CC BY
46
УДК 004.457, 007.51, 001.92
© О.М. Цеханович, В.А. Чекмарева, 2014
О.М. Цеханович, В.А. Чекмарева
ТРЕХМЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ИСТОРИКО-КРАЕВЕДЧЕСКОГО МУЗЕЯ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕГО РЕГИОНА
Работа посвящена трехмерному моделированию и визуализации с помощью программы Blender старообрядческой церкви великомученицы Параскевы Пятницы в деревне Коломино Раменского района московской области, сожженной армией Наполеона в 1812 году.
Ключевые слова: трехмерное моделирование, церковь, Blender, деревня Коломино.
Трехмерное моделирование является актуальным способом визуализации исторического или проектируемого объекта. С помощью визуализации удается представить, как выглядел исторический памятник архитектуры, как будет выглядеть будущее здание.
Целью данной работы является воссоздание образа в трехмерной модели храма вмц. Параскевы Пятницы деревни Коломино Раменского района Московской области.
Известно, что Храм сожгли французы в период Отечественной войны 1812 г. В период с 17 сентября 1812 г. по 2 октября 1812 г., когда французские войска покинули г. Бо-городск. Этому способствовали активные действия местных партизан во главе с Герасимом Куриным и отрядов Владимирского ополчения. 16 декабря 1812 г.
Образ храма вмц. Параскевы Пятницы деревни Коломино не дошел до наших дней ни в описании, не нашлось ни какой-либо схемы и, естественно, фотографий, так как первая фотография появилась в 1822 г. Лишь молва об этом храме переходит из уст в уста жителей этой деревни.
Мы будем восстанавливать образ этого памятника архитектуры, исходя из стилистики храмовых построек
ХУП-ХУШ вв., топографии, экономических особенностей этого района.
Деревня Коломино входит в состав одного из традиционных российских центров производства керамики - Гжель. К 1812 г. в Гжели насчитывается 25 заводов, выпускающих посуду. Из уездного г. Бронницы через д. Коломино лежал путь для перевозки товара, а именно ювелирных изделий к Владимирскому тракту. На карте раскольнических селений Московской губернии практически вся восточная часть губернии - Богородский уезд, в котором много населенных пунктов были населены старообрядцами. В деревне Коломино старообрядцы составляли более 75% или более половины жителей.
У православных христиан святая Параскева (Пятница, или Петка) издревле пользовалась любовью и почитанием. Ей посвящали храмы и придорожные часовни (Пятницы); считали ее за покровительницу полей и скота. Не было ни одного торга на Руси, где бы не стоял храм или часовня в честь Параскевы-Пятницы. Особенно почитали святую промышленники, торговцы и путешественники.
Между храмами, названными в честь одного святого можно выявить сходства в архитектуре. Если посмотреть на храмы св.вмц. Параскевы
Пятницы, то сходства и в других частях архитектуры невозможно не заметить. Все они - церкви с трапезной частью. Этот вид наиболее характерен для старообрядческого храмозда-ния после отмены гонений со стороны властей. Большое количество как деревянных, так и каменных церквей, строились как церковь с трапезной частью и колокольней [1-7].
Церковь св.вмц. Параскевы Пятницы в деревни Коломино была деревянная. Дерево - символ Древа жизни райского сада, в котором пребывают праведные души. Таким образом, даже сама материальная основа храма несет в себе глубокие христианские символы.
Но с развитием архитектуры, менялось много и в строительстве храмов. Появились разные типы: клетский храм, шатровый храм, ярусный храм, многоглавый храм.
Храм св. вмц. Параскевы Пятницы в деревни Коломино по типу можно отнести к шатровым храмам. Шатровые храмы - особый архитектурный тип, появившийся и ставший распространенным в русском храмовом зодчестве. Вместо купола здание шатрового храма завершается шатром. Шатровые храмы бывают деревянными и каменными. Каменные шатровые храмы появились в начале XVI в. и не имеют аналогий в архитектуре других стран.
Как упоминалось выше, целью данной работы было построение трехмерной модели храма Параскевы Пятницы села Коломино Бронницкого уезда. Свой выбор мы остановили на программе с брендовым названием Blender, так как это свободный программный продукт, распространяемый под лицензией GPL, предназначенный для работы с трехмерной графикой: создание трехмерных моделей, их текстурирование и анимация, а также имитация кинематики твердых и мягких тел, имитация жидкостей, работа с множеством различ-
ных оптических эффектов - все, что только может быть необходимо для создания как художественной, так и инженерной графики.
