3D visualisering av Silverdal

Transkript

1 LiU-ITN-TEK-G--09/034--SE 3D visualisering av Silverdal Jenny Stål Department of Science and Technology Linköping University SE Norrköping, Sweden Institutionen för teknik och naturvetenskap Linköpings Universitet Norrköping

2 LiU-ITN-TEK-G--09/034--SE 3D visualisering av Silverdal Examensarbete utfört i byggvisualisering vid Tekniska Högskolan vid Linköpings universitet Jenny Stål Handledare Michael Pääbo Examinator Mikael Jern Norrköping

3 Upphovsrätt Detta dokument hålls tillgängligt på Internet eller dess framtida ersättare under en längre tid från publiceringsdatum under förutsättning att inga extraordinära omständigheter uppstår. Tillgång till dokumentet innebär tillstånd för var och en att läsa, ladda ner, skriva ut enstaka kopior för enskilt bruk och att använda det oförändrat för ickekommersiell forskning och för undervisning. Överföring av upphovsrätten vid en senare tidpunkt kan inte upphäva detta tillstånd. All annan användning av dokumentet kräver upphovsmannens medgivande. För att garantera äktheten, säkerheten och tillgängligheten finns det lösningar av teknisk och administrativ art. Upphovsmannens ideella rätt innefattar rätt att bli nämnd som upphovsman i den omfattning som god sed kräver vid användning av dokumentet på ovan beskrivna sätt samt skydd mot att dokumentet ändras eller presenteras i sådan form eller i sådant sammanhang som är kränkande för upphovsmannens litterära eller konstnärliga anseende eller egenart. För ytterligare information om Linköping University Electronic Press se förlagets hemsida Copyright The publishers will keep this document online on the Internet - or its possible replacement - for a considerable time from the date of publication barring exceptional circumstances. The online availability of the document implies a permanent permission for anyone to read, to download, to print out single copies for your own use and to use it unchanged for any non-commercial research and educational purpose. Subsequent transfers of copyright cannot revoke this permission. All other uses of the document are conditional on the consent of the copyright owner. The publisher has taken technical and administrative measures to assure authenticity, security and accessibility. According to intellectual property law the author has the right to be mentioned when his/her work is accessed as described above and to be protected against infringement. For additional information about the Linköping University Electronic Press and its procedures for publication and for assurance of document integrity, please refer to its WWW home page: Jenny Stål

4 3D visualisering och terrängmodellering för exploatering i Silverdal Jenny Ståhl Högskoleingenjör Byggnadsteknik, med inriktning visualisering. Handledare: Michael Pääbo, LiU, Tekniska högskolan Examinator: Mikael Jern, Linköpings Universitet LiU, Tekniska högskolan, Campus Norrköping, ITN

5 Sammanfattning Idag äger Skanska ett antal tomter i området Silverdal, Stockholm, som ska bebyggas med kontor och bostadshus. Bostadshusen och kontorsbyggnaderna ska sedan säljas. Skanska vill därför göra en visualisering av området och använda som underlag vid försäljningen. Examensarbetets syfte är att ta fram en förenklad terrängmodell över Silverdal med hjälp av programmet Autodesk 3D studio max 9. Byggnaderna visualiseras genom gråa fyrkanter för att man ska få en bild av hur byggnaderna kommer att ligga i miljöerna. Allt som allt så anser jag att projektet gått bra efter att beslutet tagits att endast några fasta vinklar skulle färdigställas.

6 Innehåll Figurförteckning...4 Inledning...5 Bakgrund...5 Syfte...5 Metod...5 Underlag...6 Modellering...8 Världen i 3D...8 Vegetation...9 Detaljer...16 Trottoarer...19 Bro och vatten...21 Skapandet av Silverdal...22 Resultatbeskrivning...25 Analys...26 Referenslista...27 Internetkällor...27 Slutresultat...28

