1
Projekt NAKI DG16P02H023
Proměna venkovské architektury s důrazem
na vývoj v 19. a 20. století
Tvorba a webová prezentace prostorových modelů venkovských staveb
A – audiovizuální tvorba
Technická dokumentace
Ing. Petr Soukup, Ph.D.* | Ing. Zdeněk Poloprutský* | Ing. Jindřich Hodač, Ph.D.*
Mgr. Ludmila Hůrková, Ph.D.** | Mgr. Klára Mezihoráková, Ph.D.**
*FSv ČVUT v Praze **ÚDU AV ČR, v. v. i.
2
Předkladatel: Fakulta stavební, ČVUT v Praze, 2020
1. typ výsledku: vedlejší
2. druh výsledku: A
2. rok uplatnění: 2020
3. autoři: Ing. Petr Soukup, Ph.D., Ing. Zdeněk Poloprutský, Ing. Jindřich Ho-dač, Ph.D., Mgr. Ludmila Hůrková, Ph.D., Mgr. Klára Mezihoráková, Ph.D.
4. název výsledku: Tvorba a webová prezentace prostorových modelů venkovských staveb
5. kód projektu: DG16P02H023
6. dostupnost výsledku: CD-ROM, webový portál projektu
7. pracoviště autorů: Fakulta stavební ČVUT v Praze a ÚDU AV ČR
Audiovizuální tvorba
Předkládaný výsledek typu Audiovizuální tvorba je výsledkem projektu NAKI č. DG16P02H023 – Proměna venkovské architektury s důrazem na vývoj v 19. a 20. století řešitelů FSv ČVUT v Praze a ÚDU AV ČR.
Technická zpráva
Tato technická zpráva definuje cíle předkládaného výsledku, popisuje postup tvorby prostorových modelů a obsahuje přehled technologických řešení použitých při vývoji webové aplikace. Součástí zprávy je také předpokládané využití vytvořených výsledků, stručný návod k ovládání aplikace a příloha popisující strukturu přiložené-ho datového nosiče.
Použité obrázky dokreslují použité pracovní postupy. Finální výstupy jsou z důvodu omezeného rozsahu technické zprávy pouze odkazovány na příslušné webo-vé stránky.
I. Cíl výsledku
Předkládaný audiovizuální výstup (webová aplikace) byl vytvořen primárně pro účely prezentace výsledků projektu na informačním kiosku, který je součástí po-řádaných výstav. Hlavní výsledky projektu v tomto kontextu tvoří analytické mapy vývoje zástavby a prostorové modely venkovských staveb. V současné době nelze uži-vatele zaujmout prezentací statických map a modelů, je potřeba nabídnout atraktivní řešení, které přiblíží téma poutavou formou.
Pro vývoj aplikace byla zvolena webová platforma (HTML5) a volně dostupné JavaScriptové knihovny. Vytvořené webové stránky splňují všechny zásady moder-ních standardů, jsou validní, responzivní a interaktivní. Vytvořená aplikace mohla být díky použitým technologiím uplatněna i na webových stránkách projektu. Toto uni-verzální řešení umožňuje přistupovat k prezentovaným informacím i mimo čas a mís-to pořádaných výstav a zásadně tak rozšiřuje dostupnost vytvořených výsledků.
3
Vlastní tvorba analytických map vývoje zástavby je předmětem výstupu typu Nmap. V dalším textu je popsán postup tvorby prostorových modelů venkovských staveb a vytvořená webová aplikace.
II. Tvorba a prezentace prostorových modelů
Pro modelování bylo vybráno celkem 13 typických původních venkovských sta-veb, rovnoměrně rozmístěných v rámci České republiky (v každém kraji s výjimkou Prahy se nachází jeden modelovaný objekt). Pečlivý výběr objektů provedli pracovníci Ústavu dějin umění AV ČR. Vybrané objekty představují charakteristické historické stavby daného regionu, které přitom nebyly dosud podrobeny důkladnému stavebně historickému zkoumání a vykazují vysoký stupeň původnosti. Přehledný seznam ob-jektů včetně autora modelu v uspořádání podle roku dokončení modelování obsahuje tabulka 1. Lokalizace objektů je znázorněna na obrázku 1.
