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  • Zielgruppe: 12. - 13. Schuljahr
  • Benötigte Kenntnisse: Vektoren, Raumgeometrie
  • Lernziele:
    • Die Schülerinnen und Schüler können komplexe molekulare Strukturen wie Legobausteine zusammenfügen
    • Die Schülerinnen und Schüler können mit Winkeln im 3D Raum umgehen
  • Zeitlicher Aufwand: 4 Lektionen
  • Eingesetzte Software: PovRay
  • Autoren: Beat Trachsler, KZO Wetzikon und Raphael Riederer, Kantonsschule Schaffhausen
  • Projekt Herunterladen
  • S3D-Video auf YouTube anschauen

DNA

Ziel des Kurzfilms zur DNA ist die Visualisierung der Doppelhelix und der Nukleotide. Die räumliche Struktur der Moleküle stammt aus der Homepage von Paul May (Vgl. May, 2000), wo die Daten im Molfile Format vorliegen. Diese Daten wurden für unsere Zwecke aufbereitet und bilden die Grundlage der Visualisierung. Zur Erzeugung der 3D-Computergrafiken wird der Raytracer POV-Ray verwendet. Beim Raytracing werden ausgehend vom virtuellen Augpunkt Sehstrahlen durch sämtliche Pixel der Bildebene geschickt. Diese Sehstrahlen werden rekursiv durch die virtuelle Szene verfolgt, wobei die Gesetze der Strahlenoptik (Reflexion, Brechung, etc.) berücksichtigt werden.

Will man zur obigen Szene einen stereoskopischen Kurzfilm erstellen, muss die Szene von zwei Kamerapositionen aus gerendert werden, einmal für das linke und einmal für das rechte Auge. Die Einstellungen der stereoskopischen Kamera sind dabei etwas komplizierter als gewohnt, weil zusätzlich der Augenabstand und der Fokuspunkt, auf den die beiden virtuellen Objektive fokussieren, berücksichtigt werden müssen. Für diese Einstellungen benützen wir in Anlehnung an Arbeiten von Paul Bourke und Wolfgang Wieser (Vgl. Bourke, 2007 und Wieser, 2004) Makros, welche mit #include eingebunden werden können. Neben den üblichen Kameraeinstellungen verlangen diese Makros die Parameter o_ und f_. Dabei steht o_ für „eye offset“ und bezeichnet den halben Augenabstand, während f_ für den bereits erwähnten Abstand des Fokuspunktes steht.

Mögliche Aufgaben für Schülerinnen und Schüler

1) Zeichnen Sie die DNA

Finden Sie einen optimalen Blickwinkel auf die DNA

2) Zeigen Sie die relevanten Winkel und Strukturen

Visualisieren Sie die Bausteine der Natur mit den typischen Winkeln aus der Literatur

3) Erstellen Sie eine stereoskopische Videosequenz zur DNA

Definieren Sie eine geeignete Bahnkurve für die Kamera und erstellen Sie eine stereoskopische Videosequenz gemäss beiligiegender Anleitung.

Weitere Informationen:
Creating stereoscopic left-right image pairs with POVRay (Wieser, 2004)
Additional cameras, mostly stereoscopic, for PovRay (Bourke, 2007)
Daten zur DNA (englisch) (May, 2000)