Convert to GutenPalm or to PalmDoc von Antonio Castro Über den Autor: Computer-Wissenschaft ist mein Beruf und auch Teil meiner Freizeit. Ich teile gern mein Hobby, wie es vermutlich jeder macht. Ich gebe es zu! Ich bin einer dieser seltsamen Charaktere, die Windoze nicht mögen, sogar MS-Dos fällt in die Kategorie eines Spielzeugs, es stellt geringste Ansprüchean deine Fähigkeiten und füllt deinen Computer mit vielzähligen Dateien, von denen man nicht weiß, ob sie nützlich oder wozu sie gut sind. Inhalt: Kunst und Technik der Informatik. Einfache geometrische Objekte Constraint Solid Graphics(CSG) [zusammengesetzte einfache Grafiken] Schleifen und Bedingungen in Povray. Nutzen der Trial and Error Methode [ Versuch und Fehler ] Seeigel Erzeugen durch externe Programme. CPU Anwendungsoptimierung Was wurde vergessen...? Übungen Leserbeiträge

Design rekursiver Strukturen

Zusammenfassung:

Hier untersuchen wir, wie man rekursive (wiederkehrende) Strukturen mit POVRAY entwerfen und schöne Bilder mit dieser Technik erstellen kann.

Kunst und Technik der Informatik.

Unsere Artikelserien zu POVRAY berichten über technische und nichttechnische Aspekte von POVRAY. Technologie ist wichtig, wir bemerkten es bereits einige Male, doch es ist wichtiger zu lernen, ihre Möglichkeiten auch im künstlerischen Bereich zu nutzen. Die Informatik ist nicht wie andere Disziplinen, die vielleicht für Einige die perfekte Umgebung zum Darstellen seiner oder ihrer künstlerischen Fähigkeiten sein können. Wir sollten auf jeden Fall etwas über die Technologie lernen, denn es ist ein unerlässlicher Schritt, jedoch ist in meiner persönlichen Sichtweise Technologie nur ein Instrument, das uns hilft, eine neue Form der Kommunikation zu erreichen. In meinen Artikeln versuche ich rein technisches Wissen mit Kreativität und Kunst zu mischen. Mein Ziel sind fortschrittliche Ideen, Beispiele, die die Vorstellungskraft auslösen und vielleicht neue Wege im Geist der Leser eröffnen können. Manchmal beginne ich mit der Gestaltung eines neuen Beispiels und ich habe so viel Spaß, dass das Ergebnis, das ich bekommen wollte in Vergessenheit geriet. Eine rein systematische Präsentation wird langweilig und daher nicht sehr lehrreich. Die Documentation zu Povray wurde als eine systematische Präsentation verschiedener technischer Ergebnisse entwickelt und ich nutze sie gerne als Referenz.

Im Gegensatz dazu werden wir in dieser Anleitung mehr einer spiralförmigen Annäherung folgen, vielmals zurück zum gleichen Ergebnis kommend aber mit immer größerer Tiefe. Die in unseren Beispielen vorgestellten Szenen, dienen nicht nur zu Illustration der technischen Ergebnisse, sondern auch als ästhetische Beispiele, wie diese besondere Technik genutzt werden kann, um ein schönes Resultat zu erhalten.

Dieses Ziel kann erfordern, daß neue und fremde Elemente von Povray vorgestellt werden, die noch nicht in unserer Serie besprochen wurden. Bitte nicht aufregen, wenn man nicht alles gleich versteht, Schritt für Schritt werden wir jeden Punkt in den Beispielen erklären. Andererseits sind viele genutzte Techniken von Natur aus anschaulich, bereits das "Sehen" der Resultate in den Beispielen ist dann oft mehr wert als eine lange Erklärung. Diejenigen, die wirklich schnell Povray lernen wollen können immer zum Povrayhandbuch greifen.