Tab. 1: Přehled modelovaných objektů
ID Obec Okres Kraj Rok Autor
1 Hostouň čp. 112 Kladno Středočeský 2016 J. Švejda
2 Ropice čp. 25 Frýdek-Místek Moravskoslezský 2017 Z. Poloprutský
3 Stříbrnice čp. 29 Šumperk Olomoucký 2017 Z. Poloprutský
4 Rudník čp. 153 Trutnov Královéhradecký 2017 Z. Poloprutský, Z. Richtrová
5 Vigantice čp. 5 Vsetín Zlínský 2017 Z. Poloprutský
6 Jezeřany-Maršovice čp. 179
Znojmo Jihomoravský 2018 Z. Richtrová
7 Velečín čp. 12 Plzeň-sever Plzeňský 2018 Z. Poloprutský
8 Myslov čp. 2 Pelhřimov Vysočina 2018 Z. Poloprutský, Z. Richtrová
9 Sedlec čp. 8 Litoměřice Ústecký 2018 P. Hejduková
10 Ovesné Kladruby čp. 18
Cheb Karlovarský 2018 Z. Poloprutský
11 Stvolínky čp. 85 Česká Lípa Liberecký 2019 Z. Poloprutský
12 Úhřetická Lhota čp. 24
Pardubice Pardubický 2019 Z. Poloprutský
13 Kostelec nad Vl-tavou čp. 23
Písek Jihočeský 2019 Z. Poloprutský
4
Obr. 1: Lokalizace modelovaných objektů
Při tvorbě modelů je potřeba vycházet z relevantních prostorových dat. Mode-lování všech objektů vycházelo z dat, která jsme získali vlastní měřickou dokumentací objektů. Pro dokumentaci byly z dostupných měřických metod použity metody, které splňovaly nároky na požadovanou přesnost a současně byly ekonomicky rentabilní. Použita byla kombinace geodetických a fotogrammetrických metod.
Geodetické zaměření objektů spočívalo ve vyhotovení půdorysů přízemí, při-čemž důraz byl kladen na zachycení podstatných stavebních prvků objektů s ohledem na účel zaměření (charakteristické konstrukční prvky staveb). Jako hlavní dokumen-tační metoda byla použita metoda konstrukčních měr, která byla doplněna křížovými mírami1. Zpracování tohoto typu měření probíhalo v CAD programu MicroStation, výkresy byly vyhotoveny v měřítku 1 : 50. Připojení výkresů do státního referenčního souřadnicového systému bylo provedeno pomocí aktuálních katastrálních map. Ukázka půdorysu je na obrázku 2.
Výkresy půdorysů s dostatečnou přesností geometricky i rozměrově odpovídají své reálné předloze. Je z nich tedy možné zpětně určit kontrolní míry, např. délky a úhly, mezi stavebními konstrukcemi, které nejsou v terénu snadno zjistitelné.
1 Zjednodušené měření podle metodiky VESELÝ, Jan: Měřická dokumentace historických staveb pro průzkum
v památkové péči. Odborné a metodické publikace. Praha: NPÚ, 2014. ISBN 978-80-86516-79-0.
5
Obr. 2: Půdorys přízemí objektu Stříbrnice čp. 21
Současně byla pro každý objekt vyhotovena rozsáhlá sada fotografií, které byly následně použity pro fotogrammetrické zpracování. Konkrétně byla využita metoda tvorby mračna bodů ze snímků s využitím obrazové korelace. Tato metoda umožňuje minimalizovat čas prací v terénu. Časově náročnější etapu pak představuje kancelář-ské zpracování, kdy je z objemného mračna bodů konstruován datově úspornější vek-torový model objektu. Obrysy dokumentovaných staveb byly určeny pomocí kontrol-ních oměrných měr, které byly změřeny mezi vlícovacími body, jež byly signalizovány papírovými štítky.
