Боян Георгиев

web | Културно наследство...

През последните години особено важно място в обучението на студентите по архитектура заеха информационните технологии. Непрекъснатото им развитие налагат както тяхното обогатяване, така и тяхното приспособяване към спецификата на специализиращите направления в учебните планове и програми.

Обучение на студентите по архитектура в информационни технологии и особеностите за тези, които специализират в областта на КИН

В учебния план на студентите по архитектура в УАСГ е включена дисциплината "Информатика в архитектурата". Тя е разделена на две части и се провежда през 3-ти и 4-ти семестър на втората година от обучението. В първата част на дисциплината студентите се запознават и усвояват в практически план работата с двумерна система за чертане чрез актуалната версия на програмния продукт AutoCAD на фирма Autodesk Inc. Във втората част на дисциплината се преминава към изучаването на тримерното моделиране на базата на възможностите на същия продукт. В теоретичен план студентите се запознават и с основните проблеми и принципи на моделирането и визуализацията на тримерни архитектурни обекти. С това приключва задължителното обучение по информатика в общия учебен план. В рамките на последните два специализиращи семестъра се предлагат няколко свободноизбираеми дисциплини, свързани с информатиката и усвояването на специализирани програмни продукти. В тях студентите от всички специализиращи направления по желание могат да усвоят задълбочено работата със специализираните в областта на архитектурното проектиране продукти – ArchiCAD на фирма GraphiSoft Inc. и ALLPLAN на фирма Nemetschek AG, както и с един от водещите продукти в сферата на тримерната визуализация - 3D Studio на фирма Autodesk Inc. Така структурираното обучение, свързано с информационните технологии, има няколко съществени недостатъка:

Първо, специализираното обучение е отделено от базовото с четири семестъра. Това може да се отстрани единствено чрез промени в учебния план - от него да отпаднат специализираните курсове в последните семестри и те да се преместя в периода от 5-ти до 8-ми семестър. Такъв палиативен опит бе направен чрез обявяването на възможност за факултативни курсове по информатика в този период. Реализацията на този подход обаче изисква значителни организационни и административни усилия и поради това е трудно да бъде реализиран. Опити в това отношение бяха направени преди няколко години с обучение по 3D Studio, а през миналата учебна година и със специализирания продукт за архитектурно проектиране REVIT Architecture на фирма Autodesk Inc.

Второ, поради прекалено късния етап на обучение със специализираните програмни продукти, практически не остава време за изучаване и обвързване на техните възможности със специфични особености на конкретното специализиращото направление на студентите по архитектура. Очевидно проблемите при моделирането и визуализацията на един съвременен интериор или едно градоустройствено решение се различават от тези при тримерната реконструкция на древен римски храм. Това налага задължителна реформа в учебните планове на обучението по архитектура.

На основата на горното общо обучение студентите по архитектура, които насочват усилията си през последните години на следването си в областта на проблемите, свързани с КИН, би трябвало да получат допълнителни знания и умения в няколко направления.

Специфика на тримерното моделиране на обекти от КИН

Независимо от изучавания конкретен специализиран програмен продукт за архитектурно проектиране могат да се осъществят специализирани занятия или да се предвидят консултативни часове с преподаватели, водещи обучението със съответните продукти. В тях следва да се третират по-задълбочено въпросите, свързани със създаването на специфични библиотечни обекти, необходими за изграждането на модела, да се разглеждат в дълбочина методите за моделиране на сложни обемни форми и превръщането им в части от сградата. В областта на тримерната фотореалистична визуализация следва да се разширят знанията по подготовка и прилагане на текстури от съществуващи обекти или техни части, както и да се разгледат всички варианти за презентиране на тримерни модели, което е особено полезно при сложни обемно-пространствени решения.

