2 4 2 POV-Ray 3 1 POV-Ray POV-Ray for Win- 3 1 Lesson-1 dows 1 Sphere( ) [OK] Cube( ) Cone_Y( ) Disk_Y( ) 2 [NEW] ( 4 ) 4 POV-Ray 3 1 [Save] ( 4 ) 5 5

2012

年度 知能情報システム創成

I

「

T3

：

CG

」テキスト

3 次元 CG ソフトを使った 3 次元 CG の作成

立命館大学情報理工学部知能情報学科

1. 本課題の内容・目的

コンピュータを使って画像を作る技術や作られた画像を コンピュータグラフィックス（Computer Graphics:CG） とよぶ. 本テーマでは, ＣＧアプリケーションソフトを利用し ３次元ＣＧを作成する基本技術を習得した後, このＣＧ モデリング法を用いて 3 次元ＣＧ作品を生成し, コンテ スト形式で達成度を評価する.

2. 準 備 編

2. 1 3

次元

CG

ソフト 「3 次元 CG ソフト」は 3 次元 CG モデリング（形の 定義）やレンダリング（その表示）を行うソフトウェア である. 現在, 様々な「3 次元 CG ソフト」が市販, 配布されて おり, 工業デザインや映画, ゲーム, 建築など, 数多くの 分野で活用されている. 本講義では, 皆さんが自宅でもインストールして利用 することができる, 「POV-Ray」というフリーソフトを 使用する.

2. 2 POV-Ray

のインストール方法 POV-Ray はフリーソフトなので, 自宅 PC にもインス トールすることができる. インストール方法は 7.. 付録 に示してある. 「POV-Ray の公式サイト」 http://www.povray.org/

2. 3

各週の内容 1 週目 POV-Ray を用いた形状モデリングと 3 次元 CG 作成 2 週目 3 次元 CG 作品の作成 3 週目 製作した CG 作品のコンテスト

2. 4 POV-Ray

の動作確認 2. 4. 1 シーンファイル POV-Ray はシーンファイル (図 1) というテキスト形 式のファイルから画像を作る. これから図 1 のシーンを 実際に書いて, それを画像にする. シーンファイルには, 図 2 に示すように作りたいもの （object）だけでなく, カメラ（camera）とライト（light-source）も必要である. POV-Ray では図 3 のような手順で画像ができあがる. 図1 シーンファイル 図2 シーンの説明 図3 POV-Rayの画像生成手順

2. 4. 2 POV-Ray を使ってみる （ 1 ） POV-Ray を起動する

「スタート」→「プログラム」→「POV-Ray for Win-dows」を選択する. 起動時に表示されるメッセージウィ ンドウは [OK] ボタンを押して閉じる. （ 2 ） 新規ファイルの準備 左上にある [NEW] ボタンをクリックする (図 4 参照). 図4 POV-Rayの処理画面 （ 3 ） シーンファイルを書く 図 1 とおりに命令を書き込む. ※注意 ・半角文字で書く ・アルファベットの大文字小文字は区別する 書き終わったら [Save] ボタンをクリックする (図 4 参照). 任意のファイル名をつけて保存する. （ 4 ） レンダリングする 図 4 の [Run] ボタンをクリックするとレンダリングが開 始する. （ 5 ） 画像サイズを指定するには 図 5 の左上にあるサイズ指定のための場所をクリックし, 選択する. 図5 サイズ変更

3. 基本編課題

3. 1 Lesson-1

「いろいろな形を作る」 （ 1 ） 下 記 の シ ー ン ファイ ル 中 の Sphere(球) を Cube(立方体) や Cone_Y(円錐) や Disk_Y(円柱) に変え て入力しレンダリング結果を確認する. ▲シーンファイル (a)Sphere (b)Cube (c)Cone (d)Disk 図6 Lesson-1

3. 2 Lesson-2

「背景の色を決める」 （ 1 ） 背景を白にする（下記のシーンファイルの点線 部を書き足す）. （ 2 ） 下記のシーンファイル中の White を Blue や Yellow に変えて入力しレンダリング結果を確認する. ▲シーンファイル (a)White (c)Blue (b)Yellow 図7 Lesson-2

3. 3 Lesson-3

「移動（座標変換

1

）」 （ 1 ） Sphere で原点に作られた球を移動して, 図 8 の ように並べてみる（下記のシーンファイルの点線部のよ うに書き換える）. ▲シーンファイル 図8 Lesson-3

