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Einführung in Povrayvon Antonio CastroAus dem Englischen ins Deutsche übersetzt von Kai Debus |
Einleitung
Einige der wichtigsten Eigenschaften von Povrray
Holen von Povray
Installation
Setup
POV
|
Mit diesem Artikel beginnt eine Serie über den
Raytracer Povray. Dieser Artikel ist als Starthilfe für Povray-Anfänger
gedacht.
Persistence of Vision Ray-Tracer (POV-Ray) Copyright
1996 POV-Team.
EinleitungPovray (Persistence of Vision Raytracer) ist ein Ray-Tracing-Programm. Es ist schwierig zu erklären, was mit diesem Begriff gemeint ist, ohne eine Vielzahl von Details zu besprechen, daher verschieben wir die genaue Erklärung auf einen späteren Artikel. Im Moment ist es ausreichend, das Prinzip von Raytracing zu verstehen: Es ist eine Technik, um imaginäre Szenen zu erzeugen, die im Computer durch Modelle beschrieben sind, welche die Existenz von Objekten und ihren Begrenzungen, Punkten, Lichtquellen und einer Kamera beschreiben. Der Rechner versucht, das Bild so realistisch wie möglich zu erzeugen und dabei so wenig Prozessorzeit wie möglich zu verbrauchen.Soweit es möglich ist, versucht Povray, die Natur zu imitieren. Manchmal muß Povray sich entscheiden, ob er die Natur nur imitieren oder simulieren soll. Ohne solche Vereinfachungen wäre es unmöglich, ein Bild in einer erträglichen Zeit zu erzeugen. Raytracing-Algorithmen berechnen eine große Anzahl Strahlen (wie Lichtstrahlen), wobei sich diese jedoch nicht ganz so wie echte optische Strahlen verhalten. In der Natur entspringen die Strahlen einer Lichtquelle, bewegen sich im Raum, und wo immer sie auf ein physikalisches Hindernis treffen (z.B. eine Oberfläche), werden sie gestreut, und ein reflektierter Strahl bewegt sich von der Stelle des Auftreffens zum Auge des Betrachters oder dem Film der Kamera. Bei einem Raytracer bewegt sich der Strahl rückwärts, vom Betrachter oder Film zum Objekt und von da aus zurück zur Lichtquelle. Eine genaue Erklärung zum Wie und Warum dieses Algorithmus heben wir uns für den nächsten Artikel auf. Die Qualität von Povray ist exzellent und vergleichbar mit den meisten kommerziellen Raytracern. Kommerziell entwickelte, auf Raytracing basierende Produkte haben eingebaute Werkzeuge, mit deren Hilfe man auf einfache Weise alle Arten von Objekten erzeugen kann. Im Falle von Povray ist es möglich, Werkzeuge von verschiedenen unabhängigen Firmen oder Formatfilter zu verwenden, und der Benutzer hat eine große Auswahl an Werkzeugen (sog. Tools) zur Verfügung. Das soll nicht heißen, daß man mit Povray allein keine guten oder sogar phantastischen Bilder zustande bringt. Phantasie ist alles, was nötig ist. Ein weiterer wichtiger Punkt ist, daß der Quellcode frei verfügbar ist, was es erlaubt, die eingesetzten Techniken zu untersuchen. Povrays Copyright ist in Anhang A des Handbuches beschrieben, und wie bei Linux ist es eine Freeware-Lizenz. Die genauen Einzelheiten können in der Originallizenz nachgelesen werden. Es gibt das Povray-Handbuch als Textversion (zum schnellen Durchsuchen), als HTML- und als Postscript-Variante. Wer die Postscript-Datei ausdrucken möchte, sollte sich auf etwa 600 Seiten gefaßt machen. Das ist eine Menge wegen der vielen Möglichkeiten, die Povray bietet. Es sollte aber niemanden abschrecken. In dem vorliegenden Artikel werden ein paar Beispiele zum Ausprobieren vorgestellt, und im nächsten Artikel werden grundlegende Konzepte erklärt. Povray ist ein Werkzeug, dessen wunderbare Fähigkeiten uns helfen können, Bilder von hohem Realismus zu erzeugen. Aber der künstlerische Wert besteht nicht im Realismus oder in der Technik selbst. Alles, was einen wirklich künstlerischen Wert hat, entsteht zuerst in unserer Vorstellungskraft. Die Technik liefert nur die Möglichkeit, unsere Phantasie zu visualisieren. Oftmals spiele ich mit den Konzepten von Realität und Phantasie. Die Infographie erlaubt es uns, dieses Spiel auf tausenderlei Arten zu spielen und dabei beim Betrachter interessante Konflikte zu erzeugen. Eine kleine Galerie von mit Povray erzeugten Bildern habe ich unter folgender Adresse zusammengestellt: http://slug.ctv.es/~acastro/infograf/catalog.htm Hier ist ein Beispiel, eine Hybrid-Figur: Ein Flugzeug, ein Segelschiff und eine Möve.
