Scientific илюстрация в POV лъчи

версия за печат

Графики и диаграми за по-дълго време да станат обичайни атрибути на научната литература. Въпреки това, тяхната научна илюстрация не е ограничено. Често обект на научни изследвания е толкова сложно (за система течност движение на твърди тела), е важно да се види целият процес се провежда в това променя изцяло, или просто да е ясно какво график трябва да бъде построена. Това е мястото, където учени идват помощта на триизмерен визуализация. На един от тези средства, а ще ни история.

Plain кухня. Не, това не е снимка, а изображението. създаден с POV-Ray лъчи проследяване метод. Представете си, че вашия компютър екран - е прозорец, зад който нещо се случва. Това "нещо" се нарича сцената. Цветът на всеки пиксел на екрана - цвета на лъча, която излиза от окото преминава през пиксел и с лице към сцената. Лъчът може просто да се върна и да може да бъде отразена от повърхността на огледалото или пречупена чрез преминаване, например, от въздух в стъкло. За да видите цвета, който ще се превърне един пиксел, е необходимо да преминават през лъча и проследяване на пътя на лъча по сцената. Оттам идва и името на алгоритъма: проследяване на лъчи - рейтрейсинг.

POV-Ray или изцяло - Постоянството на Vision Ray-Tracer - използва проследяване на лъчите, за да създадете триизмерен фото-реалистични изображения. Сцена в POV-Ray е описана в SDL (Scene Описание Language) - интерпретиран език за програмиране с C-подобен синтаксис. Когато се използва SDL потребител определя камерата, източник на светлина, поставяне на обекти и техните свойства, атмосферни ефекти и м. P.

Използването на POV-Ray за научни илюстрации - само една малка част сред възможните употреби на тази програма. И дори с тази малка част от статията имаме време просто да се запознаят. Е, нека да започнем ...

Вектори и координатна система. POV-Ray работи с реални числа и вектори. Vector е точка в пространството, определено от това как . векторни координати могат да бъдат числа или променливи, като например: <1,.2,cos(alpha)>.

координатна система се приема по подразбиране POV-Ray, то изглежда така:

Оста Z е насочено в монитора.

За да се получи изображение, ние се нуждаем един обект за снимане, осветление, както и камера. Тук ние ще започнем.

Камера. "Снимка" на сцената не може да бъде създадена без камера (камера). Точката, в която се намира камерата, се определя от параметъра местоположение и параметъра look_at определя точката, в която тя се отнася. Като пример, ние поставяме на фотоапарата към точка <0,0,-10> и да го изпратите на произхода. Писано е по този начин:

Източникът на светлина. Създайте зад и дясната камера източник на светлина light_source на:

вектор <10,20,-20> Тя определя позицията на източника на светлина и цвят вектор - цвета си . Яркостта на всеки цвят компонент варира от 0 (пълна липса на подходящ цвят) до 1 (максимална яркост).

По подразбиране, източника на светлина е невидима - това е просто една точка на светлината, но това може да се направи видима, както и да се свързва с всеки обект, както вградени и създаден от потребителя.

Прости обекти. POV-Ray има богата библиотека от готови обекти. Ето, например, се определя от обхвата на:

Първият вектор определя позицията на центъра на сферата, и след броя - радиус. Нашата област се намира в произхода и неговия радиус е равен на 2.

Поставете готовите обекти POV-Ray, като използвате менюто Insert (POV-Ray за Windows).

По подразбиране сферата става черен. А пигмент (оцветител), който определя цвета на обекта се определя в блок пигмент:

цвят пигмент е настроен точно както цвета на светлинния източник. В този случай областта ще бъдат боядисани в бяло.

Събирането на всички парчета заедно, получаваме:

<-1, 0, -1>. <1, 2, 1>

превеждам

Тук две нови обекти са въведени - бокс кутия и плоско самолет. Y - е вектор перпендикулярна на повърхността и е равна на <0,1,0>.

Ключовият момент тук - низ превежда . Променливата часовника, по подразбиране, равна на 0 в началото на анимацията, и 1 - в края на краищата. С това поле трябва да се движат един квадрат в дясно.

Сега ние се определи броя на кадрите. Първите и последните кадри са определени параметри и Initial_Frame Final_Frame. Initial_Frame подразбиране е 1, и за да го промените, ние не възнамеряваме и Final_Frame попитам до 20. Това се прави от командния ред с помощта на опцията + KFF така: + KFF20.