Допълнителни възможности за презентиране на 3D модели

Масовата практика е създадения по време на проектирането чрез специализирана система тримерен модел на сградата да се визуализира чрез няколко характерни перспективни проекции. Това най-лесно се постига чрез директните възможности на използвания продукт (ArchiCAD, ALLPLAN, REVIT Architecture или AutoCAD Architecture). За получаването на по-добри резултати моделът понякога се прехвърля и дообработва в продукт за тримерната визуализация (3D Studio, Artlantis Render, Cinema 4D и др.). Освен създаването на отделни растерни фотореалистични изображения повечето програмни продукти притежават и други възможности за представяне на тримерни модели. Чрез тях могат да се постигнат допълнителни предимства при запознаването с качествата на изградения модел.

Анимация

При наличие на създаден с програмни средства реалистичен тримерен модел на архитектурен обект чрез средствата на анимацията може да се получи по-пълна представа за неговото обемно пространственото въздействие при движение в или около него. Студентите следва да бъдат запознати по-подробно с принципите и методите за създаване на анимации.

Фиг. 1. Кръглата църква в Преслав
© Модел и анимация: арх. Бойко Граменов

Специално внимание следва да се обърне на възможностите за добавянето на специални ефекти - течаща вода, движещи се елементи от околната среда и др., които значително повишават реализма на възприятието на обекта. Видео монтажа, добавянето на звук и текстове към анимациите са елементите, чрез които се получава пълния завършен ефект от продукта. За целта в обучението следва да се включат и програмни продукти от типа на Adobe After Effect и др. (фиг. 1).

QTVR (QuickTime Virtual Reality)

В някой програмни продукти (ArchiCAD, 3D Studio и др.) от тримерния модел може да се експортира информация във формат QTVR (QuickTime Virtual Reality - Виртуална реалност на фирма QuickTime). Чрез него се получава пълно сферично или цилиндрично панорамно изображение от определена точка в пространството, което подлежи на разглеждане с отделен, свободно разпространяван програмен продукт. Този тип визуална информация може да се използва интерактивно, т.е. зрителят да определя сам продължителността и посоката на разглеждане на панорамното изображение. Студентите по архитектура следва да се запознаят с особеностите и проблемите при генериране на панорами в този формат. Още по-добър и пълен ефект се получава, ако един сложен обект се представи чрез поредица от панорами. Това е възможно да се получи в рамките на продукта, чрез който те се генерират (ArchiCAD) или при използването на специализирани помощни програмни продукти (VR Worx, Pano2QTVR, Pano2VR). Чрез тях могат да бъдат определени зони за връзка между отделните панорами и при разглеждането им наблюдателя да получи чувството за "самостоятелна" разходка из виртуалния модел (фиг. 2).

Фиг. 2. Свързани панорами на Кръглата църква в Преслав
© Модел: Антони Шарков и Димитър Василев; Обработка: доц. д-р арх. Б. Георгиев

Освен формат QTVR, за случая може да се използва и формат Flash. Получените в този случай файлове са не само с по-малък обем, но и значително по-лесно се интегрират в интернет среда.

Виртуална реалност

Някой програмни продукти (3D Studio) предоставят възможност за извеждане на информация от тримерния модели във формат VRML (Virtual Reality Modeling Language - Език за моделиране на виртуална реалност, преди 1995 г. известен като Virtual Reality Markup Language). Това е текстов формат на описание на тримерни обекти с възможности и за използване на цвят, растерни текстури, прозрачност и др. характеристики, които допринасят съществено за реализма на изображението. Характерни за този формат са функциите за добавяне на различни действия при активност на зрителя - отваряне на врати, преместване на обекти, включване и изключване на звуци или изображения и др. под. Овладяването на тези възможности от студентите по архитектура ще им предостави нови инструменти за активно представяне на създаваните от тях проектни решения (фиг. 3).

