Tento tahák je doprovodným materiálem ke školním programům Kunsthalle Praha. Je určen především vyučujícím jako inspirace pro přípravu na návštěvu i pro navazující práci ve škole. Nabízí základní pojmy, souvislosti, příklady z umění i dalších oborů a tipy na aktivity, které rozvíjejí témata otevřená během programu.

Vybírejte z materiálu to, co nejlépe odpovídá věku, zájmům a potřebám vaší skupiny. Budeme rádi, když nám dáte vědět, jak se vám s tahákem pracovalo, nebo se s námi podělíte o vaše postřehy či výstupy, které během navazujících aktivit vznikly.

Proč 3D sken?

S technologií 3D skenování se setkáte v našich workshopech Co nevidím v galerii a 3D scan. Vyzkoušíte si při nich naskenovat vlastní objekty a pomocí rozšířené reality je umístit do prostoru. Workshopy mohou sloužit jako první seznámení s možnostmi 3D skenování a otevírá řadu témat, která lze dále rozvíjet ve výuce i vlastní tvorbě.

S 3D skenováním se setkáváme častěji, než si uvědomujeme. Využívá se ve zdravotnictví, architektuře, herním průmyslu i umění, není jen technický nástroj, ale také způsob interpretace reality. V Kunsthalle Praha jste se s ním mohli setkat například ve výstavě The Grief of Misfit Cathedrals od studia Lunchmeat nebo v projektu Persistent Worlds umělkyně Alice Bucknell.

Tento materiál vznikl jako rozšíření workshopů. Nabízí základní pojmy, inspirativní příklady z různých oborů i tipy, jak se 3D skenováním pokračovat ve škole nebo doma.

Provedeme vás základními pojmy, ukážeme příklady využití v různých oborech a nabídneme inspiraci pro vlastní experimentování.

Co je 3D sken?

3D skenování je proces, při kterém se reálný objekt nebo prostředí převádí do digitální podoby. Zatímco běžný fotoaparát zachytí pouze výšku a šířku, 3D skener zaznamenává také hloubku, tvar a prostorové vztahy.

Proces obvykle probíhá ve třech krocích:

  1. Sběr dat – pořizování fotografií nebo měření objektu.

  2. Vytvoření modelu – výpočet tvaru a polygonální sítě.

  3. Texturování – doplnění barev a povrchových detailů.

Výsledkem je digitální 3D model, se kterým lze dále pracovat v různých programech.

Pro kvalitní sken je důležité rozptýlené světlo bez ostrých stínů, matný povrch bez výrazných odlesků a dostatek snímků ze všech stran. Objekt by měl během snímání zůstat v klidu. Některé věci se skenují velmi obtížně: zrcadla, sklo, voda, kouř, průhledné materiály, pohybující se objekty, srst a vlasy. Právě na těchto limitech je dobře vidět, jak technologie funguje.

Existuje několik způsobů, jak 3D model vytvořit:

Fotogrammetrie: Fotogrammetrie vytváří 3D model z většího množství fotografií. Objekt je potřeba zachytit z různých úhlů tak, aby se jednotlivé snímky překrývaly. Software následně vyhledá společné body a vypočítá jejich prostorovou polohu.
Laserové skenování: Laserový skener vysílá paprsky a měří dobu jejich návratu po odrazu od objektu. Tato metoda je velmi přesná a využívá se například při mapování budov, krajiny nebo v průmyslu. Při skenování krejiny pronikne i skrze koruny stromů. Technologie LiDAR je dnes součástí některých mobilních telefonů a tabletů.
Strukturované světlo: Projektor promítá na objekt síť světelných vzorů. Kamery sledují jejich deformaci a software z ní vypočítá tvar.
Dotykové skenery (CCM = Coordinate Measuring Machines): Mechanické rameno se sondou fyzicky snímá povrch objektu. Jde o velmi přesnou, ale pomalejší metodu využívanou především ve strojírenství a průmyslové kontrole

AI modelování: Některé současné nástroje využívají umělou inteligenci. Nepracují pouze s měřením, ale také s odhadem tvaru na základě rozsáhlých databází obrazových dat. Díky tomu dokážou lépe pracovat s problematickými materiály, jako je sklo, lesklé povrchy nebo vlasy.

