Raystart 3.1

Seit der Übernahme durch den FALKE Verlag hat sich Raystart im Zuge der Preissenkung zu einem vielgefragten Programm für Grafiker, Designer und Privatanwender entwickelt. Auf vielfachen Wunsch stellen wir Raystart vor und erklären die Begriffe Raytracing und Rendering. Seit einiger Zeit hat sich die Firma FALKE Verlag des Vertriebes einer ausgereiften Raytracing-Software angenommen.

Viele Leser fragen uns jedoch, was man mit Raytracing-Software anfangen kann und wozu diese in der Regel eingesetzt wird. Die erhöhte Nachfrage ist sicherlich auch darauf zurückzuführen, dass Raystart durch den Preissturz von ehemals 399,- DM auf nun 129,- DM für viele Anwender auch zum Einsatz im privaten Bereich interessant geworden ist. Nachfolgend sollen Sie über Raytracing im allgemeinen und RaySTart 3.1 im speziellen aufgeklärt werden.

Raytracing

Immer wieder kann man dieses Fachbegriff lesen: Raytracing. Aber was bedeutet Raytracing eigentlich? Wenn Sie die Bilder, die zu entsprechenden Anzeigen oder Berichten gehören, anschauen, werden Sie schnell feststellen, dass mit Hilfe dieser Software nahezu originalgetreue Landschaften, Szenen, Produkte u.v.m. vorgestellt werden. Zunächst ist ein Raytracing-Programm eine Software, die man auch als 3D-Zeichenprogramm verstehen kann. Sie erlaubt das Erstellen von Objekten im dreidimensionalen Raum, was bedeutet, dass Sie nicht nur die Höhe und Breite, sondern auch die Tiefe eines Objekts, z. B. eines Vierecks, angeben müssen. Selbstverständlich sind neben einfachen Gebilden auch komplizierte Konstruktionen möglich. Mit ein wenig Geschick und Übung kann man durchaus erstaunliche Ergebnisse erreichen!

Raytracing basiert auf einem Algorithmus, der wiederum auf einfache, physikalische Gesetze aufbaut. Wenn Sie einen Gegenstand betrachten, dann geschieht rein physikalisch betrachtet folgendes: Ein von einer Lichtquelle ausgehender Strahl wird an verschiedenen Gegenständen reflektiert und trifft dann in Ihr Auge. Raytracing-Programme drehen diesen Vorgang einfach um. Und zwar wird die Position des Betrachters durch eine sogenannte Kamera ersetzt. Von diesem Punkt aus wird ein Strahl (der, der Ihren Blick simuliert) durch eine zuvor gezeichnete 3D-Szene mit Hinblick auf die Projektionsebene (also Ihren Bildschirm) gesendet. Trifft dieser Strahl auf ein Objekt, so kann der entsprechende Punkt in der Grafik mit der zu erwartenden Intensität gezeichnet werden. Trifft er auf kein Objekt, so verschwindet der Strahl ohne einen Effekt. Gesendete Strahlen, die auf ein Objekt treffen, enden dort jedoch nicht. Je nachdem, welche Oberflächenbeschaffenheit das von Ihnen erstellte Objekt hat, wird der Strahl mit der entsprechenden Intensität, Richtung und Farbe weitergesendet, bis er wieder auf ein Objekt trifft oder im Nichts verschwindet. Bei den hier versendeten Strahlen ist es z. B. auch möglich, eine Splittung des Sehstrahls zu simulieren, denn diese ist z. B. bei durchsichtigen Objekten notwendig. Damit das Ergebnis jedoch möglichst realistisch ist, wird beim Raytracing sowohl die Oberflächenreflektion als auch die Lichtwiedergabe der hinter dem durchsichtigen Objekt sichtbaren Gegenstände berechnet. Selbstverständlich kann durch die Hilfe des Raytracing auch der Schattenwurf berechnet werden.

Wie man sicherlich erkennen kann, ist diese Art der Bildberechnung sehr zeitaufwendig. Damit sowohl die Qualität des Ergebnisses als auch die Rechendauer in einem optimalen Verhältnis zueinander gehalten werden, begrenzen Programmierer häufig die Verfolgungstiefe eines Licht- bzw. Sehstrahls.

Raytracing wurde ursprünglich für die Simulation verschiedenster Konstruktionen entwickelt. Ob für Autos, Werkzeuge oder komplette von Architekten erstellte Landschaften: Mit dieser Anwendung lassen sich lebensnahe Bilder erstellen. Die Halle. Eines der mitgelieferten Bilder, das auch als gesamtes Projekt auf der Diskette enthalten ist. So können Sie jeden Schritt der Entstehung nachvollziehen.

