POV-Ray

POV-Ray
Der Utah Teapot gerendert in POV-Ray unter Verwendung von Schattenwurf, specular-highlighting, farbigem Licht und bump mapping
Basisdaten
Aktuelle Version	3.6.2 (Windows) 3.6.1 (Andere) (1. Juni 2009)
Betriebssystem	Plattformunabhängig
Kategorie	Ray-Tracer
Lizenz	POV-Ray License
Deutschsprachig	nein
www.povray.org

POV-Ray (Persistence of Vision – wörtlich etwa: Die Beharrlichkeit/Trägheit des Sehens/Nachbild auf der Netzhaut – wie nach einem Blick in die Sonne) ist ein Ray-Tracer, also ein 3D-Computergrafikprogramm. Die möglichen Mehrdeutigkeiten bei der Interpretation des Namens sind beabsichtigt. Der Rechenaufwand zur Bilderzeugung ist so hoch, sodass auch heutige (2010) Personal Computer noch mehrere Minuten bis Stunden oder Tage mit der Berechnung eines einzigen Bildes beschäftigt sein können.

Technik

POV-Ray ist ein reiner Renderer und beinhaltet keinen eigenen 3D-Modellierer. Die Definition der dargestellten Szene geschieht mittels einer eigenen Szenen-Beschreibungssprache (Scene-Description-Language, SDL), deren Syntax den Programmiersprachen C und C++ ähnelt. Zur Erstellung komplexer Modelle können externe Tools verwendet werden, beispielsweise Moray oder KPovModeler.

Im Gegensatz zu den sonst üblichen Renderern basieren die zugrundeliegenden Daten nicht auf Polygonen, sondern auf mathematischen Formeln und Körpern. Dadurch ist es beispielsweise möglich, Fraktale dreidimensional darzustellen. Dies hat jedoch zur Folge, dass die Kompatibilität stark eingeschränkt ist. Es gibt viele Konvertierungsprogramme von anderen 3D-Grafikformaten ins POV-Ray-Format, aber keines, welches POV-Ray-Daten ohne Informationsverlust in ein anderes Format umwandeln kann.

POV-Ray beherrscht Raytracing, eine daran angepasste Radiosity-Berechnung und rudimentäre Photon Maps zur Berechnung von Kaustiken.

Der Komplexität der gerenderten Bilder sind keine theoretischen Grenzen gesetzt; in der Praxis ist die zur Verfügung stehende Rechenzeit der begrenzende Faktor.

Geschichte ^[1]

Um 1986 besaß David Kirk Buck einen Amiga-Computer. Einer seiner Freunde zeigte ihm zu dieser Zeit einen Raytracer, der jedoch nicht mit Bucks Amiga kompatibel war. Daher schrieb er die entsprechenden Treiber, um den Tracer selber nutzen zu können. Dieser Raytracer konnte lediglich eine schwarze oder weiße Ebene darstellen sowie einfache Kugeln. Da Buck jedoch trotzdem von dem Programm beeindruckt war, programmierte er das Programm ein wenig weiter, sodass dieses auch Farb-Darstellungen unterstützte. Dabei erkannte er, dass es besser sei, einen eigenen Raytracer zu entwickeln – DKBTrace war geboren.

Im Jahre 1987 oder 1988 wurde Buck von Aaron Collins kontaktiert, da dieser DKBTrace so modifiziert hatte, dass es – statt wie zuvor nur auf dem Amiga – auch auf einem PC einzusetzen war. Dadurch entstand eine Zusammenarbeit zwischen Buck und Collins. Während die zwei an Version 2.12 von DKBTrace – der letzten veröffentlichten Version – arbeiteten, wurden sie auf eine Gruppe von Menschen aufmerksam, die sehr interessiert an DKBTrace waren und viele verschiedene Szenen damit erstellten. Da diese Gruppe frustriert war, dass Buck und Collins nicht schnell genug neue Funktionen in DKBTrace einbauen konnten, machten sie den Vorschlag, einen weiteren neuen Raytracer zu entwickeln. Da Buck zu dieser Zeit immer weniger Zeit mit Raytracing verbrachte, machte er dieser Gruppe auf CompuServe das Angebot, einen neuen Raytracer auf Basis von DKBTrace zu entwickeln. Dieses Angebot verknüpfte er mit drei Bedingungen:

• Das Programm muss als Freeware angeboten werden sowie der Quellcode frei verfügbar sein
• Das Programm muss plattformunabhängig sein
• Das Programm muss einen anderen Namen als „DKBTrace“ haben

Da man mit diesen Bedingungen einverstanden war, begab man sich an die Namensfindung, wobei der Name „Persistance Of Vision Raytracer“ vorgeschlagen wurde, welcher letztendlich zu „POV-Ray“ gekürzt wurde.