In diesem ersten Bild sieht es eher wie eine Möve aus.
Aus der zweiten Perspektive sieht es mehr wie ein Flugzeug aus, obwohl es immer noch dasselbe Objekt ist. Das Objekt hat die Silhouette einer Möve. Auf der Oberseite hat es ein durchsichtiges Cockpit, und zwei Piloten sind gut sichtbar. Die Färbung ist ungewohnt, doch durch das Raytracing (also die Strahlverfolgung) erhält das Bild einen überraschenden Grad an Realismus. Wenn man dieses Bild einem fünfjährigen Kind zeigt und es danach fragt, was es sieht, wird es wahrscheinlich sagen, es sei ein Photo, keine Zeichnung. Zeigt man dasselbe Bild einem Erwachsenen, so wird er Schwierigkeiten haben, es zu klassifizieren. Er wird sagen, daß es sich offensichtlich weder um eine Zeichnung noch um ein Photo handelt. Möglicherweise wird er wissen, daß es sich um ein computergeneriertes Bild handelt, aber wie kann ein Rechner eine so klare und wundervolle Szene erzeugen? Diese Art von Effekt versuche ich mit meinen Bildern zu erzeugen. Widersprüchliche Bilder, in denen synthetische und künstliche Elemente harmonisch mit realistischen kombiniert sind. Hierfür braucht man ohne Zweifel sowohl Phantasie als auch das Wissen um die Technik. Auf der anderen Seite sollte man die vollständige Kontrolle über die Technik haben, um besonders realistische Bilder zu erhalten, aber dies kann man nicht notwendigerweise Kunst nennen. Ich habe viele schöne Stunden mit Povray verbracht, und ich bin
sicher, daß jeder, der sich ernsthaft damit beschäftigt, auf
ähnliche Weise fasziniert sein wird.
Einige der wichtigsten Eigenschaften von Povray
Komplexe Objekte, die aus einfachen Objekten zusammengesetzt werden. (damit sind z.B. die sog. Boxen gemeint, in die man komplexe Szenen einschliessen sollte...) Definition von Konstanten in einem Include-File. Dadurch ist es möglich, externe Animationen durch Utilities oder Skripte zu erzeugen, die diese Includes bei jedem Animationsschritt erneuern. Wie man an Povray herankommtPovray kann man über ftp beziehen. Die offizielle Adresse lautet:http://www.povray.org
Es gibt außerdem ein gutes elektronisches Magazin zum Thema Povray, und obwohl es so aussieht, als sei sein Erscheinen eingestellt worden, gibt es ein paar gute Ausgaben, die erschienen sind, als Povray 3.0 freigegeben wurde. http://www.povray.org/pub/povray/ezine Ein Magazin in deutscher Sprache findet man unter http://www.stud.uni-goetingen.de/~jthewes/dpmur.htm Es gibt eine Reihe von Spiegeln für Povray, aber keiner davon ist
offiziell.
