Tvorba a úprava 3D modelu terénu v Autodesk Civil 3D

Autor článku: Administrator

Středa, 14 Březen 2007 17:20

Produkt Autodesk Civil 3D je aplikace určená především pro projektování liniových a plošných staveb a modelování krajiny. V portfoliu společnosti Autodesk spadá do oblasti infrastruktury, kam mimo jiné patří i Autodesk Map 3D, Autodesk MapGuide a Autodesk Raster Design. Všechny uvedené produkty jsou mezi sebou kompatibilní a jejich uživatelé mohou mezi sebou bezproblémově sdílet svá data.

Základní funkčnost Autodesk Civil 3D

Tento software je založený na AutoCADu a přizpůsobený práci ve 3D. Jeho hlavní myšlenkou je tvorba 3D dynamického digitálního modelu terénu, kdy jednotlivé objekty tvořící tento model mezi sebou udržují inteligentní vazby a tím poskytují neustálou aktuálnost modelu. Funguje to tak, že pokud změníte jednu část projektu, všechny objekty související s touto částí se automaticky obnoví podle nově zadaných parametrů. Odpadá tak nutnost dohledávat změny, ručně je editovat, přepisovat popisky, přepočítávat tabulky a dochází tím i k minimalizaci možných vzniků chyb. Navíc všechny objekty se vytváří podle předem definovaných šablon a stylů, což umožňuje jejich shodné vykreslování podle předem nastavených pravidel. To umožňuje nastavit tzv. firemní standardy, které zajistí shodné vykreslování a odevzdávání projektů všemi projektanty. Zde stojí za to se zmínit o tzv. Country Kitu, který byl vydán pro Českou a Slovenskou republiku, což je podpora v podobě národních standardů dle platných norem ČSN. Naleznete zde styly pro vykreslování např. tras, staničení, podélných profilů, příčných řezů, tabulek výpočtů zemních prací, pravidla pro klopení, kusovník potrubních sítí, atd.
Velkým plusem aplikace je také implementace produktu Autodesk Map 3D. V Civilu tedy naleznete veškeré funkce Map 3D. Můžete importovat různé typy zdrojových dat (DGN, SHP, MIF, GML a další), ale také ukládat svá data do těchto typů formátů. Je možné využít funkce pro inteligentní čištění dat či provádět tématické prezentace svých návrhů, načítat různé formáty rastrových a vektorových obrázků, provádět analýzy nad povrchy, vytvářet topologie, efektivně tisknout pomocí mapové knihy atd.

Obr. 1 Ukázka modelování retenční nádrže v Autodesk Civil 3D

3D model terénu

Trojrozměrný model terénu je základním prvkem všech projektů. V Civil 3D je možné pracovat s dvěma druhy modelů terénu: TIN a GRID. Model typu TIN je vytvořen triangulací zadaných bodů, čímž se vytvoří nepravidelná trojúhelníková síť. Výhodou tohoto typu modelu je vysoká přesnost při definování výšky libovolného bodu, nevýhodou zase velikost dat u takto vzniklého modelu. Model typu GRID je definován body uloženými na pravidelné předem definované síti. Výhodou tohoto modelu je menší objem dat, naopak horší je přesnost definování výšky v libovolné poloze na povrchu.
Je možné pracovat s modelem terénu buď jako s podkladem nebo vytvářet nový model. Podklad může představovat jak stávající terén, tak i např. jiný návrh, na který budete navazovat. U toho podkladu je nejdůležitější způsob načtení do Civil 3D. Aplikace je schopná vytvořit model terénu z 3D grafiky, z 2D grafiky, kde hodnoty o výškovém průběhu jsou v souboru TXT nebo pouze načtením souřadnic z TXT, kde je možné nastavit formát importu. Dále Civil zvládne vytvořit povrch z 3D ploch, křivek a linií, klasických bodů AutoCADu, DEM souborů či vrstevnic. Kromě toho je možné terén vytvořit i různými speciálními postupy, kdy např. ve výkresu máte polohy souřadnic a u nich popis, ve kterém je výška v daném bodě. I s těmito informacemi si Civil umí poradit a vytvořit z nich model terénu. Posledním způsobem načtení modelu terénu do Civil 3D je využití formátu LandXML, což je druh informace sloužící k výměně dat mezi různými pracovními prostředími a softwary v oblasti stavebnictví. Pomocí tohoto převodu je možné v Civil 3D pracovat s modely terénu vytvořenými i v jiných aplikacích. Tím jsme probrali možnosti načtení modelu terénu do aplikace, nyní přejděme k vlastnímu návrhu modelu.
Model terénu vzniká při návrhových pracích. V Civil 3D se nejdříve vytváří vlastní model objektu, např. komunikace či haldy, a poté vzniká automaticky z tohoto objektu model terénu. Uživatel pouze definuje, jakým způsobem má daný model terénu vzniknout. V závislosti na typu výchozího objektu má i další volby tvorby povrchu. Např. vytváří-li retenční nádrž, využije k tomu funkce pro modelování zemních těles a po vytvoření modelu zadá volbu vytvořit povrch z této nádrže. Dojde k automatickému vytvoření povrchu, který bude odpovídat návrhu nádrže. Na druhou stranu, pokud bude např. modelovat komunikaci s jízdními pruhy, krajnicemi, svahy, atd., má možnost vytvořit jednotlivé modely terénu pro jednotlivé objekty, tedy zvlášť jízdní pruhy, chodníky, svahy… Kromě tohoto má i možnost definovat modely terénu pro jednotlivé konstrukční vrstvy návrhu (tedy zvlášť pro vrchní povrch komunikace, ale také pro pláň) nebo vytvořit model odpovídající podkladní vrstvě, atd. K dispozici jsou široké možnosti vytváření a úprav modelů terénu.

