五．BOB RayTrace整體研究：



     BOB的基本程式架構如下所示：

     ----------------------------

     // ........標題.......　　　/* 注解

     #include color.bc　　　　　 /* 外部程式--顏色檔

     #include textures.bs　　　　/* 外部程式--材質庫


     //工作環境的設定

     studio   {........　　　

               ........ (相機)

               } 


     light    {........ (燈光)

               ........

               } 


     surfaace {........

               ........ (表面材質)

               }


     //各種物體

     sphere   {........

               ........

               }


     cone     {........

               ........

               }


     ring     {........

               ........

               }


     polygon  {........

               ........

               }


     //取得外部物體

     surface  {........

               ........

               }


     transform { scale x y z }       //縮放比例

        transform { rotate 0 0 35 } //Z軸轉35度

           #include column.bo

        transform_pop


        transform { rotate 90 0 0

                    translate 27 20 12 }

           #include column.bo

        transform_pop

     transform_pop

輸入檔（.B）的格式：

　　　〈Initialization〉 例：#include COLOR.BC
　　　〈Studio Definition〉 定義環境
　　　〈Lights〉 定義一個或多個光源的位置、強度、型態..等
　　　〈Surface 1〉 定義表面的特性，材質..等
　　　〈Object 1〉　　　　　　　　　　.
　　　　　　.　　　　　　　　　　　　.
　　　　　　.　　　　　　　　　　　　.
　　　　　　.　　　　　　　　　　　　.
　　　〈Surface　n〉　　　　　　　　　.
　　　〈Object n〉　　　　　　　　　　.

Studio影像處理工作坊（整體環境設定）的格式：

　　　Studio {
　　　　　　　from x y z
　　　　　　　at x y z
　　　　　　　up x y z
　　　　　　　angle ang
　　　　　　　resolution i j
　　　　　　　start line
　　　　　　　stop line
　　　　　　　aspect asp
　　　　　　　projection mode
　　　　　　　ambient acolor
　　　　　　　background bcolor
　　　　　　　haze density

　　　　　　　antialias mode
　　　　　　　threshold dist
　　　　　　　jitter

　　　　　　　aperture size
　　　　　　　focal_length dist
　　　　　　　samples n

　　　　　　　no_shadows
　　　　　　　no_exp_trans
　　　　　　　caustics
　　　　　　　depth max_depth
　　　　　　　}

  1. 【Studio參數說明】
    from：設定照相機位置。（此參數不可不定義）
    at：照相機的觀測點。
    up：座標系統法面。（一般值為0 0 1表示Z軸朝上）
    angle：照相機的視角。（一般值為 50 ）
    resolution：影像在像素中的尺寸。（此參數可不定義）
    start line：掃描起始列。（一般值為 0 ）
    stop line：掃描結束列。（一般值為 479 ）
    aspect asp：螢幕比例。（一般值為 4/3=1.333 ）
    projection：物體材質投射的型態。其模式如下:
    spherical：球面投影。
    　orthographic：垂直投影。
    　paarallax：（=flat）為平面投影。
    ambient：陰暗區的光亮度（環境光）。
    background： 背景顏色。
    haze： 霧的濃度（density）。
    antialias：消除鋸齒邊。其模式如下:
    　none：在每一個像素上投射出一條追跡的光束。完全不處理鋸齒邊，故計算
    　　　　時間較快。
    　quick：計算之後，採副樣本，用快速取樣取一進似值的方式做光跡法（只適
    　　　　用於預視圖）。
    　corners：每一像素只有一條追跡的光束，其所計算結果與週圍4點計算之平均
    　　　　　值共用。
    　adaptive：投射出一條光束在像素上，若計算值超出臨界值（threshold），會 　　　　　將像素細分成4個細分點，如此反覆計算，直到它達到一個常數值或 　　　　　使它的強度產生很平滑的改變。
    threshold：應用在adaptive模式中，其值域從0∼255，在quick模式中，其內定值
    　　　　為16。
    jitter：一些微小分子的隨機振動現像。當一物體用棋盤的表面時，可使交接界 　　　線在不同方向較為平滑。
    aperture：是鏡頭焦距的一個參數值。(內定值=0) 可改變焦點的擴散程度，使影 　　　　像清析或糢糊。必須與focal_length配合使用。
    focal_length：focal_length決定相機到焦距平面之距離。其決定值由Form與at來
    　　　　　　決定。
    samples：光跡追蹤時所採用的光束量（內定值為8條）。
    no_shadows：不產生物體的影子。
    no_exp_trans：光跡追蹤時忽略所有透明物體的存在。
    canstics：是一種經驗值參數。可使透明物體之內部產生圖案，其內部圖案是由 　　　　光線在內部反射所造成的。
    depth：光跡追蹤遞回層次的深度。可計算物體的交線，其最大值為20，亦是內 　　　定值。(在預視的Render中可將此值改為1或2可增加Render的速度。)

