Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Проектирование (Архитектурный дизайн и архитектурная визуализация)

Содержание:

Введение

Мною была выбрана тема «Проектирование» т.к. после окончания обучения я планирую заниматься именно архитектурным дизайном и архитектурной визуализацией, данный опыт даст больше всего знаний которые в дальнейшем пригодятся мне в работе.

Основная задача дизайна интерьера - создать атмосферу физического и психического комфорта для человека, который в ней живет, подчеркнуть свою индивидуальность. Участвуя в создании новых форм объективной среды, пронизывая все сферы человеческой жизни, дизайн влияет на человека, его точки зрения, вкусы и образ жизни.

Дизайн - это творческая деятельность, целью которой является определение формальных качеств промышленных товаров. Эти качества включают внешние ресурсы продукта, но в основном структурные и функциональные отношения, которые трансформируют продукт в целом, как с точки зрения потребителя, так и с точки зрения производителя. Это определение было принято в 1964 году международным семинаром по дизайнерскому образованию в Брюгге.

Сегодня дизайн пронизал многие аспекты нашей жизни, в том числе и интерьер.

Есть некоторые методы дизайна интерьера, чтобы расширить или изменить пространство. Например, вы можете украсить стены зеркалом - оно отражает реальное пространство и создает иллюзию продолжения пространства. Использование стекла в интерьере устраняет четкие границы мебели, дает ощущение большей свободы, а благодаря стеклянным перегородкам свет проникает из одной области комнаты в другую. Цвет также может изменить пространство комнаты, поэтому стоит выбрать пастельную светлую цветовую гамму.

Однако самый оригинальный способ визуального расширения пространства квартиры сегодня был создан в первой трети 20-го века благодаря пионеру современной архитектуры Людвигу Фройляйн ван дер Роэ, который начал проектировать здания, в которых были заложены полы. ядро дома было «выстроено», а несущие конструкции сохранились только по периметру помещения. Это решение позволило освободить интерьер от стен.

Для проектирования мною был выбран дизайн гостевой комнаты в современной стилистике. Для образца я взял квартиры новостроек в своём городе.

Для начала я составил следующий план работы:

Изучение материалов по подобным проектам, поиск референсов.
Создание эскиза
Построение чертежей помещения для дальнейшей визуализации
Выбор дизайна помещения
Проектирование помещения в 3D
Фотореалистичная визуализация

Предварительно следует расписать подробно все пункты последующей работы которую я планирую выполнять.

Первым пунктом у нас идёт изучение материалов по подобным проектам. Для этого я использовал поисковые системы Google и Яндекс. А также сайт Pinterest. В ходе поиска мною были подобраны следующие подходящие референсы:

Следующим этапом было создание эскиза, здесь я использовал обычную офисную бумагу формата А4, обычный карандаш мягкостью B2 и линейку. Я создал перспективную проекцию моего будущего помещения с примерным расположением мебели и дизайна помещения. Которые в дальнейшем воплощу в 3д-визуализации.

После чего я начал подготавливать чертёж моего помещения. Для этого я использовал САПР AutoCAD 2019 года. В ней я создал чертёж помещения с видом сверху, а также полную развёртку стен, которая в дальнейшем облегчит мне работы в 3d-пакете и моделирование помещения интерьера.

Последующим шагом был выбор окончательного дизайна на основе подобранных ранее референсов. Здесь я всё также решил остановиться на тёплом современном дизайне интерьера с использованием современных технологий в дизайне.

Произведя моделирование на основе чертежа было необходимо приступить к визуализации. Здесь я использовал уже накопленный мною ранее опыт работы с 3д-пакетами и рендер механизмами.

Глава 1. Выбор дизайна

Течение времени не даёт шансов устаревшим техникам и дизайну. Современные решения больше всего привлекают нынешнее поколение и именно поэтому я решил использовать именно современный и модный дизайн в оформление помещения.

Для начала я изучил действующие предложения на рынке. В результате чего мною были сделаны следующие выводы:

- чаще людям нравятся стильные и при этом простые дизайнерские решения, а также

решения в тёплых тонах,

использование современных технологий в проектировании помещения,

обширные открытые виды из окон.