Einfache geometrische Objekte

• Kugel (sphere)
  syntax: sphere { < x, y, z>, radius ... }
  wobei x, y, z die Koordinaten eines Mittelpunktes sind. Nach dem Radius können zusätzliche Anweisungen zur Spezifikation anderer Charakteristiken wie Maßstab(scale), Rotation(rotation), Verschiebung(translation), Textur(texture), Farbe(color) usw. folgen.
• Kegel (cone)
  syntax: cone { <x1, y1, z1>, rad1 <x2, y2, z2>, rad2 [open] ..... }
  Diese Anweisungen spezifizieren einen Kegelabschnitt , x1, y1, z1 sind die Koordinaten des Kegelmittelpunktes am einen Ende und r1 der Radius dieses Abschnittes und x2, y2, z2 und r2 sind die Mittelpunktkoordinaten und der Radius am anderen Ende. Um einen reinen Kegel herzustellen, benutze man erst einen Radius gleich null. Ein anderer erlaubter Parameter ist das symbolische "open", ist es vorhanden wird ein offener Kegel gerendert, wenn nicht, ist der Kegel geschlossen.
• Zylinder (Cylinder)
  syntax:cylinder { <x1, y1, z1>, <x2, y2, z2>, rad [open] ...... }
  wobei x1, y1, z1 und x2, y2, z2 die Mittelpunktkoordinaten des Zylinders an beiden Enden sind. Wie vorher ist rad der Radius um den Mittelpunkt dieses Zylinderabschnitts und das Zeichen "open" ein zulässiger Parameter, um einen offenen oder geschlossenen Zylinder zu unterscheiden.
• Fläche (Plane)
  syntax:plane { <x, y, z>, dist ..... }
  Diesmal geben x, y und z nicht die Koordinaten eines Punktes an, sondern die Vektorsenkrechte zur Fläche. Der Wert dist ist der Abstand vom Koordinatenzentrum zur Fläche. Zur Erinnerung, Povray erlaubt eine Abkürzung der Vektoren wie bei x = <0, 1 , 0> -z = <0, 0, -1.> Manchmal kann eine Fläche unter Nutzung eines sehr großen Radiuses dargestellt werden; tatsächlich nutzten wir diese Technik in einem früheren Artikel.
• The Box
  syntax: box { <x1, y1, z1>, <x2, y2, z2>...... }
  hier sind x1, y1, z1 and x2. y2. z2 die Koordinaten der gegenüberliegenden Ecken des Kastens.

Constraint Solid Graphics(CSG) [zusammengesetzte einfache Grafiken]

• Vereinigung (Union)

'union { object {A} object{B} }'
Alle Punkte im kombinierten Objekt gehören zu A oder B
• Schnittmenge (Intersection)
  'intersection { object {A} object {B} }'
  Alle Punkte im kombinierten Objekt gehören zu A und B.
• Umkehrung (Inverse)

object {A inverse}
Alle Punkte im kombinierten Objekt gehören nicht zu A.
• Differenz (Difference)

'difference { object {A} object {B} }'
Alle Punkte im kombinierten Objekt gehören zu A doch nicht zu B,
mit anderen Worten 'union { object {A} object {B inverse }'
• Mischung (Merge)

'merge { object {A} object {B} }'
wie in der Vereinigung, außer wenn die inneren Oberflächen von A und B entfernt wurden. Sind die Objekte undurchsichtig, sind diese Merkmale nutzlos.

In den folgenden Beispielen werden wir verschiedene dieser Operationen zum Bau einfacher Modelle nutzen. Ich empfehle die Modelle zu bauen, indem man zuerst alle die Elemente hinzunimmt, die man für das Gesamtvolumen benötigt, und dann die Schnittpunkt-Operationen benutzt, um die unerwünschten Teile zu entfernen.

#define EatenApple = intersection {
      object { WholeApple }
      object { Bite1 inverse }
      object { Bite2 inverse }
}

Wenn primitive Objekte in einem einfachen Modell eine gemeinsame Oberfläche haben, kann es in der einen oder anderen Oberfläche beim Rendern der Punkte Probleme geben, entsprechend der Genauigkeit der Maschine. Diese Probleme können beseitigt werden durch eine sehr kleinen Verschiebung in einem der Objekte, um klar zu stellen, zu welchem Objekt die Oberfläche gehört.   

Schleifen und Bedingungen in Povray.

Nutzen der Trial and Error Methode [ Versuch und Fehler ]

daraus folgt::

Als Gedächtnisstütze werden wir zunächst das Hauptfeld der trigonometrischen Funktionen als eine Funktion des Quadranten tabellieren:

a = atan(A/B)
Das letzte Verhältnis ist nicht einmalig definiert. Der Winkel alpha ist unbestimmt bei +/- 180 Grad. Zur Berechnung sollte man besser folgendes nutzen: a = atan2(A,B) Schließlich ist der Abstand von P1(x1,y1,z1) zu P2(x2,y2,z2)

D = Wurzel aus( (x2-x1)^2 + (y2-y1)^2 + (z2-z1)^2 ) Es gibt viele nützliche trigonometrische Verhältnisse, doch ein bereits überprüftes sollte für die meisten Fälle ausreichend sein. Die impliziten trigonometrischen in POVRAY ausgeführten trigonometrischen Funktionen erwarten Winkeln in Radianten anstelle von Winkelgraden. Die Umwandlungsfunktion radians(alpha) wandelt Grade in Radianten um. Leider ist POVRAY nicht konsistent, z. B. werden Rotationen in Grad gemessen! :-(
 

Seeigel

Erzeugen durch externe Programme.

sphere{<-375, 0,   33> 55.0000000 texture{Gold_Metal}} //(0/1)
sphere{< -86, 0,   62> 55.0000000 texture{Gold_Metal}} //(1/2)
sphere{<-326, 0,  346> 55.0000000 texture{Gold_Metal}} //(2/3)
sphere{< 190, 0, -156> 55.0000000 texture{Gold_Metal}} //(3/4)
sphere{<  62, 0, -293> 55.0000000 texture{Gold_Metal}} //(4/5)
sphere{< 323, 0,  161> 55.0000000 texture{Gold_Metal}} //(5/6)
sphere{< 341, 0,  -15> 55.0000000 texture{Gold_Metal}} //(6/7)
...................

