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
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:
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。