7 Figurförteckning Figur 1 Planritning över silverdal 6 Figur 2 Silverdal med markerade vägar 6 Figur 3 Naturområde 7 Figur 4 Detaljer 7 Figur 5 Vattenområden 7 Figur 6 Trottoarkanter 7 Figur 7 Nya vägar skapas ovanpå gamla 8 Figur 8 Funktionen extrude skapar "höjd" 8 Figur 9 Byggnaderna placeras ut på rätt område 8 Figur 10 Träd skapas med Treemaker 9 Figur 11 Barkmaterialet 9 Figur 12 Lövmaterialet 9 Figur 13 Träd slutresultat 10 Figur 14 Lågpoly träd steg 1 11 Figur 15 Lågpoly träd steg 2 11 Figur 16 Lågpoly träd steg 3 11 Figur 17 Lågpoly träd steg 4 11 Figur 18 Lågpoly träd steg 5 11 Figur 19 Lågpoly träd steg 6 11 Figur 20 Trädbitmaps 12 Figur 21 Scatter funktionen steg 1 13 Figur 22 Scatter funktionen steg 2 13 Figur 23 Scatter funktionen steg 3 14 Figur 24 Scatter funktionen steg 4 14 Figur 25 Scatter funktionen steg 5 14 Figur 26 Scatter funktionen slutresultat 15 Figur 27 En lyktstolpe skapas av en cylinder 16 Figur 28 Formen på stolpen skapas 16 Figur 29 En box och ett klot bildar lampan 17 Figur 30 Riktig lyktstolpe 17 Figur 31 Färdiga skyltar 17 Figur 32 Hög poly träd och högpoly lampor 18 Figur 33 Nattbild slutresultat 18 Figur 34 Början till trottoarer 19 Figur 35 Trottoar objekt 19 Figur 36 Trottoarer inne i miljön 19 Figur 37 Ljussättning 20 Figur 38 Stranden 21 Figur 39 Vatten material 21 Figur 40 Vatten 21 Figur 41 Hus och lyktstolpar 22 Figur 42 Lyxområden 22 Figur 43 Hus och industriområden 23 Figur 44 Träd placeras i bilden 23 Figur 45 Industriområde med lyktstolpar 24 Figur 46 Skogområden 24 Figur 47 Slutresultat Dag 28 Figur 48 Slutresultat Natt 29 Figur 49 Slutresultat Översikt 30

8 Inledning Bakgrund Att visualisera betyder att se saker framför sig, antingen med öppna eller med stängda ögon. I byggbranschen har visualisering fått en ökande och allt mer viktig roll. Med hjälp av datorteknikens framsteg inom visualisering kan man redan innan byggstart se hur det färdiga resultatet kommer att bli. Visualisering används både för att övertyga kunden och för att förenkla byggandet. Att i ett tidigt skede kunna gå in i byggnaden, i vissa fall redan innan byggstart, sparar både tid och pengar då problem och felaktigheter kan upptäckas och på så sätt rättas till. Syfte Idag äger Skanska ett antal tomter i området Silverdal, Stockholm, som ska bebyggas med kontor och bostadshus. Bostadshusen och kontorsbyggnaderna ska sedan säljas. Skanska vill därför göra en visualisering av området och använda som underlag vid försäljningen. Examensarbetets syfte är att ta fram en förenklad terrängmodell över Silverdal. Området kommer inte att förskönas eller förbättras utan kommer att ge en så korrekt bild av verkligenheten som möjligt med hjälp av 3D modellering. Begränsningar Då det tar för mycket tid att framställa kontorsbyggnader kommer endast miljöerna att skapas. Byggnaderna kommer endast att visualiseras genom gråa fyrkanter för att man ska få en bild av hur byggnaderna kommer att ligga i miljöerna. Eftersom att fokus har legat på att skapa så verklighetstrogna miljöer, har arbete med att skapa texturer tonats ner. Istället har texturerna lånats från färdiga bilder. Bilder på vägar och gräs har hämtats med hjälp av Googles sökmotor. Bilder på vägskyltar har hämtats ifrån vägverkets hemsida. Metod För att skapa och färdigställa 3D modellen användes programmet Autodesk 3D studio max 9. Cad filer över Silverdal användes som grund för att skapa 3D modellen. Fotografierna tagna på plats användes som referensbilder för skapa detaljerna i modellen. Datorer och program har funnits på Linköpings Universitet. Även egeninvesterat materiell har använts.

9 Underlag Som underlag för 3D modellen användes planritningar över området se figur1 som fanns att hämta på stadsbyggnadskontoret i Sollentunas kommun. Där fanns även översiktsbilder på området se figur 2. Färdiga CAD filer över området fanns redan hos Skanska. Dessa filer innehåller endast vektorer över området. Vektorer är mattematiska kurvor sammansatta till att bilda en 2D modell från ovan. Genom att importera dessa filer in i 3D studio max kunde sedan själva miljön skapas. Figur 1 Planritning över Silverdal Figur 2 Silverdal med markerade vägar

10 Figur 3 Naturområde Figur 4 Detaljer Figur 5 Vattenområden Figur 6 Trottoarkanter För att få en bättre bild av hur området såg ut gjordes ett litet studiebesök innan arbetet påbörjades. Området dokumenterades med hjälp av fotografier se figur 3-6 och anteckningar.