Die erste veröffentlichte Version von POV-Ray – POV-Ray 0.5 – war im Grunde eine verbesserte Version von DKBTrace, denn POV-Ray 0.5 nutze noch die gleiche Syntax, hatte allerdings weit mehr Funktionen als DKBTrace 2.12. Erst mit Version 1.0 wurde eine eigene Syntax für POV-Ray entwickelt. Zur Zeit der Veröffentlichung von POV-Ray 2.0 verließ auch Buck das Entwickler-Team, nachdem Collins es bereits vorher verlassen hatte und Chris Cason wurde Leiter des Entwickler-Teams.

Die aktuelle Version von POV-Ray ist 3.6.2 für Windows bzw. 3.6.1 für andere Systeme. POV-Ray 3.7 wurde bereits zu Testzwecken vorab veröffentlicht, aber ersetzt noch nicht Version 3.6, da die Entwickler sich noch vorbehalten, Änderungen bis zur offiziellen Freigabe vorzunehmen.
Die Version 3.7 beinhaltet als größte Neuerung die Unterstützung von Multithreading. Außerdem gibt es kleinere Syntaxänderungen und Sprachergänzungen.

Versionen

Es existieren Versionen für fast alle gängigen Betriebssysteme, insbesondere einige die auf verteilten Systemen (Clustern) betrieben werden können. Somit steht die Rechenleistung von POV-Ray im direkten Verhältnis zur Anzahl der zur Verfügung stehenden Rechner und ist durch dieses skalierbar.

• Render-Beispiele
• 

  Verschiedene Gegenstände mit Radiosity gerendert

• 

  vier Präzisionswürfel

• 

  römisches Pentagondodekaeder

• 

  „House of the Temple“ in Washington D.C.

Anwendung

Szenenaufbau

Jede Szene ist nach dem gleichen Prinzip aufgebaut: Zunächst wird die Kameraposition definiert sowie der Punkt, auf den sie fokussiert ist, anschließend werden der Hintergrund und die Lichtquelle(n) definiert, erst danach kommt der Inhalt der Szene an die Reihe.
Beispiel-Grundszene

POV-Ray Ergebnis der links beschriebenen Szene.

// Grundgerüst
#include "colors.inc"
global_settings {
    assumed_gamma 1.0
}
camera {
    location <0,0.5,-4>
    look_at  <0,0,0>
}
sky_sphere {
    pigment {
        gradient y
        color_map {
            [0.0 rgb <0.6,0.7,1.0>]
            [0.7 rgb <0.0,0.1,0.8>]
        }
    }
}
light_source {
    <-30,30,-30>
    color rgb <1,1,1>
}
// Szeneninhalt
 
// Eine grüne Ebene
plane {
    y, -1
    pigment {
        color rgb <0.2,0.8,0.2>
    }
}
// Eine rote Kugel
sphere {
    <0,0,1>, 1
    texture {
        pigment {
            color Red
        }
    }
}

Solche Szenen können schnell große Komplexität annehmen, wenn man z. B. mit POV-Ray ein Gebäude nachbildet oder eine Animation erstellt.

Grundobjekte

Name	Syntax	Code	Ergebnis
Kugel	sphere { <x,y,z>,Radius pigment { color Farbe } }	sphere { <0,1,0>,1 pigment { color Red } }
Quader	box { <x-Ecke1,y-Ecke1,z-Ecke1>, <x-Ecke2,y-Ecke2,z-Ecke2> rotate <x-Drehung,y-Drehung,z-Drehung> pigment { color Farbe } }	box { <0,0,0>,<1,1,1> rotate <-30,0,30> pigment { color Red } }
Zylinder	cylinder { <x-unten,y-unten,z-unten>, <x-oben,y-oben,z-oben>,Radius pigment { color Farbe } }	cylinder { <0,0,0>,<1,1,1>,1 pigment { color Red } }
Kegel(stumpf)	cone { <x-unten,y-unten,z-unten>,Radius-unten, <x-oben,y-oben,z-oben>,Radius-oben pigment { color Farbe } }	cone { <0,-1,0>,1, <0,1,0>,0 pigment { color Red } } cone { <0,-1,0>,1, <0,1,0>,0.25 translate <5,0,0> pigment { color Red } }
Torus	torus { Hauptradius,Nebenradius rotate <x-Drehung,y-Drehung,z-Drehung> pigment { color Farbe } }	torus { 0.5,0.2 rotate <0,30,30> pigment { color Red } }

Weblinks

 Wikibooks: Raytracing mit POV-Ray – Lern- und Lehrmaterialien

 Commons: POV-Ray – Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien

• Offizielle Website
• Kleine Einführung in das Programm
• POV-Ray Tutorial von Friedrich A. Lohmüller

Einzelnachweise

1. ↑ POV-Ray Dokumentation