第1日目（9月22日）

第１日目は、
　　ＰＯＶ−ＲＡＹの使い方を中心に解説する。
今日の予定：

• １．POV-Rayの特徴の理解
• ２．ともかくシーン生成
• ３．ＰＯＶ−ＲＡＹでのシーン記述
• ４．演習課題をこなそう
• ５．作品を作ってみよう

１．ＰＯＶ−ＲＡＹの特徴の理解

POV-Rayとは
（On-Line Help の"What is POV-Ray"の訳を中心に）

POV-RAYとは，３次元空間中に，「対象物」，「光源」，「カメラ」ながどのように配置されているかを記述したファイルをーこれをシーンファイルというー作成し，それを読み込ませることにより，RayTraceing（レィトレーシング，日本語では，光線追跡法）と呼ばれる手法を用いて，配置したカメラで写した写真と同じ画像（イメージ）を作り出すシステムである．
まず，一例を示そう．左がシーンファイルであり，右はイメージである．

#include "colors.inc" #include "woods.inc" #include "stones.inc" camera { 　location <0, 3, -4> 　look_at <0, 1, -1> 　angle 70 } union{ 　box{ 　　<-1, 0, -1>, < 1, 1, 1> 　　　texture{ T_Wood1 } } 　sphere{ 　　< 0,1,0>,0.8 　　　texture{ T_Stone7 }} 　rotate <-10,-30,0> 　} plane 　　{ <0,1,0>,-1 pigment{ color White } } light_source { <-1.5,3,-1.5> color Green} light_source { < 1.5,3,-1.5> color Blue} light_source { < 0, 3, 1> color Red} light_source { < 0,5, 0> color White}

シーンを記述したファイル

生成されてイメージ

シーンファイルの細かいことは，あとで説明する．「２５行前後を書けば，かなりのイメージが生成できる」程度が分かればそれでよい．

以下はPOV-Rayの目玉である。

• 画像生成言語が簡単に使える。
• すばらしいサンプル画像ファイルのライブラリがたくさんある。
• 多くの便利な形状や色やテクスチャが標準で用意されている。
• 高水準な出力画像（48bitカラーまで対応）が可能である．
• 15もしくは24bit色のディスプレイとふさわしいハードウエアで使うことができて、多くのコンピュータ環境で実行可能である。
• 作りやすい環境で景色を作れる。
• たくさんのカメラの種類，遠近法、パノラマ、普通のカメラ、魚眼などを使うことができる。
• 効果的なライティングのために，スポットライト、円筒ライトそして平面ライトなど様々な光源が利用できる．
• 写実的な画像のために、拡散反射や鏡面反射が利用できる．
• 地面の霧そして虹などの大気に影響が表現できる．
• パーティクルモデルにより，雲、ゴミ、火、そして水蒸気などが表現できる．
• 出力画像形式として，Targa、PNG、PPMも利用できる．
• 基本の形状として，sphere, box, quadric, cylinder, cone,triangleそしてplaneがある．.
• 複雑な形状として，Torii (donuts), Bezier patches,height fields (mountains), blobs, quartics, smooth triangles, text, fractals,superquadrics, surfaces of revolution, prisms, polygonsそしてlathes等がある。
• CSGにより，新しい複雑な形状を作るために簡単に結合できる。
  POV-Rayは，和，結合、積および差の演算をサポートしている。
• 対象物に，テクスチャと呼ぶ（テクスチャとは色や，形状の表面の特性を表す）材料や反射係数を割り当てることができる．
• 組み込まれた色や基本パターンは，Agate, Bozo, Bumps, Checker,Crackle, Dents, Granite, Gradient, Hexagon, Leopard, Mandel, Marble, Onion,Quilted, Ripples, Spotted, Spiral, Radial, Waves, Wood, Wrinkles，などがある。
• 自分のテクスチャもしくは用意されているものとて，Brass, Chrome, Copper,Gold, Silver, Stone, Wood.のようなテクスチャを利用できる＊。
• 半分透けたテクスチャ、テクスチャのタイリング、もしくは材料を層にすることにより，テクスチャを結合させることができる。
• 様々なプラットホームで、動作させることができる。

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２．ともかくシーン生成

ＰＯＶ−ＲＡＹの起動と３Dイメージの生成

ＰＯＶ−ＲＡＹでの３次元ＣＧ画像生成法は，

• ＰＯＶ−ＲＡＹのエディターを用いてシーンを記述する
• レィトレーサを起動し，イメージを生成する

の２段階で行われる．

これを，もう少し，詳細に説明する．
ともかく、POV-RAYを用いて、グラフィックスの生成を行ってみよう。

（１）POV-RAYの起動

POV-RAYの起動：「スタート」−＞「POV-Ray for windows v3.5」−＞「POV-Rayfor windows」で，ＰＯＶ−ＲＡＹが起動する．数秒間次のようなシーンが表示され，ついで，もっとも最近編集したシーンファイルが表示される．
　最初一回のみ，ドキュメントに関するウィンドウが開くが，「ＯＫ］とする．また、いくつかのデモが設定されているので、「file」−＞「close ALL」により、初期状態に戻す。
最初は，メッセージウインドウと言われる次のウインドウが表示される．