Lights

在BOB光跡追蹤程式中燈光可分為4種型態：

【point】：一個點光源在空間中佔據一點，它有position（位置）、color（顏色）、 　　falloff（衰減）等屬性來決定光源的距離及強度，一個點光 　　源就像在三度空間中，放了一個燈泡，其光源可設定為隨 　　著距離長度而減少亮度，也可以設定為不受距離影響而亮 　　度一致。

例：　light {
　　　　　type point　　　//燈光型式為point。
　　　　　　　　　　　　　　falloff　f　　　//燈光的衰減量。
　　　　　　　　　　　　　　position x y z　//燈光放置的位置。
　　　　　　　　　　　　　　color r g b 　　//燈光的顏色。
　　　　　　　　　　　　　　}

（※燈光強度的改變是根據下列公式：
　　　　　I = I。/（dist^f）
　　　　　I。：基本燈光強度。
　　　　　dist：燈源到物體表面的距離。
　　　　　f：若 f=0 -- 不衰減。
　　　　　若 f=1 -- 與距離成反比。
　　　　　若 f=2 -- 自然物理現像，與距離平方成反比。
　　　　　　　　　　依此我們可計算物體表面的顏色。※）

【directional】：有方向性的平行光源，它有兩種敘述方式
型式1：
　　　light {
　　　　　　type directional　　//燈光型式為directional。
　　　　　　color　r g b　　　//可設定顏色。
　　　　　　direction dx dy dz　//方向性以X，Y，Z三軸的向量值表示其方向
　　　　　　}
型式2：
　　　light {
　　　　　　type directional
　　　　　　color r g b
　　　　　　from x y z　//以光線的起點與終點表示光的方向。
　　　　　　at x y z
　　 　　　　}

【spherical】：球形燈光。
　light {
　　　　type spherical　　//燈光型式為spherical。
　　　　position x y z　　//燈光的位置。
　　　　radius r　　　　//球形燈光的半徑。
　　　　color　r g b　　//燈光的顏色。
　　　　falloff　f　　　//陰暗區的衰減量。
　　　　samples　n　　//samples這個參數是來控制陰影區產生 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　陰影的光束量（其內定值為16）。
　　　　　　　　　　　　　}

【spot】：聚光燈。
　light {
　　　　type　spot　　　　//燈光型式為 spot。
　　　　position x y z　　　//燈光的位置。
　　　　direction dx dy dz　//方向性的向量（也可用at x y z表示）。
　　　　　　　　　　min_angle angle1　//強光區。
　　　　　　　　　　max_angle angle2　//弱光區。
　　　　　　　　　　color　r g b　　　//燈光的顏色。
　　　　　　　　　　falloff　f　　　　//弱光區光的衰減量。
　　　　　　　　　　}

（※若物體是在min_angle之內，則物體可得到完全的照明，就有如點光源一樣。 　 若物體是在min_angle與max_angle之間，則表面的照明會隨下列公式而衰減

I=I。*（angle-min_angle）/（max_angle-man_angle）
angle：此角度為物體所佔據範圍的最大角度。

若您想製作一盞具有漸層效果的燈光，可試試如下的設定：

min_angle = 0
max_angle = 30

若您想製作一盞具有明顯界線一如探照燈的燈光，可試試如下的設定：

min_angle = 30
max_angle = 30
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　*）

Primitives基本元件

在Bob中，可利用以下幾種指令，繪製一些基本的幾何圖形。
  1. Sphere球形
    格式:　　sphere {
    　　　　　　　　center x y z
    　　　　　　　　radius r
    　　　　　　　　}

    center　x　y　z是定義此圓的中心於三度空間(x　y　z軸)的位置，radius　r是定 義此圓的半徑大小。

  2. Polygon多邊形
    我們可以利用此polygon指令來製作正方形，長方形，三角形，甚至於多邊 形的物體。
    格式:　　polygon {
    　　　　　　　　　points n
    　　　　　　　　　vertex x y z
    　　　　　　　　　　　　.
    　　　　　　　　　　　　.
    　　　　　　　　　　　　.
    　　　　　　　　　}

