RedSDK bietet ein physisch physikalisch genaues Witterungsmodell Himmelmodell inklusive:
- Tag-/Nacht-Simulation
- Vollständiges atmosphärisches Modell
- Genaue Position und Beleuchtung von Sonne und Mond
- Sterne
Dieses Modell wird unter Verwendung realer atmosphärischer und optischer Modelle und Daten dynamisch berechnet. Aus diesem Grund ist es vollständig parametrisch und kann dazu verwendet werden, um eine große Vielfalt an Witterungsbedingungen Bedingungen zu simulieren.
Sonnenaufgang in der Erdatmosphäre vom Weltall aus gesehen unter Verwendung unseres WitterungsmodellsHimmelmodells.
Modellbeschreibung
Die atmosphärische Struktur in unserem Modell lässt sich hauptsächlich durch zwei grundlegende Komponenten beschreiben: Luftmoleküle und Partikel (Aerosole). Luftmoleküle befinden sich überall und sind für die Blauverschiebung der Himmelsfarbe verantwortlich. Aerosole konzentrieren sich hauptsächlich am Boden und sind für die Diesigkeit des Himmels verantwortlich (Nebelmenge).
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Die Anzahl der Luftmoleküle bleibt konstant mit einem real gemessenen Wert, jedoch hat der Anwender volle Kontrolle über die Anzahl der Aerosole und wie sie mit dem von der Sonne einfallenden Licht interagieren. Die Anzahl der in der Atmosphäre vorhandenen Aerosole wird durch den Wert des Trübheitsgrads gesteuert. In RedSDK kann der Trübheitsgrad zwischen 0 bis 100 variieren, wobei 0 für einen perfekten blauen Himmel und 100 für einen dichten, nebligen Himmel steht.
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Sun and sky produce images where intensities can be far above the displayable range of intensities. The use of a tone mapping operator is absolutely necessary to correctly display such images |
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Hinweis: Sonne und Himmel erzeugen Bilder, deren Intensität weit über das anzeigbare Intensitätsspektrum liegen kann. Die Verwendung des Bedienfelds für die Farbtonzuordnung ist absolut notwendig, um solche Bilder korrekt darzustellen. |
Mit drei verschiedenen Trübheitsgraden gerenderter Himmel: 0, 10, 50 . Note how the amount of particles influences the appearance of the solar disc and the overall colour of the sky.
Depending on the kind of aerosols present in the atmosphere, the light going through them can be either mainly absorbed or scattered. In the previous figure, aerosols were mainly scattering the incoming sun light towards the observer. You can define the amount if incoming sun light which is scattered by the aerosols (the remaining part is absorbed): it's called aerosols albedo. 1 means 100% of incoming light is scattered (reflected) and 0 means fully opaque aerosols (100% of incoming light is absorbed).
The same sky rendered with constant turbidity and three aerosols albedo values: from left to right, 0, 0.5, 0.8. Lower albedo values tend to produce a darker sky (due to more light absorption).
Finally, the asymmetry factor determines how much of the light scattered by the aerosols is scattered toward or backward the observer.
The same sky rendered with constant turbidity and three asymmetry factor values: from left to right, -1.0 (backward scattering), 0.0 (isotropic scattering), 1.0 (forward scattering).
The albedo of the earth can also be taken into account. It describes the amount of solar energy reaching the ground which is reflected back to the atmosphere and varies a lot with the constituents of the ground (sand, rock, snow, water...). The effect of the earth albedo is more prominent when the sun is at its zenith.
Renderings of a clear sky with, from left to right, earth's albedo set to 0% (no reflection) to 100% (full reflection).
As our sky model relies on real equations and is fully dynamic, effects of the setting or rising sun are logically reproduced just by changing the position of the sun.
Rising sun as seen from the ground level(von links nach rechts). Beachten Sie, wie die Anzahl der Partikel die Darstellung der Sonnenscheibe und die Gesamtfarbe des Himmels beeinflusst.
Abhängig von der Art der in der Atmosphäre vorhandenen Aerosole kann das durch sie durchscheinende Licht entweder vorwiegend absorbiert oder gestreut werden. In der vorhergehenden Abbildung haben die Aerosole das in Richtung Beobachter einfallende Sonnenlicht vorwiegend gestreut. Die Menge des durch Aerosole gestreuten einfallenden Sonnenlichts lässt sich definieren (die restliche Menge wird absorbiert). Dies nennt sich Aerosol-Albedo. 1 bedeutet, dass 100% des einfallenden Lichts gestreut (reflektiert) wird und 0 steht für vollkommen undurchsichtige Aerosole (100% des einfallenden Lichts wird absorbiert).
Mit konstantem Trübheitsgrad und drei verschiedenen Aerosol-Albedo-Werten gerenderter Himmel: 0, 0,5, 0,8 (von links nach rechts). Niedrigere Albedowerte erzeugen i.d.R. einen dunkleren Himmel (aufgrund höherer Lichtabsorption).
Zuletzt sorgt der Asymmetriefaktor dafür, welche durch Aerosole gestreute Lichtmenge in Richtung Beobachter (oder vom Beobachter weg) gestreut wird.
Mit konstantem Trübheitsgrad und drei verschiedenen Asymmetriefaktorwerten gerenderter Himmel, von links nach rechts: -1,0 (Streuung nach hinten), 0,0 (isotrope Streuung), 1,0 (Streuung nach vorne).
Außerdem kann der Erdalbedo berücksichtigt werden. Er beschreibt die Menge der den Boden erreichenden Solarenergie, die zur Atmosphäre zurück reflektiert wird. Diese hängt stark von der Bodenbeschaffenheit ab (Sand, Stein, Schnee, Wasser, etc.). Der Erdalbedoeffekt spielt eine stärkere Rolle, wenn die Sonne am Zenit steht.
Gerenderte Darstellungen eines klaren Himmels, von links nach rechts: Erdalbedo von 0% (keine Reflektion) bis 100% (volle Reflektion).
Da unser Himmelmodell auf realen Gleichungen beruht und voll dynamisch ist, werden Sonnenauf- oder untergangseffekte logisch nachvollzogen, indem der Sonnenstand entsprechend verändert wird.
Aufgehende Sonne von Bodenhöhe betrachtet.