Orientace v bodových mračnech a správná identifikace klíčových prvků k vektorizaci představuje nejobtížnější a nejnáročnější fázi celého modelování a vyža-duje fundovaného odborníka. Takový odborník kromě dobré znalosti vlastní foto-grammetrické technologie musí mít také dobrou znalost konstrukčních prvků histo-rických staveb. Pro tvorbu a zpracování mračna bodů byly použity specializované programy (PhotoScan, PhotoModeller, CloudCompare). Ukázka tvorby mračna bodů je na obr. 3.
6
Obr. 3: Tvorba mračna bodů objektu Ovesné Kladruby čp. 18
Vytvořené mračno bodů bylo převáděno do vektorového modelu s využitím CAD produktu MicroStation (viz obr. 4). Pro vektorizaci exteriérů objektů byla využi-ta mračna bodů, pro tvorbu zjednodušených interiérů objektů byly využity půdorysy. V obou případech byla významným zdrojem doplňkových informací pořízená fotodo-kumentace.
Během vektorizace je nezbytné provádět generalizaci (zjednodušení tvaru) jed-notlivých prvků stavby. Stanovení vhodné míry generalizace prováděné citlivě vzhle-dem k charakteristickým rysům objektů vyžaduje od zpracovatele zkušenost a cit pro tento typ práce. Současně bylo důležité dodržet stejná pravidla pro všechny zpracová-vané objekty.
Obr. 4: Vektorizace mračna bodů objektu Vigantice čp. 5
7
Stručný postup tvorby prostorových modelů včetně ukázek možností prezenta-ce výsledků je uveden na http://venkov.fsv.cvut.cz/projekt/modelovani.html. Na této stránce jsou pro vybrané modely uvedeny ukázky prezentací, které byly vytvoře-ny v průběhu hledání nejvhodnějších postupů. Dokreslují možnosti, které byly ná-sledně použity pro prezentaci všech modelů, a jejichž popis je uveden v následující kapitole.
Prezentovat interaktivně rozsáhlé mračno bodů na webu není v současné době možné z důvodu obrovského objemu dat a omezené kapacitě datových linek. Vybraná mračna bodů proto prezentujeme na uvedené webové stránce formou krátkých video animací.
Prostorové modely lze dnes na webu prezentovat s využitím různých webových serverů, které spravují rozsáhlé knihovny modelů. Na uvedené stránce je ukázka vyu-žití specializovaného serveru Sketchfab, konkrétně pro prezentaci modelu stavení v obci Hostouň. Určitou nevýhodou tohoto typu řešení je nutnost uložení vytvořeného modelu na vzdáleném serveru dané společnosti a tedy značná závislost na jejich tech-nologii. Při možném výpadku nebo ukončení služby jsou modely nedostupné. Z tohoto důvodu nebyl nakonec tento typ řešení pro prezentaci všech modelů využit.
Mezi nenáročné metody webové prezentace exteriéru i interiéru patří panora-matické snímky. Jako ukázka je na stránce uvedeno celokruhové panorama exteriéru stejného objektu. S využitím panoramatické hlavy byly pořízeny jednotlivé fotografic-ké snímky, které byly následně vhodným programem (použit program Hugin) po-skládány do jedné panoramatické fotografie. Pro její interaktivní prohlížení na webu byla zvolena volně dostupná JavaScriptová knihovna Pannellum. Vytvořené panora-ma realisticky dokresluje umístění objektu vůči okolní zástavbě a terénu.
Pro lepší názornost a ověření technologií byly dva modelované objekty vytisk-nuty na 3D tiskárně. Jedná se o stavbu v obci Sedlec a o stavbu v obci Stvolínky. První model byl vytisknut jako stavebnice, lze odebrat střechu a první patro (viz obr. 4). Dobře tak vynikne půdorysné členění interiéru.
Obr. 4: Sedlec čp. 8 – vlevo celý model, vpravo přízemí
Druhý model byl tisknut jako kompaktní, s 15% výplní a automaticky genero-vanými podpěrami (viz obr. 5). Oba modely budou součástí závěrečné souhrnné vý-stavy, realizované v listopadu 2020 v prostorách Národní knihovny České republiky (Klementinum).
