Zobrazenie zdroja stránky Zbierka - Viacúčelová optimalizácia 3D modelov

<div class="worksheet">
    [[File:MOEA.stl|360x360px|left|norotate=1]]
    <h1>Voronoiove objekty - Blender</h1>
    <div class="section">
    <div class="lesson-plan-text">
        <div><div>Trvanie:</div><span>1.5 hod</span></div>
        <div><div>Náročnosť:</div><span>ťažký</span></div>
        <div><div>Zručnosti:</div><span>[https://kempelen.dai.fmph.uniba.sk/design/index.php/Cykly cykly], [https://kempelen.dai.fmph.uniba.sk/design/index.php/Podmienky podmienky], [https://kempelen.dai.fmph.uniba.sk/design/index.php/Funkcie funkcie], [https://kempelen.dai.fmph.uniba.sk/design/index.php/Blender_Python_API práca s bpy]</span></div>
        <div><div>Nástroje:</div><span>[https://www.blender.org/ Blender]</span></div>
    </div>
        <p>V predošlých úlohách sme sa naučili pracovať s prostredím Blender s použitím Pyhtonu. Teraz prechádzame do konceptu viacúčelovej optimalizácie, ktorú si vysvetlme a ukážeme. Definciou postačujúcou pre nás bude v tomto prípade, že viacúčelová optimalizácia je proces hľadania najlepších možných riešení pre viacero súčasne sledovaných cieľov alebo kritérií. Cieľom je nájsť také riešenia, ktoré predstavujú tzv. Pareto-optimálnu množinu, kde nie je možné zlepšiť jedno kritérium bez zhoršenia niektorého z ostatných kritérií. Ide o vyhľadávanie riešení pomocou kompormisu, ktoré vyvažujú protichodné požiadavky rôznych cieľov. Vo viacúčelovej optimalizácii nie je jedno jednoznačne najlepšie riešenie, ale skupina riešení, nazývaná Pareto-optimálna fronta, medzi ktorými musí rozhodovať užívateľ na základe preferencií alebo ďalších kritérií.</p>
    </div>

<br clear=all>
    <div class="section">
        <h3>Zadanie úlohy</h3>
        <p>Cieľom tejto úlohy je najmä naučiť sa používať Python s Blenderom, pracovať s nástrojmi v Blenderi a ukázať si ako môžeme generovať objekty s parametrickým dizajnom rýchlejšie než v predošlom OpenSCADe. Narozdiel od predošlých úloh, v tejeto si nemusíte vytvárať základný objekt, môžeme si nejaký stiahnuť, prípadne vybrať z ponuky v Blenderi.</p>
    </div>

    <div class="section">
        <h3>Odkazy na materiály</h3>
        <p>V tejto sekcii nájdete odkazy na materiály, ktoré vám môžu pomôcť pri riešení daných problémov a naučia vás ako používať požívané nástroje:</p>
        <ul>
            <li>[https://kempelen.dai.fmph.uniba.sk/design/index.php/Te%C3%B3ria Teória] - rozcestník stručnej teórie pre koncepty, ktoré potrebujeme</li>
            <li>[https://docs.blender.org/ Rozcestník dokumentácií Blendera] - nájdete tu dokumentáciu pre vývojárov, používateľskú ríručku a aj Python API dokumentáciu</li>
            <li>[https://docs.python.org/3/tutorial/index.html Python syntax] - tu nájdete syntax a použitie jazyka Python s ukážkami použitia</li>
            <li>[https://docs.blender.org/api/current/index.html Blender Python API] - dokumentácia Python API v Blenderi - nájdete tu všetko čo sa týka programovania s Python API (s knižnicou bpy) v Blenderi</li>
        </ul>
    </div>

    <div class="section">
        <h3>Inštrukcie</h3>
        <ol>
            <li>Zapneme si nástroj Blender a z horných tabov si vyberieme ten s názvom "Scripting" pre otvorenie okna na písanie programu.<br>[[File:Blender_scripting.png|256px]]</li>
            <li>Klikneme na ikonku "New," ktorou si vytvoríme nový súbor.<br>[[File:Blender_new_script.png|256px]]</li>
            <li>Uistíme sa, že v druhom okne máme otvorenú časť "3D viewport" s módom "Object Mode." Naše rozloženie okien by malo vyzerať nasledovne:<br>[[File:Blender_setup.png|800px]]</li>
            <li>S takto nastaveným prostredím môžeme začať písať kód. Prvým krokom je importovať si knižnice, ktoré budeme potrebovať, hlavnou je knižnica bpy, ktorá nám sprostredkúva funkcionality pre prácu s Blenderom. Importujeme a použijeme ju nasledovne:<br>[[File:Blender_bpy_import.png|256px]]<br> Takýmto volaním vieme získať objekt, ktorý máme aktuálne v scéne, kde pomocou "print" si dávame do konzoly vypísať jeho meno. Aby sme videli tento výstup v konzole, musíme si ju otvoriť v okne a to spravíme nasledovne:<br>[[File:Blender_system_console.png|312px]]<br>
Ak sa nám to podarilo, tak môžeme vidieť výpis mena objektu v konzole a ako sa nám tento objekt zorbazuje aj vo vyčítaní objektov z kolekcie scény:<br>[[File:Blender_system_console_print.png|312px]]<br>Spúšťať skript budeme pomocou vyznačeného tlačidla "Run script" alebo skratkou alt + P<br></li>
            <li>Pre pokračovanie je potrebné naštudovať si [https://docs.blender.org/api/current/index.html Blender Python API], aby sme vedeli používať funkcie, ktoré potrebujeme.</li>
            <li>Hlavným princípom, ktorý budeme využívať pre vytvorenie voronoiovho objektu je aplikácia modifikátorov, ktoré nám Blender ponúka. Viac as o ních dozvieme v časti [https://docs.blender.org/manual/en/latest/modeling/modifiers/introduction.html Blender modifiers].</li>
            <li>V tejto časti máme kód, ktorým importujeme knižnicu bpy, získame náš objekt, vytvoríme mu modifikátor WIREFRAME a nastavíme mu niektoré z hodnôt:<br><br><pre>
import bpy

