Принципы формирования композиционной структуры городского пространства

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА Кафедра: «Информационные технологии»
Реферат по дисциплине: «Основы информационных технологий» Тема магистерской диссертации: «Принципы формирования композиционной структуры городского пространства»       Тема реферата: «Оптимальное сочетание программных средств  для  обработки графических объектов  в градостроительстве.» Шифр специальности: 18.00.05
Выполнил магистрант Великоборец Е.В.	Проверил доцент Миняйлова Е.Л.
Гомель 2014 г.

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Визуализация — наглядное представление архитектурного замысла в перспективных и панорамных изображениях, макетах, трехмерных компьютерных моделях способами демонстрационного представления архитектурного и градостроительного проекта. Совершенное владение визуально-графическими средствами во многом определяет успешность диалога архитектора с заказчиком, общественностью, администрацией города, а значит, и успешность архитектурного бизнеса.

Актуальность совершенствования визуальной ясности и убедительности графического языка архитектора связана с тем, что: - во-первых, в условиях жесткой конкурентной борьбы за заказчика в проектной практике, как показывает мировой опыт, зачастую право на проектирование получает та фирма, чье предложение было более убедительным и наглядным; - во-вторых, активное включение в проектную практику конкурсного распределения прав на проектирование доказывает необходимость представления убедительной графической подачи:- в-третьих, проектирование в условиях сложившегося городского окружения требует тщательного учета всех факторов существующего контекста (градостроительная преемственность, визуальный анализ и т.д.), что тоже должно найти отражение в графическом изложении идеи проекта.

Спектр средств визуального представления архитектурного объекта весьма широк: это и традиционная ручная графика, и объемное моделирование (макет), и современная компьютерная графика. Информационные технологии и программные средства компьютерной графики позволяют сделать процесс визуализации архитектурного объекта более оперативным, содержательным и убедительным. Трехмерное компьютерное моделирование является эффективным средством проектного поиска и визуального представления проекта. На основе трехмерной компьютерной модели могут быть получены фотореалистичные видовые кадры, которые при помощи компьютерного монтажа могут быть вписаны в фотоизображения контекста.[6]

 

 

Общая характеристика работы

Методы компьютерного проектирования и схемы организации создания чертежей градостроительной практики детально освещает данный документ.  Процессу ознакомления с предметом исследования посвящён  первый раздел. Рассмотрена градостроительная деятельность, обобщённая иерархия планирования территории и основные чертежи градостроительной документации. Второй раздел рассматривает понятия и виды компьютерной графики, закладывая логическое звено для более глубокого понимания излагаемого далее материала.

Пользователю, работающему со сложными графическими пакетами наверняка приходилось сталкиваться со сложностями работы, вызванными техническими затруднениями, поэтому проблеме оптимальных технических условий работы программных средств проектировщика посвящён третий раздел.  Программы специализирующиеся на работе архитектора- проектировщика, в частности градостроителя, рассматривает четвёртый раздел, . Были подобранны те программные средства, которые наиболее часто применяются в производственной деятельности проектировщиков либо ничем не уступают им по другим характеристикам. По некоторым меркам подобранный программный продукт успешней всего решает задачи, которые ставит перед собой градостроитель, будь то ландшафт, генплан, схема организации рельефа либо демонстрационный материал, позволяющий оценить эстетическое качество проекта.

   Максимально приблизить к реальному визуальному восприятию градостроительного проекта помогут программные средства виртуальной реальности сквозного контроля. Такие программные средства легко могут предоставить наглядное присутствие зрителя в черте виртуального города.

Лидерами создания 2-х мерных и 3-х мерных объектов архитектуры и дизайна являются всего несколько программных продуктов, но остановимся на тех, что чаще встречаются в среде проектировщиков РБ. Это Autodesk 3ds MAX  и AutoCAD. Их выигрышное сотрудничество подробно рассматривает пятый  раздел.

 

 

 

1. Градостроительная практика

Градостроительная деятельность - деятельность по градостроительному планированию, размещению объектов строительства и застройке территорий, осуществляемая с учетом историко-культурных, природных, экологических и иных особенностей территорий;

При проектировании объектов строительства следует учитывать решения, принятые в утвержденной градостроительной документации - региональных планах, генеральных планах городов, других поселений и территорий, детальных планах части поселений жилых, промышленных и других функциональных зон.