8
Obr. 5: Stvolínky čp. 85 – vlevo tisk, vpravo celý model
V dalším textu jsou popsány postupy a metody, které byly použity pro kom-pletní prezentaci vytvořených map a modelů.
III. Webová aplikace
Vytvořená webová aplikace je pod souhrnným názvem „Webová prezentace map proměny venkovské architektury a prostorových modelů venkovských staveb“ dostupná na adrese http://venkov.fsv.cvut.cz/projekt/vesnice.html .
Aplikace prezentuje z datového hlediska tři odlišné typy datových souborů:
– rastrové mapy vývoje zástavby
– vektorové mapy vývoje zástavby
– prostorové modely venkovských staveb
Vzhledem k tomu, že prezentace map je integrální součástí vytvořené aplikace, je v dalším textu stručně uvedeno použité řešení nejen pro modely, ale i pro mapy.
Rastrové mapy jsou prezentovány po jednotlivých mapových listech. Použité webové řešení umožňuje plynule měnit měřítko zobrazení a posun výřezu mapy. Ob-jemná rastrová data jsou náročná na přenosovou kapacitu datových linek. Větší sou-bory jsou běžným způsobem, použitelným dobře pro malé obrázky, v současné době pro běžného uživatele internetu nedostupné. Je třeba volit jiná řešení, která minima-lizují objem přenášených dat. Použitý princip spočívá v jednorázovém vygenerování sady původního obrázku v různém rozlišení (dpi) a jejich rozložení na menší oblasti pokrývající souvisle celý rastrový obraz (dlaždice). K uživateli se pak po síti přenášejí pouze ta data, která jsou svým rozlišením a umístěním potřebná pro daný výřez na obrazovce. Tak je možné prezentovat i velmi rozsáhlé datové soubory při zachování rozumné odezvy systému i na standardních datových linkách.
Rastrové mapy proměny venkovské zástavby jsou prezentované na webu pro-jektu s využitím volně dostupné JavaScriptové knihovny OpenSeadragon (OpenSea-dragon 2020). Knihovna umožňuje pracovat s různými formáty popsaných pyramid rastrových dlaždic. V našem řešení jsme použili formát Deep Zoom Image (DZI), kdy jednotlivé vrstvy pyramidy jsou uloženy odděleně v číslovaných složkách. Názvy sou-borů dlaždic jsou tvořeny číslem sloupce a vrstvy příslušného rastru. Pro tvorbu py-ramidy rastrů v tomto uspořádání existuje řada aplikací vytvořených v různých vývo-jových prostředích. V našem případě jsme použili volně dostupný desktopový pro-
9
gram Deep Zoom Composer společnosti Microsoft (DEEP ZOOM 2020), který umož-ňuje generovat výsledné dlaždice ve formátu jpg a png. Pro naše účely (čarová kresba) byl použit vhodnější bezeztrátový formát png.
Přehled všech třinácti prezentovaných rastrových map je uveden na stránce http://venkov.fsv.cvut.cz/projekt/mapy_rastr.html .
Vektorové mapy jsou prezentovány po celých katastrálních územích. Oproti rastrovým mapám znázorňují složitější obsah, protože obsahují zákres všech použi-tých datových podkladů (rastrové mapy zobrazují zástavbu pouze ze dvou nejstarších podkladů). Takový obsah nelze prakticky přehledně a srozumitelně prezentovat v klasické tištěné mapě. Je nezbytné použít možnost zapínání a vypínání jednotlivých tematických vrstev. Menší objem vektorových dat dovoluje pracovat s celým rozsa-hem mapy bez nutnosti tvorby vektorových dlaždic.
Pro účely prezentace vektorových map projektu byla zvolena komplexní a vol-ně dostupná JavaScriptová knihovna OpenLayers (OpenLayers 2020). V rámci im-plementace této technologie bylo definováno nastavení zobrazení vrstev (použitá symbologie byla částečně přebírána z původní GIS aplikace a částečně byla nově na-vržena pro potřeby webu). Podrobná konfigurace obsahuje pro jednotlivé mapy na-stavení souřadnic středu a úrovně přiblížení počátečního zobrazení mapy, prostorové omezení pohybu v mapě, pořadí zobrazování vrstev a řadu dalších parametrů. Jed-notlivé datové vrstvy jsou prezentovány ve formátu KML, který byl vytvořen expor-tem z geodatabáze aplikace ArcMap. V té souvislosti bylo potřeba vyřešit problém s georeferencí dat, který se objevil v důsledku přechodu mezi souřadnicovými sys-témy geodatabáze a webové prezentace, a který se projevoval systematickým posu-nem v poloze historických datových vrstev a aktuálních vrstev načítaných on-line.