Index: (15. Januar 1998) ftp.povray.org Hier folgt eine kurze Auflistung des Inhaltes des offiziellen ftp-Servers:
Das Povray-Handbuch ist wirklich gut, aber ein Bild sagt mehr als tausend Worte. Erstens ist das Handbuch nicht in idealer Weise illustriert, und zweitens können wir im zweiten Verzeichnis verschiedene Bilder finden, die das Handbuch auf ideale Weise ergänzen. Ich sage nicht, daß es im Handbuch nicht genug Beispiele gibt, im Gegenteil, es enthält eine Menge. Jedes Beispiel erklärt ein Konzept und ist gut geeignet zum vermitteln von technischem Wissen. Einige Beispiele aus dem Handbuch sind ausgesprochen schön. Eine Auswahl der besten Bilder, die jemals geschaffen wurden, findet man in der 'Hall-of-Fame': Eine wirkliche Galerie der Infographie! Zu jedem Bild gibt es einen Text, der die Werkzeuge und Techniken erklärt, die zum erreichen dieser unglaublichen Ergebnisse notwendig waren. Wir müssen leider darauf hinweisen, daß viele der Werkzeuge, auf die im Handbuch hingewiesen wird (Modellierer, Filter etc.), für Linux noch nicht verfügbar sind. Wir empfehlen die beiden Verzeichnisse ftp.povray.org/pub/povray/Official-3.0/Linux und ftp.povray.org/pub/povray/Hall-Of-Fame nicht nur deshalb zum Download, damit Sie die Bilder genießen können, sondern auch als wichtigen Ausgangspunkt fürs Design. Wir werden erklären, wie eine typische Installation verläuft (dies sollte mit jeder Linux-Version funktionieren, ist aber nur mit Debian komplett getestet worden). InstallationWie bei jeder Installation müssen wir uns zunächst als Superuser (root) anmelden.Wir gehen davon aus, daß die Distribution im Verzeichnis "/incoming/pub/povray/Official-3.0/Linux"
liegt. Nun
sind folgende Kommandos auszuführen:
Das Povray-Handbuch ist wirklich gut, aber ein Bild sagt mehr als tausend Worte. Erstens ist das Handbuch nicht in idealer Weise illustriert, und zweitens können wir im zweiten Verzeichnis verschiedene Bilder finden, die das Handbuch auf ideale Weise ergänzen. Ich sage nicht, daß es im Handbuch nicht genug Beispiele gibt, im Gegenteil, es enthält eine Menge. Jedes Beispiel erklärt ein Konzept und ist gut geeignet zum vermitteln von technischem Wissen. Einige Beispiele aus dem Handbuch sind ausgesprochen schön. Eine Auswahl der besten Bilder, die jemals geschaffen wurden, findet man in der 'Hall-of-Fame': Eine wirkliche Galerie der Infographie! Zu jedem Bild gibt es einen Text, der die Werkzeuge und Techniken erklärt, die zum erreichen dieser unglaublichen Ergebnisse notwendig waren. Wir müssen leider darauf hinweisen, daß viele der Werkzeuge, auf die im Handbuch hingewiesen wird (Modellierer, Filter etc.), für Linux noch nicht verfügbar sind. Wir empfehlen die beiden Verzeichnisse ftp.povray.org/pub/povray/Official-3.0/Linux und ftp.povray.org/pub/povray/Hall-Of-Fame nicht nur deshalb zum Download, damit Sie die Bilder genießen können, sondern auch als wichtigen Ausgangspunkt für Design. Wir werden erklären, wie eine typische Installation verläuft
(dies sollte mit jeder Linux-Version funktionieren, ist aber nur mit Debian
komplett getestet worden).