Фиг. 3. Църквата Свети Стефан в Несебър
© Модел: арх. Д. Делчев; Виртуална реалност: доц. д-р арх. Б. Георгиев

Един от възможните пътища за изучаването на описаните по-горе специфични възможности за генериране и представяне на тримерни обекти е те да бъдат заложени като елементи на съществуващи дисциплини в рамките на провежданото в момента специализирано обучение в областта на КИН. По-добър ефект би се получил, ако се развие и предложи един допълнителен - свободноизбираем модул с работно наименование - Виртуална архитектура. В него чрез обединените усилия на преподаватели - археолози, историци, архитекти и специалисти в тримерната визуализация, студентите ще правят виртуални реконструкции на несъществуващи вече обекти от КИН. Резултатите от това обучение биха имали положителен ефект, както за самите студенти чрез придобиване на нови знания и умения, така и за получаването на продукти, които ще допринесат за по-разбираемото и лесно възприемане на обектите от КИН от широката публика.

Приложение на нови технологии при заснемане на обекти

Един от трудоемките и сложни етапи при започването на процеса на реставрация, реконструкция и адаптация на един съществуващ архитектурен обект е неговото подробно и точно заснемане. В много случай традиционните средства (рулетка, лата и др.) имат силно ограничени възможности. С тях трудно се заснемат големи височини, често измерванията са невъзможни поради недостъпност на елемента, който подлежи на измерване (корниз, свод и др.). Една добра възможност за преодоляване на този род трудности е използването на лазерни далекомери.

Мултимедийната лаборатория за културно-историческо наследство (ММЛКИН) при Архитектурният факултет на УАСГ разполага с технологичен комплект за лазерни измервания. Същият се състои от лазерен далекомер HILTI PD 38 и джобен компютър (PDA - Personal Digital Assistant - Персонален цифров помощник) HP iPAQ RW 6815. В рамките на специализираното обучение на студентите по архитектура се предлага и най-общо запознаване с тази технология. Предстои тя да се внедри и при практически занятия и реално заснемане на обекти.

Обучението включва на първо място самостоятелното ползване на лазерния далекомер HILTI PD 38. Разясняват се принципите на неговото позициониране спрямо измерваните обекти, приложението на допълнителните аксесоари - удължител - при недостъпни точки, отражателна плочка и визьор при измерване на далечни точки. Разглеждат се вградените функции за измерване и директно изчисление на площ на правоъгълник или обем на паралелепипед. Отчитането на резултатите от измерванията в тези случай се извършва директно от екрана на уреда.

Безспорно по-атрактивните възможности за използване на технологията са достъпни едва при разучаване на възможностите за програмното управление на HILTI PD 38 чрез джобен компютър (PDA). Първата стъпка е свързана с настройването на двата уреда и установяване на комуникацията помежду им чрез безжична връзка по стандарта Bluetooth. Така се получава двустранно предаване на информация и възможност за директно задействане на лазерния далекомер от използваната програма и получаване на резултата от измерването обратно в джобния компютър.

Програмата за управление на HILTI PD 38 предоставя четири режима на измерване достъпни от главното меню (фиг. 4.).

Фиг. 4. Главното меню с четирите режима на измерване
© Схема: доц. д-р арх. Б. Георгиев

Размер върху снимка

При този режим на работа, върху екрана на устройството се извежда снимка на зоната, в която извършваме измерването. След задействане на измерването и отчитане на размера от далекомера се нанасят две точки върху снимката. Между тях се изчертава автоматично размерна линия и се нанася стойността. След приключване на работата и нанасянето на различни размери върху изображението то може да се съхрани и по-късно отпечата заедно с нанесените върху него размери (фиг. 5).

Фиг. 5. Последователни стъпки на нанасяне на размер върху снимката
© Схема: доц. д-р арх. Б. Георгиев

Директно изчертаване

Програмата за управление на HILTI PD 38 съдържа и модул за директно изчертаване на скица на базата на последователно извършени измервания. Върху екрана се определя направлението на следващата отсечка и се стартира измерването. Полученият от уреда размер служи за директното изчертаване на отсечката. При този начин на работа крайният резултат е точно графично изображение на измервания контур, който може да се пренесе директно като чертеж в съответната чертожна програма при използване на формат .DXF (фиг. 6).