Sada standardních vrstev je při prezentaci na webu doplněna o vrstvu geogra-fických jmen, vrstvu aktuálního Ortofota České republiky a vrstvu digitálního modelu reliéfu. Tyto doplňkové vrstvy jsou on-line načítány ze zdrojových serverů ČÚZK for-mou webové mapové služby. Historická data o zástavbě lze tak snadno projektovat do aktuálního stavu krajiny a terénu. Pro lepší orientaci v mapě se v levém dolním rohu mapy zobrazuje grafické měřítko a geografické souřadnice pozice kurzoru myši v souřadnicovém systému WGS84.
Přehled všech třinácti prezentovaných vektorových map je uveden na stránce http://venkov.fsv.cvut.cz/projekt/mapy_vektor.html .
Prostorové modely představují patrně uživatelsky nejatraktivnější část we-bového portálu. Vytvořené modely venkovských staveb je možné libovolně natáčet, posunovat a přibližovat. Zvolené řešení nevyžaduje žádné dodatečné instalace zásuv-ných modulů do webového prohlížeče. Pro potřeby projektu byla zvolena robustní volně dostupná JavaScriptová knihovna Three.js postavená na standardu HTML5.
Pro prezentaci modelů na webu se ukázal jako nejvhodnější formát collada (soubory dae). Tento formát nebylo možné generovat přímo z programu MicroStation (formát dgn), který byl použit pro tvorbu modelů z mračna bodů. Vhodným nástro-jem pro tento účel se ukázal program SketchUp (formát skp), který nabízí export do formátu collada i ve své základní volně dostupné verzi.
Pro publikování na webu byly použity redukované verze modelů, které neobsa-hují datové vrstvy, které nejsou na webu viditelné a neúčelně by navyšovaly objem dat. Při načítání webové stránky se totiž k uživateli stahuje vždy celý model najednou
10
(před zobrazením modelu), a proto byla problematice velikosti souborů modelů věno-vána velká pozornost.
Program SketchUp byl také použit pro případné nezbytné úpravy modelů, nut-né zejména pro odstranění topologických nedostatků, které se objevily až při detail-ním procházení modelů (napojení ploch, hran, orientace ploch atd.). Tyto úpravy re-lativně drobných geometrických nepřesností byly poměrně pracné a zdlouhavé.
Pro každý prezentovaný model byly nastaveny parametry zobrazení jako pozice kamery, směr pohledu, zorné úhly, osvětlení a další.
Webové stránky s prezentovanými modely obsahují stručný popis modelova-ných objektů s ohledem na historický vývoj a stavební specifika.
Přehled všech třinácti prezentovaných prostorových modelů je uveden na stránce http://venkov.fsv.cvut.cz/projekt/modely.html .
IV. Využití webové aplikace
Vytvořená webová aplikace zpřístupňuje soubor analytických map vývoje zá-stavby a sadu prostorových modelů venkovských staveb interaktivním způsobem všem zájemcům s přístupem na internet. Výsledky naleznou využití u odborné i laické veřejnosti, pedagogů a studentů odborných škol, v médiích, státní a veřejné správě. Mapy a modely poskytnou cenné informace především historikům architektury, et-nografům, kartografům, jakož i dalším zájemcům o problematiku venkovské architek-tury.
Původním záměrem vytvářené aplikace bylo prezentovat mapy a modely na in-formačním kiosku, který je součástí doprovodných výstav. Díky zvoleným technolo-giím postaveným na standardu HTML5 bylo umožněno využít aplikaci i v rámci we-bových stránek projektu. Tím se okruh uživatelů, kterým jsou výsledky projektu do-stupné, mnohonásobně navýšil, neboť vše je nyní dostupné bez omezení na místo a čas pořádání výstav. Aplikace podporuje různá koncová zařízení. Stránky jsou vhodně zobrazitelné jak na monitorech stolních počítačů, tak na tabletech i displejích chyt-rých mobilních telefonů.
