Fraunhofer-Gesellschaft

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Modifiziertes Nishita-Modell zur Visualisierung des Himmels

 
: Schley, S.
: Trembilski, A.

Darmstadt, 2002, 119 pp.
Darmstadt, TU, Dipl.-Arb., 2002
German
Thesis
Fraunhofer IGD ()
3D graphics; realistic presentation; radiosity; scientific visualization; earth and atmospheric science

Abstract
Zur realistischen Darstellung von Wettervisualisierungen mit Wolken, oder allgemein von Außenszenen und zur Veranschaulichung der natürlichen Lichtverhältnisse in Innenräumen mit großen Fensterfronten ist eine wirklichkeitsgetreue Berechnung des tatsächlich vorhandenen Tageslichtes unverzichtbar. Dazu können Tagslichtmodelle, die aus Lichtmessungen Näherungsformeln ableiten oder Himmelsmodelle, die die Physik der Atmosphäre berücksichtigen, verwendet werden. In der vorliegenden Arbeit wird auf das Himmelsmodell von Nishita zurückgegriffen und in der Variante der Einfach-Streuung vorgestellt. Die Erde und die Atmosphäre werden als Kugeln um einen gemeinsamen Mittelpunkt modelliert. Unter Verwendung der Effekte der Rayleigh- und der Mie-Streuung wird die Strahldichte des Himmels ermittelt. Wesentlicher Inhalt der Arbeit ist die Integration von Wetterdaten in Form von Druck, Temperatur und spezifischer Feuchte in das Modell von Nishita. Die daraus berechneten Dichten für Luft und Wasserdampf ersetzten die im ursprünglichen Modell vorgesehenen exponentiellen Ansätze. Dient der Himmel als Beleuchtung für Außenszenen im Kontext einer Radiosity-Simulation, ist es von Vorteil die Anzahl der Lichtquellen zu minimieren. Dazu wird ein adaptives Unterteilungsschema vorgeschlagen, das im Bereich mit starken Helligkeitsunterschieden die Himmelskuppel feiner unterteilt, als in Bereichen, in denen eine relativ gleichförmige Helligkeitsverteilung vorherrscht. Zum Schluß der Arbeit werden anhand einiger ausgewählter Beispiele Simulationen von Himmelskuppeln zu unterschiedlichen Tageszeiten präsentiert.

 

For realistic representation of weather simulations with clouds or in general of outdoor scenes, and to demonstrate the natural light conditions in rooms with large windows, it is essential to compute the present daylight as real as possible. For that purpose one can use daylight models, which derive approximation formulas from light measurements or sky models, which take into account the physics of the atmosphere. In the present thesis the Nishita sky model is applied in the single scattering version. Earth and atmosphere are regarded as two spheres with a common centerpoint. Under consideration of the effects due to Rayleigh and Mie scattering the radiance of the sky dome is calculated. An important goal of this thesis is the integration of weather data in form of pressure, temperature and specific humidity into the model of Nishita. The densities for air and water vapor are computed from this data and replace the provided exponential approaches from the original model. If the sky is used as an illumination for outdoor scenes in the context of a radiosity simulation, it is advantageous to reduce the numbers of light sources. To implement this feature an adaptive sub-division scheme is proposed, which divides regions of the sky dome with a large luminance gradient finer, than other regions in which uniformly distributed luminance predominates. Finally the thesis presents on the basis of some selected examples the simulation of the sky dome at different times of day.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-15984.html