Tutorial FreeCAD POV ray/de

Einleitung
Dieses Tutorial zeigt, wie man ein gerendertes Bild in FreeCAD mit dem POV-Ray Renderer erzeugt. Es wird davon ausgegangen, dass der Anwender bereits ein Teil oder eine Baugruppe in FreeCAD erstellt oder in FreeCAD importiert hat. Es verwendet die Raytracing Arbeitsbereich, um die Datei für das Rendern zu erzeugen.

Dieses Tutorial basiert auf dem Forumsbeitrag von schupin FreeCAD / pov ray tutorial, der auch eine Datei enthält, die zur Erstellung eines Renderings benötigt wird.



Die in diesem Tutorial verwendeten Dateien befinden sich im Beitrag Nr. 8 im selben Diskussionsbeitrag.

Grundaufbau
Folge dem grundlegenden Arbeitsablauf, der in der Dokumentation Raytracing Workbench/de beschrieben ist.

Damit das direkte Rendern funktioniert, muss die ausführbare Datei in ; setze sie auf deinem Speicherort in deinem System, z.B. . Andere vom Renderer verwendete Optionen können hier ebenfalls definiert werden, einschließlich der Breite  und Höhe  des Bildes sowie die Verwendung von Antialiasing.

Einrichten der .pov Datei
1. Erstelle eine Baugruppe mit Körpern aus der Part oder PartDesign Arbeitsbereich oder eines anderen Arbeitsbereichs, die Volumenkörper erzeugt, z.B. der Arch Workbench. Weise den einzelnen Körpern, aus denen die Baugruppe besteht, Farben oder Materialien zu, die ungefähr der Farbe entsprechen, die du in Ihrem Rendering wünschst.



2. Wenn dein Modell sehr detailliert ist, stelle sicher, dass die des Körpers auf einen niedrigen Wert zwischen  und  oder sogar kleiner eingestellt ist. Je niedriger dieser Wert ist, desto detaillierter wird das exportierte Mesh sein und desto besser wird die Qualität des Renderings sein.



3. Erstelle ein POV-Ray Projekt, durch anklicken von klickst. Wenn das Ansichtsfenster als orthografisch eingestellt ist, ändere es in Perspektive, da der Renderer normalerweise mit einer Kamera mit perspektivischer Ansicht arbeitet. Die Verwendung der perspektivischen Ansicht ermöglicht es dir, die Art der zu rendernden Szene besser zu erkennen.

4. Wähle alle Objekte aus, die du zu deiner Szene hinzufügen möchtest, wähle dann das erstellte Objekt und klicke auf.

Hüte dich vor den Objekten, die derzeit nicht im 3D Ansichtsfenster sichtbar sind. Wenn sie unsichtbar sind, aber in der Szene enthalten sind, werden sie trotzdem gerendert. Wenn andererseits ein Körper wirklich nicht gerendert werden soll, wähle ihn nicht für die Aufnahme in das POV-Ray Projekt aus.

Alle Objekte im POV-Ray Projekt werden einen Namen haben, der auf ihrem internen FreeCAD-Namen basiert. Es ist wichtig zu beachten, welches der POV-Ray Name ist, da diesen POV-Ray Namen weitere Optionen, z.B. die Materialtexturen, zugeordnet werden.

5. Im 3D Ansichtsfenster kannst du die Ansicht zoomen, schwenken und drehen, um die Szene nach deinen Wünschen einzurichten. Stellen sicher, dass die Objekte im Ansichtsfenster zentriert sind, wähle dann das erstellte Objekt aus und drücke.

6. Die POV-Ray Datei ist nun fertig; sie enthält die ausgewählten Objekte und die Kamerainformationen. Wähle das erstellte Objekt und drücke dann, um die Datei   zu speichern.

7. Die erzeugte Datei kann nun direkt aus FreeCAD heraus gerendert werden. Wähle das erstellte Objekt aus und drücke dann. Wenn das Popup Bild auf dem Bildschirm erscheint, klicke auf es, damit es in einem eigenen Fensterreiter an FreeCAD gesendet wird.



