与 Rust 勾心斗角 · 最简单的静物

最简单的静物是四面体。我曾用一份 OFF 文件 foo.off 记录了一个四面体,即

OFF
4 4 6
0 0 0
1 0 0
0 1 0
0 0 1
3 0 1 2
3 0 1 3
3 1 2 3
3 0 2 3

rskynet 项目的第一个使命,就是呈现该四面体的面目。

POV Ray 的网格模型

foo.off 所记录的四面体信息,在 POV Ray 场景里可等价表述为

mesh2 {
  vertex_vectors {
    4,
    <0, 0, 0>, <1, 0, 0>, <0, 1, 0>, <0, 0, -1>
  }
  face_indices {
    4,
    <0, 1, 2>, <0, 1, 3>, <1, 2, 3>, <0, 2, 3>
  }
}

在 POV Ray 场景语言里,mesh2 表示网格结构的第 2 种,至于第 1 种以及其他网格结构,在此不必深究。需要注意的是,POV Ray 的坐标系是左手系,因此 mesh2 里所有顶点的 z 坐标(第三个坐标)与 foo.off 里的所有顶点的 z 坐标相反。

围绕上述网格结构,构造一份 POV Ray 场景文件 foo.pov,其内容如下:

// 固定的文件头,适用 POV Ray 3.7 版本
#version 3.7;
#include "colors.inc"
global_settings {assumed_gamma 1.0}

// 四面体
mesh2 {
  vertex_vectors {
    4,
    <0, 0, 0>, <1, 0, 0>, <0, 1, 0>, <0, 0, -1>
  }
  face_indices {
    4,
    <0, 1, 2>, <0, 1, 3>, <1, 2, 3>, <0, 2, 3>
  }
  texture {pigment {color Red}}
}

// 相机
camera {
  location <-1, -1, 1>
  look_at <0, 0, 0>
}

// 光源
light_source {
  <0, -3, 10>
  color White
}

使用 povray 解析 foo.pov:

$ povray +A +P foo.pov

所得结果为 foo.png,即下图

与 Rust 勾心斗角 · 最简单的静物_第1张图片

模型与视图

对上一节的 foo.pov 文件内容稍作变化,首先将 mesh2 部分取出并将封存于变量 foo

#declare foo = mesh2 {
  vertex_vectors {
    4,
    <0, 0, 0>, <1, 0, 0>, <0, 1, 0>, <0, 0, -1>
  }
  face_indices {
    4,
    <0, 1, 2>, <0, 1, 3>, <1, 2, 3>, <0, 2, 3>
  }
}

将上述内容放入新建的文件 foo.inc——与 foo.pov 位于同一目录,然后将 foo.pov 修改为

// 固定的文件头,适用 POV Ray 3.7 版本
#version 3.7;
#include "colors.inc"
global_settings {
  assumed_gamma 1.0
}

// 四面体
#include "foo.inc"
object {
  foo
  texture {pigment {color Red}}
}

// 相机
camera {
  location <-1, -1, 1>
  look_at <0, 0, 0>
}

// 光源
light_source {
  <0, -3, 10>
  color White
}

如此便实现了 POV Ray 场景的模型和视图的分离,foo.inc 为模型文件,foo.pov 为视图文件。

生成模型文件

由于 rskynet 程序已经能够解析 OFF 文件,并将网格信息存储于 Mesh 结构体,因此只需为 Mesh 增加一个方法,便可生成模型文件。例如,

fn mesh_fmt>(v: &Vec) -> String
where >::Output: fmt::Display,
      >::Output: Sized {
    let mut s = String::new();
    let m = v.len();
    s += format!("    {},\n", m).as_str();
    for i in 0 .. m - 1 {
        let n = v[i].len();
        assert_eq!(n, 3);
        s += "    <";
        for j in 0 .. n - 1 {
            s += format!("{}, ", v[i][j]).as_str();
        }
        s += format!("{}>,\n", -v[i][ n - 1]).as_str();
    }
    let n = v[m - 1].len();
    assert_eq!(n, 3);
    s += "    <";
    for j in 0 .. n - 1 {
        s += format!("{}, ", v[m - 1][j]).as_str();
    }
    s += format!("{}>\n  }}\n", -v[m - 1][n - 1]).as_str();
    return s;
}

impl Mesh {
    pub fn output_povray_model(&self, path: &str) {
        assert_eq!(self.n, 3);
        let path = Path::new(path);
        let mut file = File::create(path).unwrap();
        let name = path.file_stem().unwrap().to_str().unwrap();
        file.write_all(format!("#declare {} = mesh2 {{\n", name).as_bytes()).unwrap();
        // 输出点表
        file.write_all("  vertex_vectors {\n".as_bytes()).unwrap();
        file.write_all(mesh_fmt(&self.points).as_bytes()).unwrap();
        // 输出面表
        file.write_all(format!("  face_indices {{\n").as_bytes()).unwrap();
        file.write_all(mesh_fmt(&self.facets).as_bytes()).unwrap();
        file.write_all("}\n".as_bytes()).unwrap();
    }
}

上述代码为 Mesh 增加了一个 output_povray_model 的方法,其用法如下:

let dim = 3;
let mut mesh: Mesh = Mesh::new(dim);
mesh.load("data/foo.off");
for x in &mut mesh.points { // 右手系 -> 左手系
    x[2] *= -1.0;
}
mesh.output_povray_model("data/foo.inc");
for x in &mut mesh.points { // 左手系 -> 右手系
    x[2] *= -1.0;
}

由于 Mesh 是泛型结构,我几乎找不到好方法可以在 output_povray_model 中对 Mesh 顶点集合里的每个顶点的第三个坐标进行取反,因此只能针对泛型实例进行坐标变换。于是,我又一次后悔将 Mesh 定义为泛型类型。

如无十足把握,请谨慎考虑使用 Rust 泛型。

小结

将 OFF 文件转化为 POV Ray 模型文件是简单的,因为二者的信息等同。真正困难的是生成 POV Ray 视图文件。通过之前的例子可以看到,作为视图文件里最重要的内容是相机和光源的设定,例如

// 相机
camera {
  location <-1, -1, 1>
  look_at <0, 0, 0>
}

// 光源
light_source {
  <0, -3, 10>
  color White
}

若想得到理想的场景渲染结果,相机和光源皆需要合适的定位。例如,倘若将上述光源修改为

light_source {
  <-10, -10, 10>
  color White
}

则四面体的渲染结果看上去是一个三角形,如下图所示:

与 Rust 勾心斗角 · 最简单的静物_第2张图片

模型是客观事物,是死的。视图是主观事物,是活的。要抓活物,最好是用天网。天网恢恢,疏而不漏。rskynet,是用 Rust 语言写的 skynet。

你可能感兴趣的:(rust)