Seriál Vykreslujeme 3D scény s POV-Ray

Dnes spojíme dvě témata, kterým jsme se věnovali v předchozích týdnech. Jednalo se o knihovnu MoviePy určenou pro manipulaci a vytváření video souborů a o knihovnu Vapory, která umožňuje deklarovat 3D scény pro raytracer POV-Ray.

V dnešním článku se seznámíme s projektem Vapory. Jedná se o knihovnu určenou pro Python, která umožňuje popis 3D scén pro raytracer POV-Ray přímo v Pythonu, což možnosti POV-Raye do značné míry rozšiřuje.

V poslední části seriálu o POV-Rayi si ukážeme, jak lze tento raytracer využít jak při vykreslování implicitních funkcí, tak i pro zobrazení objemových dat či výsledků různých simulací, například částicových systémů. Na závěr bude uvedena literatura, články na Internetu, stránky modelovacích programů aj.

V repertoáru všemožných nastavení ovlivňujících běh POV-Raye se nachází i poněkud záhadná volba "duty cycle", pomocí které lze rendering spustit i na počítači pracujícím v nulové gravitaci, aniž by došlo k přehřátí CPU. Tato volba nebyla přidána náhodou - POV-Ray skutečně byl použit ve vesmíru.

V dnešní části seriálu o POV-Ray si řekneme, jakým způsobem je možné použít spline funkce při tvorbě procedurálních textur, a také si ukážeme využití spline funkcí v animacích, ve kterých se objekty při svém pohybu také otáčí a naklápí. Většina výpočtů pohybu objektů je založena na makru Spline_Trans.

V dnešní části našeho pravidelného seriálu o POV-Ray si ukážeme některé možnosti využití matematického aparátů určeného pro práci se spline funkcemi. Pomocí spline funkcí je například možné poměrně jednoduchým způsobem vytvářet animace s objekty, které se plynule pohybují po předem zadané trajektorii.

V dnešní části seriálu o POV-Rayi bude vysvětlena další metoda používaná pro odstranění aliasu. Jedná se o takzvaný jittering (roztřesení) aplikovaný společně se supersamplingem. Také si ukážeme, jak je možné - poněkud překvapivě - alias dokonce využít k tvorbě některých zajímavých procedurálních textur.

V dnešní části seriálu o POV-Rayi si na dvou demonstračních příkladech ukážeme animovanou změnu směru primárních paprsků pomocí procedurálních textur (simulace objektů pod rozvlněnou hladinou). Také si řekneme, proč ve vykreslovaných scénách vzniká alias a jakým způsobem je možné jeho vliv potlačit.

V dnešní části seriálu o POV-Rayi si ukážeme rendering panoramatických snímků s využitím cylindrického promítání. Také si popíšeme způsob rozostření objektů v závislosti na jejich vzdálenosti od kamery (pozorovatele) a také změny směru paprsků vycházejících z kamery pomocí procedurálních vzorků.

V dnešní části seriálu o POV-Rayi si ukážeme další možnosti, které nám tento raytracer nabízí při nastavování typu a parametrů kamery (pozorovatele). Ukážeme si například, jaký vliv má změna zorného úhlu objektivu, či jak lze využít cylindrickou a axonometrickou projekci nebo projekci typu rybí oko.

Ve čtyřicáté druhé části seriálu o raytraceru POV-Ray si ukážeme, jakým způsobem je možné specifikovat základní vlastnosti kamery. Změnou parametrů kamery lze levotočivý souřadnicový systém zaměnit za systém pravotočivý, ovlivnit způsob promítání (perspektivní, ortografické, rybí oko), natáčet celou scénou atd.

V dnešní části seriálu o raytraceru POV-Ray si ukážeme dva demonstrační příklady, v nichž bude použita interference světla, kterou jsme si minule popsali teoreticky. Také si řekneme, jakým způsobem je možné ve scénách vytvářet oblaka a některé další zajímavé atmosférické efekty, například červánky.

V dnešní části seriálu o raytraceru POV-Ray dokončíme popis warpingu textur. Ukážeme si tvorbu přirozeně působících povrchů, například dřeva se suky. Také si popíšeme další pokročilé techniky, zejména to, jakým způsobem lze nastavit interferenci světla na povrchu s tenkou vrstvou vody či oleje.

Ve třicáté deváté části seriálu o raytraceru POV-Ray se budeme zabývat pokročilými metodami texturování. Ukážeme si, jak lze ovlivnit způsob výpočtu procedurálních textur. Jedná se o takzvaný warping textur, pomocí něhož je možné vymodelovat například působivý suk ve dřevě i další zajímavé vzory.

Od třicáté osmé části seriálu o raytraceru POV-Ray se začneme zabývat tvorbou složitějších typů textur. Řekneme si, jakým způsobem je možné pokrývat povrch těles několika texturami uloženými ve vrstvách. Touto technikou je možné vykreslit například kovový povrch se skvrnami rzi či kámen pokrytý mechem.