InstallationWie bei jeder Installation müssen wir uns zunächst als Superuser (root) anmelden.Wir gehen davon aus, daß die Distribution im Verzeichnis "/incoming/pub/povray/Official-3.0/Linux"
liegt. Nun müssen folgende Kommandos ausgeführt werden:
SetupDer Setup-Prozeß von Povray ist notwendig, um die ,,include"-Datei-Bibliothek zugänglich zu machen, die Grafikkarte zu konfigurieren, das Ein- und das Ausgabeformat festzulegen und für viele andere Dinge.Anstatt Fragen zu beantworten, die sehr ausführlich im Handbuch erläutert werden (Quick Start), werden wir eine generische Konfiguration besprechen, die allen Linux-Benutzern erlaubt, Povray auf leichte, komfortable und direkte Weise zu benutzen. Povray kann zwar im SVGA-Modus ausgeben, aber dies ist sehr von der Graphikkarte abhängig. Wir empfehlen die Installation im X Window System und das Programm 'xv' als Bildbetrachter. Die Linux-Konfiguration in den neueren Versionen von Povray kann vereinfacht werden. Es ist möglich, Umgebungsvariablen zu verwenden, aber es ist praktischer, eine Konfigurationsdatei (*.ini) zu erzeugen, die alles wichtige enthält. Es gibt verschiedene .ini-Dateien als Beispiel. Diese enthalten unterschiedliche Konfigurationen. Es ist möglich, unsere Standard-Konfiguration in eine Datei zu schreiben, oder wir können Variablen benutzen, um die entsprechenden Dateien (wie die include-Bibliothek) zu finden. Es kann außerdem eine gute Idee sein, eine Anzahl von Optionen als Argumente zu übergeben, aber wir übergeben nahezu alles in einer Konfigurationsdatei (*.ini), die wir gleichzeitig als Parameter an die Kommandozeile übergeben. Wem diese Methode nicht gefällt, der kann das Handbuch durchsehen und wird feststellen, daß es verschiedene Optionen gibt, um dasselbe Ziel zu erreichen. Es ist jedoch nicht die Aufgabe eines einführenden Artikels, alle Optionen detailliert und in allen Einzelheiten darzulegen. Außerdem gibt es ein Shell-Skript, das für alle Beispiele die entsprechenden Bilder ( 'allscene.sh') erzeugt. Anstatt alle dieser Szenen mit niedriger Auflösung zu generieren, möchten Sie vielleicht eine auswählen und mit der bestmoglichen Auflösung generieren. In diesem Fall wechseln Sie bitte in das Beispielverzeichnis und führen Sie Povray mit folgendem 'ini'-File aus: -------------------------8<------------(ini.ini)---------------- Width=640 Height=480 Quality=8 Library_Path=/usr/local/apli/povray/povray3/include Output_to_File=on Output_File_Type=t Output_File_Name=out.tga verbose=on -------------------------8<--------------------------------------Die ersten beiden Zeilen bestimmen die Auflösung des fertigen Bildes. Der Befehl zum erzeugen des Bildes lautet: $ s-povray ini.ini +i source.pov Die Datei, aus der wir das Bild erzeugen wollen, heißt 'source.pov', und der Name der resultierenden Datei lautet 'out.tga'. Diese können wir z.B. mit 'xv out.tga' anzeigen. POV: Ein Werkzeug für die Arbeit mit Povray'pov' ist ein Shell-Skript, das die Arbeit mit Povray vereinfacht. Zunächst betrachten wir den Quelltext:------------------------8<----------------------------------- #!/bin/bash ##################################################################### # Autor: Antonio Castro Snurmacher (1.998) # # pov (ver 1.0) # # Esta versión esta dedicada a su inclusión en la # revista LinuxFocus (freeware) # # Este programa puede ser utilizado, distribuido, y modificado # libremente pero siempre se deberá respetar la propiedad # intelectual de su autor. Esta cabecera debe ser conservada # tal cual en todas las modificaciones. # # En caso de traducción deberá conservarse el texto original de # esta cabecera y añadirse la traducción