Изучив все материалы мною было принято решение создать дизайн в тёплых приятных тонах, при этом использовать по максимуму технологии, которые нам предлагает нынешнее общество, при этом сделав умеренную цену которую придется затратить на воспроизведения данного дизайна на реальном проекте.

Помещения находится на угловой части дома, и с внешней стороны у нас располагаются большие панорамные окна, которые дают достаточное количества дневного естественного освещения для нашего помещения. Учитывая это я решил использовать тёплые тона не только в цветах интерьера, но также и в температуре освещения. Здесь я использовал источники освещения с температурой от 3200 до 4000 по Кельвину.

Среди наполнения помещения было принято решения придерживаться минимализма в количестве элементов и при этом их максимальная функциональность. Поэтому было принято решение оставить в интерьере лишь необходимые элементы мебели, а именно:

Зона отдыха:

Диван
Кресло
Журнальный столик
Тумба с телевизором над ней

Рабочая зона:

Многофункциональный офисный уголок
Кресло

Для поддержания тёплой атмосферы и современного стиля, на стене за гостевой зоной я решил использовать фотообои из композитного материала. Мною был выбран следующий рисунок:

Мебель в гостевой зоне определенно было необходимо использовать мягкую чтобы создать уют и удобство для будущих жителей. Столик был выбран двухуровневый со стеклянным верхом.

Также для удобства была добавлена лампа между креслом и диваном, для провождения времени за чтением книги в гостевой зоне.

Не смотря на наличие технологии тёплых полов в моём дизайне я решил использовать в оформление помещения лёгкий ковёр с низким ворсом. Такой элемент дизайна придаст интерьеру дополнительный уют и комфорт.

Шторы я использовал трёх видов. Два тона бежевых штор, а также тюль, таким образом хозяева квартиры будут иметь возможность регулировать количество естественного освещения в помещение до нужного им уровня. Для создания легкости в оформление штор сверху была добавлена внутренняя подсветка углубления под крепления штор в потолке.

Давайте более подробно рассмотрим причину выбора такого стиля в дизайне помещения. При выборе, я придерживался следующих принципов.

Если вы правильно выберете комбинацию разных оттенков, вы можете скрыть недостатки гостиной и сосредоточиться на ее преимуществах. Во-первых, вы можете использовать цвет, чтобы визуально изменить размер комнаты. В зависимости от цветовой схемы она уменьшается или наоборот. Слишком высокий потолок можно опустить, а слишком низкий потолок можно поднять. Известно, что цвета также влияют на эмоциональное состояние человека.

Поэтому, прежде чем выбрать цвет для отдельного элемента интерьера, представьте общую картину интерьера гостиной в теплых тонах. Определитесь с цветами пола, стен, потолка, штор, мебели и дверей.

Человеческий глаз определяет их на основе длины волны спектра. Например, длинная волна вызывает учащенное сердцебиение, кровоток в конечностях и ощущение жара. Мы воспринимаем такую тень как теплую. И когда наши глаза распознают короткую волну, тело расслабляется, все процессы замедляются и ощущается свежесть. Это холодный тон. Такое «температурное» разделение цветовых тонов необходимо, потому что абсолютно чистые спектральные цвета очень редки в природе.

Основные теплые цвета - красный, оранжевый и желтый, включая один из их цветов. В эту категорию также входят зелень, абрикос, кофе, олень и сливки. Если солнечный свет не проникает в гостиную достаточно, украшение интерьера теплыми цветами сделает комнату более яркой и комфортной.

Сочетание оттенков рядом друг с другом в цветовой палитре влияет на восприятие «температуры». Например, сочетание бордового с сепией излучает тепло и карамельную свежесть. Если вы понимаете этот эффект, вы можете использовать его, чтобы сделать любую комнату гармоничной.

Особенности выбора цвета мебели в комнате должны быть отмечены отдельно. В каждой гостиной всегда много вещей, и их цвета взаимодействуют друг с другом. Целью оформления интерьера является создание и поддержание гармонии между этими вещами. Меблировка является одним из таких элементов. Очень важно, чтобы тень его поверхности, а также тип материала, из которого она изготовлена, сочетались с отделкой стен.

