Raytracing mit POV-Ray: Einleitung

Einleitung

Was ist POV-Ray?

POV-Ray steht für "The Persistence of Vision Raytracer", wobei "Persistence of Vision" frei übersetzt so viel heißt wie "Die Fortdauer des Eindrucks" oder auch das "Nachleuchten eines Bildes". POV-Ray ist ein 3D-Grafikprogramm, das es ermöglicht, dreidimensional wirkende Bilder (Szenen) am Computer zu erzeugen, die - bei geschicktem Einsatz dieses Werkzeugs - einer fotorealistischen Wiedergabe sehr nahe kommen können. Um dies zu erreichen, benutzt POV-Ray das Raytracing-Verfahren. Was sich dahinter verbirgt, wird im folgenden Abschnitt etwas genauer erklärt.

Im Gegensatz zu vielen anderen Grafikprogrammen (auch aus dem 3D-Bereich) werden die Szenen in POV-Ray nicht visuell erstellt, also mittels spezieller Software auf dem Bildschirm gezeichnet oder konstruiert. Hinter von POV-Ray erstellten Bildern stehen vielmehr einfache Textdateien, in denen mittels einer speziellen Szenenbeschreibungssprache - der Scene Description Language (SDL) - die jeweilige Szene quasi programmiert wird. Tatsächlich zeigt die SDL gewisse Ähnlichkeiten zu Programmiersprachen (vor allem zu C), obwohl sie im engeren Sinne keine Programmiersprache ist, sondern eher eine Auszeichnungssprache. Wie man mit dieser Sprache beeindruckende 3D-Szenerien erstellen kann, ist Gegenstand dieses Tutoriums.

Noch eine ganz wichtige Anmerkung: POV-Ray ist nicht nur kostenlos, sondern es kann auch der Quellcode eingesehen und modifiziert werden (in den Grenzen der POV-Ray-eigenen Lizenz). Woher man POV-Ray bekommt, und wie es installiert wird steht weiter unten.

Was ist Raytracing?

Raytracing ist ein Verfahren, mit dem möglichst wirklichkeitsnahe, in der Regel dreidimensionale Szenen auf einem Computermonitor dargestellt werden. Dafür werden in der Natur vorkommende Mechanismen imitiert - und zwar aus der Welt der Physik, genauer gesagt der Optik. Die Vorgehensweise wird schon im Begriff Raytracing angedeutet. "Ray" heißt Strahl, "to trace" steht unter anderem für (zurück)verfolgen. Ein Raytracer ist also ein Strahlenverfolger.

Natürlich geht es in unserem Fall um Lichtstrahlen. Gegenstände in unserer Umwelt nehmen wir bekanntlich nur wahr, weil sie von einer Lichtquelle bestrahlt werden, und sie diese Lichtstrahlen reflektieren, von denen ein Teil schließlich unsere Augen erreichen.

Das Raytracing-Verfahren simuliert dieses elementare Naturphänomen, allerdings kehrt es die Richtung um: Die Strahlen werden nicht von der Lichtquelle zum Auge verfolgt, sondern vom Auge, beziehungsweise der Kamera, zur Lichtquelle. Der Grund dafür ist einfach: Die meisten von einem Gegenstand reflektierten Lichtstrahlen erreichen nie unser Auge. Sie zu berechnen wäre nicht nur sinnlos, sondern schlechterdings unmöglich. Selbst die stärksten Rechner wären mit dieser Aufgabe überfordert.

Doch auch so bleibt Raytracing ein sehr rechenintensives Verfahren, das auch moderne Prozessoren ordentlich fordern kann. Es soll Leute geben, die POV-Ray nur dazu nutzen, um die Leistungsfähigkeit ihres Rechners zu testen (benchmarking).

Aufgrund der hohen Anforderungen an die Prozessorleistung eignet sich Raytracing daher kaum für Echtzeit-Animationen wie zum Beispiel in Computerspielen. Aus diesem Grund bringen hochleistungsfähige Grafikkarten für das Raytracing wenig bis gar nichts. Hier sind vor allem der Hauptprozessor und der Arbeitspeicher gefordert.

Wo bekomme ich POV-Ray und wie installiere ich es?

Wie nicht weiter überraschen wird, lässt sich POV-Ray von der offiziellen POV-Ray-Homepage herunterladen: www.povray-org. POV-Ray gibt es derzeit für die Betriebssysteme Windows, Linux und Mac OS. Die derzeit stabile Version ist 3.7. Einige Linux-Distributionen (z.B. Suse) bringen POV-Ray mit - je nach Alter der Distribution ist dann aber auch die POV-Ray-Version unter Umständen etwas betagter. Auf der POV-Ray-Homepage findet sich außerdem eine hervorragende Dokumentation (allerdings nur auf Englisch), die auch als PDF-Datei zum Download bereitsteht. Zusätzlich gibt es umfangreiche Linklisten zu verschiedensten Themen rund um POV-Ray, Raytracing und 3D.

Die Installation unter Windows funktioniert wie bei anderen Windows-Programmen auch mit einem Doppelklick auf die Installationsdatei. Unter Linux besteht die Möglichkeit, die von der Distribution mitgelieferte POV-Ray-Version (falls vorhanden) nachzuinstallieren. Alternativ kann natürlich auch die selbst heruntergeladene POV-Ray-Version installiert werden, was auch nicht weiter schwierig ist.

Man speichert dazu die heruntergeladene tgz-Datei in einem Unterverzeichnis des Home-Verzeichnisses und entpackt sie dort mit dem Befehl tar xvfz Dateiname (z.B. tar xvfz povlinux.tgz). Anschließend wechselt man in das nun angelegte POV-Ray-Verzeichnis (z.B. povray-3.7) und installiert POV-Ray als Root mit dem Befehl ./install. Wer KDE nutzt, kann mit ./install kde noch entsprechende Einträge im KDE-Startmenü generieren. Eine ausführliche Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Linux-Installation gibt es auch unter www.povray.org/download/linux.php.

Noch eine Anmerkung zum Schluss: Die Windows-Version von POV-Ray wird mit einem eigenen Editor inklusive zusätzlicher Features ausgeliefert - und bietet so eine kleine Entwicklungsumgebung. Die Linux-Version arbeitet nur auf der Kommandozeile. Auf die genaue Bedienung von POV-Ray wird im Kapitel Erste Schritte eingegangen.

Weblinks

http://www.povray.org/ – offizielle Webseite
http://www.f-lohmueller.de/pov_tut/pov__ger.htm - POV-Ray Tutorial von Friedrich A. Lohmüller

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