертикальной картине обладают некоторыми существенными недостатками, к главному относится наличие значительных искажений в передаче видимых форм.
В значительной мере отмеченные искажения устраняются в перспективе на наклонной картине. Явление схода в одну точку вертикальных линий обусловлено тем, что они при наклонной картине уже не параллельны ей и, следовательно, подчиняются в данном случае закону о точках схода перспектив параллельных прямых, наклонных к картине [3]. Несовершенство линейных перспектив на вертикальной картине и необходимость широкого внедрения в проектную практику перспектив на наклонной картине неоднократно отмечались в работах геометров и архитекторов: А. Я. Зметного [1], А. П. Барышникова [15], М. В. Федорова, Ю. И. Короева [16], А. Г. Кли-мухина [8], И. А. Шерешевского [17] и др.
Цель настоящей работы - технология формирования ППМ (рис. 2) на вертикальную и наклонную картины в системе Revit.
3. Щелчок мышью в области рисования размещает камеру. Согласно способу архитекторов, пользователь задает точку стояния S. Для более точной фиксации точек в области рисования возможно применение сетки активной рабочей плоскости. На Ленте выберем вкладку «Главная» ^ панель «Рабочая плоскость» ^ раскрывающаяся панель «Рабочая плоскость» ^ «Задать». Расстояние ее от модели выбирается таким образом, чтобы угол обзора а (угол активного зрения) был в пределах 28-30°. В Revit же наличествует величина 50 ° для угла активного зрения (рис. 3, а, б).
Рис. 2. 3Б-вид модели (аксонометрическая проекция)
Последовательность построения ППМ [17]
1. На панели «Диспетчер проектов» откроем вид (начнем построение ППМ с вида в плане).
2. На Ленте выберем вкладку «Вид» ^ панель «Создание» ^ раскрывающийся список «3Б вид» ^ «Камера».
Рис. 3. Выбор точки зрения и положения картины: а - одна из стен модели параллельна плоскости картины (частный случай); б - расположение модели в случайном положении к плоскости картины
4. Повторный щелчок мышью в области рисования фиксирует главную точку картины Р (точку пересечения главного луча с картин-
а
б
ной плоскостью). Перпендикулярно главному лучу зрения определяется основание картинной плоскости к .
п
5. Система автоматически переходит на вертикальную картину с изображением ППМ.
Первая особенность построения ППМ (число фокусов)
Линейная перспектива, рассчитанная на фиксированную точку зрения и предполагающая точку (точки) схода лучей (фокус) на линии горизонта, включает следующие виды: фронтальная перспектива - вид, расположение какой-либо фигуры, объема, композиции перпендикулярно главному лучу зрения, прямо спереди, то же, что анфас;
угловая перспектива - вид с угла, восприятие здания не фронтально (спереди) или сбоку (с бокового фасада), а под определенным углом (спереди и сбоку).
Фронтальная перспектива (рис. 4, а), полученная при вертикальном положении картины в плане, приведенном на рис. 3, а, подразуме-
вает наличие одной точки схода лучей (фокуса). Для этой ППМ все параллельные линии, идущие под прямым углом к картине, сходятся в фокусе, лежащем на линии горизонта. Все параллельные между собой линии, расположенные параллельно картине, не имеют точек схода.
Угловая перспектива (рис. 4, б), полученная при вертикальном положении картины в плане, представленном на рис. 3, б, подразумевает наличие двух точек схода лучей (фокусов).
Вторая особенность построения ППМ
Следующей (второй для настоящей работы) особенностью построения ППМ является высота линии горизонта Н (рис. 5).
Перспективу с высоким горизонтом (Н = = 25-100 м и более), когда наблюдатель рассматривает модель с возвышенной точки зрения, например с холма или соседнего здания (рис. 5, а), применяют при изображении городских кварталов, поселков, сооружений
и т. д. Перспектива с нормальной высотой горизонта, равной высоте человеческого роста (к = = 1,6-2 м), показана на рис. 5, б. Перспектива с линией горизонта, совпадающей с основанием картины (рис. 5, в), может быть получена, если предположить, что наблюдатель лежит на земле (к такой перспективе прибегают очень редко).
Перспектива с низким горизонтом (рис. 5, г) применяется при изображении зданий, расположенных на горе, берегу реки или моря, т. е. в случаях, когда наблюдатель находится много ниже изображаемых объектов. Перспективу с линией горизонта, расположенной посредине высоты модели (рис. 5, д), использовать не рекомендуется, так как создается монотонность изображения.
Третья особенность построения ППМ
Как было выше отмечено, характерная особенность ППМ - наличие точки (точек) схода
лучей. Вертикальный вид положения картины (рис. 5), а также горизонтальный являются частными случаями. Главнейшее преимущество перспективы на наклонной картине заключается в том, что она базируется на общем случае центрального проецирования. Обратимся теперь к линейной перспективе, рассчитанной на фиксированную точку зрения и предполагающей три точки схода лучей.
