Szenengraph

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Einführung

Die Geometrie, die in den 3D Ansichten von FreeCAD erscheint, wird von der Coin3D Bibliothek gerendert. Coin3D ist eine Implementierung des OpenInventor Standards. Die OpenCASCADE Software bietet ebenfalls die gleiche Funktionalität, aber es wurde in der sehr frühen Phase von FreeCAD entschieden, nicht den eingebauten OpenCASCADE Betrachter zu verwenden, sondern auf die leistungsfähigere Coin3D Software umzusteigen. Eine gute Möglichkeit, diese Bibliothek kennenzulernen, ist das Buch Open Inventor Mentor.

Beschreibung

OpenInventor ist eine 3D Szenenbeschreibungssprache. Die in OpenInventor beschriebene Szene wird dann in OpenGL auf deinem Bildschirm gerendert. Coin3D kümmert sich darum, so dass Programmierer sich nicht mit komplexen OpenGL Aufrufen befassen müssen, sondern einfach gültigen OpenInventor Code zur Verfügung stellen können. Der große Vorteil ist, dass OpenInventor ein sehr bekannter und gut dokumentierter Standard ist.

Eine der großen Aufgaben, die FreeCAD für dich übernimmt, ist die Übersetzung von OpenCASCADE Geometrieinformationen in die OpenInventor Sprache.

OpenInventor beschreibt eine 3D Szene in Form einer Szenengraph, wie die folgende:

Bild entnommen aus Inventor mentor

Ein OpenInventor Szenengraph beschreibt alles, was zu einer 3D Szene gehört, wie Geometrie, Farben, Materialien, Licht, usw. und organisiert all diese Daten in einer komfortablen und übersichtlichen Struktur. Alles kann in Unterstrukturen gruppiert werden, so dass Du Deine Szeneninhalte so gestalten kannst, wie Du es willst. Hier ist ein Beispiel für eine OpenInventor Datei:

#Inventor V2.0 ascii
 
Separator { 
    RotationXYZ {	
       axis Z
       angle 0
    }
    Transform {
       translation 0 0 0.5
    }
    Separator {	
       Material {
          diffuseColor 0.05 0.05 0.05
       }
       Transform {
          rotation 1 0 0 1.5708
          scaleFactor 0.2 0.5 0.2
       }
       Cylinder {
       }
    }
}

Wie man sieht, ist die Struktur sehr einfach. Es werden Trennzeichen verwendet, um Daten in Blöcken zu organisieren. Ein wenig wie Dateien in Ordnern organisieren würden. Jede Anweisung wirkt sich auf das aus, was als nächstes kommt, z.B. sind die ersten beiden Elemente unseres Wurzel Trennzeichens eine Rotation und eine Translation. Beide wirken sich auf das nächste Element aus, das ein Trennzeichen ist. In diesem Trennzeichen wird ein Material definiert und eine weitere Transformation durchgeführt. Unser Zylinder wird daher von beiden Umwandlungen betroffen sein, von der einen, die direkt auf ihn angewendet wurde, und von der anderen, die auf sein übergeordnetes Trennelement angewendet wurde.

Wir haben auch viele andere Arten von Elementen, um unsere Szene zu organisieren, wie Gruppen, Schalter oder Anmerkungen. Wir können sehr komplexe Materialien für unsere Objekte definieren, mit Farbe, Texturen, Schattierungsmodi und Transparenz. Wir können auch Lichter, Kameras und sogar Bewegungen definieren. Es ist sogar möglich, Skriptteile in openInventor Dateien einzubetten, um komplexere Verhaltensweisen zu definieren.

Wenn Du mehr über OpenInventor erfahren möchtest, gehe direkt zu seiner berühmtesten Referenz, der Inventor mentor.

In FreeCAD muß normalerweise nicht mit OpenInventor Szenengraph zusammengearbeitet. Jedes Objekt in einem FreeCAD-Dokument, sei es ein Drahtmodel (mesh), eine Part-Form oder irgendetwas anderes, wird automatisch in OpenInventor-Code umgewandelt und in den Hauptszenengraph eingefügt, den man in der 3D-Ansicht sieht. Dieser Szenengraph wird fortwährend bei Änderungen aktualisiert, auch wenn Objekte eingefügt oder entfernt werden. Das heißt, jedes Objekt (im App-Raum) hat einen Ansichtprovider (ein entsprechendes Ojekt im Gui-Raum), der für die Ausgabe von OpenInventor-Code zuständig ist.

Es gibt jedoch viele Vorteile, um direkt auf die Szenegrafik zugreifen zu können. So können wir beispielsweise das Aussehen eines Objekts vorübergehend ändern oder Objekte zur Szene hinzufügen, die im FreeCAD Dokument nicht wirklich existieren, wie z.B. Konstruktionsgeometrie, Helfer, grafische Hinweise oder Werkzeuge wie Manipulatoren oder Bildschirminformationen.

FreeCAD selbst verfügt über mehrere Werkzeuge, um openInventor-Code zu sehen oder zu ändern. Der folgende Python Code zeigt beispielsweise die openInventor Darstellung eines ausgewählten Objekts:

obj = FreeCAD.ActiveDocument.ActiveObject
viewprovider = obj.ViewObject
print viewprovider.toString()

Aber wir haben auch ein Python-Modul, das den vollständigen Zugriff auf alles, was von Coin3D verwaltet wird, ermöglicht, wie z.B. unsere FreeCAD-Szenengrafik. Also, lies weiter mit Pivy.

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