Почти все классические стили интерьера предпочитают мебель в теплых тонах, так как они придают ей естественный вид.

Темные поверхности поглощают свет и визуально уменьшают пространство. Шоколад и глубокие красные помогут сделать комнату теплее. На фоне светлых стен отлично смотрятся темные оттенки, которые придают атмосфере спокойствия и уюта.

Элементы в мягких тонах прекрасно сочетаются с богатым декором интерьера гостиной.

Изделия из дуба, ясеня, ольхи, бука, сосны, березы, клена отличаются светлыми и прозрачными оттенками. Если окна гостиной выходят на запад, вы также можете увидеть светло-желтые оттенки. В комнате, где нет солнечного света, лучше разместить мебель в пастельных тонах. Они могут визуально уменьшить пространство, но они сделают его намного легче и теплее.

Глава 2. Разработка эскиза. Проектирование

После изучения материалов из предыдущей главы я приступил к созданию простого эскиза на бумаге (Приложение 1.1). Для начала я построил общее помещение учитывая все свои идеи которые планировал использовать ранее. После чего нанёс на эскиз основную мебель для понимания композиции помещения. Также постарался особенно проработать оконную часть эскиза используя реальные прототипы в продаже, чтобы лучше представлять визуальную составляющую помещения. На этом работа с бумажным эскизом была закончена.

Следующим шагом было построение чертежей. Мною было принято решение использовать идеи современного дизайна в проектировании - радиальные углы с панорамными окнами, скрытые механизмы крепления штор, а также напольное покрытие ламинат с тёплыми полами.
Используя актуальные ГОСТ’ы и программное обеспечение САПР AutoCAD 2019 года, я возвёл полноценный чертёж с размерами данного помещения (Приложение 1.2 ).

При построение чертежей я старался учитывать то, что в дальнейшем мне придется из него возводить стены в 3D-пакете, в связи с этим все линии делал замкнутыми.

Далее я просчитал полную стоимость и количество материалов для реализации данного проекта.

Наименование помещения

Потолок

Стены

Полы

Площадь, метраж

Вид отделки

Площадь, метраж

Вид отделки

Площадь, метраж

Вид отделки

Гостевая

18,7 кв.м.

ГКЛ, покраска

60,4 кв.м.

покраска,

колер Cameo 25/или 15, L90*C1*H40, Amphibolin, пр-ль Caparol, Германия

18,7 кв.м.

Паркетная доска ДУБ TARTUFO GRANDE, пр-ль Barlinek, 180х2200мм, толщ.14мм

Глава 3. Разработка модели помещения

Приступив к разработке модели на основе чертежей первым делом я экспортировал чертежи из САПР AutoCAD 2019 в 3D-пакет 3DsMax 2016. После чего я оптимизировал чертежи для дальнейшей работы с ними, возвёл стены, пол и потолок. Тем самым создав основу для дальнейшей работы (Приложение 2.1)

Следующим пунктом была подборка моделей исходя из моих замыслов в дизайне для чего я использовал свободные ресурсы в интернете. Мною были подобраны следующие модели:

- Мягкий диван с подушками и мягкое кресло из серии Pohjanmaan Aria

- Двухуровневый круглый стеклянный столик и аксессуары к нему

- Лампу Gräshoppa floor lamp

- Люстру Bullarum St-9 Chandelier

- Потолочный накладной светильник ODEON LIGHT

- Письменный уголок IKEA

Собрав все модели я экспортировал их в сцену и произвёл настройку материалов и оптимизацию геометрии моделей (Приложение 2.2 ). Для этого я использовал скрипт Corona Converter v.1.42, а также ручную настройку материалов в сцене-студии с освещением студийной HDRI-картой.

Глава 4. 3D-визуализация

3D-визуализация важный пункт в подаче материала для клиента, поэтому к этому пункту я подошёл с особой тщательностью. Изучив материалы в сети интернет мною было принято решение использовать рендер Corona Renderer, т.к. он отвечает всем требованиям к современному фотореалистичному результату. Для получения красивого, продаваемого изображения я использовал следующие настройки:

- Разрешение визуализации 4000х2830

- Экспозиция 1.0

- Компрессия светлого 3.3

- Баланс белого 4750 Кельвинов

- Контраст 1.88

- Насыщенность 1.0

- Виньетирование 0.8

- Подавление шума 0.65 (уровень шума 3.8%)

Для создания естественного освещения помещения я использовал HDRI-карту из бесплатной коллекции сайта HDRI-Haven, под номером 046, с настройкой экспозиции карты на 0,8. Таким образом мне удалось получить мягкие тени и освещение пасмурного дня.