cube_object = bpy.context.scene.objects[0] # Získanie objektu v scéne

wireframe_modifier = cube_object.modifiers.new(name="My wireframe", type='WIREFRAME') # Vytvorenie modifikátora získanému objektu s menom "My wireframe"
wireframe_modifier.thickness = 0.2 # Thickness - Nastavenie thickness hodnoty (<0; 1>) 
wireframe_modifier.offset = 0      # Offset    - Nastavenie offset    hodnoty (<-1; 1>)</pre><br clear=all>
Keď skript spustíme, okrem zmeny na objekte v hlavnej scéne si všimneme, že objektu sa aj v časti modifikátorov pridal konkrétny modifikátor aj s hodnotami, ktré sme mu pridali:<br>
[[File:Blender_modifier.png|200px]]</li>
<li>Skúste si naštudovať rôzne modifikátori a vyskúšať si ako fungujú.</li>
            <li>Ďalej pomocou podobných príkazov vytvoríme modifikátor "Subdivision surface" typu 'SUBSURF' a modifikátor "Solidify" typu 'SOLIDIFY'. Dajte si ale pozor aby ste nepridávali jeden modifikátor k danému objektu viac krát, ak sa vám to stane, stačí ho v okne s modifikátormi vymazať, prípadne si to viete ošetriť v kóde kontrolou modifikátorov.</li>
            <li>Pre implementovanie dierovosti objektu si potrebujeme pridať viac modifikátorov, pamätajte na to, že záleží na poradí pridania modifikátorov a nakoniec ich potrebujeme všetky aplikovať, aby sa nám na danom objekte skutočne prejavili. Taktiež je niekedy výhodné použiť modifikátor opakovane. Napríklad pre takýto objekt:<br>[[File:Blender_multiple_modifiers.png|312px]]<br>
Sme využili kombináciu modifikátorov SUBSURF, DECIMATE, WIREFRAME, znovu SUBSURF a nakoniec SOLIDIFY.</li>
            <li>Vyskúšajte si kombinovať tieto modifikátori a upravujte ich parametre v nástrojoch priamo v Blenderi a pokúste sa ich prepísať do Python skriptu.</li>
        </ol>
    </div>

    <div class="section">
        <h3>Testovanie a úpravy</h3>
        <p>Prezrite a skontrolujte si objekt a odpovedzte si na to či daný 3D model zodpovedá zadaniu a či ste s ním spokojní. Ak chcete skúsiť model upraviť, navrhujeme:</p>
        <ul>
            <li>vyskúšajte si aj iné modifikároti, prehoďte poradia existujúcich alebo meňte parametre a sledujte ako sa výsledný objekt mení</li>
            <li>vytvorte vlastné funkcie, ktoré zmenia daný objekt podľa vašich predstáv</li>
            <li>pokúste sa implementovať kontrolu modifikátorov - napríklad: rozsahy daných parametrov, kontrolu existujúcich modifikátorov a podobne</li>
            <li>vyskúšajte si importovať vlastný objekt do scény a následne aplikovať vaše modifikátori naň, mimo iné tak zistíte aké dôležité je odhadnúť rozsahy parametrov pre rozlišné objekty</li>
        </ul>
    </div>

    <div class="section">
        <h3>Spätná väzba</h3>
        <p>
            Ak ste spokojní so svojím výsledným modelom, prezentujte ho ostatným, zhodnoťte koncepty, ktoré ste použili a ako ste ho implementovali, buďte otvorení k hodnoteniam od ostatných a k prípadným návrhom na zlepšenie.
        </p>
    </div>

    <div class="section">
        <h3>Vzorové riešenie</h3>
        <p>Ak budete potrebovať motiváciu alebo si skontrolovať váš výsledný model, v nasledujúcich odkazoch nájdete implementáciu daného modelu v nástrojoch, ktoré ste na implementáciu mohli použiť:</p>
        <ul>
            <li>[https://github.com/Achinys-out/ParametricAndGenerativeDesign/blob/main/Python/generate_voronoi.py Python]</li>
        </ul>
    </div>

    <div class="section">
        <h3>Záver</h3>
        <p>Týmto cvičením sme si prešli základy Blendera, Pythonu a ako dokážu spolupracovať. Zistili sme, že modifikovať objekty priamo z kódu v sofistikovanejších nástrojoch akým je Blender je po implementácii omnoho efektívnejšie a rýchlejšie ako v OpenSCADe. Cvičením sme si otvorili dvere k mnohým možnostiam parametrického a generatívneho dizajnu a základu jednému z mnohých prístupov k modifikácii objektov. Následne budeme chcieť implementovať algoritmy, ktoré nám umožnia generovanie viacerých verzii objektu naraz.</p>
    </div>
</div>