11 Modellering Världen i 3D De första som gjordes var att läsa in cad filer in i 3D studio som innehåller vektorer. Vektorer är linjer som bildar en 2D modell av Silverdal. När dessa linjer sammanfogats kan en 3D modell sedan skapas. Därefter placerades kartan över Silverdal ut ovanpå 3D modellen. Den användes som grund för modelleringen se figur 7. Genom att placera en stor textur över hela området kan vägar, övergångsställen och trottoarkanter placeras på rätt ställe. Alla husområden och industriområden ritades ut som asfalt och därefter placerades byggnaderna ut som 3D objekt. Figur 7 Nya vägar skapas ovanpå gamla Figur 8 Funktionen extrude skapar "höjd" Eftersom husen inte är viktiga för själva miljön används bara enkla kuber och cylindrar för att demonstrera var byggnaderna är placerade se figur 8. På kartan är husområden markerade med gult. Kontor markerade med brunt och övrigt markerat med orange. Byggnaderna placeras sedan ut på rätt områdena se figur 9. Figur 9 Byggnaderna placeras ut på rätt område

12 Vegetation Vid skapandet av vegetation användes två olika tekniker. För att skapa träd till de inzoomade bilderna användes ett plugin till 3d studio max som heter treemaker se figur 10. Detta plugin är väldigt lättanvänt. Man får ett antal parametrar att välja mellan. Exempel är: Hur många grenar man vill ha. Hur många löv man vill ha på varje gren. Hur stort trädet skall vara. Hur högt trädet skall vara. Figur 10 Träd skapas med Treemaker Figur 11 Barkmaterialet Figur 12 Lövmaterialet Efter att datorn räknat ut trädets struktur med hjälp av att alla parametrar som matats in användes en UVW-map på trädets stam. Bark texturer hämtades från nätet se figur 11. Till lövverket används en UVW map och en bild på samma sätt som stammen se figur 12.

13 Figur 13 Träd slutresultat Det här trädet blir väldigt detaljrikt och tar också väldigt lång tid att rendera se figur 13. Så för de stora grönområdena som parker och skog användes en annan teknik för att underlätta renderingen, så kallade lågpoly träd. Först skapades ett plane se figur 14. Det är ett objekt som inte har något djup och därför bara består av 4 polygoner. På planet placerades en bild som liknar ett träd se figur 15. Figur 14 Lågpoly träd steg 1 Figur 15 Lågpoly träd steg 2

14 Under Falloff settings på texturen modifieras Mix curve för att förbereda trädet för att kunna kasta skugga på mot andra objekt se figur 16. Under parent mix map placerades en inverterad bild av trädet bestående av endast svart och vitt där trädet är vitt och bakgrunden är svart se figur 17. Allt det vita i den inverterade bilden kommer nu att användas utav 3d studio som skugga när bilden renderas. Sedan clonades planet så att träder består av 2 till korsliggande planes se figur 18. Detta görs för att skapa en fyllighet i trädet. Sedan slås dessa 3 planes slås sönder till ett objekt se figur 19. Nu är trädet färdigt och istället för 1000 tals polygoner som i träden gjorde utav treemaker består det här träd av endast 12 polygoner. Detta träd kan därför placeras i stora mängder över hela kartan utan att renderingsprocessen tar oändligt lång tid. Figur 16 Lågpoly träd steg 3 Figur 17 Lågpoly träd steg 4 Figur 18 Lågpoly träd steg 5 Figur 19 Lågpoly träd steg 6

15 Figur 20 Trädbitmaps För att få lite liv i skogen och parken användes olika trädbilder se figur 20. Det lilla trädet användes till att pryda vägarna och husområdena.