Для создания напольного покрытия мною был использован плагин FloorGenerator, со следующими значениями:

№	Наименование параметра	Значение
1	Max Length	2200 mm
2	Max Width	180 mm
3	Min Offset	20 %
4	Max Offset	40 %
5	Extrude	14 mm

Для создания материала напольного покрытия были использованы следующие параметры:

№	Наименование параметра	Значение
1	Diffuse Level	1,0
2	HEX Color	*
3	Reflection level	0,8
4	Reflection Glossiness	0,78
5	Fresnel IOR	1,55

*Была использована текстура ламината ДУБ TARTUFO GRANDE с сайта Krono Original.

Для создания материала стен были использованы следующие параметры:

№	Наименование параметра	Значение
1	Diffuse Level	0,88
2	HEX Color	D8CDC0
3	Reflection level	0,2
4	Reflection Glossiness	0,65
5	Fresnel IOR	1,52

Для создания материла потолка были использованы следующие параметры:

№	Наименование параметра	Значение
1	Diffuse Level	0,95
2	HEX Color	D2D2D2
3	Reflection level	0,35
4	Reflection Glossiness	0,72
5	Fresnel IOR	1,66

Далее я распишу полную таблицу элементов интерьера, использованных мною в данной сцене, а также их ориентировочную стоимость при реализации этого проекта:

№	Наименование элемента интерьера	Поставщик	Источник модели	Раз мер	Ориентировочная цена	Количество
1	Лампа напольная	Gräshoppa floor lamp скандинавская классика	3DDD	1239 х365 х316 мм	4599 руб.	1 шт.
2	Диван	Pohjanmaan Aria sofa	Turbo Squid	2252 х1069 х869 мм	28000 руб.	1 шт.
3	Кресло	Mfize Aria armchair	Turbo Squid	1298 х1312 х864 мм	11000 руб.	1 шт.
4	Журнальный столик	Mfize coffee table	Turbo Squid	1200 х768 х969 мм	7000 руб.	1 шт.
5	Шторы	IKEA АЙНА	3DDD	554 х2495 х3119 мм	6500 руб.	2 шт.
6	Люстра	Bullarum St-9 Chandelier	3DDD	1119 х1050 х1050 мм	9000 руб.	1 шт.
7	Ковёр	Mfize rug Mirage	Turbo Squid	1239 х365 х316 мм	4000 руб.	1 шт.
8	Письменный уголок	ИКЕА ЛИАРМОНН	3DDD	1977 х1930 х2880 мм	5000 руб.	1 шт.
9	Тумба под ТВ	ИКЕА БЕСТО	3DDD	1455 х600 х860 мм	3000 руб.	1 шт.
10	ТВ	LED телевизор SAMSUNG UE32N5300AUXRU FULL HD	3DDD	1140 х36 х673 мм	30000 руб.	1 шт.
11	Потолочные колбы	Потолочный накладной светильник ODEON LIGHT	3DDD	100 х100 х270 мм	800 руб.	3 шт.
12	Полоточные споты	DL-120x120M	Turbo Squid	120 х120 х50 мм	600 руб.	2 шт.
13	Межкомнатная дверь	Scandi box SECRET	Turbo Squid	140 х915 х2050 мм	2000 руб.	1 шт.
14	Кресло офисное	ИКЕА СКРУВСТА	3DDD	700 х720 х720 мм	3000 руб.	1 шт.

Здесь нам следует подробно поговорить о методах и механизмах архитектурной визуализации, для того, чтобы понять, как это работает и найти наиболее оптимальные и эффективные пути к реализации нашего проекта.

В текущих реалиях для получения реалистичного изображения используется метод глобального освещения (Global Illumination). Трассировка фотонов – один из самых популярных способов для просчёта глобального освещения.