7.1. Wenn die Datei bereits erstellt wurde, ist es auch möglich,  von der Befehlszeile aus zu starten.

Die Optionen legen die horizontale und vertikale Pixelgröße des endgültigen Bildes fest.

Die Optionen (Typ 2, rekursive Superabtastung) und  lösen ein Antialiasing aus, um ein glatteres Bild zu erzeugen.

8. Durch Doppelklicken auf das Objekt kann man sehen, dass es die  Vorlage verwendet; diese Vorlage erzeugt eine grundlegende  Datei, die ein einfaches und dunkles Bild erzeugt.

Um das Aussehen des Bildes zu verbessern, verwende eine bessere Vorlage. Doppelklicke auf das Objekt und wähle die Vorlage. Exportiere dann eine neue  Datei und führe den Renderer erneut aus. Das Bild sollte heller und allgemein besser aussehen.



Doppelklicke noch einmal auf das Objekt und wähle nun die Vorlage. Exportiere dann eine neue Datei und führe den Renderer erneut aus. Die Erzeugung des Bildes sollte länger dauern, aber das Ergebnis sollte eine bessere Qualität haben.

Wenn das gerenderte Bild gut genug ist, dann kann es gespeichert werden, und es gibt nichts mehr zu tun. Um jedoch das Aussehen der Materialien genau zu kontrollieren und noch bessere Ergebnisse zu erzielen, muss die Datei manuell bearbeitet werden.

In den folgenden Abschnitten bearbeiten wir die Basisdatei, die mit der Vorlage erstellt wurde.

Bearbeiten der .pov Datei
9. Die von FreeCAD generierte Datei ist eine einfache Textdatei, die mit jedem Editor geöffnet werden kann. Sie ähnelt grob einer C++ Quellcodedatei: Anweisungen beginnen mit einem Hash und werden mit einem Semikolon  abgeschlossen. Geschweifte Klammern  werden verwendet, um Abschnittsblöcke zu begrenzen, und die Einrückung ist ein beliebiger Weißraum. Kommentare werden mit einem doppelten Schrägstrich angegeben; Blockkommentare können wie in C mit einem Paar  definiert werden.

Die Datei mag auf den ersten Blick kompliziert aussehen, aber 90 % ihres Inhalts sind nur Netzdaten, die nicht viele Änderungen erfordern, da diese Netze die Geometrie der Körper darstellen, die wir rendern wollen.

Die Datei ist wie folgt strukturiert:
 * Beinhaltet
 * Globale Einstellungen
 * Himmelskugel
 * Flugzeuge
 * Oberflächen und Texturen
 * Kamera
 * Netz- und Körperinformationen
 * Lichtquelle

Die Kamerainformationen werden nicht berührt, ebenso wenig wie die meisten Informationen in den Netzen. Die wichtigsten Änderungen werden in den anderen Abschnitten vorgenommen.

Da die Netze nicht stark verändert werden, kann die Datei neu organisiert werden, so dass diese Informationen am Ende der Datei stehen.

Dies ist der vollständige Inhalt der Datei, nur ohne die Netze.

Grundlegende Reorganisation
10. Öffne die Datei mit einem Texteditor, gehe zum Ende der Datei, wähle den  Abschnitt aus, schneide ihn aus und füge  ihn vor der ersten  Zeile ein.

Die resultierende Datei sollte die Abschnitte und  nebeneinander haben, zum Beispiel

Lichter vorbereiten
11. Standardmäßig wird in der Projektdatei eine Leuchte mit einer Position und einer Farbe definiert.

Die Position des Lichts wird durch einen Vektor definiert. Die kann wie ein  Vektor festgelegt werden, oder es kann auch eine benannte Farbe wie   sein. Wenn die RGB Werte angegeben werden, sollten sie im Bereich von  bis  liegen, damit das Licht eine normale Helligkeit hat.