Vytvořené modely a podkladové materiály (půdorysy) jsou vytvořeny s ohledem na specifické prvky historických venkovských objektů a mohou dobře po-sloužit specialistům pro potřeby případného navazujícího stavebně historického prů-zkumu.
Prezentované modely jsou na webu vystaveny v redukované podobě. Z důvodu minimalizace objemu dat byly z modelů odstraněny vrstvy, které nejsou pro prezen-taci nezbytné (interiér, krovy apod.). Kompletní modely v původních datových formá-tech (dgn, skp) i ve formátu pdf, který umožňuje lokální interaktivní prohlížení mode-lů včetně práce s vrstvami, budou k dispozici ve veřejné databázi, která bude hlavním prezentačním výstupem řešeného projektu, a která se v současné době dokončuje.
V. Návod k ovládání webové aplikace
Ovládání stránek webové aplikace je vcelku jednoduché a standardní, a nemělo by tedy činit uživatelům problémy. Pro jednotlivé prezentované prvky platí pro ovlá-dání myší následující pravidla:
11
Rastrové mapy
– přiblížení a oddálení mapy – kolečko (změna měřítka - zoom)
– posun mapy – stisknuté levé tlačítko a posun myši
– skokové přiblížení mapy v místě kurzoru – klik levým tlačítkem
– uložení obrázku mapy – klik pravým tlačítkem
– zobrazení na celou obrazovku – ikonka ovládacího panelu (ukončení kláve-sou Esc)
Vektorové mapy
– pohyb v okně mapy – stejné ovládání jako u rastrových map
– zapnutí/vypnutí datové vrstvy v legendě – klik levým tlačítkem v zaškrtávacím boxu
Prostorové modely
– pohyb v okně mapy – stejné ovládání jako u rastrových map
– zapnutí/vypnutí datové vrstvy v legendě – klik levým tlačítkem v zaškrtávacím boxu
– uložení obrázku mapy – klik pravým tlačítkem
Pozn.: ovládání na dotykových displejích (informační kiosek, mobilní telefony) je stejné s tím rozdílem, že změna měřítka se provádí intuitivně obvyklým gestem dvou prstů.
VI. Příloha – datový nosič CD-ROM
Na přiloženém elektronickém nosiči dat (CD-ROM) jsou uloženy kompletní webové stránky předkládaného výsledku typu A včetně této technické dokumentace.
Datové soubory jsou strukturovány následujícím způsobem:
/technicka_dokumentace – technická dokumentace ve formátu doc a pdf
/css – knihovny použitých kaskádových stylů
/fonts – soubory použitých fontů
/images – obrázky pro stylování stránek
/js – použité JavaScriptové knihovny
/mapy_rastr – webová prezentace rastrových map (podle jednotlivých vesnic)
/mapy_vektor – webová prezentace vektorových map (podle jednotlivých vesnic)
/modely – webová prezentace modelů (podle jednotlivých staveb)
/openseadragon – JavaScriptová knihovna pro práci s pyramidou rastrů
/vesnice – webová prezentace přehledu dotčených vesnic
ctime.txt – úvodní informace
vesnice.html, mapy_rastr.html, mapy_vektor.html, modely.html –
webové stránky s přehledem uvedených prvků
12
Pozn.: Pokud je potřeba spouštět webové stránky přímo z CD-ROMu, je nutno ve we-bové prohlížeči povolit otevírání lokálních souborů (ve standardním na-stavení je tato možnost z bezpečnostních důvodů zakázána). Pro prohlí-žeč Google Chrome lze toto navolit parametrem --allow-file-access-from-files zadaným při spuštění prohlížeče.
Pozn.: Soubor technické dokumentace je rovněž k dispozici na webové adrese http://venkov.fsv.cvut.cz/audiovizualni_tvorba/ .
