A budapesti CÉH Zrt. megbízást kapott a Magyar Állami Operaház épületének felmérésére és modellezésére. Az épületfelmérés és a 3D épületmodellezés lézerszkennelt adatok alapján történt, amely felmérési módszer alkalmazásával részletes, 3D-s modell készült az épületről, miközben az Operaház is zavartalanul működhetett.

Az elkészült, végleges modellt egyrészt a folyamatban lévő felújítás, másrészt pedig a későbbiekben a történelmi épület fenntartása során is használni fogják. Az elkészült modell további szimulációs feladatok geometriai alapját is szolgáltatja.

A Magyar Állami Operaház megépítéséről 1873-ban született döntés. A nyilvános versenykiírást követően a bíráló bizottság a híres magyar építész, Ybl Miklós (1814–1891) által benyújtott tervezet mellett döntött. A neoklasszikus stílusú épület építése 1875-ben kezdődött és – a kisebb késedelmek ellenére – kilenc évvel később be is fejeződött. Az 1884. szeptember 27-i megnyitón Ferenc József császár is részt vett.

Az elmúlt több mint 130 évben Ybl Miklós neoreneszánsz palotája tulajdonképpen változatlan állapotában maradt, műsorkínálata és világszínvonalú akusztikája révén folyamatosan nagy vonzerőt jelentve az opera és balett rajongói számára. Budapest egyik leglenyűgözőbb 19. századi műemlékét minden évben turisták ezrei keresik fel.

Az épületfelmérés folyamata

A CÉH megbízatása magában foglalta a Magyar Állami Operaház, valamint a kiegészítő épületek (üzemház, jegyértékesítési központ, külön helyszínen található raktárak, próbaterem és a műhelyek) teljes körű épületfelmérését és a pontfelhőadatok alapján az épületek jelenlegi állapotát tükröző építészeti modell kidolgozását is.

A mérési adatok feldolgozását Trimble Realworks 10.0 és Faro Scene 5.5 szoftverek segítségével hajtották végre. Fontos megjegyezni, hogy maga a mérési folyamat lényegesen kevesebb időt vett igénybe, mint a mérési adatok feldolgozása. A feldolgozás szinte a méréssel egy időben kezdődött el, a szükséges időtartam az épület szerkezeti és térbeli bonyolultsága, valamint összetettsége miatt hosszabb folyamat volt.

A felmérési adatok feldolgozása és a modellezési folyamat párhuzamosan zajlik, ami azt a kockázatot rejti magában, hogy nincs lehetőség, illetve csak korlátozott mértékben a korábban modellezésre átadott pontfelhő állományok korrigálására.

A felmérési folyamat során záródó köröket mértünk, amely segítségével a pontosság növelhető. Azonban a több mérési kör csatlakozásánál jelentkező ellentmondásokat, amelyek minden esetben megjelennek a felmérési feladatoknál, fel kellett oldani oly módon, hogy a korábbi mérési állományok csak minimális mértékben módosulhatnak. A keletkező ellentmondásokat a rendelkezésre álló idő rövidsége miatt nem volt lehetőség egyetlen feldolgozási folyamatban kiegyenlíteni, így minden kört szélsőséges precízen kellett feldolgozni, mivel további javításra nem volt lehetőség. Ebben nagy segítséget jelentett, hogy a hagyományos geodéziai módszerrel számos mérőpont koordinátáját meghatározták, ezzel biztosítva a lézerszkennelt pontfelhő geometriai merevségét, konzisztenciáját.

Tekintettel arra, hogy az épületfelmérés közben az Operaház folyamatosan üzemelt, nem volt lehetőség teljes épületrészek egyidejű felmérésére. Egyes termek nem voltak hozzáférhetők, a raktárakat pedig ki kellett üríteni. Ennek következtében az egyes épületrészek esetében is csak több részletben lehetett elvégezni a felmérést, ami megnövelte a modellezésre kiadható pontfelhők elkészítésének az idejét, mivel nem állt rendelkezésre minden helyiség felmérési állománya az egyes épületszakaszokról, és a szükséges adminisztrációs munka mennyiségét is jelentősen növelte.