3. 4 Lesson-4

「拡大・縮小

(

座標変換

2)

」 （ 1 ） Cone_Y で原点に作られた円錐を移動したり, 拡 大・縮小したりして, 図 9 のように並べてみる（下記の シーンファイルの点線部のように書き換える）. ▲シーンファイル 図9 Lesson-4

3. 5 Lesson-5

「回転

(

座標変換

3)

」 （ 1 ） Cone_Y で原点に作られた円錐を移動したり, 拡 大・縮小したりして, 図 10 のように並べてみる（下記の シーンファイルの点線部のように書き換える）. ▲シーンファイル 図10 Lesson-5

＜

POV-Ray

の座標変換＞ 移動は 3 次元座標系の x 方向, y 方向, z 方向に分け て考える. 方向にはプラス方向とマイナス方向がある. POV-Ray では左手系といわれる座標軸を採用している. 原点に置いた球を移動するとき, z 軸上のマイナス側から 原点に向けられたカメラでそれを見ると図 11 のように なる. 回転は, x 軸, y 軸, z 軸を中心にそれぞれ何度, 回転す るか指定する. 回転方向にはプラス方向とマイナス方向 があり, 図 11 の軸上の矢印ようになっている. 図11 座 標 変 換 図12 Lesson-6

3. 6 Lesson-6

「色を指定する」 （ 1 ） Sphere で作った球をいろいろな色を指定して図 12 のように並べてみる（下記のシーンファイルの点線部 のように書き換える）. ▲シーンファイル

3. 7 Lesson-7

「いろいろなパターンで色をつける」 （ 1 ） Cube で原点に作られた立方体を 5 倍に拡大し, 白と赤のチェッカー模様にする (図 13 参照). （ 2 ） pigment の 中 で 模 様 の パ タ ー ン を brick と hexagon に変える (以下の命令を参考). ▲シーンファイルの一部 ▲シーンファイル (a)checker (c)brick (b)hexagon 図13 Lesson-7

3. 8 Lesson-8

「いろいろな模様で色をつける」 （ 1 ） Disk_Y で原点に作られた円柱に, agate という パターンで模様をつける (図 14 参照). 下記のシーンファ イルの点線部のように書き換える.

（ 2 ） pigment の中で agate を granite と radial に変 えてレンダリングする. ▲シーンファイル (a)agate (c)granite (b)radial 図14 Lesson-8

3. 9 Lesson-9

「用意した画像を貼りつける

(

テク スチャマッピング

)

」 （ 1 ） Disk_Y で原点に作られた円柱の側面に map.png を, テクスチャマッピングする. 下記のシーンファイル の点線部のように書き換える. 画像は bmp, jpeg でも貼 り付けることができるため, 任意に用意して貼り付ける. 画像はプログラムを保存したフォルダに置く.

（ 2 ） object を Disk_Y から Sphere や Cube に変更し テクスチャマッピングする (以下の命令を参考). ▲シーンファイルの一部 ▲シーンファイル (a)Disk_Y (c)Sphere (b)Cube (b)inputimage [map.png] 図15 Lesson-9

3. 10 Lesson-10

「表面を凸凹にする」 （ 1 ） Cube で原点に作られた立方体を 2 倍に拡大し, crackle というパターンで表面を凸凹にする. 下記のシー ンファイルの点線部のように書き換える. （ 2 ） 凸凹のパターンと凸凹の度合いを変化させレン ダリングする (以下の命令を参考). ▲シーンファイルの一部 ▲シーンファイル (a)crackle (c)agate (b)granite 図16 Lesson-10

3. 11 Lesson-11

「空を作る」

（ 1 ） skies.inc を使って, リアルな空のある画像を作る. （ 2 ） sky_sphere{S_Cloud5}の S_Cloud5 を S_Cloud1, S_Cloud2, S_Cloud3, S_Cloud4 と変更しレ ンダリングする. ▲シーンファイル (a)S_Cloud1 (c)S_Cloud3 (e)S_Cloud5 (b)S_Cloud2 (d)S_Cloud4 図17 Lesson-11

3. 12 Lesson-12

「地面を作る」 （ 1 ） Plane_xz で作られた xy 平面を白と黒のチェッ カー模様にし, それを地面とした画像を作る. 下記のシー ンファイルの点線部のように書き換える. （ 2 ） 地面を六角形模様 (hexagon) や agate 模様に変 更しレンダリングする (3. 7, 3. 8 参考). ▲シーンファイル (a)checker (b)hexagon (c)agate 図18 Lesson-12

3. 13 Lesson-13

「 形 を 組 み 合 わ せ る（ 集 合 演 算子）」 （ 1 ） Disk_Y で作った円柱と, Cube で作った立方体 を集合演算子の和 (union) を作る. （ 2 ） Disk_Y で作った円柱から, Cube で作った立方 体を集合演算子の差 (difference) を作る. （ 3 ） Disk_Y で作った円柱と, Cube で作った立方体 を集合演算子の積 (intersection) を作る. 下記のシーンファイルの点線部を difference や intersec-tion に書き換える. ▲シーンファイル (a)union (b)difference (c)intersection 図19 Lesson-13

3. 14 Lesson-14

「石の質感にする」 （ 1 ） stone.inc の中にある石の質感 T_Stone12 を使っ て, リアルな石の球を作る. （ 2 ） 下記のシーンファイルの点線部 T_Stone12 を T_Stone16 や T_Stone33 に書き換えレンダリング結果 を確認する. 石の質感の名前として T_Stone1∼T_Stone44 が使用で きる. ▲シーンファイル (a)T_Stone12 (b)T_Stone16 (c)T_Stone33 図20 Lesson-14

3. 15 Lesson-15

「木の質感にする」 （ 1 ） woods.inc の中にある木材の質感 T_Woods10 を 使って, リアルな木材の立方体を作る. 下記のシーンファ イルの点線部のように書き換える. （ 2 ） 下記のシーンファイルの点線部 T_Woods10 を T_Woods3 や T_Woods14 に書き換えレンダリング結果を 確認する. 石の質感の名前として T_Woods1∼T_Woods35 が使用で きる. ▲シーンファイル (a)T_Woods10 (b)T_Woods3 (c)T_Woods14 図21 Lesson-15

3. 16 Lesson-16

「金属の質感にする」 （ 1 ） metals.inc の中にある金属の質感 T_Gold_4C を 使って, リアルな金属の球を作る. 下記のシーンファイル の点線部のように書き換える. （ 2 ） 下 記 の シ ー ン ファイ ル の 点 線 部 T_Gold_4C を T_Silver_3B や T_Brass_3C や T_Copper_3C や T_Chrome_3B に書き換えレンダリング結果を確認する. ▲シーンファイル (a)T_Gold_4C (b)T_Silver_3B (c)T_Brass_3C (d)T_Copper_3C (e)T_Chrome_3B 図22 Lesson-16 T_Gold_4C が用意された金属の質感の名前である. 一 番最後のアルファベットは光沢の具合, その前の数字が 色合いを表わしている. また Gold の他に, Silver(銀), Copper(銅), Brass(真鍮), Chrome(クロム鋼) が使用で きる.

3. 17 Lesson-17

「ガラスの質感にする」

（ 1 ） glass.inc の中にあるガラスの質感 T_Glass_3 を 使って, リアルなガラスの球を作る.

（ 2 ） 地面の模様を変える. 下記のシーンファイルの 2 つ目の object の pigment を書き換える. checker を agate や radial に変更する. ▲シーンファイルの一部 ▲シーンファイル (a)T_Glass_3 (b)agate (c)radial 図23 Lesson-17 図 24 に glass.inc を読み込むことで使えるガラスの質 感の名前をまとめておく. 図24 ガラスの質感の種類

3. 18 Lesson-18

「屈折率を変えてみる」 （ 1 ） ダイヤモンドの屈折率 (2.42) をもつ透明な球を 作る. （ 2 ） 屈 折 率 を 空 気 の 屈 折 率 (1.00) や 水 の 屈 折 率 (1.33) に変更する. ▲シーンファイル (a)ダイヤモンドの屈折率 (2.42) (b)空気の屈折率(1.00) (c)水の屈折率(1.33) 図25 Lesson-18

4. 応用編課題「カプセルのある風景」

次のようなカプセルのある風景を作る. 6 つのステッ プに分けて制作過程を紹介する. 図26 カプセルのある風景

4. 1

ステップ

1

∼カプセルを作る∼ 黄色い球, 黄色い円柱, 赤い円柱, 赤い球を集合演算子 の和でつなげてカプセルとする. よりカプセルらしくす るために, 黄色い円柱と球を, 赤いほうより少し小さくす る. またカプセルにはハイライトを入れてつるつるした 質感を表現する. ▲シーンファイル 図27 step1

