Tvorba 3D modelů staveb s pomocí OpenStreetMap

Petr Dušek

Chci, abychom v novém astronomickém kroužku pro lidi se zrakovým postižením navštěvovali nejen hvězdárny a planetária, ale také třeba Astronomickou věž v Klementinu, expozici Astronomie v Národním technickém muzeu a řadu jiných astronomických zajímavostí. Bylo by mrzuté, kdybych nezajistil trojrozměrné modely těchto zajímavých míst.

Ve stejném období, kdy jsem promýšlel detaily, mě kontaktovala organizátorka známého hudebního festivalu Colours of Ostrava Mgr. Katarína Kijonková s jinou velmi zajímavou myšlenkou. Ráda by Colours of Ostrava více přiblížila také lidem se zrakovým postižením – v rámci aktivity Colours bez bariér. Mezi povídáním o haptických mapách přišla řeč také na 3D architektonické modely vyhotovené 3D tiskem. Respektive model celosvětově obdivovaného architektonického díla architekta Josefa Pleskota – multifunkční auly Gong v Dolních Vítkovicích, ve které se koná mnoho zajímavých akcí, nejen hudebních.

Tak jsem se začal nemálo zajímat o to, jakými způsoby lze připravit podklady pro 3D tisk konkrétních staveb či zástaveb. Způsobů, jak získat digitální podobu stavby či zástavby je celá řada – skenováním, fotogrametricky (např. za pomoci klasického fotoaparátu, snímáním dronem, …), z databáze SketchUp – 3D Warehouse, pořizováním snímků z Google Earth atd.

Anebo s pomocí OpenStreetMap. Byť je nutné poznamenat, že náročnost nejen takového postupu roste s mírou zrakového postižení. Dále uvedené postupy jistě mohou využít například učitelé studentů či žáků se zrakovým postižením, rodiče nevidomých dětí, příbuzní, kamarádi či kolegové nevidomých.

OpenStreetMap

OpenStreetMap někteří z nás známe především jako mapu, podobně jako známe Google Maps, Mapy.cz. Ale OpenStreetMap je především komunitou nadšenců, kteří vytváří a spravují různá data pro mapy (o cestách, silnicích, podnicích, zastávkách hromadné dopravy a mnoho dalších informací). Data OpenStreetMap (OSM data) můžeme používat pro libovolný účel, třeba pro účely získání podkladu pro 3D tisk, tak jak je uvedeno na webové stránce 3D printing OSM data.

Takový podklad pro 3D tisk stavby či zástavby s pomocí OpenStreetMap je možné získat opravdu velmi rychle – znalému tvůrci to nezabere více než několik minut. Vyzkoušejme si to!

Který software budu potřebovat?

• OpenStreetMap: Popis viz výše. Z OpenStreetMap si vyexportuji OSM data pro další zpracování.
• OSM2World: Konvertor pro tvorbu třírozměrných objektů z OSM dat, je k dispozici zdarma jako open-source (LGPL).
• Editor 3D objektů: Lze použít prakticky kterýkoliv, na který je uživatel zvyklý. Podmínkou je schopnost pracovat s formátem OBJ.

OpenStreetMap – pořízení OSM dat

Postup pořízení OSM dat je následující:

• V prohlížeči si zobrazím https://www.openstreetmap.org/.
• Vyhledám Dolní oblast Vítkovice, Ostrava. Jednodušší by bylo zadat přímo název objektu „Multifunkční aula Gong“, avšak v mapách je  uvedeno chybné označení „Multifunční aula Gong“.
• Podle potřeb přiblížím. V mém případě co nejvíce to jde (tlačítkem +(Přiblížit)) a potvrdím enterem.
• Použiji tlačítko Export.
• Nyní musím vybrat obdélníkovou (resp. čtvercovou) oblast mapy – to zcela nevidomému může činit potíž, neboť se pro výběr zpravidla používá tažení myši v obraze mapy. Určení oblasti zadáním čtyř číselných zeměpisných poloh pro každý roh obdélníku (resp. čtverce) se nejeví jako nejšťastnější.
• Použiji další tlačítko Export. Tím uložím soubor map.osm a ten přejmenuji na gongmap1.osm (v mém případě má velikosti 71,9 kB, jedná se o XML).

Poznámka: Uvedený přímý export je jednodušší variantou. Před vlastním exportem je možné provést úpravu v některém editoru, který komunikuje s mapou – například JOSM, Merkaartor aj. Vlastní editace v těchto programech je obsáhlejší téma mimo rozsah tohoto článku.