Для получения наиболее реалистичного результата, современные механизмы визуализации используют просчёты материалов с учётом эффекта подповерхностного рассеивания. Данный метод используются для реализации реалистичного изображения таких материалов, как воск, тонкая ткань, еда и прочее. Работает он следующим образом, лучи света направленные на подобные предметы, рассеиваются внутри и тем самым мы наблюдаем подповерхностное свечение изнутри материала.

Также для того чтобы добиться реалистичности итогового изображения используются различные возможности эффектов камеры, такие как смазывание движущихся объектов (Depth Of Field) и глубина резкости. Используя глубину резкости мы можем сосредоточить внимание зрителя на определенном объекте или ряде объектов в нашей сцене. Таким образом мы увеличиваем акцент на нужной нам части изображения. Аналогом данного механизма в реальной жизни является фокус фотокамеры.

Существует множество решений для рендеринга 3D-сцены, поэтому помимо стандартных алгоритмов, как упоминалось ранее, существует множество альтернативных систем рендеринга. Они используются для получения максимально фотореалистичного изображения.

Основная задача любой программы визуализации - рассчитать освещенность и цвет произвольной точки в трехмерной сцене. Эта задача очень сложная. Чтобы компьютерные изображения достигли современного уровня фотореализма, методы компьютерной графики прошли долгий путь.

Сначала мы узнали, как рассчитать освещение объектов от источников света, которые находятся на линии прямой видимости (объект и источник соединены прямой линией). В таком расчете наиболее важными были модель освещения Фонга и модель затемнения Фонга. Они сглаживали цвета поверхности полигонов, рассчитывали зеркальные блики. И теперь эта модель и ее модификации с некоторыми дополнениями являются основой для расчета прямого освещения. В настоящее время для достижения мягких краев в тенях учитываются пространственные размеры источника света.

Он также принимает во внимание тот факт, что интенсивность света ослабляется в зависимости от расстояния. В частности, в физически правильных расчетах освещения используется закон квадратичного ослабления интенсивности пучка света, распространяющегося на расстоянии.

Второй компонент освещения объекта определяется зеркальным отражением (или почти зеркальным) окружающей среды и прозрачностью самого объекта. Чтобы рассчитать это, был разработан метод трассировки лучей. Этот метод отслеживает лучи света от камеры до первой грани пересечения, а затем направление дальнейшего распространения луча определяется в зависимости от прозрачности или отражающих свойств поверхности. Впервые трассировка лучей от камеры позволила включить ее окружение в расчет освещения объекта и была более эффективной, чем трассировка лучей от источников света, потому что она обрабатывает только лучи, достигающие камеры.

Одним из недостатков классического метода трассировки лучей является «твердость» получаемого изображения. Поэтому впоследствии была разработана модификация, известная как трассировка распределенных лучей (DRT). Суть DRT состоит в том, что на каждом пересечении радиуса, нарисованного поверхностями вдоль его пути, из каждой точки пересечения строится не один, а несколько лучей. Этот процесс чем-то похож на цепную реакцию. Этот подход позволил рассчитать размытые отражения и преломления (также известные как размытые, размытые или глянцевые отражения и преломления), но за счет большого увеличения объема вычислений. Модель DRT реализована в свойствах отражений и преломлений материалов с помощью параметра Glossy.

Третий компонент освещения объекта рассчитывает различные диффузные отражения света от окружающих объектов. Первым методом для расчета вторичного рассеянного освещения была Radience, которая, хотя и используется до сих пор, из-за нескольких присущих ей недостатков, дала начало еще двум прогрессивным алгоритмам расчета - методу Монте-Карло и методу фотонных карт.

Метод фотонной карты создает базу данных для каждой поверхности объекта сцены, в которой хранится информация о столкновениях «фотонов» с поверхностью - координаты столкновения, направление и энергия фотона. Под фотоном понимается часть энергии освещения, которая распространяется в определенном направлении от данного источника света.

