Jak jsme využili Autodesk 3ds max pro digitální rekonstrukci poutního kostela

Využití 3ds max v běžném technickém navrhování má spíš pozici aplikace pro vizualizaci a animaci s výrazným podílem volného modelování. V následujícím článku se pokusím představit našim čtenářům projekt, který byl vytvořen na VOŠ a SPŠ ve Žďáře nad Sázavou a jeho autor David Okurka s ním vycestoval až na celosvětovou výstavu do jihoamerické Limy v Peru.

Hlavním cílem projektu byla realizace digitálního modelu Poutního kostela sv. Jana Nepomuckého na Zelené hoře ve Žďáře nad Sázavou jehož autorem je Jan Blažej Santini-Aichel. Areál poutního kostela byl pro svou jedinečnost zařazen roku 1994 mezi památky zapsané do prestižního Seznamu světového kulturního dědictví UNESCO.

Vytvořit digitální model kostelíku byla cesta, která trvala několik měsíců. Východiskem pro tvorbu modelu byly dobové kresby, historická literatura, fotografie a orientační měření. Již od počátku byla zvažována cesta nasazení volného modelování. Aplikace jakéhokoliv přesného řešení z oblasti CAD aplikací bylo na Santiniho vzletné tvary krátké.

Podkladem pro vytvoření modely byly dobové kresby, orientační měření a fotografie

Již od počátku se jednalo o projekt, kterého realizace vyžadovala zcela nekonvenční postupy a nasazení moderních technologií. Jeho součástí nebylo pouze vytvoření modelu, ale také následné zpracování pomocí technologie Rapid Prototyping. Především ve fázi optimalizace modelu se Autodesk 3ds max ukázal jako perfektní nástroj.

Půdorys kostelíku je ukázkou nadčasové Santiniho práce

Geometrie modelu kostelíku je rozdělena do dvou samostatných částí, které byly řešeny odděleně. Kostel je vystavěn z typického půdorysu převážně pomocí objemových těles a množinových operací. Tvořící náčrty jsou převážně oblouky a spline křivky. Podobná technologie modelování byla využita také pro řešení geometrie ambitů. Na první pohled vypadají tvary kostelíku jako symetrické a řešitelné pomocí příkazů pole, opak je ovšem pravdou. Santini v této oblasti vždy udělal určitou asymetrickou výjimku v podobě odlišné geometrie stříšky, zdiva nebo výklenků. V této oblasti bylo vytvoření detailů opravdovou alchymií.

Model včetně dobových ambitů

Po vytvoření modelu kostelíku začala etapa optimalizace jeho tvarů pro Rapid Prototyping. Zvolená technologie 3D tisku FDM od společnosti Stratasys byla již několikrát vyzkoušena na řadě strojírenských projektů. Realizace modelu stavby tak tvarově složité byla pro nás ovšem opravdovou novinkou.

Finální model vsazený do pracovního terénu

Pro tisk byla zvolena technologie s podpůrným materiálem. Jedná se o postup, kdy jsou všechna převislá místa postupně podepírána přídavným materiálem (tmavý materiál na fotografii). Tato technologie zabraňuje případnému nežádoucímu zhroucení geometrie stavby. Model je principiálně vystavěn postupně po cca. 0,2 mm vysokých vrstvách. I tato zdánlivě vysoká přesnost se ukázala u zmenšeného modelu kostelíku jako nedostačující. Nebyly vytištěny detaily a především se zcela rozpadly stříšky nad zákristii. Na základě několika zkušebních tisků byl proto model v 3ds max dále modifikován. Zde jsme již museli ustoupit od vysoké detailnosti a optimalizovat tloušťky střech s ohledem na jejich tisk.

Princip skládání vrstev kostelíku hlavním a podpůrným materiálem pomocí technologie FDM

Aplikace pro zpracování modelů pro 3D tisk jsou navíc obecně velmi citlivé na správnou orientaci normál jednotlivých ploch. Výhodou 3ds max je přítomnost funkce unifikace normál, která dokáže nejen normály ploch globálně otočit, ale také je optimalizovat u zcela chaoticky vytvořených ploch.

Chyby geometrie před optimalizací modelu v 3ds max (chybějící stříšky v důsledku optimalizace normál a tloušťky)

Po několika desítkách hodin úprav modelu a modifikaci vadných míst byl model pro finální 3D tisk připraven. Optimalizovaný model můžete vidět na závěrečném obrázku.

Finální model kostelíku po optimalizaci v 3ds max

Související články: