Šperk – to je takové malé nic, chtělo by se říct. Zkuste se na něj ale podívat zblízka! Složité organické tvary jsou pravou výzvou pro oblíbený modelovací program Rhinoceros, který vás provede celým procesem zhmotnění i té nejsložitější myšlenky. Můžete začít digitalizací papírových skic a převedením těchto náčrtků do podoby 3D modelu, ze kterého budete vytvářet vizualizace i fyzické prototypy, abyste nakonec vše završili přípravou forem pro sériovou výrobou – a to vše v jediném prostředí.

Modelování volných a tvarově složitých ploch

Technologie plošného NURBS modelování, na které je program Rhinoceros postaven, nabízí pružnost a přesnost, která je dostačující i pro ty nejsložitější návrhy šperků, ať už jsou jejich tvary technicky strohé či organicky rozmanité. NURBS geometrie pracuje s matematickými křivkami a plochami, které jsou dokonale hladké při jakémkoliv přiblížení. Na rozdíl od polygonových modelovacích programů tedy nejsou povrchy modelu tvořeny jednotlivými ploškami, ale jsou ideálně plynulé.

Rhinoceros je kompatibilní s dalšími programy pro CAD, CAM, renderování a ilustraci. Dokáže pracovat s STL sítěmi a převádět je na hladké NURBS plochy, je tedy vhodným nástroje pro reverse engineering (zpětné vytvoření 3D modelu z fyzického kusu). Schopnost přímého tisku na 3D tiskárnách jej zase předurčuje k nasazení v oblasti rapid prototypingu. Pracuje s křivkami, plochami, otevřenými spojenými plochami, uzavřenými tělesy i s polygonovými sítěmi bez omezení složitosti či tvaru.

3D model se obvykle vytváří na základě křivek, které slouží pro vstup příkazů, jako je potažení profilů plochou nebo tažení profilů po jedné či dvou trasách. Tento přístup je spíše technický, konstrukční. Rhinoceros ovšem nabízí také nástroje pro volné deformace objektů, kterými můžete své modely plasticky deformovat a přetvářet. Na obecné plochy můžete také přikládat jiné volně tvarované plochy, tělesa a polygonové sítě, například plastické reliéfy, loga nebo značky.

Pokud při spuštění takové deformační funkce zapnete záznam konstrukční historie, můžete pohybovat s originálním objektem a tím jej v reálném čase polohovat přímo na cílové ploše. Objekty můžete také volně tvarovat pomocí deformačních klecí, kterými mohou být křivky, plochy či prostorové matice řídicích bodů.

Šperkaři a umělci obecně ale nebývají největšími kamarády technického přístupu k modelování. Po těchto trasách potáhnu profily, druhou plochu udělám ze sítě křivek, pak plochy oříznu průnikem s elipsoidem a vzniklý otvor vyplním plynulým přechodem s G2 návazností – to si může říct designér při navrhování sekačky na trávu, představy rozervané umělcovy duše jsou ale jiné: „Milý Stroji, já ti dle svých skic naznačím, jak má dílo zhruba vypadat, ty mi z těch zubatých úseček uděláš krásnou hladkou plochu a já si ji pak budu pěkně mačkat, jako kdybych modeloval z hlíny.“ A přesně to umí zásuvný modul T-Splines, který je nadstavbou a zdokonalením NURBS geometrie v Rhinu. Je obdobou tzv. SubD technologie z programů, jako je 3DS Max nebo Maya, s tím rozdílem, že nepracuje s polygony, ale s pravými NURBS plochami.