16 Figur 21 Scatter funktionen steg 1 För att placera ut massor med träd över ett stort område utan att behöva sitta och kopiera ett efter ett används en speciell teknik som heter scatter. Först skapades ett markområde med hjälp av linjer där man vill att skogen skall vara se figur 21. Figur 22 Scatter funktionen steg 2

17 Över linjerna läggs en extrude funktion vilket gör att linjerna blir ett heltäckande markobjekt se figur 22. På detta objekt kommer nu skog att bildas. När man lägger på scatter funktionen får man uppmaningen att välja ett scatter objekt. Detta objekt är det som kommer att kopieras ut över hela området. I detta fall är det lågpoly trädet som skapades tidigare som skall användas se figur 23. Efter att detta är gjort är det bara att tala om hur många objekt man vill ha över hela området så placerar 3d studio max objekten automatiskt se figur Fördelen med denna teknik är att man med ett objekt lätta kan fylla stora områden och få det att se slumpmässigt ut utan att behöva sitta och kopiera objekt efter objekt. Scatter funktionen gör det även möjligt att slumpa storlek på de olika objekten för att ytterligare öka känslan av verklighet. Figur 23 Scatter funktionen steg 3 Figur 24 Scatter funktionen steg 4 Figur 25 Scatter funktionen steg 5

18 För att få lite liv i skogen placerades ett scatter objekt till på markobjekt så att det finns två olika typer av träd i skogen. Även storlek ställs in att slumpas ut av programmet för att få lite variation. När markobjektet döljs visas slutresultatet se figur 26. Utrenderat kastar alla träd skuggor och fyller upp hela markområdet som skapats vilket ger en grön och lummig känsla till kartan. Vart skogområdena, samt parkområden är placerade är hämtade från grundkartan (se figur 1). Parkområdena består av mindre träd medan skogområdena består att större och tjockare träd för att förtydliga skillnaderna mellan dessa områden. Figur 26 Scatter funktionen slutresultat

19 Detaljer För att skapa lite trovärdighet i modellen blev alla detaljer viktiga. Lyktstolpar och vägskyltar lades till för att förstärka helhetsintrycket. Själva detaljerna var inte svåra att skapa. För att skapa en lyktstolpe användes en cylinder se figur 27. När längden och tjockleken på cylindern bestämts används en stark färg för att tydligare se alla detaljer. För att få fram formen på lyktstolpens kropp ändras utformningen på vertex se figur 28. Figur 27 En lyktstolpe skapas av en cylinder Figur 28 Formen på stolpen skapas

20 Därefter skapades en box för att bilda själva lamphållaren. Även här ändras positionen på vertex för att få ett korrekt utseende. Sedan skapades ett klot som halveras se figur 29. Det sista som görs är att funktionen attach används för att sätta ihop alla olika delarna till en. Formen och utseendet på lyktstolpen är hämtat från bilder tagna ifrån området. Figur 29 En box och ett klot bildar lampan Figur 30 Riktig lyktstolpe Ingen stad utan vägskyltar och denna detalj glöms heller inte bort i 3D modellen. Dessa skapades av en cylinder och en box. Skylt bitmapparna hämtades från nätet se figur 31. Figur 31 Färdiga skyltar

21 När träd och lyktstolpar läggs till börjar slutresultatet ta form se figur 32. För att skapa himmel användes environment map. På denna läggs en bild av himmel hämtat från internet. På grund av tidsbrist så skapas inte några hus utan stora boxar i färg får demonstrera vart husen skall vara. Figur 32 Hög poly träd och högpoly lampor För att få en känsla av hur lyktstolparna skulle belysa området skapades även en nattbild. Huvudljuset som vanligtvis är ett starkt vitt sken ändrades till ett svagt blått sken och bakgrunden byts till en natthimmel med stjärnor. Tre neråtriktade spotlights placerades under lamporna med ett orange ljus, så att marken lyses upp under dem se figur 33. Figur 33 Nattbild slutresultat

22 Trottoarer Vid skapandet av trottoarer ritades konturerna med hjälp av linjer se figur 34. Sedan användes funktionen extrude för att höja upp dessa från marken se figur 35. (Samma teknik som användes på vägarna) Figur 34 Början till trottoarer Figur 35 Trottoar objekt När detta var klart klonades alla trottoarer och höjdes upp ytterligare. Den klonade trottoaren minskades sedan ner för att passa inne i den första. På den större, yttre trottoaren, placerades en sten textur. På den mindre, inre, placerades en gräs struktur. Nu visualiseras på ett tydligt sätt hur gräset växer ovanför trottoarkanten se figur 36. Figur 36 Trottoarer inne i miljön