OSM2World – vytvoření 3D objektu z OSM dat

OSM data mám. Nyní z nich vytvořím 3D objekt:

• Spustím program OSM2World. Buď poklikáním na osm2world-windows-amd64.bat (resp. osm2world-windows-i586.bat) anebo v příkazovém řádku zadám osm2world-windows-amd64.bat –gui (resp. osm2world-windows-i586.bat –gui).
• File – Open OSM file – vyberu soubor gongmap1.osm (soubor XML, 71,9 kB) – otevřu.
• File – Export OBJ file – zadám název, např. gong1.obj (soubor OBJ, 98 kB) – uložím.

Úprava v 3D editoru

3D objekt vytvořený programem OSM2World málokdy použiji přímo pro 3D tisk. Zpravidla obsahuje chyby (např. chybějící plochy anebo plochy navíc) anebo potřebuji objekt upravit (změnit velikost, přidat podstavec atd.). V případě auly Gong jsem provádím úpravu následovně:

• Otevřu gong1.obj (soubor OBJ, 98 kB) v editoru – např. v 3D Builder.
• Importuji model. 3D Builder mě informuje „Minimálně jeden objekt je neplatně definovaný. Kliknutím sem objekty opravíte.“
• Kliknu pro opravu.
• Upravuji.
• Změním velikost. Skutečný průměr auly je 71,7 m. Model chci v měřítku 1:500. To znamená, že model bude mít průměr  14,34 cm. Zmenšena bude automaticky i výška.
• Ukládám jako – jsem zvyklý na formát STL, proto uložím jako gongktisku1.stl (soubor STL, 79 kB).

Obr. 1. Model multifunkční auly Gong, který byl vyhotovený na základě dat získaných z OpenStreetMap – STL soubor pro 3D tisk ke stažení (soubor STL, 79 kB).

Zhodnocení

Takto zhotovený model poskytuje stručné zobrazení, které nás informuje o celkových obecných tvarech a rozměrech. V případě modelu auly Gong se jedná, zjednodušeně řečeno, o nízký válec (průměr 14,34 cm, výška přibližně 5 cm), na jehož vnějším plášti se nalézá množství výstupků (širokých přibližně 0,25 cm, vysokých stejně jako válec, řazených za sebou ve vzdálenstech přibližně 1,1 cm), takže se může jevit jako jakési ozubené kolo k nějakému stroji. Na horní podstavě uprostřed je posazen další nízký válec o průměru 4,52 cm a výšce 0,3 cm. Na třech místech pláště se nalézají větší výstupky, které ztvárňují evakuační věže (tvarově ani výškově nepůsobí příliš realisticky). Chybí označení vstupů do budovy, detaily a model se omezuje na jednoduché tvary.

Pro obecnou představu může dostačovat, pro detailnější popis spíše ne. Informačně bohatší tak může být model zástavby – ať už s aulou Gong (kolem které se nalézá spousta atypických rourovitých staveb, které samy o sobě jsou pro modelování komplikované) anebo jiné městské zástavby, třeba s Žižkovským vysílačem v Praze. V takovém případě modelu vévodí samotný Žižkovský vysílač výrazně převyšující okolní zástavbu, která v modelu vyjadřuje nejen  svůj půdorysný tvar, ale také rozdílné výšky budov, v mnoha případech i další informace, jakými jsou třeba základní tvary střech (sedlové, ploché, věžičky atd.).

Obr. 2. Model Žižkovského vysílače, který byl vyhotovený na základě dat získaných z OpenStreetMap – STL soubor pro 3D tisk ke stažení (soubor STL, velikost 8,51 MB). Poznámka: Doporučuji tisknout houževnatějším materiálem – např. PET, aby při manipulaci nedošlo ke zlomení vysílače.

Modely staveb vyhotovené za pomocí dat získaných z OpenStreetMap doporučuji použít tam, kde je vyžadováno rychlé získání základní představy o jednotlivých budovách, více spíše v případech, kdy je zapotřebí vyjádřit vzájemné polohy jednotlivých staveb – pro získání představy o výškových rozdílech budov, jejich vzájemném prostorovém rozložení či šířkách ulic mezi domy, tvarech náměstí, …

3D model auly Gong vyhotovený za pomoci dat z OpenStreetMap sice jako konečný výstavní model pro Colours of Ostrava nepoužiji, dostatečně však posloužil jako jakýsi draft pro další postupy, o nichž se zmíním v některých dalších článcích.