Jeden z možných postupů

Ruční skicu prstenu v rozvinutém stavu oskenujeme a vložíme jako obrázek do pozadí okna s pohledem v Rhinu. Tvar nahrubo obtáhneme lomenou čarou a nakreslíme krátké propojky mezi vnějšími hranami. Tuto mřížku lomených čar vytáhneme jediným příkazem do podoby prostorové klece úseček. Z takto volného zadání již dokáže modul T-Splines vygenerovat hladkou plochu, kterou je možné následně volně deformovat pomocí řídicích bodů, bez ohledu na to, zda je složena z desítek či stovek dílčích ploch. Doladíme detaily, přidáme srdíčka vytvořená pomocí další klece úseček a nakonec celý objekt zdeformujeme podle řídicí kružnice do podoby finálního prstenu.

Nadstavby nejen pro šperkaře

Rhinoceros je díky jeho otevřené architektuře snadné rozšířit o další doplňkové moduly nezávislých výrobců. Pro uživatele je navíc potěšující, že jejich cena je úměrná nízké ceně Rhina, některé jsou dokonce úplně zdarma. To je případ hned prvního z nich, zásuvného modulu ZSurf. Tento modul dokáže převést bitmapový obrázek (nejlépe ve stupních šedé) na plastický reliéf. Bílá barva v obrázku přitom představuje nejvyšší bod na výsledné ploše, černá nejnižší. Podobné služby, ovšem na vyšší úrovni, poskytuje placený modul RhinoArt. Ten navíc dokáže například vyplnit prostor mezi obecnými křivkami jemně vyklenutou plochou o uživatelem definovaném průřezu.

Úzce specializovaným modulem, vyvinutým speciálně pro šperkaře, je RhinoJewel. Tento modul je navržen pro parametrické navrhování prstenů a dalších šperků. Jednou z jeho funkcí je i tvorba tzv. pavé, pokrytí dané plochy drahými kameny se zvolenými rozestupy. RhinoJewel obsahuje rozsáhlou knihovnu kamenů Swarovski, šperky tedy můžete těmito kameny přímo osadit včetně všech technických náležitostí jejich upevnění a pak už je můžete rovnou vizualizovat.

CNC obrábění a 3D tisk

Skutečnému šperku, který si můžete nasadit na prst či pověsit na krk, se nevyrovná sebelepší vizualizace. Nejběžnější metodou výroby prototypu je klasické CNC frézování. Výhodou je relativně nízká cena stroje i materiálu, stolní frézky lze pořídit již za několik desítek tisíc korun. Nevýhodou je nemožnost obrábět tvary, které jsou alespoň pro běžné 3osé frézování nedosažitelné – například podkosy nebo dutiny. K Rhinu lze dokoupit nadstavbu RhinoCAM pro 2,5 až 5osé frézování, která vám umožní vygenerovat dráhy nástroje přímo z 3D modelu. Na výběr je více než 100 postprocesorů pro přeložení vygenerovaného programu pro konkrétní stroj, pokud byste mezi nimi ale ten svůj nenašli, máte k dispozici editor, ve kterém si můžete postprocesory upravovat nebo vytvářet nové.

Výrazně nákladnější je zhotovení fyzického modelu metodou rapid prototypingu neboli 3D tisku. Z Rhina můžete své modely tisknout přímo na 3D tiskárně, stejně, jako když pošlete výstup na klasickou tiskárnu. Dokonce existuje webová služba, které vám po odeslání modelu z Rhina spočítá náklady na 3D tisk a po odsouhlasení vám model vytisknou a odešlou na vaši adresu poštou.

Vizualizace šperků

Na šperkařské vizualizace jsou kladeny specifické požadavky, které se liší například od architektonických vizualizací. Nejde zde o reálné simulace přirozeného denního světla, ale spíše o co nejkvalitnější reprodukci studiového nasvícení včetně rozestavení reflektorů a reflexních ploch pro odraz světla. Světlo je tedy velice důležité, ale skutečným klíčem k dokonalé vizualizaci šperků je perfektní simulace skutečných materiálů. Do hry totiž vstupují fyzikální jevy, které dokáží dnešní vizualizační programy perfektně simulovat – například kaustika (hezky česky bychom řekli prasátka, skvrny světla, které jsou odrazem nebo lomem soustředěny do určitého vzoru) a také disperze neboli rozklad světla, která má na svědomí duhové zabarvení světla při lomu mezi dvěma prostředími.