В действительности (см. рис. 1) существует явление кажущегося перспективного сокращения размеров всех предметов по мере их удаления от наблюдателя в любом направлении (а не только в глубину). Перспективы на наклонной плоскости имеют третью точку схода - точку схода перспектив вертикальных прямых. Ее наличие обусловлено сокращением размеров изображаемых элементов по вертикали и горизонтали с изменением высоты их положения. При этом картинная плоскость наклонена на наблюдателя, если линия горизонта находится низко, и, наоборот, от наблюдателя, если линия горизонта находится высоко (рис. 6) [16].
Рис. 6. Алгоритм построения перспективы объекта с тремя точками схода: а - ортогональные проекции модели; б - ППМ на наклонной картине
Редактирование ППМ
В системе Revit имеется ряд возможностей для редактирования ППМ.
1. Допустим, требуется построить точно такую же ППМ (по умолчанию система предлагает пользователю вертикальную картину и нормальную высоту горизонта (1750)), только линию горизонта нужно установить уже на другой высоте. Для этого на панели «Свойства» выберем такие действия:
1) изменим высоту в ячейке «Высота глаза наблюдателя»;
2) изменим высоту в ячейке «Высота точки цели» (необходимое условие: оба параметра должны иметь одинаковое значение);
3) нажмем «Применить».
2. Преобразование ППМ на вертикальной картине в ППМ на наклонной картине продолжим, изменяя параметры в указанных выше ячейках. Отметим, что «Высота глаза наблюдателя» характеризует в Revit высоту горизонта ППМ, а «Высота точки цели» - превышение между высотами глаза наблюдателя и третьей точкой схода F3 для вертикальных прямых. Причем чем больше эта величина, тем сильнее картинная плоскость наклонена к наблюдателю или же отклонена от него (рис. 6).
3. Наглядность и выразительность ППМ зависит от правильности выбора положения картины и точки зрения [2]. Перетаскивание камеры в Revit дает возможность показать те или иные достоинства архитектурного объекта, а также скрыть те или иные его недостатки. Для этого выполним следующие действия:
1) на панели «Диспетчер проектов» выделим 3D вид 1;
2) в области рисования выделим рамку границы подрезки;
3) на панели «Диспетчер проектов» откроем план этажа;
4) система автоматически перейдет на план этажа с установленной камерой;
5) зажатой левой кнопкой мыши перетянем камеру на новое место.
Использование фронтальных проекций (фасадов и разрезов) для построения ППМ
1. На панели «Диспетчер проектов» откроем вид «Фасад» («Разрез»).
2. На Ленте выберем вкладку «Вид» ^ панель «Создание» ^ раскрывающийся список «3D вид» ^ «Камера».
3. Щелчок мышью в области рисования размещает камеру. Пользователь располагает возможностью зафиксировать высоту горизонта h.
4. Повторный щелчок мышью в области рисования фиксирует главную точку картины P. Перпендикулярно главному лучу зрения определяется основание картинной плоскости к .
5. Система автоматически переходит на картинную плоскость с изображением ППМ:
- в одном случае это фронтальная перспектива на вертикальной картине с одним фокусом схода лучей (если направление главного луча зрения параллельно горизонтальным прямым на выделенном фасаде);
- в другом случае - фронтальная перспектива на наклонной картине с двумя фокусами схода лучей (если направление главного луча зрения не параллельно горизонтальным прямым на выделенном фасаде).
Заключение
Инструментарий работы с ППМ не только обеспечивает быстрое их построение, но и позволяет выявить художественные достоинства архитектурного проекта. Технология формирования перспективы объекта, реализованная в системе Revit (см. [18]), дает возможность моделировать любые креативные дизайнерские решения в строительстве.
Библиографический список
1. Зметный А. Я. Линейная перспектива на наклонной плоскости / А. Я. Зметный. - Л. : Стройиз-дат, 1968. - 202 с.
2. Шкинева Н. Б. Основы реконструкции перспективы и архивного фотоснимка / Н. Б. Шкинева. - М. : Инфра-М, 2017. - 64 с.
3. Марфельд Р. Р. Построение архитектурных перспектив / Р. Р. Марфельд. - М. ; Л. : Гос. изд-во, 1930. - 200 с.
4. Разов Д. В. Методы построения перспектив в архитектуре / Д. В. Разов. - М. ; Л. : Госстройиздат, 1939. - 121 с.
5. Дейнеко В. Ф. Теория перспективы / В. Ф. Дей-неко. - М. : Геодезиздат, 1949. - 85 с.
6. Тимрот Е. С. Построение архитектурных перспектив на плоскости / Е. С. Тимрот. - М. : Изд-во по строительству и архитектуре, 1957. -148 с.
7. Владимирский Г. А. Перспектива / Г. А. Владимирский. - М. : Учпедгиз, 1958. - 121 с.
8. Климухин А. Г. Тени и перспектива / А. Г. Кли-мухин. - М. : Стройиздат, 1967. - 200 с.
9. Петерсон В. Е. Перспектива / В. Е. Петерсон. -М. : Искусство, 1970. - 183 с.
10. Соловьев С. А. Перспектива / С. А. Соловьев. - М. : Просвещение, 1981. - 143 с.
11. Раушенбах Б. В. Системы перспективы в изобразительном искусстве. Общая теория перспективы / Б. В. Раушенбах. - М. : Наука, 1986. - 256 с.