Генеральный план (квартала, микрорайона, градостроительного комплекса или очереди строительства, группы или отдельно стоящих жилых и общественных зданий) включает в  себя краткую характеристику района и площадки строительства; решения и показатели по генеральному плану застройки (с учетом требований детального плана); основные планировочные решения; решения по дорожным покрытиям, благоустройству и озеленению, организации рельефа; решения по расположению инженерных сетей, очередности строительства, технико-экономические показатели в соответствии с приложением И.

Основные чертежи градостроительной документации:

- генеральный план застройки на  топографической основе в масштабе 1:500, 1:1000, на котором наносятся  существующие и проектируемые (реконструируемые) и подлежащие сносу здания  и сооружения, объекты охраны  окружающей среды и благоустройства, озеленения территории и принципиальные  решения по расположению транспортных  коммуникаций и площадок различного  назначения. На чертеже генерального  плана приводится ситуационный  план в масштабе 1:5000, 1:10000, на котором  показывается расположение проектируемого  объекта в окружающем районе;

- план дорожных покрытий и благоустройства, на котором показываются размещение, размеры проездов, пешеходных дорожек  и площадок различного назначения, зеленые насаждения с указанием  их ассортимента, малые архитектурные  формы, оборудование площадок различного  назначения;

- схема организации рельефа, на  которой показываются проектные  отметки полов первых этажей  всех зданий и сооружений, проектные  и натурные отметки земли по  углам зданий и сооружений, проектные  горизонтали, указатели уклонов  по осям проездов и инженерных  дорог в местах перелома их продольного профиля, проектные отметки верха решеток дождеприемных колодцев;

- схема инженерных сетей, на которой  показываются существующие и  проектные трассы инженерных  коммуникаций и приводятся их  основные параметры, указываются  размещение сооружений инженерного  оборудования и места подключения  коммуникаций к внеплощадочным  сетям и сооружениям;

- план земляных масс, на котором  показываются граница планируемой  территории, контуры основных зданий  и сооружений, строительная координатная  сеть или базисные линии, квадраты  с проектными, натурными и рабочими  отметками по их углам и  объемами грунта в пределах  каждого квадрата. На чертеже  приводится баланс земляных масс  в табличной форме.[7]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Понятие и виды компьютерной графики

Компьютерная графика – раздел информатики, занимающийся проблемами создания и обработки на компьютере графических изображений. Само понятие компьютерной графики включает в себя такие понятия как разрешение экрана, • разрешение принтера, разрешение изображения и т. д.

Основные направления:

• Научная графика. Назначение – визуализация объектов научных исследований, графическая обработка результатов расчетов; проведение вычислительных экспериментов с наглядным представлением их результатов.
• Деловая графика. Предназначена для создания иллюстраций, часто используемых в работе различных учреждений.
• Конструкторская графика (САПР).
• Иллюстративная графика. Простейшие программные средства иллюстративной графики называются графическими редакторами.
• Художественная и рекламная графика.
• Компьютерная анимация – получение движущихся изображений на дисплее.

Несмотря на то, что для работы с компьютерной графикой существует множество классов программного обеспечения, различают всего три вида компьютерной графики:

• Растровая.
• Векторная.
• Фрактальная. Часто используется в развлекательных программах.

Приложения компьютерной графики очень разнообразны. Для каждого направления создается специальное программное обеспечение, которое называется графическими программами, или графическим пакетом. Архитекторы и дизайнеры чаще для работы применяют  программы для обработки трёхмерной графики, так как в этом случае перед ними открываются широкие возможности.[9]

 

 

 

 

 

 

1. Трёхмерная графика.

Трехмерная графика нашла широкое применение в таких областях, как научные расчеты, инженерное проектирование, архитектурное проектирование, компьютерное моделирование физических объектов. В качестве примера рассмотрим наиболее сложный вариант трехмерного моделирования – создание подвижного изображения реального физического тела.