Nové směry vizualizace

Když chtěl uživatel vytvořit fotorealistickou vizualizaci šperku, stálo ho to minimálně hodiny zkušebních náhledů, úprav, dalších náhledů, nových úprav... Vyladění správného jasu světel či požadovaného vzhledu zlata a drahých kamenů byla práce pro zkušeného profesionála. Nejrozšířenějším modulem pro profesionální vizualizaci je už delší dobu V-Ray, ovšem s tou drobnou nevýhodou, že má jen o dvě tlačítka méně než řídicí pult běžného raketoplánu.

V posledních měsících ale přichází ke slovu nová generace vizualizačních programů, která buď neklade na uživatele naprosto žádné požadavky na znalost teorie nasvícení či materiálů (například hyperShot), nebo po něm alespoň chce, aby mlhavě tušil, jak se fotí klasickou zrcadlovkou (fryrender). První z nich renderuje dokonce v reálném čase, tak, jak otáčíte s plně nasvícenou scénou. Práce s hyperShotem je zcela jednoduchá – nahrajete 3D model, z knihovny „přetáhnete“ na objekty požadované materiály a nahrajete speciální širokospektrální fotografii (tzv. HDRI mapu), která do počítače věrně přenese osvětlení místa, kde byla pořízena. Tento obrázek se stane „zářičem“, který bude osvětlovat počítačovou scénu. Svůj šperk tak můžete umístit do profesionálního fotografického studia nebo do dvorany Dóžecího paláce – aniž byste přitom museli nastavit jediné světlo. Další výhodou HDRI map je, že slouží zároveň jako okolí, které se odráží v lesklých objektech. Jedná se o určité zjednodušení skutečnosti, ovšem výsledek je vizuálně velice přesvědčivý. Tento program dokonce v reálném čase počítá i reflexe a stíny. Během otáčení se scéna zobrazuje v hrubějším náhledu, ale ihned po uvolnění tlačítka myši se začne zobrazení rychle zjemňovat a již po pár sekundách či desítkách sekund (záleží pouze na hrubé síle procesorů, grafická karta se při tomto výpočtu nevyužívá) je obrázek prakticky hotov.

Modul fryrender zase volí jiný přístup. Je to nekompromisní simulátor fyziky světla, který zachytí veškeré jemné interakce mezi světlem a povrchy s různými materiály. Jevy jako je kaustika, bokeh, disperze nebo podpovrchový rozptyl světla nastávají zcela automaticky v závislosti na nastavení virtuální kamery (která simuluje optiku skutečné zrcadlovky, včetně případných čočkových vad – například chromatické aberace) a materiálů jednotlivých objektů na scéně, nemusíte nastavovat žádné složité parametry jako u jiných vizualizačních programů. Daní za tento striktně fyzikální přístup je delší doba výpočtu, při které je obrázek neustále zjemňován a zbavován prvotního šumu. Tento výpočet lze ale kdykoliv přerušit a opět spustit. Tato technologie má ale jednu obrovskou výhodu, které relativizuje její delší výpočetní časy – během výpočtu či dokonce i po jeho ukončení můžete v reálném čase ladit intenzitu a barvu světelných zdrojů, proto zcela odpadá nutnost zkušebních renderů, protože už se nemusíte bát, že budou některé oblasti snímku „přepálené“ – pokud taková situace nastane, jednoduše snížíte intenzitu dotyčného světla a je po problému. Fotografy bude jistě zajímat, že během výpočtu můžete interaktivně ladit mimo jiné i ISO virtuálního filmu, vyvážení bílé, vinětaci nebo záři a třpyt od lesklých objektů.

Autor pracuje ve společnosti Dimensio.
Výhradní distributor produktů společnosti
McNeel@Associates v ČR a SR