Metoda Princip Výhody Nevýhody
Fotogrammetrie Mnoho fotografií + triangulace Levné, zachování barev Problémy s lesklými / jednolitými povrchy
LiDAR Měření vzdálenosti pomocí odrazu laseru Velké scény, architektura Citlivé na okolní světlo
Strukturované světlo Promítání vzoru a měření deformace Vysoká přesnost malých objektů Drahé, horší kvalita textur
Dotykové skenery Fyzická sonda se dotýká objektu Průmyslová přesnost / kontrola kvality Pomalé, pouze kontaktní body
AI modelování Neuronová síť odhaduje geometrii z obrázků, textu nebo částečných skenů Rychlá tvorba modelů, doplnění chybějících částí, stylizace Může „halucinovat“ nepřesnou geometrii

Kdo s 3D skenem pracuje?

Architektura, stavebnictví

BIM (Building Information Modeling)
Digitální dvojčata budov, kde sken pomáhá sledovat postup stavby a kontrolovat, da jednotlivé konstrukce odpovídají projektové dokumentaci.

Medicína, zdravotnictví

Protetika na míru
Po naskenování části těla lze navrhnout a vytisknout protézu přesně odpovídající potřebám konkrétního člověka.

Dentální medicína
Intraorální skenery během několika sekund vytvoří přesný digitální model chrupu. Na jeho základě vznikají korunky, implantáty nebo rovnátka bez nutnosti klasických sádrových otisků.

Archeologie a památková péče

Digitální archivace

Historické artefakty, sochy nebo celé stavby lze uchovat v digitální podobě. V případě poškození nebo zničení existuje přesný záznam, který může pomoci při obnově (například Notre Dame po vyhoření)

Virtuální muzea

Vzácné sbírkové předměty si mohou návštěvníci prohlížet online v detailu a ze všech stran. Díky 3D modelům je možné zpřístupnit i objekty, které jsou běžně nedostupné.

Herní průmysl

3D skenování umožňuje rychle převádět reálné objekty, postavy i celé lokace do digitálního prostředí. Výsledkem jsou detailní a realistické herní světy, jejichž tvorba by byla ručním modelováním výrazně náročnější.

Příklady z umělecké praxe

Alice Buckell

Alice Bucknell využívá herní enginy jako nástroj pro vyprávění příběhů o vztahu člověka, technologií a přírody. Ve výstavě Persistent Worlds v Kunsthalle Praha představila mimo jiné kooperativní hru Nightcrawlers, ve které se hráči stávají nočními opylovači a poznávají svět z perspektivy jiných organismů. Její práce propojují digitální modelování, 3D zachycení prostředí a herní principy.

Lunchmeat studio

Český kolektiv Lunchmeat Studio propojuje nové technologie, audiovizuální tvorbu a imerzivní instalace. Ve výstavě The Grief of Misfit Cathedrals využili 3D skeny opuštěných industriálních staveb a proměnili je v působivý digitální prostor. Projekt otevírá témata paměti krajiny, průmyslového dědictví a proměny městského prostředí.

Refik Anadol

Refik Anadol pracuje s rozsáhlými datovými soubory, umělou inteligencí a digitálním modelováním. Vytváří tzv. datové sochy a generativní prostředí, která propojují architekturu, technologii a vizuální umění. Jeho projekt Prague Dreams z CAMPu ukázal, jak lze proměnit městská data v dynamický audiovizuální zážitek.

Morehshin Allahyari

Íránsko-americká umělkyně Morehshin Allahyari využívá 3D technologie jako nástroj kritického myšlení. Ve svých projektech propojuje digitální modelování, aktivismus a otázky kulturní paměti. Ukazuje, že 3D technologie nemusí pouze kopírovat realitu, ale mohou pomáhat vytvářet nové představy o budoucnosti.

Quayola

Umělec Quayola využívá 3D skenování, LiDAR a další digitální technologie k zachycení přírody, soch nebo architektury, které následně proměňuje v originální digitální obrazy a animace. Ve své tvorbě zkoumá, jak svět vnímají stroje a jak mohou moderní technologie navázat na tradiční umělecké postupy. V sérii Pleasant Places například pomocí 3D skenů a videa zachytil krajinu francouzské Provence, do míst kde tvořil například Van Gogh, kterou následně převedl do obrazů připomínajících impresionistické malby. Jeho práce ukazuje, že 3D skenování nemusí sloužit jen k dokumentaci reality, ale může být také nástrojem pro vznik nových uměleckých děl.

Tadeáš Podracký

Tadeáš Podracký ve své tvorbě propojuje tradiční sochařství s digitálními technologiemi, 3D modelováním, robotikou a 3D tiskem. Jeho organické objekty často působí jako artefakty z budoucnosti nebo formy vzniklé přírodní evolucí. Příkladem je projekt Abiogenesis, ve kterém zkoumá vznik života prostřednictvím biomorfních tvarů a kombinuje ruční řemeslnou práci s technologickými postupy.