a continuación de ella. # # El autor renuncia a todo tipo de beneficio económico y no se hace # responsable de los posibles perjuicios derivados del uso del mismo. # # E-mail ([email protected]) # ##################################################################### # Author: Antonio Castro Snurmacher (1.998) # # pov (ver 1.0) # # This version has been written to be included in # the LinuxFocus magazine (freeware) # # This program can be used, distributed, and modified # freely but always has to respect the intellectual # property of the author. This header should be kept # untouched in every modification. # # In case of translation the text of this header should be kept # and the translation will be added after it. # # The author renounces to any kind of economic benefit # and he is not responsible for any damage derived from # the use of this script. # # E-mail ([email protected]) # ##################################################################### usage(){ echo "Usage: pov (project) (size=0..6) (quality=1..11)" echo echo "0) 40x30 (STD/20) No backup" echo "1) 80x60 (STD/10) No backup" echo "2) 100x75 (STD/8) No backup" echo "3) 200x150 (STD/4)" echo "4) 266x200 (STD/3)" echo "5) 320x200 *" echo "6) 400x300 (STD/2)" echo "7) 640x480 *" echo "8) 800x600 * (STD)" echo "9) 1024x768 *" echo echo "The projects should be located in the directory pointed by" echo "${HOMEPOV} and will use the same name for it and for" echo "the main source file *.pov" echo "(STD) is the standard resolution chosen." echo exit 1 } newversion(){ mv ${PREFIX}.pov.8.gz ${PREFIX}.pov.9.gz 2> /dev/null mv ${PREFIX}.pov.7.gz ${PREFIX}.pov.8.gz 2> /dev/null mv ${PREFIX}.pov.6.gz ${PREFIX}.pov.7.gz 2> /dev/null mv ${PREFIX}.pov.5.gz ${PREFIX}.pov.6.gz 2> /dev/null mv ${PREFIX}.pov.4.gz ${PREFIX}.pov.5.gz 2> /dev/null mv ${PREFIX}.pov.3 ${PREFIX}.pov.4 2> /dev/null mv ${PREFIX}.pov.2 ${PREFIX}.pov.3 2> /dev/null mv ${PREFIX}.pov.1 ${PREFIX}.pov.2 2> /dev/null cp ${PREFIX}.pov ${PREFIX}.pov.1 gzip ${PREFIX}.pov.4 2> /dev/null } ################################################# size(){ export SAVE="yes" case $1 in 0) Width=40 ; Height=30; SAVE="no" ;; 1) Width=80 ; Height=60 SAVE="no" ;; 2) Width=100; Height=75 SAVE="no" ;; 3) Width=200; Height=150;; 4) Width=266; Height=200;; 5) Width=320; Height=200;; 6) Width=400 ;Height=300;; 7) Width=640 ;Height=480;; 8) Width=800 ;Height=600;; 9) Width=1024;Height=768;; *) usage esac } quality(){ case $1 in 1) ;; 2) ;; 3) ;; 4) ;; 5) ;; 6) ;; 7) ;; 8) ;; 9) ;; 10) ;; 11) ;; *) usage esac export Quality=$1 } ####################### main ############################## export HOMEPOV=${HOME}/dat/pov export PROYECT=$1 export PREFIX=${HOMEPOV}/${PROYECT}/${PROYECT} if [ $# != 3 ] then usage fi export POVRAY=/usr/local/apli/povray/povray3 size $2 quality $3 if [ $SAVE == "yes" ] then newversion fi cat <<-FIN > ${PREFIX}.ini Width=$Width Height=$Height Quality=$Quality Library_Path=${POVRAY}/include Input_File_Name=${PREFIX}.pov Output_to_File=on Output_File_Type=t Output_File_Name=${PREFIX}.tga verbose=on Post_Scene_Command=xv ${PREFIX}.tga FIN # Output_File_Type=t ## Others hight performace options ## # Antialias_Depth=3 # Antialias=On # Antialias_Threshold=0.1 # Jitter_Amount=0.5 # Jitter=On # Niedere Priorität, damit andere Prozesse auch Rechenzeit abbekommen. nice -20 x-povray ${PREFIX}.ini if [ $SAVE != "yes" ] then echo "Warnung! Es gibt keine Sicherheitskopie dieser Version!" fi ------------------------8<-----------------------------------Wenn man ein Bild entwirft, muß man seine Idee durch das Erzeugen von "Zwischenbildern" immer wieder testen, und man nähert sich seinem