12. Тарасов Б. Ф. Методы изображения в транспортном строительстве / Б. Ф. Тарасов. - Л. : Строй-издат, 1987. - 248 с.
13. Макарова М. Н. Перспектива / М. Н. Макарова. - М. : Просвещение, 1989. - 191 с.
14. Норлинг Э. Объемный рисунок и перспектива / Э. Норлинг ; пер. с англ. М. Авдониной. - М. : Эксмо, 2004. - 160 с.
15. Барышников А. П. Перспектива / А. П. Барышников. - М. ; Л. : Искусство, 1949. - 126 с.
16. Короев Ю. И. Архитектура и особенности зрительного восприятия / Ю. И. Короев, М. В. Федоров. - М. : Гос. изд-во лит. по строительству и архитектуре, 1954. - 136 с.
17. Шерешевский И. А. Построение изображений методом перспективных координат / И. А. Ше-решевский. - М. ; Л. : Госстройиздат, 1957. - 61 с.
18. Мовчан Д. А. Технология BIM для архитекторов : AutodeskRevitArchitecture 2010 : офиц. учеб. курс / Д. А. Мовчан. - М. : ДМК Пресс, 2010. -600 с.
References
1. Zmetnyi A. Ya. Lineinaiaperspektiva na naklon-noi ploskosti [Linear perspective in slanted ^plane]. Leningrad, Stroiizdat Publ., 1968, 202 p. (In Russian)
2. Shkineva N. B. Osnovy rekonstruktsii perspek-tivy i arkhivnogo fotosnimka [Basic concepts in reconstruction ofperspective and archival photo]. Moscow, Infra-M Publ., 2017, 64 p. (In Russian)
3. Marfel'd R. R. Postroenie arkhitekturnykh per-spektiv [Constructing architectural perspectives]. Moscow and Leningrad, Gosizdat, 1930, 200 p. (In Russian)
4. Razov D. V. Metody postroeniia perspektiv v arkhitekture [Methods for constructing perspectives in architecture]. Moscow and Leningrad, Gosstroiizdat Publ., 1939, 121 p. (In Russian)
5. Deineko V. F. Teoriiaperspektivy [Theory of perspective]. Moscow, Geodezizdat Publ., 1949, 85 p.
6. Timrot E. S. Postroenie arkhitekturnykhperspek-tiv na ploskosti [Constructing architectural perspectives on a plane]. Moscow, Izdatel'stvo po stroitel'stvu i arkhitekture, 1957, 148 p. (In Russian)
7. Vladimirskii G. A. Perspektiva [Perspective]. Moscow, Uchpedgiz Publ., 1958, 121 p. (In Russian)
8. Klimukhin A. G. Teni iperspektiva [Shadows and perspective]. Moscow, Stroiizdat Publ., 1967, 200 p. (In Russian)
9. Peterson V. E. Perspektiva [Perspective]. Moscow, Iskusstvo Publ., 1970, 183 p. (In Russian)
10. Solov'ev S. A. Perspektiva [Perspective]. Moscow, Prosveshchenie Publ., 1981, 143 p. (In Russian)
11. Raushenbakh B. V. Sistemy perspektivy v izobrazitel'nom iskusstve. Obshchaia teoriia perspektivy [Perspective systems in figurative arts. General theory of perspective]. Moscow, Nauka Publ., 1986, 256 p. (In Russian).
12. Tarasov B. F. Metody izobrazheniia v trans-portnom stroitel'stve [Image methods in transport construction]. Leningrad, Stroiizdat Publ., 1987, 248 p. (In Russian)
13. Makarova M. N. Perspektiva [Perspective]. Moscow, Prosveshchenie Publ., 1989, 191 p. (In Russian).
14. Norling E. Ob'emnyi rusinok iperspekiva [Perspective made easy]. Tr. from angl. M. Avdonina. Moscow, Eksmo Publ., 2004, 160 p. (In Russian)
15. Baryshnikov A. P. Perspektiva [Perspective]. Moscow and Leningrad, Iskusstvo Publ., 1949, 126 p. (In Russian)
16. Koroev Yu. I. & Fedorov M. V. Arkhitektura i osobennosti zritel'nogo vospriiatiia [Architecture and the specifics of visual perception]. Moscow, Izdatel'stvo po stroitel'stvu i arkhitekture Publ., 1954, 136 p. (In Russian)
17. Shereshevskii I. A. Postroenie izobrazhenii metodom perspektivnykh koordinat [Imaging by perspective co-ordinates method]. Moscow and Leningrad, Gosstroiizdat Publ., 1957, 61 p. (In Russian)
18. Movchan D. A. Tekhnologiia BIM dlia arkhitek-torov: AutodeskRevitArchitecture 2010 [BIMtechnology for architects: AutodeskRevitArchitecture 2010]. Moscow, DMK Press Publ., 2010, 600 p. (In Russian)
*САФОНОВА Татьяна Юрьевна - старший преподаватель, tusafonova@list.ru; ЗУБКОВ Анатолий Николаевич - студент, azubkov@my.com (Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I).