最初に現れる画面	メッセージウインドウ

ここでは，新たなシーンを記述することからはじめよう．

（２）シーン記述

そのために、「file」 -> 「New File 」を選択する．これで，あらたなシーンファイルの編集モードとなる．

新たなシーン入力画面

まず，以下のシーンを記述しよう．大文字と小文字は区別されるので注意する必要がある．

ここで記述したシーンは，
「空間に，黄色の球と，白い光源と，そしてカメラ」
を設置し，カメラで撮影したイメージである．

入力が終わると，次に生成する画面の大きさを設定する．図のサイズ設定で，とりあえず，512x384にする．
画面の面積と生成時間はほぼ比例する．

サイズ変更ウインドウ

（３）イメージの生成（レィトレーシング）

次いで，Ray-Tracerを起動して，ray-traceによりイメージを生成してみる．ＰＯＰ−ＲＡＹでは，イメージを作成する度にシーン記述プログラムをディスクの格納する必要がある．
そこで，「File」 ー＞「save as」 で，自分の領域にセーブする．ファイル名はなんでもよい．

注意：ＰＯＶーＲａｙは，「英語版」のみである．従って，途中のフォルダー名を含み，全て半角英数字を使うことを推奨する．

その後，”Ｒｕｎ”をクリックするだけで，以下のようなウインドウが現れる．これが，生成イメージである！先に説明した通りのイメージが生成されている．明るい部分と暗い部分のあることに注意しよう！

レンダリングウインドウの表示（生成イメージ）

ここまでに「とりあえず」イメージを生成することができた．
また，イメージ生成と同時に，シーンファイルを格納したフォルダに，生成した画像がビットマップ（ＢＭＰ）の形式で保存される．

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３．ＰＯＶ−ＲＡＹでのシーン記述法

ＰＯＶ−ＲＡＹでの記述法

前に段階で，ともかくシーンをすくることができた．
これからは，「自分のシーン」の作成である．

シーンを作成する上で重要なものが，座標である．
まず，POV-RAYでの座標表現を理解しよう．

では，先のシーンを例に，シーン記述の各々のステートメントごとに，各ステートメントの働きや記述法を説明する．
各ステートメントにその文の解説画面がリンクされている．この解説は、POV-RAYのHelpに、手を加えてものである。
各々を理解しよう．

この例では，「球」を表示した．
POV-RAYでは，「目玉」の書いてあったとおり，球(sphere)以外に幾つかの「単純な形状」がある．
sphere, box, cylinder, coneそしてplaneである．

　基本形状の記述は，

　＜形状名＞｛
　　　＜幾何情報＞
　　　＜アフィン変換＞
　　　＜属性情報＞
　｝

となる．
＊幾何情報：その形状決定に必要な数値や座標
＊アフィン変換：上記で決定された形状に対する変換
　　　　　　　　　　平行移動，回転，拡大縮小があり，
　　　 translate < x, y, z> // 平行移動
　　　　rotate < x, y, z > // 各軸周りの回転
　　　　scale <x, y, z> // 各軸方向の拡大縮小
　　と記述する．
＊属性情報：形状の表面または内部構造の属性を記述する
　　　　絵の具で一色に塗るー＞pigment
　　　　絵の具でパターンを描くー＞pigment
　　　　模様を貼り付ける ー＞　texture
　

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４．最初の課題

課題演習

以下の順にシーンファイルを作成し、おのおのどのようなイメージが構成されるか確かめてみる。

課題ー１：基本形状の配置
　　次に示すシーンを構成することからはじめる．

シーン１：カメラを <0,5,-5>に設置し，<1,1,0>に向ける．
また，ｙ＝−１を通り，X-Z平面に平行な白黒チェック模様の平面を配置する．
さらに，<5,5,-5>に白色光源を配置する．

シーン２：シーン１に次の立体を加える．
　原点を中心とした半径１の白球を追加する。
　カメラから見て，手前下稜線の左側端点座標が<1,0,0>，右端点座標が<2,1,1>である青色の立方体

シーン３：シーン２に次を追加する．
　その立方体の上面に，半径0.5長さ0.5の「材木」で出来た円筒を立てる．

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５．課題

課題

第１回目では、「指定された形状をきちんと作成する」ことを行う。

下の画像は、ピンポン玉を３つ配置しものをデジカメで撮影したものである。




これを、真上から見ると



となる。

上のイメージを生成するシーンファイル作成しなさい。
　ただし、３つの球は、互いにぴったりくっ付いているとする。このことを、正確に反映させなさい。
ー＞球の中心座標をもとめましょう！

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６　応用課題

演習・宿題　課題

　３球にぴったりとくっつくように白球を1つ配置すること。（応用課題とする）

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