Wie andere Objekte auch, kann das Licht mit vielen Optionen modifiziert werden. Die Option erzeugt eine rechteckige Quelle, was realistischer ist, da es zu einer diffusen Beleuchtung führt, die weiche Schatten erzeugt. Das Schlüsselwort hilft, die Berechnungszeit der Lichtwege zu reduzieren; je größer der Wert, desto genauer wird das Ergebnis sein; um lange Renderingzeiten zu vermeiden, solltest du die kleinste Ganzzahl verwenden, die ein akzeptables Ergebnis liefert ( oder  ist normalerweise ausreichend); um das beste Ergebnis zu erhalten, entferne das Schlüsselwort vollständig (lange Renderingzeit). Das Schlüsselwort hilft bei der Verbesserung der Schatten durch zufällige Verschiebung der Position der Lichter. Die Schlüsselwörter und  verwandeln das Flächenlicht in eine sphärische Quelle, die bei abgerundeten Objekten in der Szene bessere Schatten erzeugt. Das Einbeziehen von und  ist hilfreich, um den Wert des Lichts mit der Entfernung abzuschwächen, genau wie es bei einer echten Lichtquelle geschieht.

Richte das von rechts und oben kommende Licht ein.

Wenn die Lichtquelle in der Szene sein soll, kann es nützlich sein, auf dem Bildschirm einen Hinweis darauf zu sehen, wo diese Quelle sein sollte. Erstelle zu diesem Zweck eine Kugel mit einem kleinen Radius und nimm an, dass diese Kugel die Lichtquelle darstellt; positioniere die Kugel an der gewünschten Stelle, bewege dann das Licht sehr nahe an diese Koordinaten und teste die Beleuchtung der Szene; wenn du mit der Position des Lichts zufrieden bist, lösche die Kugel einfach.

12. Der Abschnitt wird verwendet, um einen realistischen Himmelshintergrund zu erstellen. Er wird üblicherweise als ein und eine  von mindestens zwei Farben definiert, um einen fließenden Übergang von der Farbe des Horizonts zur Farbe des Zenits der Szene zu erzeugen.



Bereite die Körpertexturen vor
13. Die Texturen der einzelnen Körper müssen angepasst werden. Dies ist die zeitaufwendigste Aufgabe dieses Prozesses.

In der Datei wird jeder Körper auf folgende Weise beschrieben
 * Fläche1, Fläche2, Fläche3, Fläche4, ...
 * Körper (Vereinigung der Flächen)
 * Objekt

Ein Körpernetz wird durch Flächen definiert, und jede Fläche wird durch eine Reihe von Dreieckselementen definiert, die ihrerseits durch, und  definiert werden. Diese Informationen müssen überhaupt nicht geändert werden. Dann wird jeder Körper als Vereinigung der angegebenen Flächen definiert. Auch diese Information muss nicht verändert werden.

Schließlich wird jedes zu rendernde als einer der spezifizierten Körper definiert, mit einer bestimmten, die ihrerseits durch Eigenschaften wie  und  definiert wird.

Indem man die Datei nach dem Schlüsselwort  durchsucht, ist es möglich, direkt zum gewünschten Teil in der Datei zu gehen und die  entsprechend zu modifizieren.

Wie im Kommentar angegeben, steht die Definition von ganz oben in der Datei, in diesem Fall vor den Kamerainformationen. Dieser Wert kann auf vielfältige Weise deklariert werden, als Kombination verschiedener Eigenschaften, wie in den kommentierten und unkommentierten Zeilen gezeigt wird.

Im Allgemeinen ist eine ein Behälter, der ein Material beschreibt; er enthält Informationen wie das  (Farbe oder Grafik),  (wie sich die Farbe mit der Krümmung der Oberfläche ändert),  (Wechselwirkung der Oberfläche mit dem Licht),  (Achat, Ziegel, Dellen, Leopard, Radial, Wellen, Fliesen, Wellen, Holz usw.) und andere Eigenschaften. Es gibt viele Optionen, die miteinander kombiniert werden können, um eine Textur zu erzeugen. Dieses Mischen ist nicht trivial, aber es gibt viele Beispiele online, um das gewünschte Aussehen des Materials zu erhalten.