Вот несколько программ, с помощью которых можно построить 30-модель нашего архитектурного памятника: Gmax - это программа для создания 30-графики и анимации; Blender - набор инструментальных средств, дающий возможность создавать и воспроизводить линейные и реального времени, интерактивные 30-приложения. Он предлагает полные функциональные возможности для моделирования, визуализации, анимации, постпроизводства и создания игры; AutoCAD - двух- и трехмерная система автоматизированного проектирования и черчения, разработанная компанией Autodesk; Autodesk 3ds Max (ранее 3D Studio MAX) - полнофункциональная профессиональная программная система для создания и редактирования трехмерной графики и анимации, разработанная компанией Autodesk. Содержит самые современные средства для художников и специалистов в области мультимедиа.
Дополнительная программа, без которой не возможен качественный рендер - V-Ray - мощный инструмент визуализации, поддерживающий Depth of Field (глубина резкости), Motion Blur (эффект «размытия» в движении), Displacement (карта смещения, с увеличением детализации трехмерных объектов). Кроме этого, V-ray имеет собственные источники освещения, систему солнце-небосвод для реалистичного освещения естественным светом, и физическую камеру с параметрами, аналогичными реальным фото- и видеокамерам. Встроенные шейдеры предоставляют пользователю широкие возможности для имитации практически любых материалов.
Выбор остановим на программе Blender, так как это свободный прог-
раммный продукт, распространяемый под лицензией GPL, предназначенный для работы с трехмерной графикой: создание трехмерных моделей, их текстурирование и анимация, а также имитация кинематики твердых и мягких тел, имитация жидкостей, работа с множеством различных оптических эффектов - все, что только может быть необходимо для создания как художественной, так и инженерной графики. Сегодня Blender обладает практически всеми возможностями, которыми обладают известные крупные платные пакеты трехмерной графики. По одним пунктам Blender может уступать им, по другим превосходить, но одно достоинство - бесплатность для абсолютно любого вида использования (личное, коммерческое, учебное) -легко перевешивает потенциальные недостатки, потому что стоимость современных платных графических пакетов может составлять тысячи долларов, что значительно превышает стоимость среднего персонального компьютера, а для конечного потребителя это немаловажно. Blender -кроссплатформенный программный продукт, каждая его версия поставляется на сайте www.blender.org в виде готовых приложений для основных современных операционных систем: Windows, Linux, MacOS, FreeBSD, Solaris, Irix, также, на этом сайте можно скачать пакет исходных текстов и самому скомпилировать его под любую POSIX-совместимую операционную систему. Существуют версии, скомпилированные для одних и тех же операционных систем, но отдельно для платформ x86 (по умолчанию) и amd64, а также экспериментальная версия для карманных компьютеров на базе ARM-процессора под управлением Windows Mobile.
Аппаратные требования для установки и использования Blender: частота процессора 300 МГц, 128 Мб
оперативной памяти, 20 Мб места на жестком диске (только для установки), видеокарта с поддержкой OpenGL и 8 Мб видеопамяти, экран с разрешением 800x600 high color, рекомендуется полноразмерная клавиатура и мышь с тремя кнопками и колесом прокрутки. Версия для ARM-процессора относительно успешно запускается на устройстве с частотой процессора 200 МГц, 64 Мб памяти, без ЭЭ-ускорителя и с разрешением экрана 240x320, хотя работу на таком устройстве комфортной считать нельзя, особенно учитывая отсутсвие стандартных клавиатуры и мыши.
Основные возможности Blender:
1. Моделирование: полигональные объекты («mesh»); NURBS; метапо-верхности («metaballs»); «скульптурная обработка»; кривые Безье; правка топологии; множество геометрических модификаторов.
2. Материалы: UV-наложение; обратная трассировка преломлений и отражений; древовидная сборка материала из модулей; подповерхностное рассеивание; «запекание» материалов.
3. Анимация: скелетная анимация; обратная кинематика; морфинг; решетки/клетки пространственных деформаций; динамика твердых и мягких тел, динамика жидкостей; системы частиц и волосы на их основе, в том числе с учетом столкновений.
4. Автоматизация: встроенный язык автоматизации Python; поддержка внешних модулей, написанных на С; создание на базе Blender интерактивных приложений.
