SkyDome. Simulador do Céu Nocturno. Ricardo Sousa 1 António Pedrosa 2 Marco Silva de Julho de Centro Multimeios FCUP - DCC

Transcrição

1 SkyDome Simulador do Céu Nocturno Ricardo Sousa 1 António Pedrosa 2 Marco Silva 2 1 Departamento de Ciência de Computadores FCUP - DCC 2 Fundação Navegar de Espinho 12 de Julho de 2007

2 Representação do Céu Nocturno 1 O Céu Representação do Céu Perturbações e outros efeitos 2 Elementos Principais no céu nocturno Estrelas e Planetas 3 Representação de Elementos Secundários Representação das Linhas Constelações e Fronteiras de Constelações Outras Linhas 4 Introdução de efeitos Secundários Aberração, Precessão, Nutação e Reflexão 5 Timeline Timeline 6 Representação do Sol e da Lua Sol e Lua 7 Conclusão e Trabalho Futuro Conclusão e Trabalho Futuro

3 SkyDome 1 O Céu Representação do Céu Perturbações e outros efeitos 2 Elementos Principais no céu nocturno Estrelas e Planetas 3 Representação de Elementos Secundários Representação das Linhas Constelações e Fronteiras de Constelações Outras Linhas 4 Introdução de efeitos Secundários Aberração, Precessão, Nutação e Reflexão 5 Timeline Timeline 6 Representação do Sol e da Lua Sol e Lua 7 Conclusão e Trabalho Futuro Conclusão e Trabalho Futuro

4 O Céu Representação do Céu Todos os objectos visíveis no céu podem ser representados como projecções na esfera celeste; Esfera Celeste - globo fictício de raio indefinido cujo centro radial é o observador. Figura: Esfera Celeste

5 O Céu Representação do Céu Ascensão Recta - termo astronómico para uma de duas coordenadas dum ponto na esfera celeste. Equivalente à longitude terreste, mede o ângulo no sentido Este-Oeste ao longo do equador; Declinação - Equivalente à latitude terreste, medindo o ângulo a Norte e Sul da esfera celeste; Equador Celeste - Um grande círculo na esfera celeste que está no mesmo plano que o equador da Terra; Azimute - A distância angular horizontal a partir duma direcção de referência, usualmente o ponto a norte do horizonte, até ao ponto onde o círculo vertical atravessa um corpo celeste e intersecta o horizonte; Altitude - distância, medida na vertical, desde o nível médio das águas oceânicas até ao lugar em referência.

7 O Céu Perturbações e outros efeitos Aberração - fenómeno astronómico que produz um aparente movimento dos objectos celestes; Precessão - um movimento lento circular do eixo da Terra à volta do polo ecliptico, causado principalmente pela força gravitacional do Sol, Lua e de outros planetas; Nutação - é um movimento muito ténue e irregular no eixo de rotação do objecto. Figura: Nutação e Precessão. A letra R, significa a rotação da Terra, o N é a Nutação e o P é a Precessão

9 Elementos Principais no céu nocturno Estrelas e Planetas Utilização de duas bibliotecas fundamentais: NOVAS que calcula a posição das estrelas e tem em conta efeitos como a aberração, nutação, precessão e refração e a NOVAS e VSOP que calcula a posição dos planetas num referencial ligado ao sistema solar, e em relação ao observador terreste, respectivamente; As estrelas e os planetas são representados por um pixel; As estrelas têm uma determinada temperatura, assim o seu espectro é diferente de estrelas com outras temperaturas; Sabendo isto, cada estrela tem uma componente X,Y e Z no sistema de cores CIE XYZ, e só depois é que se converte para RGB; As estrelas também são diferenciadas por um campo que é a magnitude das mesmas; A magnitude é a intensidade do brilho desse objecto visto da Terra numa escala entre os -26 e 12.

11 Desenho das Linhas Método Utilização do método Liang-Barsky para clipping; Utilização do método Prefiltered antialiased lines using half-plane distance functions para o antialising; Utilizado um método adaptativo que consta em comparar a distância angular entre dois tuplos (RA i,dec i ) e (RA f,dec f ); Se esta distância for maior que uma distância pré-definida, então divide-se essa linha a meio ficando com três tuplos (RA i,dec i ), (RA i1,dec i1 ) e (RA f,dec f ), onde (RA i1,dec i1 ) é o ponto intermédio; Compara-se o primeiro tuplo com o segundo agora gerado e o processo repete-se até que a distância seja menor que a pré-definida; Este método é aplicado em todas as linhas do Skydome.