Фиг. 6. Етапи от изчертаването на скицата
© Схема: доц. д-р арх. Б. Георгиев

Формули

Програмата за управление предлага няколко готови формули за измерване и изчисляване на недостъпни размери. Възможно е измерването на площ, обем, триъгълник (за изчисляването на ъгли или квадратура на неправоъгълни площи), приложение на Питагорова теорема в няколко схеми, измерване на радиус или диаметър и др. Тук се намира и полето за стартиране на поредица измервания с последващо изчисляване и запаметяване на минимална, максимална и средна стойност (фиг. 7).

Фиг. 7. Бутони за стартирането на различни измервания с прилагане на формули
© Схема: доц. д-р арх. Б. Георгиев

Запис в таблица

Това е и най-елементарният режим на работа с програмата. При стартирането му се отваря електронна таблица, във всяко поле на която може директно да се запише резултата от измерването, направено с HILTI PD 38. Както и при всички други режими измерването се активира чрез специален бутон от екрана на джобния компютър (фиг. 8).

Фиг. 8. Изглед на електронната таблица за директно записване на измерването
© Схема: доц. д-р арх. Б. Георгиев

Създаване на висококачествени пространствени изображения и възможности за тяхното презентиране

Важна част от процеса на представяне и популяризиране на обектите от КИН е възможността за предварителното запознаване с тях. Създаването на дигитални архиви с описания на обектите изискват също генерирането, съхраняването и използването на висококачествена графична информация. Освен отделните фотоизображения или видеоклиповете изключително полезни в това отношение могат да бъдат интерактивните панорамни снимки. В ММЛКИН се разполага с няколко възможности за тяхното създаване и презентация, достъпни при обучението на студенти, специализанти и докторанти към Архитектурния факултет.

Общодостъпни средства

Най-широко разпространеният метод за генериране на панорамни снимки се състои от заснемането на поредица от взаимно застъпващи се по обхват кадри при следването на специална схема, последвано от тяхното ръчно или автоматизирано обединяване в единен кадър. Фотографирането може да се осъществи със стандартна камера, като по-добър резултат се получава при използването на широкоъгълен обектив. Според ъгъла на обхват на обектива се определя и броят на кадрите, които следва да се заснемат при отчитане на необходимото застъпване между тях. За постигането на оптимален резултат е необходимо да се ползва статив и специална глава за монтаж и въртене на фотоапарата около фокалната му точка (фиг. 9).

Фиг. 9. Схема на планиране на заснемането на кадри за сферична панорама
© Схема: RealViz

Следващият елемент на технологията представлява програмен продукт, в който полуавтоматично се обединяват получените кадри. Операторът следва да разположи последователно отделните изображения и може да коригира минимално разположението им с оглед на получаването на максимално качествен резултат. В ММЛКИН е закупен и инсталиран един от водещите продукти в това отношения - Stitcher версия 4.0 на фирмата RealViz (фиг. 10).

Фиг. 10. Момент от работата с програмата Stitcher 4.0
© Схема: доц. д-р арх. Б. Георгиев

Резултатът от работата на програмата може да се запише във различни формати. Някои от тях позволяват използването им за директна интерактивна презентация на обекта (при запис във QTVR формат). Друго възможно приложение на изходната информация е интегрирането им като фон на виртуален тримерен модел.

Камера за сферични панорамни снимки

С оглед на получаването на висококачествени сферични панорами ММЛКИН бе оборудвана със специализирана камера SpheroCam LDR на фирма SpheronVR AG, Германия. Технологичният комплект включва освен камерата, специален калибриран статив и портативен компютър със специализиран софтуер, чрез който се управлява процеса на заснемането и се обработват получените резултати. Чрез нея се получават снимки с висока резолюция (5.200 x 10.400 пиксела), а програмната обработка позволява различни варианти на извеждане на крайния резултат при напълно коректно съединяване на изображението в пълна сферична панорама.