Ich empfehle etwas Geduld, weil es eine Weile dauert, eine output-Datei zu generieren. An bestimmten Zeitpunkten kann man den Prozess unterbrechen und die output-Datei bearbeiten, um sicherzugehen, dass die letzte Zeile komplett ist. Wenn nicht, nimm sie einfach aus der Datei. Die Quelle für pov folgen:

Der Quellcode beinhaltet wieder Hinweise auf das Symbol "clock", doch diesmal hat es ein besonderen Grund. In diesem Fall generiert er nicht eine Sequenz von Bildern für eine Animation, sondern vier Bilder mit sehr unterschiedlichen Blickpunkten. Die Position, Winkel und Blende der Kamera variiert unter den vier Bildern.  Im vorherigen POVRAY-Artikel erwähnten wir bereits, dass wir an einigen Punkten Beispiele untersuchen werden , die die Möglichkeiten der Kamera in POVRAY erkunden. Gut, das ist ein Beispiel. Es ist ganz einfach der Unterschied in dem fertiggerendertem Bild entsprechend den Spezifikationen der Kamera. Man kann viele Perspektiven erreichen entsprechend des Winkels der Blende: ein kleiner Winkel bringt weite Perspektiven, während ein großer Winkel Nahaufnahmen erbringt. Der Maximalwinkel ist 180 Grad, das ist ein sehr extremer Wert, denn es ist schwer, Figuren zu unterscheiden. Die gezeigten Bilder sind auf einem Pentium 200 MMX 48MB RAM (398 bogomips) bearbeitet worden. Es wurde, wie angenommen, unter Nutzung des in den früheren Serien, 'pov', vorgesehenen Werkzeuges ausgeführt:
pov burbujas 6 9 1 5 1 5
Total Time = Beschreiben der Parameterprüfung: Quellcode ist burbujas.pov size 6 = (400x300) Quality 9 Intial photogram = 1 Final photogram = 5 Initial clock = 1 Final clock = 5 Die Zeit, die zum Generieren eines jeden Bildes benötigt wird, ist wichtig. Mit höherer Qualität würde es folgende Zeit in Anspruch nehmen: pov burbujas 9 9 1 5 1 5

Fünftes Bild 4 Stunden !! Lasst uns nun die Resultate untersuchen. Im ersten der vier Bilder ist die Kameraeinrichtung die einzige Änderung. (Position, Winkel, Ausrichtung, usw.)

Befor das letzte Bild gezeigt wird, lasst mich ein anderes Thema durchgehen, welches zur Würdigung dieses letzten Bildes relevant ist, das Thema der CPU Optimierung.  

CPU Anwendungsoptimierung

    union {
    sphere { <x1, y1, z1>, r1 }
    sphere { <x2, y2, z2>, r1 }
    sphere { <x3, y3, z3>, r1 }
    ..........................
    bounded_by { sphere { <xb, yb, zb>, rb } }
  }

Die beschriebene Eingabe einer manuellen Optimierung kann bei Vereinigungen und Schnittpunkten und auch bei jedem anderen Objekten genutzt werden. Der Anwender kann andere Primitiven auswählen, wir wählen eine Kugel, jedoch werden die besten Resultate oft mit Kästen und Kugeln erreicht. Ist die Primitive ausgewählt, und bleibt ein Teil der zusammengestellten Objektes draußen, kann das Ergebnis schadhaft sein.  Ich möchte nochmals betonen, dass man nur selten manuell optimieren muß. Unser letztes Beispiel war eine Idee mit 'schlechter Absicht', mit einem voreilig Befehl das Thema zu übersteigern. POVRAYs automatische Optimierung war nicht fähig die Komposition zu vereinfachen. Es beinhaltet 2154 Kugeln. Der Leser könnte es nachprüfen, indem er sie zählt :-).
In unserem Beispiel haben wir gezeigt wie man mit den Möglichkeiten des Ray-tracers spielen kann. Oftmals kann die gleiche Idee oder das gleiche Konzept auf verschiedenen Wegen ausgeführt werden, um verschiedene Ergebnisse zu erhalten, und hier kann des Künstlers Kreativität Ausdruck gewinnen. 

Was wurde vergessen...?

Übungen

Leserbeiträge

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