So können Sie sich die ersten Schritte bei der Erstellung des Drahtgittermodells für die Halle vorstellen. Selbstverständlich gibt es auch für ATARI-Computer diverse Raytracing-Programme, die sich in der Preisklasse zwischen 399,- DM und inzw. 49,- DM befinden. Die wohl bekanntesten Entwicklungen dürften InShape und NEON sein, doch auch RaySTart hat in der Vergangenheit einen sehr guten Ruf in der Grafikerszene erlangt.
Der Name RaySTart ist übrigens sehr vielschichtig. Einerseits hebt er das Computersystem, für das RaySTart programmiert wurde (ATARI ST) hervor, andererseits impliziert er sowohl eine Abkürzung "Ray" für Raytracing als auch "art", dem englischen Ausdruck für Kunst.

Die Software

Das Programmpaket besteht aus einem 220-seitigen Handbuch im Ringordner zzgl. 3 Disketten, die unter anderem das inzwischen über 600 KB große Hauptprogramm sowie weitere Tools beinhalten.
Nach dem Start der Software wird der Anwender nach der entsprechenden Speicherkonfiguration gefragt, was darauf schließen lässt, dass hier auch Rücksicht auf die Besitzer eines Multitasking-Betriebssystemes genommen wurde. Hierbei sollte gleich erwähnt werden, dass ein zufriedenstellendes Arbeiten mit RaySTart erst ab 4 MB möglich ist, wenngleich die Arbeit auch schon mit 2 MB verrichtet werden kann. Je nachdem, zu welchen Zwecken RaySTart eingesetzt werden soll, kann man sich für die Farbmodelle RGB, HLS oder CYMK entscheiden.

Künftig haben Sie die Möglichkeit, mit Hilfe diverser Zeichenwerkzeuge Ihre eigenen Objekte zu zeichnen. Da das dreidimensionale Zeichnen bekannterweise recht kompliziert ist, können allen Objekten einfache Tiefenwerte zugewiesen werden. Sie zeichnen z. B. ein schlichtes Quadrat der Höhe und Breite je 5 mm und weisen anschließend dem Objekt eine Tiefe von ebenfalls 5 mm zu. So erhalten Sie einen Würfel. Über die Funktion "Extrude" wird dieser Würfel auch als 3D-Objekt erkannt. Schließlich sollten Sie diesem Objekt einen Namen verleihen, da Sie einzelne Objekte laden oder speichern und somit archivieren können.

Selbstverständlich soll es aber nicht bei einer einfachen Drahtstruktur bleiben. Sie haben die Möglichkeit, diesem Objekt nun eine Oberflächenfarbe zzgl. einer Textur zuzuweisen. Neu ab der Version 3 von RaySTart ist die Möglichkeit, auch Rohr-Objekte zu erstellen, die entweder einen ständig gleichbleibenden Durchmesser besitzen oder alternativ auch im Durchmesser variieren können. Hierdurch lassen sich hervorragend Körper wie z. B. Flaschen, Kannen u.v.m. realisieren.

Eine Textur ist in diesem Zusammenhang z. B. das Bild einer Kork-Oberfläche, das durch die Software automatisch auf die Oberfläche des Würfels projiziert wird. Hiermit lassen sich sehr viele realistische Objekte erstellen. Erfreulicherweise bietet RaySTart diverse Texturen, die nachgeladen und eingebunden werden können. Um das von Ihnen erstellte Objekt nun zu vollenden, brauchen Sie nur noch den Glanz, die Dichte, die Reflexion und die Transparenz des Objektes einzustellen. Eine der neueren, aber wichtigen Funktionen, die hier ebenfalls eingebaut wurden, ist das Selbstleuchten eines Objektes. Dies ist z. B. dann interessant, wenn Sie in Ihrer Landschaft z. B. eine Leuchtreklame platzieren, die tatsächlich den Eindruck des Leuchtens vermitteln soll. Wenn Sie diesen Artikel von Anfang an aufmerksam verfolgt haben, sollten Sie sich nicht wundern, wenn Sie das Bild nun errechnen lassen und ein schwarzes Ergebnis erhalten. Schließlich benötigen wir innerhalb der von Ihnen kreierten "Landschaft" auch ein wenig Licht.

Auch hierfür besitzt RaySTart ein umfangreiches Dialogfeld. Hier können Sie über 6 Lichtquellen verfügen, wobei jede dieser drei Lampen eine der drei möglichen Lichtsorten zugewiesen werden kann. Hierzu gehören paralleles Licht, das etwa dem Sonnenlicht entspricht, die bekannte Glühlampe und Spot-Licht. Nach der Auswahl der Lampen, der Intensität und der Farbe des Lichtes können die Lichtquellen frei im dreidimensionalen Raum platziert werden. Die geschieht schnell und einfach per Maus, wobei die Ansicht aller drei Dimensionen die Entscheidung erleichtert.