Да не пиша всеки път, когато настройките на командния ред, сложете ги в отделен текстов файл - my.ini. Настройките могат да се изписват по същия начин, както и в командния ред, или в по-четлива форма. В нашия пример, INI-файла изглежда така:

Сега, в командния ред ще изглежда така:

povray + iimya_fayla my.ini

Това е, което ние имаме в крайна сметка:

линия на време. Да кажем, че ние трябва да анимирате до определено време. След това ние ще трябва една линия с условие:

Той ще се изпълнява, докато тя остава вярна логическо условие в скоби.

Нека да се направи кутия, поставете го на върха на топката, с лице към него и направи това, което се случва:

#declare пг = пг + Vy * DT-0,5 * DT * DT;

#declare Vy = Vy-д * DT;

#declare време = време + clock_delta;

сачмени координати са PX на променливи, пг, и неговата скорост - VX, Vy. г - земно ускорение. Ако това сте вие и какво не да се каже, а след това просто да приеме формулата за чиста монета и да се съсредоточи върху рисунка.

Тук, в цикъл промени "на потребителя» време на периода на, увеличаване на всяка стъпка clock_delta. Обадих се на този ден, защото на неговото състояние или потребителят може да контролира по желание, а след това веднага след като допустимата разлика може да бъде зададен за часовника. На всяка стъпка от цикъла се изтегля все повече и повече топки, до момента на рисунката е завършена (т.е.. Д. Достига Final_Clock).

Вместо да чертаете "следа" на топките достатъчно, за да направи сфера владеене на примката и го поставете след #END.

Имайте предвид, че на сцената се осветява от три източници на светлина. Първият източник ни дава конвенционален осветление. Защо тогава се нуждаете от другите две? И тук е защо. Вторият източник осветява сцената от по-горе и ще позволи да се получи "песен" сенки на топки в хоризонталната равнина. Трето - блести от страната и дава сянката на топки по вертикалната стена на кутията. Сега можем да видим, че по протежение на Х координата на топката се движи равномерно, но по Y - се ускорява. Полезно като добър пример в урок по физика, нали?

Имайте предвид, че POV-Ray - не най-добрият инструмент за симулация на движение, тя все още е само "risovatel". Обикновено, движението се моделира с помощта на някои от езиците за програмиране (например C), резултатите се съхраняват под формата на команди POV-Ray, да не говорим, която привлича като движите тялото. Но, както виждаме, ако е необходимо, просто симулация може да се извърши в POV-Ray.

Отправната точка за търсене на допълнителна информация за POV-Ray - Официален справочник и полезни връзки.

Голяма колекция от готови обекти е по POVWorld.org сайт.

Пол Бурка страница са примери за POV-Ray използват, за да се илюстрира научни трудове, например, за визуализация на скаларно поле.

Цифри странни математически обекти, като дву- и триизмерни фрактали и моделиране резултати от различни физически процеси са показани на сайта на Пол Nylander.

Работата на Павел Lyutusa «Приключенията на Рей проследяване». в допълнение към прилагането POV-Ray, е описано създаването с помощта на стерео изображения.

Сега всичко. На добър час!

Идентичност странни неща. не е ясно каква е научна визуализация. Триизмерна графика програми много. И vskidku описано не е най-силният. Брайс, например, поддържа всички по-горе и анимации, както добре.

Често обект на научни изследвания е толкова сложно (за система течност движение на твърди тела), е важно да се види целият процес се провежда в това променя изцяло, или просто да е ясно какво график трябва да бъде построена.

Това означава, че през железопътната линия. Тогава откъде идва странната история в началото на тази статия. Отново някои глупости.

"Научни визуализация" в заглавието ограничава предмета на статията. 3D-графика, използвани в научни визуализация, но не всички от тях означава, че има нужда. Съответно, статията се разглежда само една малка част от 3D-графика.

Инструмент за моделиране позволява състоянието на изчисление на системата, например, координатите на точки и течен скорост в даден момент. Инструмент за рисунка изобразява на кипящия в този момент. POV-Ray - да се направи. Какво не е ясно?

За "силата" 3D-графика пакети биха се съгласили, само ако се въведат обективни критерии, на които се сравняват силата и резултатите от сравненията.

И моля погледнете в речника значението на думата "заговор" на друго време, за да го използвате на място.