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

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SkyDome

Simulador do Céu Nocturno

Ricardo Sousa¹ António Pedrosa² Marco Silva²

1Departamento de Ciência de Computadores FCUP - DCC

2Fundação Navegar Centro Multimeios de Espinho

12 de Julho de 2007

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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

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1 O Céu

Estrelas e Planetas

Timeline

Sol e Lua

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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

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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.

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Estrelas e Planetas

Timeline

Sol e Lua

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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

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Estrelas e Planetas

Timeline

Sol e Lua

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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.

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Estrelas e Planetas

Timeline

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Desenho das Linhas

Método

Utilização do métodoLiang-Barskyparaclipping;

Utilização do métodoPrefiltered antialiased lines using half-plane distance functionspara oantialising;

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 doSkydome.

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Timeline

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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 umseparadorseguido de dois digitos,x, seguido de um outroseparadore por fim, uma frase com o tamanho definido porx;

Se oidentificadorfor 0, significa que é para se mover para a estrela a seguir definida e separada por umseparador;

Se oidentificadorfor 1, significa que é para desenhar a linha até à estrela a seguir definida, separada porseparador;

Se oidentificadorfor 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.

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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(RA₁,Dec₁); depois desenha-se de

(RA₁,Dec₁)a(RA₂,Dec₂)e assim sucessivamente;

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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^oa 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 0ôe longitude entre os 0ôe os 360ô, no sistema de coordenadas eclíptico;

Círculo de Precessão - durante aproximadamente 23.000 anos o pólo norte terreste faz um círculo em volta do pólo norte eclíptico. Tal deve-se à precessão.

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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 13.000 anos antes e depois do ano 1900.

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Timeline

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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.

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Estrelas e Planetas

Timeline

Sol e Lua

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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;

OAdobe After Effectsinterpola os vários parâmetros activos natimelineficando este na responsabilidade de saber quando se deve ou não fazer orender;

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.

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Estrelas e Planetas

Timeline

Sol e Lua

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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.

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Estrelas e Planetas

Timeline

Sol e Lua

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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.

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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, oirradiance cachingou oirradiance filtering;

Introduzir otone mappinga fim de suavizar os contrastes na imagem final, e de não obtermos cenas demasiado ou pouco brilhantes.

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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.