Fertige Objekte

Fertiggestellte Objekte sind zwar vielleicht schon recht interessant, aber damit die Software auch den gehobenen Ansprüchen genügt, mussten sich die Programmierer so einiges einfallen lassen. So z. B. die Vergabe von Hierarchien bei der Verknüpfung von Objekten. Folgendes Beispiel soll diese Funktion beschreiben: Sie haben einen menschlichen Körper gezeichnet, dessen Arme und Beine als einzelne Objekte an den Körper angebunden wurden. Sobald Sie nun den Körper in Bewegung setzen, müssen die angebundenen Körperteile ebenfalls mitbewegt werden. Wollen Sie jedoch nur den Arm dieses Körpers bewegen (z. B., um jemandem zuzuwinken), ist eine Bewegung von Körper bzw. anderen Körperteilen nicht zwingend erforderlich. Daß dies auch bei der Berechnung von Animationen berücksichtigt wird, können Sie durch die Vergabe entsprechender Objekthierarchien bestimmen.

Damit es realistisch wird

Mit einigen Objekten ist eine photorealistische Landschaft, z. B. für die Erstellung eines kleinen Filmes oder einer Architekten-Arbeit, leider noch nicht erreicht. Doch auch diese Bedürfnisse können von RaySTart seit der Version 3 befriedigt werden. Zum einen bietet die Software nun die schnelle Erstellung von Hintergrundgrafiken, die sich als Himmel eignen, zum anderen wurden nun hervorragende Tools zur Erstellung von Tälern und Bergen erstellt. Diese Form der Landschaft kann nämlich durch den integrierten 3D-Fractal-Generator produziert werden. Sie geben eine Grundfläche der Größe n * n als Basis für Ihre Landschaft ein. Mit Hilfe des eingebauten Fraktal-Algorithmus wird ein Netzkörper erstellt, der in seiner Form verblüffend einer Berglandschaft ähnelt. Damit der Anwender nicht die ihm vorgesetzte Landschaft einfach verwenden muss, können sowohl einzelne Proportionen als auch Höhen und Tiefen manuell modifiziert werden. Anschließend müssen Sie lediglich wieder Oberflächenbeschaffenheit (z. B. Fels, Stein ... usw.) vergeben.

Magic Eye - die Erstellung von "Magischen 3D-Bildern" ist in der aktuellen Version von Raystart auch möglich!

Eine weitere Möglichkeit der Annäherung an realistische Landschaften ist der Einsatz von Nebel, bei dem sowohl die Dichte als auch Variationen wie z. B. "Nebel mit Wirbelgewählt werden können.

Magic-Eye ist auch dabei

Vor 1-2 Jahren wurden die wundersamen, magischen Bilder ganz populär. Erinnern Sie sich? Das waren diese bunten, krisseligen oder verwirrenden Bilder, die bei entsprechender Betrachtung einen dreidimensionalen Körper aus dem Buch hervorkommen ließen. Wenngleich diese Funktion nicht direkt etwas mit dem Raytracing zu tun hat, so wurde sie als keiner Bonus bei RaySTart eingebaut, so dass Sie fortan sowohl selbst erstellte als auch fremd eingeladene Bilder in sog. Magische-Bilder wandeln können.

Hollywood für jedermann

Animations-Setup: In diesem Fenster werden alle relevanten Daten für die Erstellung eines Filmes eingegeben.

Von modernen Raytracern wird erwartet, dass sie einen integrierten Animationsteil besitzen. Das bedeutet, dass Sie die selbst erstellten 3D-Landschaften auch in komplette Filme/Animationen wandeln können sollten (wenngleich das allseits hochgelobte PC Corel Raydream-Designer nicht einmal diese Funktion besitzt!). Seit der Version 3 kann man bei RaySTart tolle Sequenzen durch die Aneinanderreihung einzelner Bilder erstellen. Hierbei hat der Anwender die Möglichkeit, einzelne Objekte, Licht oder auch die Kamera zu bewegen. In der Regel werden Animationen linear durchgeführt. D.h., dass Sie z. B. der Kamera einen Animationspfad zuweisen, der bei Punkt A beginnt und bei Punkt B endet. Die Anzahl der zu berechnenden Bilder zwischen dem Anfangs- und Endpunkt der Kamera