Ideal Schritt für Schritt. Um diesen Vorgang zu vereinfachen, erstellen wir ein Shell-Skript, das eine *.ini - Datei erzeugt, Povray ausführt und anschließend das Ergebnis darstellt. Wir gehen davon aus, daß wir im Verzeichnis $HOME/dat/pov/<Projektname> arbeiten und der Name der Hauptdatei <Projektname.pov> lautet. Dieses Skript erzeugt ein *.ini - File, das für die meisten Situationen ausreichend sein sollte. Es orientiert sich an einer bestimmten Arbeitsweise, aber wem dieses nicht zusagt, der kann es recht einfach ändern. Das Skript sichert die letzte Version der Quelldatei, da man nach einem Versuch häufig zur vorherigen Version zurückkehren will. Der kreative Vorgang gleicht dem Malen mit Farbe und Pinsel, nach jedem Schritt wird neu entschieden, wie es weiter geht. Wenn das Skript mit der niedrigsten Auflösung ausgeführt wird, erzeugt es weder eine Sicherheitskopie noch eine neue Versionsnummer, da ,,LowRes"-Tests uninteressant sind. Mit dieser Art von Test kann man gerade mal einen Eindruck von der relativen Position der einzelnen Objekte zueinander bekommen. Dies ist eine persönliche Vorgehensweise, die sehr einfach ist. Für jemanden, der mit dem Programm nicht vertraut ist, ist es eine gute Ausgangsmethode. Später wird man wahrscheinlich das Skript an seine persönliche Arbeitsweise anpassen. Einige der möglichen Auflösungen entsprechen den Standardauflösungen der Grafikkarte. Andere sind Bruchteile der Auflösung 800*600. Um ein kurzes Help-Menü zu bekommen, gibt man ,,pov" ohne Argument ein. Wer eine entsprechende Verzeichnisstruktur in seinem HOME-Verzeichnis anlegt, wird vom ersten Tag an sehen, wie einfach das Arbeiten ist. Wir verwenden dieses Skript für unsere Übungen. Es vereinfacht das Arbeiten, auch wenn man es nicht zwingend braucht. Wir beginnen mit einem einfachen Beispiel um zu sehen, ob alles korrekt funktioniert: ------------------------8<-----------------------------------
#include "colors.inc"
#include "textures.inc"
#include "glass.inc"
// Author: Antonio Castro
// Die Kamera sieht auf den Kontaktpunkt der beiden Kugeln
camera {
location <0, 15, 35>
look_at <0, 10, 0>
}
// Quelle des weißen Lichts
object {
light_source {
<20, 100, 50>
color White
}
}
// Himmel mit weißen Wolken
object {
sphere { <0, 0, 0> 200000} // Great vault of heaven
texture {Blue_Sky scale <50000, 6000, 50000>} // We strecht the clouds
}
// Goldener Ball
sphere { <-10, 10, 0> 10
texture { Gold_Metal }
}
// Spiegelnder Ball
sphere { <10, 10, 0> 10
texture { Mirror }
}
// Glassball
sphere { <0, 5, 10> 5
texture { T_Glass1 }
}
// Boden
// Hergestellt mit einer großen Kugel, die das Zentrum <0,0,0> berührt
// aber es konnte nicht mit einer Ebene implementiert werden.
sphere {<0, -1000000, 0> 1000000
pigment {checker color Red color Yellow scale 2 } // Schachbrettmuster
}
------------------------8<-----------------------------------
Speichern Sie dieses Skript unter $HOME/dat/pov/sample1/sample1.pov
Erzeugen Sie zunächst die entsprechende Verzeichnisstruktur, falls dies noch nicht geschehen ist. Führen Sie dann das ,,pov"-Skript aus diesem Artikel in einem Xterm-Fenster unter Ihrer Benutzerkennung (login) aus. $ pov sample1 4 9 Zum Anzeigen kann ,,xv" verwendet werden. Wer seine eigenen Szenen erstellen möchte, sollte sich die Textversion des Handbuches in einem zweiten Fenster anzeigen lassen, z.B. mit ,,vi" im read-only-Modus (oder mit ,,less"; Anm. des deutschen Übersetzers), um schnell die Schlüsselworte der Sprache, die Syntax und einige kurze Beispiele zur Verwendung einsehen zu können.
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Ins Englische übersetzt von David Escorial