Плотность фотонной карты используется в дополнительных расчетах для оценки освещенности точки в результате диффузного рассеяния света на окружающих поверхностях. Все визуализации с использованием метода фотонной карты выполняют расчет освещения в два прохода. Первый проход отслеживает фотоны от источников света до поверхностей и создает для них фотонные карты. Второй проход отслеживает лучи назад от камеры, и карты фотонов используются для расчета диффузного освещения точек пересечения лучей, отступивших от поверхностей.

Четвертый компонент освещения вычисляет световые эффекты, которые появляются во время фокусировки из-за отражения или преломления света в определенной области поверхности. Эффекты освещения называются эффектами каустики. Это, например, объектив, который фокусирует солнечный свет на поверхности объекта. Расчет эффектов каустического освещения может быть выполнен методом фотонного картирования, который требует локальной фотонной карты высокой плотности. По этой причине карты фотонов генерируются отдельно при необходимости.

Подводя итог вышесказанному, можно утверждать, что современный уровень развития вычислительных методов компьютерной графики позволяет рассчитывать освещенность произвольной точки трехмерной сцены как сумму четырех компонентов: прямого освещения, зеркальных преломлений и отражения, вторичные диффузные отражения и эффекты каустик-освещения. Для абсолютно точного расчета всего света, который падает на определенную точку на поверхности, необходимо добавить лучи света, идущие со всех сторон. Это приводит к необходимости интегрировать освещение на полушарие, окружающем точку, если она принадлежит непрозрачной поверхности, или на сфере, если поверхность также прозрачна.

Для построения интегралов освещения в компьютерной графике используются функции, описывающие все четыре компоненты освещения - функции источника света, функции зеркального отражения / преломления (идеал) поверхности и функция диффузного отражения поверхности.

Последние два типа функций часто объединяются в один, называемый BRDF - Двунаправленная функция распределения отражения / преломления (функция двунаправленного отражения / распределения преломления). Однако точное аналитическое решение этих интегралов в большинстве случаев невозможно, поэтому для их поиска используются различные численные методы.

Распространенным и часто используемым методом является метод Монте-Карло. Этот метод позволяет рассчитать интегральное значение как сумму небольшого числа значений подынтегрального выражения, которые выбираются случайным образом. То есть математический аппарат метода Монте-Карло является правилом определения выбора этих значений, поскольку от него зависят точность и скорость нахождения решений интегралов. Значения, выбранные для вычисления интеграла от подынтегральных функций, обычно называют выборками. Теперь метод Монте-Карло фактически является стандартом для компьютерной визуализации 3D-графики и используется практически во всех основных пакетах. Однако метод Монте-Карло имеет существенный недостаток, а именно медленную сходимость решений. На практике это означает, что для повышения качества расчета освещенности, например, в два раза, необходимо будет в четыре раза увеличить количество вычислений (количество образцов). Недостаток качества при рендеринге проявляется как «шум» - яркие пятна, видимые на изображении, зернистость и визуальные артефакты.

Метод фотонной карты разработан в качестве альтернативы вычислению вторичного рассеянного освещения методом Монте-Карло и заменяет вычисление соответствующего интеграла. У этого подхода есть свои плюсы и минусы. Положительными качествами фотонных карт являются скорость и правильность расчетов. Отрицательные стороны: необходимы в больших количествах.

При практическом использовании в настоящее время используется комбинация метода Монте-Карло и фотонных карт.

В итоге учитывая все особенности современных механизмов визуализации мною была построена необходимая сцена и подготовлена к визуализации, на рендер итогового изображения данный рендер потратил 3 часа 28 минут и на выходе мы получили сочную и реалистичную визуализацию (Приложение 3.1)

Заключение

В заключение хочется сказать, что в ходе написания курсового проекта мною были подробно рассмотрены задачи, с которыми придётся столкнуться рядовому архитектурному дизайнеру, а также благодаря данной курсовой работы я выработал для себя следующие умения:

- Оптимизация рабочего процесса

- Быстрый набросок эскизов

- Быстрый поиск необходимых референсов в сети интернет

- Работа с САПР и 3D-пакетами

- Настройка и получение фотореалистичной визуализации

Данные умения пригодятся мне в дальнейшем в моей профессии. Среди использованных мною программных обеспечений хочу отдельно отметить удобство и простоту работы с рендером Corona Renderer, благодаря которому мне удалось получить качественное итоговое изображение.