Materialbibliotheken
14. POV-Ray wird mit einer umfangreichen Bibliothek von Materialien geliefert, die namentlich verwendet werden können. Standardmäßig stellt die Projektvorlage einige Materialien durch die Verwendung von Anweisungen am Anfang der Datei zur Verfügung. Diese Materialien können nach Belieben weiter modifiziert werden.

Die Bibliothek definiert die Grundfarben durch ihren Namen,, , , , , , ,  und. Es definiert auch verschiedene andere Schattierungen sowie Funktionen zur Transformation von Farben. Die Bibliothek enthält Kupfer-, Silber-, Chrom- und Messingtexturen, und  enthält die Goldtexturen.

Die Standardbibliotheken befinden sich im Installationsverzeichnis von POV-ray, zum Beispiel

Neue Texturen
15. Um zum Beispiel eine Spiegeltextur zu erzeugen, wird dem ein hoher Wert von  zugewiesen.

Alternativ kann für Metalle eine vordefinierte Oberflächenbeschaffenheit verwendet werden.

Dann kann sie dem spezifischen Objekt zugeordnet werden.

Die Bibliothek definiert die  Textur (gelbe Kiefer, zerklüftete Maserung). Sie kann als Grundlage für eine komplexere Textur verwendet werden, mit zusätzlicher Skalierung und Übersetzung.

Dann wird sie dem spezifischen Objekt zugeordnet.

Die Bibliothek definiert   als eine Oberfläche für transparentes Acryl; sie definiert auch   als ein Innenmaterial, das zusammen mit der Option  verwendet wird, um die Effekte von Licht, das durch ein transparentes Material hindurchgeht, so genau wie möglich zu berechnen. In diesem Fall wird der Abschnitt verwendet, der äußere  und innere  Informationen des Materials enthält.

Dann kann sie dem spezifischen Objekt zugeordnet werden.



Ebenen vorbereiten
16. Wenn das ursprüngliche 3D Modell nicht zur Verfügung steht, können Ebenen hinzugefügt werden, um einen Boden oder eine Tischplatte zu simulieren, auf der die Objekte stehen. Es können weitere Ebenen definiert werden, die als Wände oder andere Arten von Begrenzungen dienen.

Standardmäßig wird eine einzige Ebene erstellt. Sie wird 1 Millimeter unterhalb des Modells platziert, so dass sie als Boden erscheint. Der Ebene wird eine Grundtextur zugewiesen, die schwarz und leicht reflektierend ist.

Beachte, dass in POV-Ray die X Achse als horizontal (links-rechts), die Y Achse als vertikal (oben-unten) und die Z Achse als Tiefe (vorne-hinten) definiert ist.

Für einen einfachen grauen Boden, der kaum reflektierend verwendet wird



17. Mit Hilfe von Normalen und Materialbibliotheken kann die Ebene ein komplexeres Aussehen erhalten.

Definiere eine normale Karte, die verwendet wird, um der Fläche das Aussehen eines Parkettbodens zu geben.

Definiere dann die Ebene. Als verwende ein Holz, das in  definiert ist, und modifiziere es mit  und , so dass die Holzmaserung zufällig aussieht. Dann füge die erzeugte Normale zusammen mit einer weiteren Normalen hinzu; dies führt zu einer Textur des Parketts mit leichten Unregelmäßigkeiten. Dann als, mache es ein wenig reflektierend und glänzend.



18. Füge eine zweite Ebene hinzu, diesmal senkrecht zur Z Richtung, um als Rückwand zu dienen. Verschiebe sie ein wenig hinter das Modell, um den Spiegel nicht zu verdecken. Füge die Bibliothek ein, füge eine generische Granittextur hinzu und skaliere sie ein wenig. Dadurch wird das Aussehen einer einfachen Trockenbauwand erreicht.