Освен високото качество на визуалната информация, чрез тази технология могат да се извършват и измервания по фотограметричен път. За целта се правят две панорамни снимки при различни позиции на камерата във височина. Специален програмен продукт дава възможност за измервания на базата на заснетите две панорами.

Обучението за използването на тази технология се провежда на няколко етапа. След общо запознаване с процеса на използване на пълната технология в рамките на няколко лекционни часа се провеждат практически занятия в малки групи - от по 3-4 души (фиг. 11).

Фиг. 11. Момент от настройването на камерата при заснемането на църквата св. Георги в Долни Лозен
© Фотография: Калин Върбанов

Това се осъществява най-добре на конкретен реален обект с оглед на практическо приложение на получените резултати. Тук трябва да се има предвид, че заснемането на една панорама нормално трае между един и два часа в зависимост от светлинните условия. В това време се включва и процесът на инсталиране и настройване на цялата система.

Следващия етап от обучението в технологията е свързан с обработката на заснетата панорама. Той може да се проведе и в залата на ММЛКИН или в друго работно помещение. Курсистите се запознават с възможните изходни формати, получавани от заснетия от камерата файл и тяхното приложение за различни цели (фиг. 12).

Фиг. 12. Обработката на информацията продължава в учебната зала
© Фотография: арх. М. Велков

Най-удобният и лесен за възприемане резултат е създаването на интерактивни панорами, записани във формат QTVR или Flash. Чрез стандартни програмни средства те дават възможност за разглеждане на последователни помещения или на по-големи пространства чрез придвижване от една точка в друга.

На настоящия етап от експерименталното използуване на тази технология са създадени няколко поредици от панорами с цел презентирането на обекти от КИН. Направени са заснемания на къщата на Недкович, гр. Пловдив, църквата "Св. Георги" и църквата "Св. Спас" в Долни Лозен, параклиса "Св. Йоан Предтеча" в Рилския манастир, Тракийска гробница в Свещари, Крепостта край Червен, Демир Баба Теке в резервата "Сборяново" и др. Заснетите панорами са обработени с пълната версия на програмния продукт Pano2 VR на фирмата Garden Gnome Software e.U., Австрия Pano2QTVR и са подготвени за използване в интернет (фиг. 13).

Фиг. 13. Кадър от панорамните презентации на къщата на Недкович в Стария Пловдив
© Фотография: доц. д-р арх. Б. Георгиев, ст. ас. арх. Д. Георгиева, арх. М. Велков

Заключение

Очевиден е потенциалът на описаните по-горе технологии. Тяхното оптимално използване обаче изисква създаването на интердисциплинарни връзки между архитекти с интереси в областта на КИН, археолози, историци, реставратори. Една от основните задачи на ММЛКИН при АФ на УАСГ е освен обучението на студенти по архитектура, да създаде и развие инфраструктурата за реализиране на проекти, чрез които да се обединят специалисти от различните направления. Ето защо дейността й ще продължи да се развива в партньорство както с образователни и научни институции, като Националната художествена академия и Археологическия институт с музей към БАН, така и с Неправителствени организации като Българския националния комитет на ИКОМОС, Асоциацията за културен туризъм и др. Само съвместните усилия могат да изведат процесите на проучване, опазване и презентиране на културно-историческото наследство на ново качествено равнище.

© Боян Георгиев
=============================
© Електронно издателство LiterNet, 05.06.2009
Културно наследство: образование - наука - опазване, интегрирани в туризма (Heritage: ESPRIT). Под общата редакция на проф. д.а.н. арх. Тодор Кръстев. Варна: LiterNet, 2009