Ve třicáté sedmé části seriálu o raytraceru POV-Ray bude popsán způsob volání a využití interních funkcí POV-Raye (tyto funkce jsou vložené přímo do jeho zdrojového kódu), deklarace uživatelských funkcí, vytváření maker i další možnosti programovacího jazyka, které je možné v tomto raytraceru použít.

Ve třicáté šesté části seriálu o raytraceru POV-Ray si vysvětlíme způsob tvorby „rekurzivních“ objektů a použití vestavěných funkcí při konstrukci složitějších těles. Ukážeme si také tři demonstrační příklady, ve kterých budou popisované programové konstrukce jazyka POV-Ray použity.

Název dnešní části seriálu o raytraceru POV-Ray, který paroduje tituly knížek „Myslíme v jazyku XXX“, naznačuje, jakou vlastností POV-Raye se budeme zabývat. Ukážeme si, jakým způsobem lze konstruovat programové smyčky, podmínky i objekty a jak nám tyto techniky mohou ulehčit tvorbu trojrozměrných scén.

V dnešní části seriálu o POV-Rayi dokončíme část věnovanou vizualizaci objemových dat. Současně začneme s popisem alternativního způsobu výpočtu ambientní složky světla pomocí takzvané radiozitní metody. Jde o výpočetně náročnou metodu, která však může výrazně zlepšit celkový dojem z vykreslené scény.

V dnešní části seriálu o raytraceru POV-Ray si na praktických příkladech ukážeme, jakým způsobem lze zpracovat objemová data a zařadit je do vykreslované scény. Také si popíšeme formát souboru používaný pro uchování objemových dat i to, jak lze tyto soubory jednoduše programově vytvářet.

V již třicáté druhé části seriálu o raytraceru POV-Ray si řekneme, jakými způsoby lze reprezentovat a následně vykreslovat prostorová objemová data, která jsou uložena ve formě pravidelné rastrové mřížky. Tato mřížka obsahuje informace o průhlednosti či barvě objemových elementů, takzvaných voxelů.

V jednatřicáté části seriálu o raytraceru POV-Ray budeme pokračovat v popisu pokročilejších metod renderingu. Ukážeme si například, jakým způsobem je možné vymodelovat mlžné či prašné prostředí, jak lze vytvořit rozptyl světelných paprsků při průchodu vzduchem, ve kterém se vznáší zrnka prachu atd.

V dnešní části seriálu o raytraceru POV-Ray se budeme zabývat problematikou absorpce, emise či rozptýlení světelných paprsků při jejich průchodu vnitřními částmi těles. POV-Ray totiž ve své poslední verzi umožňuje pomocí propracovaných algoritmů simulovat například kouř, oheň či další světelné jevy.

Klasický raytracing je založen na nalézání průsečíků paprsků s povrchy objektů umístěných ve scéně a výpočtu světelných podmínek v nalezených průsečících. POV-Ray tento výpočetní model dále rozšiřuje o optické vlastnosti vnitřků uzavřených těles, což je téma, kterému se budeme dnes věnovat.

V dnešním pokračování seriálu o raytraceru POV-Ray si ukážeme některé další možnosti tvorby animací s využitím interní proměnné „clock“, například změnu souřadnic prvků kostry implicitní plochy, modifikaci parametrů superelipsoidu či kvadrik a tvorbu tělesa s využitím smyčky „while“.

V seriálu o programu POV-Ray jsme se doposud zabývali pouze tvorbou statických obrázků. Tento raytracer však umožňuje poměrně snadno pochopitelným způsobem, dokonce bez podpory externích aplikací, vykreslovat i animované sekvence. Právě vytvářením animací se budeme v dnešní části zabývat.

V dnešní části seriálu o POV-Rayi budou popsány další pomocné aplikace určené pro tento raytracer, které se mohou při různých příležitostech hodit. Budeme se zabývat jak modelovacími a převodními programy, tak i zajímavému simulátoru částicových systémů, který je napsaný pomocí maker POV-Raye.

V dnešní části seriálu o raytraceru POV-Ray si stručně popíšeme některé modelovací programy (modelery) i další užitečné pomocné programy, které je možné spolu s POV-Rayem použít pro přípravu trojrozměrných scén. Nebude se zdaleka jednat o úplný seznam všech utilit, ale o ukázku jejich rozmanitosti.

V dnešní části seriálu o raytraceru POV-Ray se budeme zabývat nastavením dalších optických vlastností materiálů těles využívaných především při výpočtu průhlednosti, lomu světelných paprsků na povrchu těles a v neposlední řadě také simulaci rozkladu světla při průchodu průhlednými tělesy.

V dnešní části seriálu o raytraceru POV-Ray si ukážeme využití modulace normálových vektorů (bump mappingu) při tvorbě vodní hladiny. Také si řekneme, jaký vliv má mapa sklonů (slope_map) na tvar hrbolků vytvořených pomocí modulace normálových vektorů a jak lze tuto mapu změnit.