Habár nagyszámú kapcsolópontként szolgáló mérőjel állt rendelkezésre, időnként az Opera dolgozói – ha nem is szándékosan – elmozdították ezen eszközöket, akadályozva a felmérést végzőket a felhők későbbi összeillesztésében.

Idővel aztán a két csapat megszokta egymás jelenlétét, és utána már mindenki munkája gördülékennyé vált.

Az épület egyes terei (pl. díszletraktár) folyamatosan változtak vagy a mérőműszer számára bonyolult felületűek voltak (pl. zsinórpadlás acélhálóval fedett oldalfelületei, illetve a színpad mögötti fekete felületek), ami szintén nehezítette a pontos felmérést.

Modellezés szempontjából a legnehezebb és legtöbb munkaórát igénylő részek az alsó szintek boltíves, néhol zegzugos terei voltak, amelyek a kiszolgáló és gépészeti tereknek adnak otthont. De ugyanilyen íves formavilággal találkozhatunk a homlokzatokon is, melyek Ybl Miklós tervezői munkásságát dicsérik.

A díszletek és egyéb berendezési tárgyak sokat eltakartak a modellezés számára fontos fal- és födémfelületekből. Ilyen esetekben a felmérési eredmények alapján csak vázlatos 3D modell készíthető, amely a modellező építész szakmai tapasztalatai alapján jelentősen javítható. A fotók és videófelvételek nagy segítséget jelentettek azon területek dokumentálásában, melyek szkennerrel nem voltak hozzáférhetőek.

A nyers felmérési adatok előfeldolgozását a Faro Scene 5.5, a felmérés véglegesítését a Trimble RealWorks 10.0 programmal végezték el – mindez meglehetősen időigényes volt, és az exportált pontfelhő fájlok is nagyon terjedelmesek voltak. Mindkét típusú adatállomány nagyon jelentős hardver kapacitást igényel.

A PONTFELHŐ KÖNYVTÁR KEZELÉSE

Az adatkezelés szempontjából a fájlok mérete fontos tényező. Mivel hatalmas mennyiségű pontfelhő jött létre, és a pontok számossága termenként elérte a 40 milliót, eredeti állapotukban lehetetlen volt azokat összekapcsolni és egységes szerkezetbe foglalni. Elsőként a pontok számosságát kellett csökkenteni a Trimble RealWorks használatával. A folyamat eredményeképpen a szakértőknek sikerült a pontfelhőkben található pontok számát a tizedére csökkenteni, így már csak 3-4 millió pontból állt egy-egy felhő.

Ezen csökkentett méretű felhőkből azután 20-30 millió pontnyi egységeket képeztek és ezeket elmentették. A csökkentett méretű pontfelhők maximális pontsűrűsége négyzetcentiméterenként 1 volt. Ez a méret még mindig elég sűrű és részletes adatokat tartalmaz az ARCHICAD-del végzendő modellezéshez.

A felmért és újrarendezett pontfelhő fájl (E57), azaz a tervezőszoftver által olvasható formátumba exportálását követően az építészek megkezdhették munkájukat.

Az ARCHICAD 19 nagyon fontos volt a modellezési folyamat során. A fájlok kezelésében nagy segítséget nyújtott a GRAPHISOFT BIMcloud, mellyel a fájl gyakorlatilag bárhonnan elérhetővé vált – elfogadható adatátviteli sebesség mellett. Nem csekély eredmény volt ez, hiszen a projektfájl teljes mérete meghaladta az 50 GB-ot.

MODELLEZÉS

Az épület 3D tömegének feldolgozása kezdetben egy korábban készített 2D felmérési tervállományból indult el, ezt egészítette ki a pontfelhő.

Már az elején nyilvánvalóvá váltak a főbb eltérések a korábbi 2D tervektől. A legtöbb problémát az épület szintjei és azok eloszlása okozták. Az 1984-es felújításkor bekerültek új, korszerűbb szerkezetek is (pl. a zsinórpadlás acél tartószerkezetei). Az ezekhez tartozó korabeli tervrajzok segítettek a bonyolult acélszerkezetek megértésében, mivel a felmérésnél használt műszerek bizonyos típusú keskeny elemeket vagy az épület mozgatható elemeit (pl. színpad acélszerkezete) nem tudták tisztán és értelmezhetően észlelni.