23 Ljussättning För att kunna kasta skuggor skapades en Target Directional Light se figur 37. Denna ljuskälla är väldigt praktiskt att använda som sol eftersom den har 2 ljusområden, en inre starkare och en falloff. För att skapa skuggor används advanced raytraced. Skuggans densitet sätts till 0,8 för att inte skuggorna ska bli så iögonfallande. Figur 37 Ljussättning

24 Bro och vatten I silverdal finns många vattenområden. Även detta togs med i modellen för att göra den mera verklighetstrogen. Vatten hjälper till att försköna helhetsintrycket av området. Själva strandkanten ritades direkt in i markobjektet som är hämtat från grundkartan se figur 38. Därefter placerades linjer längs strandkanten som ska bilda själva ån. När linjerna bundits ihop läggs en extrude funktion på själva objektet. Figur 38 Stranden Figur 39 Vatten material För att få fyrkanten att se ut som vatten så skapades ett blått material. På materialet användes en bump map med noise, En reflection och en refraction med raytrace. Detta gör att man får en vågig yta med reflection som påminner om vatten se figur Figur 40 Vatten

25 Skapandet av Silverdal Nedan visas resultatet av modelleringen (figur41-46) Figur 41 Hus och lyktstolpar Figur 42 Lyxområden

26 Figur 43 Hus och industriområden Figur 44 Träd placeras i bilden

27 Figur 45 Industriområde med lyktstolpar Figur 46 Skogområden

28 Resultatbeskrivning Arbetet gick ut på att skapa en trovärdig miljö, med hjälp av 3D grafik, så att Skanska skulle kunna sälja sina tomter och kontorsbyggnader innan de blivit färdigställda. Fokus har lagts på miljöerna då tiden inte skulle räcka till för att skapa kontorsbyggnader. Istället skapades gråa byggnadskonturer för att gestalta byggnadernas position i landskapet. Arbetet började med att skapa vägarna. Vägarna fanns utritade i grundkartan och genom att förstora upp grunden kunde detaljer ökas i antal. På grundkartan kunde sedan trottoarkanter, övergångsställen och liknande ritas ut. På grund av att fokus har legat på att skapa så verklighetstrogna miljöer som möjligt, har arbete med att skapa texturer tonats ner. Istället har texturerna lånats från färdiga bilder. Bilder på vägar och gräs har hämtats med hjälp av Googles sökmotor. Bilder på vägskyltar har hämtats ifrån vägverkets hemsida. Eftersom det rör sig om ett så pass stort område har endast några vinklar försett med hög poly objekt medan resten av kartan består av låg poly för att göra det lättare att rendera och jobba med området. Dessa vinklar fylldes med vegetation och objekt för att skapa liv i miljöerna. När områdena väl var klara, vinklarna hade bestämts och när alla texturer väl var på plats var det bara ljussättningen kvar. Detta tog inte lång tid men det var viktigt att få skuggorna att flyta ut över marken på ett harmoniskt sätt för att försköna slutresultatet. Slutresultatet ger en god insyn i hur området skulle se när det är färdigt. Stor vikt har lagts ner på att fylla hela området med detaljer för att det inte skall kännas kalt. Även ljussättningen har varit viktig för att inte få en platt känsla i bilden.

29 Analys Att färdigställa slutprodukten blev tyvärr betydligt mera mödosamt och tidskrävande än förväntat när 2D linjerna inte var korrekt sammansatt. Detta medförde i sin tur att det blev omöjligt att översätta dessa till 3D objekt via automatik. 3D studio max är ett enormt smidigt verktyg för att få fram en modell som överstämmer med verkligheten och snabbt kunna rätta till fel innan själva produktionen av den riktiga produkten startar. Det är dock ett väldigt komplext program och jag är övertygad om att slutresultatet hade kunnat bli ännu bättre om jag hade haft ännu djupare förkunskaper i programmets alla hjälpfunktioner som finns för att göra svåra saker lättare. För framtiden vet jag nu att man inte ska göra ett sådant här projekt av den här storleken ensam. Ett flertal personer hade behövts för att hinna sätta sig in i alla modellerings tekniker som hade kunnat användas för att nå ett bättre resultat på kortare tid.

30 Referenslista Internetkällor Skanska AB Autodesk Vägskyltar TrädTutorial TrädScript 3d studio Max hjälp Lågpoly träd

31 Slutresultat Figur 47 Slutresultat Dag

32 Figur 33 Slutresultat Natt

33 Figur 34 Slutresultat Översikt