    例:正方形polygon {
    　　　　　　　　　points 4
    　　　　　　　　　vertex 1 1 0
    　　　　　　　　　vertex 1 -1 0
    　　　　　　　　　vertex -1 -1 0
    　　　　　　　　　vertex -1 1 0
    　　　　　　　　　}

    例:三角形polygon {
    　　　　　　　　　points 3
    　　　　　　　　　vertex 0 0 0
    　　　　　　　　　vertex -1 -1 0
    　　　　　　　　　vertex -1 1 0
    　　　　　　　　　}

    例:正方體:正方體則需8個點，組成6個面。
    　　　　　polygon {
    　　　　　　　　　points 8
    　　　　　　　　　vertex 1 1 0
    　　　　　　　　　vertex 1 -1 0
    　　　　　　　　　vertex -1 -1 0
    　　　　　　　　　vertex -1 1 0
    　　　　　　　　　vertex 1 1 2
    　　　　　　　　　vertex 1 -1 2
    　　　　　　　　　vertex -1 -1 2
    　　　　　　　　　vertex -1 1 2
    　　　　　　　　　}

  3. Ring環
    此指令可製作一圓環。
    格式：　　　ring {
    　　　　　　　　　center x y z
    　　　　　　　　　normal a b c
    　　　　　　　　　min_radius r0
    　　　　　　　　　max_radius r1
    　　　　　　　　　}

    center　x　y　z是定義此圓的中心於三度空間(x　y　z軸)的位置，
    normal　a　b　c定義物體的法線，min_radius　r0定義內圈的半徑， min_radius　r1定義外圈的半徑，也就是說，內圈與外圈的差距越大，此環的寬 度也就越大；內圈與外圈的差距越小，此環的寬度也就越小。

    因為我們要製作放在物體下的地板時，Ring比Polygon要來的容易，所以我
    們通常使用Ring來製作object下的ground　plane，只要將min_radius的r0設為0即 可，或將r0和r1兩行用一radius r代替，r代表整個圓盤的半徑。

    　　格式:　　ring {
    　　　　　　　　　center x y z
    　　　　　　　　　normal a b c
    　　　　　　　　　radius r
    　　　　　　　　　}　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

  4. Cone圓錐體
    使用cone可作出各種不同的圓錐體，只要控制它的基底部份(base)和頂端
    部份(apex)圓面的半徑，再由XYZ座標來控制圓錐的高度，即可。

    例如：base與apex的半徑(radius)一樣時，則為一圓柱
    　　　base比apex的半徑(radius)大時，則為上面較小的圓錐
    　　　base比apex的半徑(radius)小時，則為下面較小的圓錐

    格式：cone {
    　　　　　　base x y z base_radius r1
    　　　　　　apex x y z apex_radius r2
    　　　　　　}

Transformations轉移

此命令可以讓你去移動物體，改變物體比率，和改變物體的位置。
格式：transform {
　　　　　　　　scale s
　　　　　　　　rotate x y z
　　　　　　　　translate dx dy dz
　　　　　　　　}

Clipping修剪

我們可以利用clip指令去修剪一些基本圖形以產生更有變化的圖形。它的做用類
似boolen函數運算。而有以下三種圖形可以用clip修改：
平面(plane)、球形(sphere)、柱形(cone)。

格式：
　　平面修改　clip {
　　　　　　　　　　center x y z
　　　　　　　　　　normal x y z
　　　　　　　　　　}

　　球形修改　clip {
　　　　　　　　　　center x y z
　　　　　　　　　　radius r
　　　　　　　　　　inside or outside
　　　　　　　　　　}

　　柱形修改　clip {
　　　　　　　　　　apex x y z apex_radius r
　　　　　　　　　　base x y z base_radius r
　　　　　　　　　　inside or outside
　　　　　　　　　　}

例：要製作半圓的圖，我們可先做出一個圓，再用clip修改，如下列所示：

　　sphere {
　　　　　　center 0 0 0
　　　　　　radius 1
　　　　　　clip {
　　　　　　　　　center 0 0 0
　　　　　　　　　normal 0 0 1
　　　　　　　　}
　　　　　　　　　　　　　}

這會產生出上半圓，如要下半圓，只要將normal部份改變成normal　0　0　-1即
可。inside與outside的差別在，下outside指令時，會將clip所設定的部份切掉，而為 inside時，會留下clip所設定部份與物體交集的地方。