5. Уникальный интерфейс: базовые окна, из которых состоит интерфейс, могут быть расположены пользователем самыми различными способами по его потребностям; отдельные элементы интерфейса могут масштабироваться, что существенно повышает общую эргономику при использовании программы на экранах с различными раз-
решениями; в окне программы может быть неограниченное количество окон с различными ракурсами сцены (большинство существующих продуктов обычно ограничено 4 такими окнами); в программе можно иметь несколько «рабочих пространств», в каждом из которых расположение окон будет отвечать некоторой функциональности и эргономике, под определенные задачи пользователя; собственный формат сцены .blend одинаково читается во всех версиях программы независимо от того в какой версии он был сохранен, и на всех платформах, а также содержит не только сцену, но и состояние программы, таким образом в нем можно хранить все настройки интерфейса и для начала работы в зависимости от задачи загружать пустую сцену, но с нужными настройками; базовая версия программы поставляется с переводами интерфейса на два десятка языков, в их число входит и русский, английский язык установлен по умолчанию.
6. Визуализация: обработка глобальной освещенности; поддержка внешних визуализаторов; нелинейный монтаж; визуализация с линейным монтажом «на лету»;
7. Поддержка сторонних форматов сцен: vrml; dxf (AutoCad); 3ds (3D Studio и 3D Studio MAX); stl (stereolithography); lwo, mof (LightWave); dae (Collada); xsi (Softimage XSI);
Основные характеристики проектируемой трехмерной модели:
1. Обусловленная геометрия. В модели не должно быть не используемых вершин и не связанных ни с чем, деталей. Не должно быть избыточной геометрии.
2. Качественный рендер. Модель должна выглядеть реалистично: окна должны быть не только прозрачными, но и иметь отражающую способность. Освещение должно быть не прямым. Объекты - отбрасывать тень.
3. Качественный фон. В качестве фона должна использоваться текстура с высоким разрешением или фотография.
4. Моделирование геометрии. Для того, чтобы модель не имела не связанных вершин, ребер и полигонов, каждый объект будет монолитным. Основными приемами, используемыми в работе, будут разрезание (Cut), разбиение (Subdivide), выдавливание (Extrude) слияние (Remove Double) и перемещение вершин, ребер и полигонов. А так же будут применяться модификаторы массив (Array), зеркало (Mirror). Все эти приемы позволяют создавать сложные модели без висящих деталей.
Храм состоит из колокольни и средней части (области для молящихся) с алтарной частью, соединенных помещением - трапезной. Принцип построения у всех один: создав цилиндр, подогнав его под размеры бревна, из которого делают срубы, применяем модификатор Массив (Array) с настройками как показано на рис. 1.
Таким образом, мы создали стену, состоящую из бревен. Следующую стену мы можем скопировать, нажав Shift+D и перетащить или развернуть. Важно заметить, что у сруба бревна соседних стен расположены строго под углом либо 90°, если это 4 стены или как в случае 8-ми угольного ос-
Рис. 1. Построение храма из бревен
Рис. 2. Создание купола храма
новного храмового помещения, под углом 45°.
Купол храма представляет изначально сферу (иУэрЬеге), обрезанную чуть ниже середины с помощью симметричного выделение и за тем
удаление вершин по всему диаметру в режиме редактирования модели (Edit Mode). В этом же режиме во вкладке proportional нажимаем on, в соседней falloff выбираем smooff falloff. Включив режим отображения вершин, выделяем верхнюю вершину и вытягиваем вверх, регулируя скролом область выделяемых вершин, тем самым получаем конечную форму купола Храма (рис. 2.)
Изменяя основные настройки такие, как например BaseSize (длина ствола), RatioPower (количество листьев), а так же форму кроны можно выбрать из раскрывающегося списка, мы можем сделать кусты разных видов рис. 3).
При моделировании фона использовалась «ширма» представляющая со-
Рис. 3. Дерево и кусты созданы с помощью скрипта gen3
бой плоскость (Plan) с наложенной на ней текстурой высокого разрешения, но этот способ отображения фона не исключает так же наложение текстуры на «мир» (World), т.к. купола имеют свойство зеркальности, то они будут отражать «внешний мир».
В качестве освещения использовалось солнце в разных положениях и с разной силой освещения, направленное на моделируемый объект. Включена функция отображения Ray Shed для наиболее реалистичного вида.
Так же стоит отметить особо настройки Yaf Ray, т.к. именно с помощью него можно наиболее правдоподобно показать модель, конечно при условии таких настроек как Quality и Methodod, так же стоит отметить что значении Emit максимально снижено, дабы не было освещения, помимо солнца.
Основным элементом конструкции стал смоделированный макет бревна - цилиндр на который было наложено изображение текстуры дерева.
Шатровые части выполнены из черепицы, а купола позолочены. Расположение храма строго на восток алтарной частью (рис. 4).