В упрощенном виде для пространственного моделирования объекта требуется:

o спроектировать и создать виртуальный каркас (“скелет”) объекта, наиболее полно соответствующий его реальной форме;

o спроектировать и создать виртуальные материалы, по физическим свойствам визуализации похожие на реальные;

o присвоить материалы различным частям поверхности объекта (на профессиональном жаргоне – “спроектировать текстуры на объект”);

o настроить физические параметры пространства, в котором будет действовать объект, – задать освещение, гравитацию, свойства атмосферы, свойства взаимодействующих объектов и поверхностей;

o задать траектории движения объектов;

o рассчитать результирующую последовательность кадров;

o наложить поверхностные эффекты на итоговый анимационный ролик.

Для создания реалистичной модели объекта используют геометрические примитивы (прямоугольник, куб, шар, конус и прочие) и гладкие, так называемые сплайновые поверхности. В последнем случае применяют чаще всего метод бикубических рациональных В-сплайнов на неравномерной сетке (NURBS). Вид поверхности при этом определяется расположенной в пространстве сеткой опорных точек. Каждой точке присваивается коэффициент, величина которого определяет степень ее влияния на часть поверхности, проходящей вблизи точки. От взаимного расположения точек и величины коэффициентов зависит форма и “гладкость” поверхности в целом.

После формирования “скелета” объекта необходимо покрыть его поверхность материалами. Все многообразие свойств в компьютерном моделировании сводится к визуализации поверхности, то есть к расчету коэффициента прозрачности поверхности и угла преломления лучей света на границе материала и окружающего пространства.

Закраска поверхностей осуществляется методами Гуро (Gouraud) или Фанга (Phong). В первом случае цвет примитива рассчитывается лишь в его вершинах, а затем линейно интерполируется по поверхности. Во втором случае строится нормаль к объекту в целом, ее вектор интерполируется по поверхности составляющих примитивов и освещение рассчитывается для каждой точки.

Свет, уходящий с поверхности в конкретной точке в сторону наблюдателя, представляет собой сумму компонентов, умноженных на коэффициент, связанный с материалом и цветом поверхности в данной точке. К таковым компонентам относятся:

o свет, пришедший с обратной стороны поверхности, то есть преломлен­ный свет (Refracted);

o свет, равномерно рассеиваемый поверхностью (Diffuse);

o зеркально отраженный свет (Reflected);

o блики, то есть отраженный свет источников (Specular);

o собственное свечение поверхности (Self Illumination).

Следующим этапом является наложение (“проектирование”) текстур на определенные участки каркаса объекта. При этом необходимо учитывать их взаимное влияние на границах примитивов

Процесс расчета реалистичных изображений называют рендерингом (визуализацией). Большинство современных программ рендеринга основаны на методе обратной трассировки лучей (Backway Ray Tracing). По завершении рендеринга компьютерную трехмерную анимацию используют либо как самостоятельный продукт, либо в качестве отдельных частей или кадров готового продукта.[9]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Оптимальные технические условия для программных средств

Выбор компьютера для работы в программах трехмерной графики — актуальная задача не только для новичков в этой области, но и для умудренных опытом профессионалов. Прогресс не сидит на месте, и производители компьютерного «железа» регулярно обновляют свои прайсы и каталоги, предлагая все более производительные решения. В этой ситуации дизайнерам, архитекторам и визуализаторам приходится не легко, поскольку требования к качеству трехмерной графики и «прожорливость» 3D-программ растут не меньшими темпами. В настоящий момент обычной просьбой заказчика дизайна интерьера является альбом фотореалистичных трехмерных изображений, для визуализации которых требуется достаточно мощная рабочая станция. Если обычный домашний пользователь, который вполне равнодушно принимает рекламу, может по 5 лет не менять свой компьютер, то для дизайнера профессионала это жизненно важный процесс.

Графическая станция — мощный компьютер, ориентированный на работу с профессиональной графикой, трехмерными приложениями, видеоредакторами и прочим специализированным ПО.

Существуют  разновидности специализированной компьютерной техники, ориентированной на роботу со сложными графическими  программными пакетами такими как САПР(Система автоматизированного проектирования), 3д моделирования и визуализации, например: