| 3D-Welten unter Linux |
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In diesem Vortrag will ich Ihnen einen kurzen Überblick über die multimediale Programmlandschaft unter Linux geben. Aufgrund der sehr großen Komplexität dieses Themas will ich mich aber auf die Erstellung von 3D-Welten unter Linux beschränken. Dieses Gebiet ist bereits so groß, dass schon dieses Thema die mir zur Verfügung stehende Zeit fordern wird. Ausführliche Berichte zu den nachfolgend beschriebenen Programmen werden sicherlich schon bald unter Pro-Linux verfügbar sein. Wer kennt nicht die Hollywood-Produktionen "Gozilla", "Matrix" oder "Titanic"? Die wenigsten wissen aber, dass Programme, die für die Herstellung dieser Blockbuster verwendet wurden, auch unter Linux eingesetzt werden können. Im Falle von Titanic setzte die Produktionsfirma sogar ganz auf Linux und renderte unter der freien Betriebssystemalternative fast alle Szenen. Was bedeutet eigentlich Rendern? Was für Unterschiede gibt es? Welche Programme stehen unter Linux zur Verfügung? Diese oder ähnliche Fragen stellen sich bestimmt sehr viele Leute. Ich will Ihnen in diesem Vortrag einen kurzen Überblick geben und diese Fragen auch beantworten.
Rendern bedeutet, aus Computerdaten realistische Objekte oder gar Landschaften zu erzeugen. Dabei versteckt sich unter dem Begriff Rendern weit mehr als nur die simple Darstellung von 3-dimensionellen Körpern im Raum. Die Techniken der Berechnung von Landschaften reichen von der Darstellung der Objekte im Raum bis zur Verfolgung von Lichtstrahlen in einer nachgestellten Szene (Ray Tracing). Die mit Hilfe des sogenannten Ray Tracing-Verfahren erstellten Bilder sind meist sehr an der Realität angelehnt und zugleich in sehr vielen Fällen von Photos reeller Objekte nicht zu unterschieden. Dieses ist auch angestrebt in Filmen, in denen fiktive Personen, Gegenstände oder Ereignisse mittels eines Computers berechnet werden sollen, um sie dann später in eine reelle Szene zu implementieren. Diese fiktive Erstellung von Gegenständen oder Personen wird mit Hilfe sogenannter Rendering-Tools ermöglicht. Dabei unterscheidet man zwei grundsätzliche Arten der Tools. Zum einen die eigentlichen Tools für die Berechnung von Szenen (Ray Tracer), zum anderen die Programme für die Erstellung einer Szene (Modeller). In diesem Vortrag versuche ich, Ihnen freie Vertreter der beiden Sparten vorzustellen. Was braucht man eigentlich für die Erstellung photo-realistischer Bilder? Außer der oben genannten Tools nur noch ein wenig Talent und viel Zeit. Mit viel Zeit meine ich nicht die Lernzeit für diverse Tools, sondern die Zeit für die eigentliche Berechnung. Ray Tracing ist eine sehr rechenintensive Angelegenheit, die von mehreren Sekunden bis zu mehreren Wochen dauern kann. Im allgemeinen gilt aber - je komplexer die Szene und je mehr Feinheiten in dieser verwendet werden, desto länger dauert der Berechnungsvorgang. Will man gar komplette Szenen, die durch Animationen und photorealistische Bilder überzeugen sollen, erstellen, so ist eine mehrtägige Renderzeit im Vorfeld einzuplanen. Hier spielt Linux durch seine herausragenden Netzwerkfunktionalitäten eine nicht zu unterschätzende Rolle. Der Preislisten-Vorteil von Linux, die sehr niedrigen Lizenzkosten und eine perfekte Netzwerkunterstützung lassen immer mehr Animationsfirmen Linux in sogenannten "Renderfarmen" einsetzen. Renderfarmen sind vernetzte Computer, die gemeinsam an einer Szene rechnen und so die Zeit für die Berechnung deutlich reduzieren. So z.B. auch bei "Titanic". Wie bereits erwähnt, bediente sich die Produktionsfirma Pixar bei der Erstellung des für Spezialeffekte mit einem Oscar ausgezeichneten Filmes der unter Linux verfügbaren Renderengine "PRMan" von Pixar. Da diese Applikation in den wenigsten Fällen für einen privaten Anwender erschwinglich sein dürfte, können alle Interessenten eine Applikation einsetzen, die vollständig RenderMan-kompatibel ist und zugleich mit weiteren hochkarätigen Verbesserungen aufwarten kann. Blue Moon Rendering Tools besser unter dem Namen BMRT bekannt, wurde von Larry Gritz entwickelt und beinhaltet eine Sammlung von Renderingprogrammen und Bibliotheken, die vollständig RenderMan-konform sind. Zusätzlich bietet die Applikation interessante Funktionen, die bei PRMan (von Pixar vertriebenes Photorealistic RenderMan) vergebens gesucht werden. Als Shareware vertrieben ist dieses Programm für alle privaten Anwender kostenlos und für kommerzielle Zwecke für einen Bruchteil des Preises von PRMan erhältlich.
Die Qualität der generierten Szenen ist geradezu beeindruckend. Kaum eine Applikation bietet eine so hohe Qualität zu so einem so niedrigen Preis. Leider ist die Bedienung des Programmes für verwöhnte Oberflächen-User etwas gewöhnungsbedürftig. BMRT, wie viele andere Render-Engines, bringt von Haus aus keine Applikation zur Modellierung von Objekten oder Szenen. Die eigentliche Arbeit muss deshalb entweder in einer kryptischen Sprache oder mittels Modelleditoren erfolgen. Um komplexe Szenen zu erstellen, bedarf es in der Regel der Hilfe eines sehr guten Editors. Ein weiterer Vorteil neben der ausgezeichneten Qualität der Bilder ist die Plattformunabhängigkeit der Applikation. Neben Linux ist BMRT auch für IRIX, Solaris, DEC OSF1 und Windows erhältlich. Mittels des mitgelieferten Programmes rgl sind Sie in der Lage, bereits vor dem eigentlichem Rendervorgang die Ausgabe auf dem Bildschirm in einer vereinfachten Form mittels Mesa (OpenGL) darzustellen. So können Sie z.B. bereits vor dem Rendern die Animationen auf Ihrem Bildschirm sehen, ohne dass Sie erst auf die Ergebnisse warten müssen. BMRT unterstützt direkt RIB-Files und ist in der Lage, Shading Language (.sl) Texturen zu kompilieren. Es sei noch angemerkt, dass die Ausgaben des Programmes nicht mit den Ausgaben des Shader-Programmes des PRMan (.slo) kompatibel sind. Wer keine Lust hat, BMRT bei seiner Arbeit manuell zu konfigurieren, der kann sich mit einem freien Tool behelfen, welches eine grafische Konfiguration und Koordination des Projektes erlaubt. BORG (BMRT Ordinary Rendering GUI) unter http://www.project-borg.org/ ermöglicht dem User, auf einfachste Weise die Renderengine an seine Bedürfnisse anzupassen. Die Applikation glänzt vor allem durch folgende Features:
Für die Vollversion sind weitere Implementierungen vorgesehen, z.B. IRIX und Win95/98/NT Unterstützung, remote Überwachung des Servermanagers via Webbrowser, automatische Zerteilung von Einzelbildern für noch schnelleres Rendern, grafischer Server, Erweiterung des Hilfesystems. Neben BMRT finden alle interessierten Anwender einen weiteren kostenlosen Vertreter der Rendering-Engines unter Linux. Persistence of Vision, bekannt auch als POV, überzeugt ebenfalls durch eine ausgesprochen gute Qualität der berechneten Bilder.
POV-Ray basiert auf dem von David Buck entwickelten Ray-Tracer DKB-Trace und wird unermüdlich durch eine sehr große Gemeinde von Fans und Freiwilligen weiter entwickelt. POV bietet zwei nicht zu unterschätzende Vorteile, die diese Applikation von der Masse der verfügbaren Applikationen abheben. Zum einen ist es als Source verfügbar, so dass einem Einsatz des Programmes auf vielen Plattformen theoretisch nichts im Wege steht. Bereits jetzt kann POV für die Plattformen Linux, MS-DOS, Windows, Macintosh, Sun, Amiga und Unix geladen werden. Das Unix-File enthält dabei die Sourcen des Programmes. Zum anderen ist POV wohl die meistgenutzte Rendering-Software weltweit. Eine Vielzahl von bereits im Netz verfügbaren Modellen für POV wird jedem Anfänger erlauben, seine Kreationen ohne Mühe zu erstellen. Ein weiterer Plus-Punkt der Applikation ist die enorme Anzahl an Zusatztools, die sowohl die Konfiguration, als auch die Kontrolle über die Applikation erleichtern. Die alle aufzuzählen., würde sicherlich den Rahmen dieses Vortrages sprengen. Ich will Ihnen aber einen besonderen Vertreter dieser Gattung vorstellen, der besonders durch eine sehr große Anzahl von Funktionen überzeugt. povfront (http://perso.club-internet.fr/clovis1/) ist, wie der Name schon verrät, ein Frontent für POV-Ray, welches fast alle nur erdenklichen Einstellungen ermöglicht. Mit Hilfe des Programmes werden Sie in der Lage sein, die Applikation und die gewünschten Einstellungen komfortabel in einer grafischen Oberfläche vorzunehmen. Wie auch BMRT verfügt POV über keine Modellierungsschnittstelle und eignet sich deshalb nicht für visuelle Modellierungsarbeiten. Die Stärken dieses Programmes liegen voll und ganz beim Rendering. POV wird ebenfalls ausschließlich über eine Sprache gesteuert, die sehr an eine herkömmliche Programmiersprache erinnert. Um qualitativ hochwertige Kompositionen dieser Applikationen zu kreieren zu können, ist ein Griff zu einem geeigneten Modeller unumgänglich. Zu einem späteren Zeitpunkt will ich Ihnen natürlich auch ein paar Vertreter dieser Sparte vorstellen. Für alle professionellen Anwender, die auf gestandene Applikationen setzen und auf freie Programme verzichten möchten - aus welchen Gründen auch immer - dürfte die unter Linux von Alias/Wavefront vertriebene RenderEngine von Maya interessant sein. Maya, eine Applikation, die sich innerhalb kürzester Zeit zum wichtigsten Entwicklungswerkzeug der 3D-Designer etablierte, ist bereits seit ein paar Monaten für Linux verfügbar und bietet auch unter Linux den vollen Funktionsumfang, wie auch unter anderem Plattformen. Die Modellierungssoftware soll nach Angaben des Herstellers in naher Zukunft folgen. Inwiefern dieses Vorhaben realisiert wird, läßt sich aus heutiger Sicht nur schwer sagen. Zur Zeit ist es schwer, Maya-konforme Szenen unter Linux direkt zu modellieren. Aus Gründen der Nichtverfügbarkeit des Modellers müssen die Kreationen auf einem anderen System erstellt werden. Alias/Wavefront änderte aber kürzlich die Lizenzierungspolitik, so dass es ohne Probleme möglich sein dürfte, unter IRIX eine Szene zu erstellen, um sie dann schließlich unter Linux zu rendern. Diese Vorgehensweise dürfte in der Regel billiger sein als eine Kreation einer IRIX- oder Windows-Renderfarm. Was bringt Ihnen aber eine noch so gute Rendering-Engine, wenn Sie unter Linux keine Kompositionen modellieren können? Auch in diesem Bereich existiert eine Reihe von Applikationen, die kostenlos, oder aber kommerziell vertrieben werden. Es ist damit zu rechnen, dass in naher Zukunft sehr viele Hersteller von Modellierungssoftware Linux in ihre Palette neben IRIX und Windows NT aufnehmen werden. So folgte z.B. Side Effects Software dem Trend und veröffentlichte die preisgekrönte Software "Houdini" auch unter Linux. RenderMan und Houdini bieten deshalb ein perfektes Gespann für professionelle Arbeit unter Linux. Der Einsatz der modernsten Technik hat natürlich auch seinen Preis. Beide Programme können unter Umständen in vollen Versionen mehrere zehntausend Mark für eine einzelne Workstation verschlingen. Für all die, die keine Lust haben, tausende von Mark auszugeben, trotz allem aber professionelle Funktionen entweder kostenlos oder zu einem Bruchteil des Preises gestandener Systeme haben wollen, bietet die Open-Source-Gemeinschaft auch hier Programme, die sich nicht zu verstecken brauchen. Die Anzahl der unter Linux zur Verfügung stehender Modeller ändert sich ständig und immer wieder werden neue Projekte begonnen, die sehr vielversprechend aussehen. Schaut man in einschlägigen Suchmaschinen nach geeigneten Programmen zur Modellierung von 3D-Szenen unter Linux, so wird einem sehr schnell klar, dass viele Projekte sich noch in der Entwicklungsphase befinden. Ich möchte Ihnen deshalb die drei bekanntesten Vertreter der freien Modellierungssoftware vorstellen, die durch ihre Funktionalität und besondere Leistungsmerkmale glänzen. Die wohl bekannteste Applikation zur Modellierung und Rendern von 3-dimensionalen Welten ist die von der holländischen Firma NaN (Not a Number) vertriebene Software "Blender". Innerhalb nur kürzester Zeit etablierte sich Blender in der 3D-Community zur meistbenutzten Applikation unter Linux. Dieser Erfolg spiegelt sich auch im Angebot an freien Zusatztools und im Internet frei verfügbaren Anleitungen wider. Bei kaum einer 3D-Applikation unter Linux wird der interessierte Anwender so viele Online-Ressourcen im Netz finden können wie bei Blender.
Ausgestattet mit professionellen Funktionen bietet diese Applikation ausgefeilte Techniken, die kostenlos zur Verfügung stehen. Die Modellierung von Polygonen, Kurven, Nurbs, Text und Metaballs wie auch kompletten Animationen mit Einsatz von B-Splines stellt in Blender kein Problem dar. Die etwas gewöhnungsbedürftige Oberfläche stellt sich nach einer Einarbeitungszeit als logisch und gut strukturiert heraus. Die in Blender eingebaute Renderengine überzeugt zwar, bietet aber zu wenig Funktionen für professionelle Bereiche, so dass der Einsatz eines anderen Systems zwingend notwendig ist. Hier ermöglichen gute Filter, Ihre Szene zu exportieren. Wer aber mit Blender professionelle Szenen erstellen will, der kommt sehr schnell an die Grenzen der freien Funktionen. Manche Besonderheiten des Programmes lassen sich nur benutzen, wenn Sie zuvor einen Schlüssel bei NaN erworben haben, mit dem der Zutritt zu weiteren Funktionen erst ermöglicht wird. In dieser Hinsicht will das Unternehmen neue Wege beschreiten. Für alle privaten Anwender und Klein-Unternehmen, die nicht den vollen Funktionsumfang von Blender brauchen, bleibt die Applikation weiterhin frei. Wer allerdings ernsthaft Projekte mit dem Programm entwickeln will und die Applikation für kommerzielle Zwecke nutzen möchte, der kommt am Erwerb des Schlüssels nicht vorbei. Es sei noch angemerkt, dass die auf unserer Hauptseite sichtbare Grafik mit Hilfe der freien Funktionen unter Blender erstellt wurde. Eine weitere Anwendung, die unter Linux durch sehr gute Funktionen überzeugen kann, ist Moonlight Atelier.
Das kostenlos vertriebene Paket bedient sich der besten Funktionen kommerzieller Applikationen. Die Bedienung ist äußerst simpel und intuitiv durchführbar und kann sogar durch Personen, die bisweilen noch keine Erfahrung mit 3-dimensionaler Grafik gesammelt haben, leicht erlernt werden. Auch diese Applikation bietet alle Grundfunktionen, die ein Benutzer aus teuren Programmen kennt. Hier erinnert das Programm von der Bedienung her an das Top-Programm "Softimage", der Firma Softimage. Die linke Sparte erinnert dagegen an die Funktionsleiste des wohl populärsten Modellier-Programmes unter Windows - 3D Studio Max. Leider fehlt dieser Applikation ein Tool zur Erstellung von animierten Szenen. Dieses Feature soll aber in einer der nächsten Versionen der Applikation in das Paket einfließen. Besonders erwähnenswert ist die Möglichkeit des Speicherns von Szenen als RIB-Dateien - ein Format, welches von BMRT benutzt wird. Somit steht allen Benutzern, die sich für diese Software entschieden haben, eine Schnittstelle für das beste freie Renderingsystem unter Linux zur Verfügung. Zum Zeitpunkt dieses Vortrags befindet sich aber die Homepage des Programmierteams in Überarbeitung, so dass ein interessierter Benutzer auf eine alternative Adresse ausweichen muß. Die Autoren der Applikation wollen einen ähnlichen Weg wie Blender beschreiten und setzten sich das Ziel, diese Applikation zu "überholen". Die Grundidee der Entwickler ist auch, ein an ein Key-System ähnlich Blender und an dieses Programm angelehntes Lizensierungsmodell zu kreieren. Es kann deshalb angenommen werden, dass die Entwicklung des Programmes wohl weiter geführt werden soll und dass dieses Programm weiter frei bleiben wird. An dieser Stelle möchte ich auch noch eine Anwendung vorstellen, die zwar nicht direkt als 3D-Applikation fungiert, trotz allem aber unter diese Kategorie eingestuft werden kann. Die Rede ist von CYCAS. Diese Applikation stellt ein professionelles Werkzeug für alle Architekten dar.
Die sehr guten 2D- und 3D-Funktionen erlauben dem Benutzer des Programmes, seine architektonischen Kreationen sowohl im Form einer 2D-Zeichnung als auch als 3D-Welten seinen Kunden zu präsentieren. Auch wenn es sich bei diesem Programm um ein kommerzielles Produkt handelt, stellte der Hersteller "Verlag Frese" eine kostenlose und nur in wenigen Punkten eingeschränkte Version der Applikation der Internetgemeinde zum kostenlosen Download bereit. Die Unterschiede zur kommerziellen Version sind nur in der Ausstattung der Bibliotheken zu finden. Fast alle Funktionen können auch in der frei verfügbaren Version des Programmes angewendet werden. CYCAS ist nur bedingt für die Erstellung von organischen Modellen geeignet. Die Ziele des Programmes sind zu sehr an architektonischen Belangen ausgerichtet. Wer aber gerade in diesem Wirkungsfeld arbeitet, der wird unter Linux wohl kaum eine geeignetere Applikation finden. Es sei noch erwähnt, dass CYCAS keine eigene Renderengine mit sich bringt. Das Programm bedient sich bei der Generierung von 3-dimensionalen Landschaften der Funktionen von POV. In diesem Artikel wurden lediglich die größten und die am meisten fortgeschrittenen Projekte vorgestellt. Sicherlich gibt es noch weit aus mehr Applikationen, die für Modellierbelange eingesetzt werden können. An dieser Stelle will ich Ihnen kurz weitere Applikationen vorstellen. Nähere Informationen entnehmen Sie bitte der Homepage der Autoren. GIRAM (Giram Is Really A Modeller) - http://www.giram.org/ GIRAM ist ein auf GTK+ basierender Modeller, welcher sich noch in einem sehr frühen Stadium befindet. Die Funktionalität ist bereits jetzt schon sehr überzeugend. Leider keine Animationsfunktionalität. Die ausgegebene Datei kann später mit POV gerendert werden. AC3D - http://www.ac3d.org/ AC3D ist ein bekannter 3D-Shareware-Modeller für die Plattformen Linux, SGI und Windows. Die Ausgaben des Programmes können in den Formaten POV-Ray, VRML (1 and 2), RenderMan, Dive, Massive erfolgen. Zusätzlich beherrscht die Applikation die Exportfunktionen in die Formate der bekanntesten 3D-Programme (nicht nur unter Linux). Die Funktionalität der Applikation kann nicht nur Amateur-Künstler zufrieden stellen. Innovation3D - http://innovation3d.sourceforge.net/ Innovation3D ist eine auf die QT-Bibliothek basierende und an 3D StudioMax angelehnte Modeller, der zur Zeit nur mit wenigen Funktionen aufwarten kann. Da sich die Applikation immer noch in der frühen Entwicklungsphase befindet, sind große Erwartungen in das Programm gesetzt. Die Applikation wird unter der GPL-Lizenz vertrieben. MindsEye - http://mindseye.sf.net/ MindsEye ist ein modular aufgebauter Modeller, der eigene Wege in dieser Hinsicht geht. Die Bedienung ist an kein bekanntes Programm angelehnt und deshalb am Anfang etwas ungewöhnlich. Bereits jetzt schon besitzt MindsEye sehr viele Funktionen, die diese Applikation von der sehr großen Menge der Modellier-Programme positiv abhebt. Durch die besondere "Bauweise" des Programmes ist es anzunehmen, dass diese Software in der Zukunft eine nicht zu unterschätzende Rolle spielen wird. Vertrieben wird die Applikation unter der freien GNU-Lizenz. 11. Bearbeitung der Animationen und Bilder Ist eine Szene oder ein Bild gerendert worden, so will man in der Regel die Ergebnisse auch anderen Usern vorstellen. In seltensten Fällen wird die Qualität der erstellten Animationen den Wünschen des Anwenders entsprechen. Es sei denn, Sie wollen nur die Helligkeit der Szene oder die Größe der Animation ändern. In diesem Fall müssen Sie sich der Hilfe anderer Tools bedienen. Was für Applikationen für Ihre Belange in Frage kommen, entnehmen Sie bitte unserem Artikel Videofilme unter Linux. Für die Bearbeitung einzelner Bilder stehen Ihnen unter Linux ebenso exzellente Programme zur Verfügung. AC3D - http://www.ac3d.org/ |
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