Jak využít ve výuce?

Během workshopu pracujeme s aplikací Polycam, která umožňuje skenovat objekty i celé prostory pomocí fotogrammetrie nebo LiDARu. Součástí aplikace je také možnost využívat rozšířenou realitu a zobrazovat vytvořené modely přímo v prostoru.

Naskenované objekty lze exportovat v různých formátech (OBJ, STL, FBX a další) a dále využít například pro 3D tisk, herní vývoj, virtuální realitu nebo videomapping.

Možnosti využití se liší podle vybavení školy nebo instituce. Vyplatí se zjistit, jaké technologie máte k dispozici, a konzultovat postup s kolegy, kteří se starají o technické zázemí.

Od skenu k tisku

Naskenovaný objekt nemusí zůstat pouze na obrazovce. Jednou z nejzajímavějších možností je převést digitální model zpět do fyzického světa pomocí 3D tisku. Můžete tak vytvářet repliky nalezených předmětů, vlastní sochy, prototypy nebo výukové pomůcky.

Postup krok za krokem

  1. Naskenujte objekt v aplikaci Polycam nebo jiném nástroji.

  2. Exportujte model ve formátu STL nebo OBJ.

  3. Otevřete model v programu pro úpravu 3D dat a odstraňte případné chyby nebo šum.

  4. Importujte model do sliceru, který připraví data pro tiskárnu.

  5. Nastavte velikost, výšku vrstev a další parametry tisku.

  6. Odešlete soubor do 3D tiskárny a sledujte vznik fyzického objektu.

Doporučené nástroje

  • Polycam

  • Meshmixer

  • Blender

  • PrusaSlicer

  • Prusa MK4 nebo jiné FDM tiskárny

Od skenu ke gaming

Herní průmysl patří mezi oblasti, kde se 3D skenování využívá nejčastěji. Naskenovaný kámen, strom, kus architektury nebo třeba vlastní socha se může stát součástí digitálního herního světa.

Postup krok za krokem

  1. Vytvořte 3D sken objektu.

  2. Exportujte model do formátu FBX, OBJ nebo GLB.

  3. Otevřete model v Blenderu a optimalizujte jeho velikost a počet polygonů.

  4. Přidejte nebo upravte textury.

  5. Importujte model do herního enginu.

  6. Umístěte objekt do herní scény a otestujte jeho fungování.

Doporučené nástroje

  • Polycam

  • Blender

  • Unity

  • Unreal Engine

  • Sketchfab

Při tvorbě her je důležité myslet na výkon zařízení. Modely vytvořené skenováním bývají velmi detailní, a proto je často potřeba jejich zjednodušení. Právě zde se propojuje technická práce s kreativním rozhodováním. Můžete vytvářet realistická prostředí, experimentální světy nebo interaktivní příběhy inspirované místy, která dobře znáte.

Od skenu k AR

Rozšířená realita (AR) umožňuje propojit digitální obsah s fyzickým prostorem. Naskenovaný objekt tak nemusí zůstat jen na monitoru nebo v telefonu. Můžete ho umístit do školní chodby, galerie, parku nebo třeba na náměstí a vytvořit vlastní digitální výstavu přístupnou komukoliv s mobilním telefonem.

Postup krok za krokem

  1. Naskenujte objekt pomocí Polycamu nebo jiné aplikace pro 3D skenování.

  2. Exportujte model ve formátu GLB, OBJ nebo FBX.

  3. Nahrajte model na platformu Sketchfab nebo otevřete projekt v Adobe Aero.

  4. Zkontrolujte velikost modelu a jeho orientaci v prostoru.

  5. Vygenerujte odkaz nebo QR kód pro sdílení.

  6. Umístěte model do reálného prostředí a otestujte jeho zobrazení v telefonu nebo tabletu.

Doporučené nástroje

  • Polycam

  • Sketchfab

  • Adobe Aero

  • QR Code Generator

Od skenu k VR

Virtuální realita umožňuje vstoupit přímo do naskenovaného prostoru nebo vytvářet nové světy z reálných objektů.

Postup krok za krokem

  1. Naskenujte objekt nebo prostor.

  2. Exportujte model ve formátu vhodném pro VR aplikace.

  3. Optimalizujte model v Blenderu nebo podobném programu.

  4. Importujte model do Unity nebo Unreal Engine.

  5. Přidejte osvětlení, zvuk a interaktivní prvky.

  6. Nahrajte projekt do VR headsetu a otestujte výsledný zážitek.

Doporučené nástroje

  • Polycam

  • Blender

  • Unity

  • Unreal Engine

  • Meta Quest

Virtuální realita nabízí možnost zažít prostor jinak než na monitoru. Můžete vytvořit digitální výstavu studentských prací, procházet se kolem vlastních 3D modelů v životní velikosti nebo navrhnout prostředí, které by v reálném světě nemohlo existovat.