bestimmt die Filmlänge. Hierbei sollten Sie einfach testen, in welchem Fall wie viele Einzelbilder benötigt werden, damit eine Sequenz weder ruckelig noch langatmig aussieht. Sobald Sie jedoch geschwungene Bewegungen möchten (z. B. bei einer Sonne, die um die Erde kreist) sollten Sie auf die B-Spline-Interpolation zurückgreifen, die Ihnen entsprechende Kurvenverläufe ermöglicht. Nach der Vergabe der Animations-Werte können Sie im Grid-Modus alle Bilder als Drahtgitter-Modell betrachten, damit Sie viel Zeit sparen können. Sobald Sie einen Film komplett in TrueColor errechnen lassen, werden die einzelnen Bilder auf der Festplatte abgelegt. Sie sollten sich jedoch darüber im klaren sein, dass die einzelnen Bilder sehr viel Speicherplatz in Anspruch nehmen. Im Handbuch wird eine entsprechende Formel angeboten, mit deren Hilfe Sie den genauen Speicherbedarf ermitteln können.

Nachdem die einzelnen Bilder errechnet wurden, kommt der Anwender jedoch noch nicht in den Genuss einer kompletten Sequenz. Falcon-Besitzer können in diesem Fall auf das bewährte Apex-Media zurückgreifen, da diese Software das Einladen einzelner Bilder und das anschließende Abspielen als Film ermöglicht. Eine weitere Möglichkeit ist die Anschaffung des Render-Kits von Digital-Arts, das u. a. als Tool zur Erstellung von FLC-Dateien dient. Da dieses Kit jedoch 99,- DM kostet, ist der RaySTart-Vetrieb derzeit in Verhandlungen mit Digital Arts, diese FLC-Funktion auch einzeln an RaySTart-User zu günstigeren Konditionen weitergeben zu dürfen.

Hier können Sie den Hintergrund für Ihre Grafiken gestalten. Sowohl Farbverläufe als auch Nebel uvm. sind möglich!

Die Geschwindigkeit eines Raytracers ist in der Regel sehr niedrig. Dies ist darauf zurückzuführen, dass zur Ermittlung der Lichtstrahlen eine sehr große Menge an mathematischen Berechnungen angestellt werden müssen. Speziell kleinere ATARIs ohne Beschleuniger sind teilweise sehr am Kämpfen. Die Dauer einer Berechnung hängt im wesentlichen jedoch von der Komplexität eines Bildes, der Anzahl der Lichtquellen und durchsichtigen Objekte sowie der zu berechnenden Auflösung und Farbtiefe ab. So kann das Erstellen eines komplizierten Bildes in hoher, reprofähiger Auflösung schon einige Stunden dauern.

Verglichen mit Vorversionen von RaySTart wurde die Software jedoch bereits um das 2-3 fache beschleunigt. Eine weitere Beschleunigung um den Faktor 4-5 ist für die nahe Zukunft vorgesehen.
Desweiteren haben Sie in der aktuellen Version nun auch die Möglichkeit, schnelle Previews zu Ihren Bildern zu erhalten. Der Trick, der zu diesem Zwecke eingesetzt wurde, ist ein negatives Anti-Aliasing, bei demnur die halbe Pixelzahl errechnet wird. Die Zwischenwerte werden interpoliert (soz. geschätzt), so dass der Anwender ein beschleunigtes Kontrollbild erhält.

Falcon-Besitzer können in diesem Fall auf das bewährte Apex-Media zurückgreifen, da diese Software das Einladen einzelner Bilder und das anschließende Abspielen als Film ermöglicht.
Eine weitere Möglichkeit ist die Anschaffung des Render-Kits von Digital-Arts, das u. a. als Tool zur Erstellung von FLC-Dateien dient. Da dieses Kit jedoch 99,- DM kostet, ist der RaySTart-Vetrieb derzeit in Verhandlungen mit Digital Arts, diese FLC-Funktion auch einzeln an RaySTart-User zu günstigeren Konditionen weitergeben zu dürfen.

Beleuchtung: Mögl. Lichtquellen sind SpotLight, Sonnenlicht und Glühbirne. Außerdem einstellbar: Farbton und Intensität.

RaySTart hat gegenüber älteren Versionen erfreuliche Fortschritte gemacht und stellt inzwischen ein preislich unschlagbares Produkt auf dem Raytracing-Segment dar - auch im Vergleich zu PC-Produkten.
Bedenkt man, dass vergleichbare Programme für Mac- und PC-Systeme häufig mehrere hundert D-Mark kosten, so ist der hier angebotene Preis auch für diejenigen interessant, die einfach einmal in die 3D-Welt hineinschnuppern möchten.



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