Для создания материалов и тек-стурирования в Blender используется специальный подход к имитирующим реальный мир материалам. Применяется специальное управление материалами, имеется панель выбора цвета, объясняются опции различных шей-деров, прозрачности и отражения. Используется текстурный стек, в том числе Stencil(Трафарет) и Warp (Деформация) для производства правдоподобных материалов. Применяется наложение текстур, а также использование текстур для влияния на различные аспекты шейдеров.
Следует отметить, что выбранный нами тип строения не претендует на доскональное историческое сходство, так как большая часть информации спрятана за покровом веков и мы не можем знать всех факторов повлиявших на строительство данного храма [8, 9].
_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Смирнов И. П. Вклад старообрядцев в развитие искусства фарфора в России [электронный ресурс]. (Дата обращения 5.11.2012г.) URL: http://rechitzkiy.narod.ru/ text/old.html
2. Деревянные храмы [электронный ресурс] (Дата обращения 5.11.2012г.) URL: http:// www.booksite.ru/enciklopedia/church/2.htm
3. Тарасов С. Статистический обзор промышленности Московской губернии. - М., 1856.
4. Статистический временник Российской Империи... - Вып. 6. - СПб., 1872.
5. Исаев А. Промыслы Московской губернии. Том II. - М., 1876.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
Цеханович Ольга Михайловна - кандидат технических наук, доцент, e-mail: olgagzhel@mail.ru, МГИ НИТУ «МИСиС»,
Чекмарева Вера Алексеевна - менеджер, e-mail: vivienfides@gmail.com, ООО «АрхиГраф».
UDC 004.457, 007.51, 001.92
3D MODELING AND VISUALIZATION OF HISTORY AND REGIONAL ETHNOGRAPHY MUSEUM IN MINING DISTRICT
Tsekhanovich O.M., Candidate of Engineering Sciences, Assistant Professor, e-mail: olgagzhel@mail.ru, Moscow Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS», Chekmareva V.A., Manager, e-mail: vivienfides@gmail.com, LLC «ArhiGraf».
Work is devoted to 3D modeling and rendering by using the Blender the old belief Church of St. Parask-eva PBtnicyv village of Kolomino district of Moscow Oblast, Ramenskoye burnt in 1812, Napoleon's Army.
Key words: 3D modelling, Church, Blender, the village of Kolomino.
REFERENCES
1. Smirnov I.P. Vklad staroobryadtsev v razvitie iskusstva farfora v Rossii (Contribution of Old Believers to development of porcelain arts in Russia), available at: http://rechitzkiy.narod.ru/text/old.html, accessed 5.11.2012.
2. Derevyannye khramy (Timbered temples), available at: http://www.booksite.ru/enciklopedia/church/ 2.htm, accessed 5.11.2012.
3. Tarasov S. Statisticheskii obzor promyshlennosti Moskovskoi gubernii (Statistical survey of industry in the Moscow Province), Moscow, 1856.
4. Statisticheskii vremennik Rossiiskoi Imperii... (Statistical annals of the Russian Empire...), issue 6, Saint-Petersburg, 1872.
5. Isaev A. Promysly Moskovskoi gubernii. Tom II (Trades and crafts in the Moscow Province. Vol. II), Moscow, 1876.
6. Orlov. Ukazatel' fabrik i zavodov Evropeiskoi Rossii i Tsarstva Pol'skogo (Index of factories and plants of the European Russia and the Kingdom of Poland), Saint-Petersburg, 1887.
7. Svedeniya, dostavlennye iz kontory Torgovogo Doma «Brat'ya F.V. i P. Barminy» ot 26 fevralya 1902 g. za no 566 (Information delivered from office of F.V. & P. Barmin Brothers Trading House dated February 26, 1902, no. 566).
8. Kalitin D.V., Aristov A.O. Komp'yuternaya grafika. Uchebnoe posobie dlya studentov spetsial'nosti 230104 Sistemy Avtomatizirovannogo Proektirovaniya (Computer graphics. Tutorial for students specializing in 230104 Computer-aided programming systems).
9. Korbut Yu. Blender. Ukraina, available at: URL: http:// blender3d.org.ua/, accessed 12.12.2012.
6. Орлов. Указатель фабрик и заводов Европейской России и Царства Польского. -СПб., 1887.
7. Сведения, доставленные из конторы Торгового Дома «Братья Ф.В. и П. Бармины» от 26 февраля 1902 г. за № 566.
8. Калитин Д.В., Аристов А.О. Компьютерная графика. Учебное пособие для студентов специальности 230104 Системы Автоматизированного Проектирования.
9. Корбут Ю. Blender. Украина [электронный ресурс ] URL: http:// blender3d.org.ua/ (Дата обращения 12.12.2012). ЕШ