Vyzkoušejte:

Naskenuj něco, co brzy zmizí: sychající rostlinu, graffiti, staveniště, dočasnou instalaci. Jak se změní význam objektu, když ho uchováš digitálně?

Naskenuj něco neviditelného: stopu používání, opotřebovaný předmět, místo setkávání, vlastní pokoj. Jaké příběhy jsou v objektu zapsané, i když nejsou na první pohled vidět?

Když sken není kopie
Lidé si často myslí, že 3D sken je přesná kopie reality. Ve skutečnosti je každý sken interpretací. Software rozhoduje, které body spojí, co odstraní jako chybu, jak doplní chybějící části, jak zobrazí barvy a povrch. Stejně jako fotografie není neutrální záznam, ani 3D model není dokonalým otiskem skutečnosti.

Slovníček:

AR (Augmented Reality / Rozšířená realita): Rozšířená realita propojuje fyzický svět s digitálním obsahem. Prostřednictvím telefonu, tabletu nebo speciálních brýlí vidíte skutečné prostředí doplněné o virtuální objekty, texty nebo animace.

Virtuální realita (VR): Virtuální realita vytváří kompletně digitální prostředí, do kterého se uživatel ponoří pomocí VR headsetu. Vzniká tak silný pocit přítomnosti v jiném prostoru.

Mesh (Polygonální síť): Po nasnímání objektu software propojí jednotlivé body do sítě trojúhelníků. Této síti se říká mesh. Čím hustší síť model obsahuje, tím detailnější je jeho podoba, ale zároveň roste náročnost na výkon počítače.

Šum (Noise): Při skenování často vznikají nežádoucí body způsobené odlesky, prachem nebo nepřesností měření. Těmto chybám říkáme šum. Ve většině případů se odstraňuje při následné úpravě modelu, někdy však může být zajímavou součástí výsledného charakteru.

Na koho se obrátit ohledně vybavení nebo pro odbornou podporu?

Zajímavosti na závěr:

Street view
Technologie 3D skenování stojí také za fungováním služby Google Street View. Speciálně vybavená vozidla sbírají panoramatické fotografie i prostorová data, ze kterých vznikají digitální modely ulic, budov a měst. Právě tato data tvoří základ prostředí, která známe z Google Maps nebo Google Earth.

Umělec Jon Rafman využil nečekané momenty zachycené kamerami Street View jako materiál pro vlastní umělecké projekty a ukázal, že i technologická infrastruktura může být zdrojem nových příběhů.

Autonomní vozidla
Podobné principy využívají také autopiloti například Tesla systém. Automobil průběžně vytváří digitální model svého okolí a v reálném čase vyhodnocuje situaci na silnici. Nejde pouze o zaznamenávání prostoru, ale také o jeho interpretaci a okamžitou reakci na překážky, chodce nebo změny dopravy.

Zajímavostí je, že podobná prostorová data vznikají i při hraní některých mobilních her. Například informace získané při mapování prostředí v Pokémon GO byly využity při vývoji systémů počítačového vidění a navigace autonomních robotů. (video)

Vznikají digitální hřbitovy korálových útesů
Vědci pravidelně skenují korálové útesy a porovnávají jejich stav v čase. Díky tomu mohou sledovat dopady klimatické změny s přesností na jednotlivé centimetry. Video

Titanic
Nelákává vás ponorka a možnost imploze, ale rádi byste si prohlídky trosky zaoceánského parníku Titanic? Pomocí podmořských dronů vznikl model, který si můžete prohlídnout.

Vzniká digitální kopie celé Země
Každý sken zachycuje malý výsek reality. Co se ale stane, když se jednotlivé skeny začnou spojovat?

Satelity, drony, autonomní vozidla i miliony mobilních telefonů každý den vytvářejí nové záznamy okolního světa. Postupně tak vzniká rozsáhlý digitální model planety – měst, budov, krajiny i míst, která se neustále proměňují.

Takové modely pomáhají vědcům sledovat změny klimatu, urbanistům plánovat města a architektům navrhovat nové stavby. Zároveň ale otevírají nové otázky: Kdo tento digitální svět vytváří? Komu patří? A co všechno by v něm mělo být zachyceno?

Možná už nežijeme jen v jednom světě, ale ve dvou – fyzickém a jeho stále přesnější digitální kopii.