Eine dritte Ebene kann hinter der Position der Kamera hinzugefügt werden, so dass der Spiegel einen begrenzten Bereich zwischen den beiden Wänden reflektiert.



Bereite die globalen Einstellungen vor, radiosity
19. Die globalen Einstellungen definieren das Umgebungslicht.

Die Eigenschaft innerhalb der  steuert die Art und Weise, wie POV-Ray diffuse Lichtwechselwirkungen zwischen verschiedenen Objekten berechnet. Es ist wichtig, diese Eigenschaft anzupassen, um gute Rendering Ergebnisse zu erhalten.

Da es zeitaufwendig sein kann, verschiedene Einstellungen zu testen, können Sie eine Variable  und eine  Anweisung verwenden, um schnell Render Einstellungen niedriger, mittlerer oder hoher Qualität festzulegen. Je höher die Qualitätseinstellungen sind, desto mehr Zeit wird zum Rendern eines Bildes benötigt.



20. Die Bibliothek definiert ein Makro, um die  schnell auf eine vordefinierte Konfiguration einzustellen.

Der Wert kann eine der vordefinierten Konstanten sein:

Die und  Werte sind entweder  oder.

Um verschiedene Einstellungen zu testen, könnte daher die Anweisung auch wie im Folgenden geschrieben werden.

Die genauen Werte, die von diesen Voreinstellungen verwendet werden, findest du in der Datei, die z.B. im Installationsverzeichnis von POV-Ray zu finden ist:

Der Raytracing Arbeitsbereich hat drei Standardvorlagen:
 * , sie verwendet überhaupt nicht.
 * , es verwendet die Voreinstellung.
 * , es verwendet die Voreinstellung.

Endgültiges Rendern
21. Die bearbeitete Datei kann gespeichert werden, wenn alle Anpassungen vorgenommen wurden.

Die endgültige Struktur ist wie folgt:
 * Beinhaltet, mit zusätzlichen Bibliotheken
 * Globale Einstellungen, mit Radiosity-Parametern
 * Himmelskugel, mit hellerer Farbe
 * Ebenen, positioniert und mit Texturen
 * Oberflächen und Texturen, mit benutzerdefinierten Definitionen
 * Kamera, nicht geändert
 * Lichtquelle, mit zusätzlichen Eigenschaften
 * Netz- und Körperinformationen, unter Verwendung der zuvor definierten Texturen

die Abschnitte der Datei können in beliebiger Reihenfolge sein, obwohl es wahrscheinlich einfacher ist, mit der Datei zu arbeiten, wenn sich die Netzinformationen am Ende befinden.

Das endgültige Rendern kann durch Klicken auf durchgeführt werden. oder durch Aufruf der ausführbaren Datei von der Befehlszeile aus.



Dies ist der vollständige Inhalt der Datei, nur ohne den letzten Abschnitt, d.h. ohne die Netze.

Schlussbemerkungen
POV-Ray ist ein relativ altes Stück Software, das erstmals Anfang der 1990er Jahre veröffentlicht wurde. Seine Hauptvorteile gegenüber modernerer Software sind
 * es ist eine seit vielen Jahren bewährte Lösung
 * läuft in vielen Betriebssystemen
 * die Szene kann mit nur einer Textdatei eingestellt werden
 * erfordert einfache Berechnungsressourcen, um ein qualitativ hochwertiges Bild zu erzeugen, so dass es auch mit relativ alter Hardware funktioniert

Dem Benutzer wird empfohlen, die POV-Ray Dokumentation und weitere Tutorials oder Beispiele zu lesen, um die richtigen Einstellungen für seine Bedürfnisse zu erhalten.
 * POV-Ray für Unix Version 3.7
 * POV-Ray Anleitung
 * POV-Ray Referenz