13 Representação de Elementos Secundários Constelações e Fronteiras de Constelações Utilizado dois catálogos para as constelações e fronteiras de constelações; Catálogos seguindo determinadas regras; regras para o catálogo das constelações: Identificador: se for igual a três, temos uma nova constelação; o que se terá a seguir será um separador seguido de dois digitos, x, seguido de um outro separador e por fim, uma frase com o tamanho definido por x; Se o identificador for 0, significa que é para se mover para a estrela a seguir definida e separada por um separador; Se o identificador for 1, significa que é para desenhar a linha até à estrela a seguir definida, separada por separador; Se o identificador for 2, significa que acabou o desenho da constelação. Utilizador poderá inserir constelações ao seu gosto; para tal terá que usar como identificador o número 5 e seguindo as regras já descritas.

14 Representação de Elementos Secundários Constelações e Fronteiras de Constelações Para o catálogo das fronteiras das constelações, a listagem é sequencial, isto é, é dado a Ascensão Recta seguido da Declinação e a abreviação da fronteira de constelação e assim sucessivamente; O desenho será igualmente sequencial, isto é, desenha-se da (RA,Dec) a (RA 1,Dec 1 ); depois desenha-se de (RA 1,Dec 1 ) a (RA 2,Dec 2 ) e assim sucessivamente;

16 Representação de Elementos Secundários Outras Linhas Meridiano de Lugar - uma recta imaginária que une o pólo norte eclíptico ao pólo sul eclíptico; Equador Celeste - é uma linha onde a declinação é zero e a ascensão recta varia entre 0 e 23h, ou seja 0 o a 360 o, no sistema de coordenadas equatorial; Linha Eclíptica - é o percurso do sol no céu ao longo de um ano. O seu percurso é de latitude eclíptica de 0 o e longitude entre os 0 o e os 360 o, no sistema de coordenadas eclíptico; Círculo de Precessão - durante aproximadamente anos o pólo norte terreste faz um círculo em volta do pólo norte eclíptico. Tal deve-se à precessão.

17 Outras Linhas Circulo de Precessão Não existe fórmula matemática para calcular exactamente a posição do pólo norte terreste durante este espaço de tempo; É feita uma interpolação dos valores adquiridos ao longo da história da astronomia; A NOVAS já calcula isso, mas inevitavelmente temos erros de aproximação; Para minimizar, calcula-se a posição do pólo norte eclíptico anos antes e depois do ano 1900.

19 Introdução de efeitos Secundários Aberração, Precessão, Nutação e Refracção A biblioteca NOVAS permite a activação e desactivação de efeitos como a aberração, nutação e precessão; No efeito de refracção pode-se também activar e desactivar este efeito, e também é permitido ao utilizador alterar a temperatura, altura e pressão atmosférica.

21 Timeline Timeline Permite a manipulação e edição de parâmetros; Pode-se gerar uma sequência de video muito facilmente; Por exemplo, no parâmetro saltos no tempo, é possível fazer um video onde vemos o céu rodar com intervalos de segundos, minutos, horas, dias ou dias siderais; O Adobe After Effects interpola os vários parâmetros activos na timeline ficando este na responsabilidade de saber quando se deve ou não fazer o render; Para o parâmetro saltos no tempo, como a mudança da data depende do intervalo escolhido pelo utilizador e não pela interpolação, utilizou-se um autómato.

23 Representação do Sol e da Lua Sol e Lua Utilização do método Monte Carlo RayTracing; Utilização dum mapa de albedo para a percentagem de reflexão da Lua; Utilização duma função BRDF, que é a função de reflexão para a Lua através do modelo completo de Hapke-Lommel-Seeliger.

25 Conclusão e Trabalho Futuro Conclusão A posição das estrelas ficou correcta ao passo que a dos planetas perde precisão a partir do ano 1900; O desenho das constelações e fronteiras das constelações ficou completa, tendo sido acrescentado a possibilidade de escolher constelações em particular para desenhar; Foi acrescentado a possibilidade de selecionar individualmente as constelações a desenhar; Os efeitos de pertubação ficaram funcionais; A cintilação das estrelas não foi implementada; Introdução de imagens pré-renderizadas da Lua e do Sol para facilitar a edição; A representação da Lua ficou funcional ao passo que os efeitos do nascer e pôr do sol não.

26 Conclusão e Trabalho Futuro Trabalho Futuro Pôr a cintilação de estrelas; Introdução da atmosfera para que também se possam simular eclipses lunares, alvoradas e os pôr de sol; Alterar o filtro mediano por um outro método, como por exemplo, o irradiance caching ou o irradiance filtering; Introduzir o tone mapping a fim de suavizar os contrastes na imagem final, e de não obtermos cenas demasiado ou pouco brilhantes.

27 Bibliografia a consultar Henrik Wann Jensen State of the Art in Monte Carlo Ray Tracing for Realistic Image Synthesis. SIGGRAPH 2001 Course Notes CD-ROM. Robert McNamara and Joel McCormack and Norman P. Jouppi. Prefiltered antialiased lines using half-plane distance functions. ACM Press. Tomas Akenine-Möller, Eric Haines. Real Time Rendering, 2a edição. A.K. Peters Ltd.