Physikalischer Himmel

RedSDK bietet ein physikalisch genaues 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 verwendet werden, um eine große Vielfalt an Bedingungen zu simulieren.

Sonnenaufgang in der Erdatmosphäre vom Weltall aus gesehen unter Verwendung unseres Himmelmodells.

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).

Schematische Ansicht der Atmosphäre in unserem Modell.

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.

Mit drei verschiedenen Trübheitsgraden gerenderter Himmel: 0, 10, 50 (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.