Obr. 2 Nástroje pro modelování zemních těles a vyrovnaných kubatur

Úpravy modelu terénu

Pokud dojde k načtení či vytvoření modelu terénu, máte k dispozici nástroje pro jeho další zpracování. Můžete do povrchu doplnit body pro jeho zpřesnění či body odstranit nebo modifikovat, můžete odstraňovat trojúhelníky v triangulaci či měnit jejich orientaci. Dále jsou k dispozici funkce pro vyhlazení povrchu, minimalizaci plochých plošek nebo vkládání povrchů do sebe. Také můžete zvýšit/snížit povrch. Kromě toho Civil 3D nabízí tzv. styly umožňující nastavovat vzhled jednotlivých objektů, je možné definovat barvy, tloušťky čar, to, zda se má objekt popisovat, jak má popis vypadat, jakým druhem písma má být vytvořen, do jaké hladiny se má objekt uložit, jak se má zobrazovat ve 2D a jak ve 3D. Tato funkčnost umožní v krátké chvíli změnit zobrazení modelu terénu z trojúhelníků na vrstevnice, kde lze definovat interval vrstevnic, jejich vyhlazení apod. Řada těchto stylů je připravena přímo v Civil 3D a je možné je dále upravovat nebo si můžete vytvářet vlastní.
Dalším důležitým nástrojem jsou funkce sloužící k analýze modelů terénu, kdy lze analyzovat jak stávající terén, tak navržené modely povrchů. K dispozici máte několik druhů analýz, např. hypsometrii výšek, analýzu pomocí šipek sklonů, analýzu povodí, metodu kapky vody, atd. Výhodou práce s analýzami v Civilu 3D je jejich dynamičnost, reagují na současný stav povrchu a zároveň jsou k dispozici automatické tvorby legend pro analýzy. Pro analýzu výškového průběhu terénu slouží také funkce rychlý profil. Rychlý profil je vždy tvořen dle křivky sloužící k vytyčení požadovaného úseku v terénu, který má být v profilu vykreslen.
Nespornou výhodou při práci s modelem terénu v Autodesk Civil3D je automatická tvorba podélných a příčných profilů terénem, kdy během okamžiku jste schopní vykreslit tyto profily podle Vámi zadaných parametrů. Model navíc udržuje s těmito objekty inteligentní vztahy, což znamená, že dojde-li ke změně modelu terénu, profily se automaticky aktualizují včetně popisek. Odpadá tak zdlouhavé vyhledávání změn a jejich opravy.

Obr. 3 Analýza modelu terénu v Autodesk Civil 3

Výpočty objemů zemních prací

Jednou z nejdůležitějších úloh při práci s modelem terénu je definování objemů zemních prací. Civil 3D nabízí silné nástroje pro zjišťování kubatur. Přístup k výpočtu je dvojím způsobem v závislosti na typu objektu, ze kterého se objem má počítat. Je to shodné se způsobem tvorby modelů povrchu. Pokud se jedná o objekty vytvořené tzv. modelováním zemních těles, pak dochází k výpočtu porovnáním objemu materiálů mezi stávajícím terénem a povrchem vzniklým. Výsledkem jsou tedy hodnoty pro výkop a násyp. Kromě toho Civil 3D poskytuje nástroj pro vyrovnané zemní práce, kdy podle Vámi zadané hodnoty aplikace provede úpravu svahů tak, aby zemní práce byly co nejvíce vyrovnané. To vše se děje automaticky. Výsledky jsou pak zobrazeny jak graficky, tak i textově, např. formou tabulky do výkresu.
Druhý způsob výpočtu objemů zemních prací se používá např. u komunikací, kdy se vychází z jednotlivých příčných řezů. Po definování příčných řezů a po vytvoření modelů terénu dojde k automatickému zobrazení zemních prací v řezech (lze např. graficky odlišit výkopy a násypy), ale především dojde ke spočítání kubatur. Výsledky jsou zobrazeny buď formou tabulky do výkresu, nebo exportovány do zpráv, odkud je lze načíst např. do Excelu a dále s nimi pracovat. Samozřejmostí je možnost výpočtu celkového objemu zemních prací, ale i kubatur pro jednotlivé konstrukční vrstvy komunikace. A i zde platí provázanost objektů s výpočty objemů zemních prací, a tedy i tabulkami. Dojde-li k jakékoliv změně v projektu, nemusíte nic sami opravovat, výpočet kubatur se automaticky provede znovu a v tabulkách se zobrazí správné hodnoty.

Obr. 4 Modelování komunikace v Autodesk Civil 3D

Terénní měření

Kromě dalších funkcí nabízí Civil 3D nástroje pro přímé zpracování terénních dat, kdy lze tato data načítat přímo do projektu Civil 3D, provádět úpravy a analýzy těchto dat a především na základě těchto dat vytvářet modely terénu a provádět další projekční práce. Tyto nástroje pro terénní průzkum jsou podporovány pomocí samostatných aplikací výrobců měřící techniky.
Civil 3D má i funkce umožňující přípravu návrhových dat pro jejich vytyčení v terénu. Tato aplikace tedy představuje řešení pro projektování od zaměření v terénu, přes úpravu naměřených dat, tvorbu modelů terénu a návrh projektu až po finální prezentaci dat, výpočty kubatur i analýzy a nakonec vytyčení projektu v terénu. Přitom všechna tato vytvořená data jsou sdílena v jediném dynamickém modelu, který je neustále aktuální a přesný.