Az ARCHICAD-del szinte minden geometriai alakzatot le lehetett modellezni. A nagyon összetett elemeket – mint például a szobrok – más szoftverben modelleztük és onnan háromszögelt 3D felületekként (Mesh – hálók) importáltuk ARCHICAD-be. Ezen elemek poligonszámossága nagyon magas, ezért ezeket az utolsó szakaszban építettük be a modellbe.

Az építészek számára a legszűkebb keresztmetszetet a hardverkapacitás jelentette. Mind a pontfelhő, mind pedig a modell nagyon nagy méretű volt, ami jelentősen megnehezítette a fájlok kezelését.

Okos trükkökkel, illetve könyvtár- és rétegkezeléssel azonban sikerült úgy csökkenteni a fájlok méretét, hogy a modellezés könnyebbé vált. Fontos kérdés volt a beágyazott könyvtár-elemek megtisztítása, ugyanis ezek növelték a fájlok méretét, ami egy kisebb modellnél nem jelentene gondot, azonban ebben az esetben már az eredeti geometriát is a magas poligon-szám jellemezte. Fontos volt még a fájlméret csökkentése szempontjából az ismétlődő, redundáns elemek objektumként történő elmentése, megkönnyítve így a 2D navigációt.

Ezzel a megoldással, szükség szerint tetszőleges alkalommal behelyezhető egy objektum, kiváltva a Morph és egyéb elemek ismétlődő használatát. Természetesen ez nem csökkentette a poligonok számát, így alapvetően nem érintette a 3D teljesítményt, ugyanakkor hatással volt a fájlméretre és a fájlok 2D kezelésére. Ezt még tovább lehetett fokozni az objektumokra létrehozott egyszerű 2D szimbólumokkal.

Az okos rétegkombinációkkal – mint a magas poligon-számú díszítőelemek kikapcsolhatóvá tétele – mind a 3D navigáció, mind a további 3D modellezés kezelhetőbbé vált.

Végül a sok munkaóra és erőfeszítés meghozta az eredményét: sikerült létrehozni egy olyan épületmodellt, ami saját eszközt használva is szabadon bejárható szinte bárki számára.

Ehhez az eredményhez részletesen meg kellett tervezni a felmérés folyamatát és ütemezését, hiszen az épületben nem lehetett bármikor vagy bárhol felmérési munkát végezni. A felmérési és modellezési munkálatok folyamatosságához és sikeréhez a Magyar Állami Operaház munkatársainak és a CÉH mérnökcsapatának elszánt és kitartó csapatmunkájára volt szükség. Mindannyian büszkék arra, hogy munkájuk hozzájárul az épület jövőbeni fennmaradásához és felújításához, a magyar kultúrát szolgálva.

AZ OPERA MODELL ÉS A BIMX LAB

Habár az ARCHICAD modellt okos megoldásokkal már eleve úgy optimalizálták, hogy minden felhasználási célra könnyen lehessen alkalmazni, a végleges teljes modell összesen még mindig 27,5 millió poligont és mintegy 29 000 BIM elemet tartalmaz. A BIM modell méretét csak nehezen tudta kezelni a GRAPHISOFT BIMx nevű mobil terméke. Ugyanakkor a BIMx nemrég bemutatott, újonnan fejlesztett verziója, a BIMx Lab már képes hatalmas és részletes, korábban elképzelhetetlen mennyiségű poligont tartalmazó modelleket is kezelni. A BIMx fejlesztői csapata szerint az új BIMx motor használatával a méretbeli korlátok már csupán az ARCHICAD-nél jelentkeznek, azaz minden, az ARCHICAD által kezelhető modell könnyedén navigálható a BIMx Lab programban is.

A BIMx Lab alkalmazás letölthető az Apple App Store-ból (technology preview). Az új verzió képességeinek bemutatására a Magyar Állami Operaház BIMx modellje is elérhető.

www.graphisoft.com