4. 2

ステップ

2

∼カプセルを作る命令を作成する∼ カプセルを作る命令を作り, その命令を使ってカプセ ルを表示するように step1 のシーンファイルを書き換え る. カプセルを作るための kapuseru1 という命令を作り, これを使って最後にカプセルを表示する. 出来上がる画 像は step1 と変わらない. このように命令にしておけば, 同じ形のものをいくつ でも作ることができる. ▲シーンファイル 図28 step2

4. 3

ステップ

3

∼カメラの位置を調節する

/

台を 作る∼ カメラの設定を変えて, より広く見渡せるようにする （画角を広くする）. またカプセルの置かれている台を木 材の質感で表わす. ▲シーンファイル 図29 step3

4. 4

ステップ

4

∼色の違うカプセルを作る∼ kapuseru2 という名前でもう 1 つ, 色違いのカプセル を作る命令を作る. そしてこの kapuseru2 を使って, 最 初に作った黄と赤のカプセルと違う位置に, 色違いのカ プセルを表示させる. ▲シーンファイル 図30 step4

4. 5

ステップ

5

∼沢山のカプセルを作る∼ kapuseru2 を使って, さらにカプセルを追加する. ▲シーンファイル 図31 step5

4. 6

ステップ

6

∼照明をスポットライトにする∼ ライトをスポットライトにする. そのためライトの設 定にスポットライト用の命令を追加する. ▲シーンファイル 図32 step6

5. 最 後 に

基本編で学んだこともとにして, 応用編では, 少し複雑 な作品を生成した. POV-Ray にはたくさんの命令があ り, 本資料に登場するのは, そのほんの一部である. 使う 人のアイデアと勉強次第で, 創造的な素晴らしい作品を 自由に作れるようになる.

6. 作例と参考資料

6. 1

作例「置時計のある風景」

図33 置時計のある風景

▼終わり

6. 2

参 考 資 料 • 教科書「はじめての CG」, 小室日出樹, CG-ARTS 協会. 本資料の内容は, この教科書に沿って進めている. • http://izumi-math.jp/sanae/Pov_Ray/Pov_Ray.htm サイト名「POV-Ray First」, 本資料をより詳しくした内容が掲載されている. 金属, ガ ラス, 空などの種類を詳しく知りたい時は参考になる. • http://nishimulabo.edhs.ynu.ac.jp/ povray/ サイト名「POV-Ray station」 本資料に掲載されている POV-Ray のダウンロード方法 はこのサイトを参考にしている.

7. 付録（POV-Ray のインストール方法）

（ 1 ） POV-Ray の公式サイトへ行く. http://www.povray.org/ （ 2 ） 公 式 サ イ ト の 左 上 に 並 ん で い る 文 字 の 中 で Download という文字をクリックする. （ 3 ） 出てきたページの中段左側に Windows と書い てある枠がある. その枠内の下にある Download 32-bit (10 MB) via the web という文字をクリックし, そのファ イルをダウンロードする. （ 4 ） ダ ウ ン ロ ー ド が 終 わ る と 指 定 し た 保 存 先 に POVWIN36 のアイコンがあるため, これを開く. そ うすると自動的にインストールを促す画面がでてくる. （ 5 ） 図 34 の Next をクリックして次に進む. 図34 インストール手順1 （ 6 ） 図 35 はライセンス規約についての画面である. ここは I Agree に印をつけ, Next ボタンをクリックして 次に進む. 図35 インストール手順2 （ 7 ） 図 36 では POV − Ray ファイルがインストー ルされる場所を指定する. 赤線で示されたインストール 先は変更せず, Next ボタンをクリックして次に進む. 図36 インストール手順3 （ 8 ） 図 37 ではバックアップを作るかどうかを指定 する. 作りたい人は Yes に, 作りたくない人は No に印 をつけ Next ボタンをクリックして次に進む. なおバッ クアップをつくるを選択した場合, バックアップが作ら れる場所は下線が引かれている所である. 図37 インストール手順4 （ 9 ） 図 38 は現在あなたのインストールされている アプリケーションに POV-Ray が加わる, ということを 示しているだけなので Next ボタンを押して次に進む. 図38 インストール手順5

（ 10 ） 図 39 では POV-Ray のアップデータ情報や動 作環境情報を自動配信するかどうかを選択する. 今回は チェックをはずし次に進む. 図39 インストール手順6 （ 11 ） 図 40 の Next ボタンを押してインストールをは じめる. 図40 インストール手順7