Faites vos premiers pas sur Titan grâce à OPTIS!

Comment est ce possible? Découvrez comment OPTIS a créé les premières images physiquement réalistes de Titan!

21 septembre 2017 | Innovation

Titan and Saturn

Les simulations que vous allez découvrir sont des représentations physiquement réalistes de la surface de Titan, avec une géométrie de terrain plausible. La diffusion du ciel, l'éclairage direct du soleil, le spectre de la surface sombre et la réflectance, ainsi que les propriétés de la brume proviennent des données recueillies par la sonde Huygens de la mission Cassini de l'ESA, lors de sa descente et son atterrissage le 14 janvier 2005 *.

 

L'environnement 3D comporte un terrain avec la fonction de réflectance et le spectre des zones sombres de Titan, où Huygens a atterri. Le ciel correspond à la configuration à l'atterrissage de Huygens avec le soleil à environ 34 degrés d'angle polaire. Les données ont été tirées d'une simulation de transfert radiatif: elle est sombre près de l'horizon car aucune donnée n'était disponible en dessous de 89.3 degrés d'angle polaire. Nous avons inclus un modèle 3D de Huygens, avec une fonction de réflectance mesurée et un spectre d'aluminium brut. Nous avons également placé des cailloux au hasard; ils sont rendus à l'aide d'une fonction de réflectance correspondant aux zones lumineuses de la surface, mais toujours avec le spectre de la zone sombre. La brume présente toutes les principales sources d'absorption et de diffusion: le méthane, Rayleigh et bien sûr l'aérosol de Titan, défini avec l'albédo à dispersion unique et les coefficients d'absorption et de diffusion. Dans certaines images, deux spots LED ont été placés pour simuler ce qui serait l'effet de l'éclairage artificiel. Ils ont un diagramme d'intensité presque conique et un spectre à LED de 6500K: chacun a 100W de puissance lumineuse à 45 degrés entre le nadir et l'horizon. La taille de la scène totale est 300m x 300m. La brume peut à peine être vue à ces échelles, la visibilité près de la surface est d'environ 30 km

 

 

Toutes les données sont spectrales. Le ciel et les sources lumineuses varient de 477 à 740nm car le spectromètre visible DISR commence à 477 nm et le photomètre violet n'a pas été inclus dans cette simulation. Le rayonnement dans les longueurs d'onde inférieures à 477 nm est très faible, donc c'est une bonne approximation. Le spectre de surface varie de 400 à 740 nm et tous les effets atmosphériques ont été extrapolés jusqu'à 350 nm pour permettre aux sources de lumière artificielles d'interagir complètement avec lui. Les couleurs dans les images sont calculées à partir des spectres en utilisant les fonctions de correspondance de couleurs CIE 1931 qui reproduisent la réponse de l'oeil humain.

 

Le point le plus lumineux des images est défini à une certaine valeur en candela par mètre carré (cd / m²), la valeur d'adaptation donnée pour chaque image. Cette unité a été choisie en raison de sa relation avec la vision humaine, mais les valeurs de W / m² sont également disponibles dans les résultats de la simulation si l'on s'intéresse. Dans ce cas d'adaptation fixe, le reste des données de luminance dans les images est linéaire en dessous de cette valeur. Dans d'autres cas où il est mentionné, les images ont été traitées avec l'outil de vision humaine OPTIS qui applique un cartographie de luminance non linéaire utilisant la petite plage dynamique d'images à 8 bits d'une manière similaire à ce que l'oeil humain voir, et le contraste de ces images peut être pris comme ce qu'un humain de 30 ans verrait.

 

Avant de commencer avec les simulations réalistes de Titan, et  pour mieux comprendre les niveaux de luminance à la surface de Titan, voici un rendu de la surface éclairée par un ciel terrestre sans nuages, 10 minutes après le coucher du soleil (48 ° N latitude le 27 avril), ce qui rend le soleil à environ 2 degrés sous l'horizon. La lumière des deux projecteurs à LED peut être vue en surface. Le champ de vision vertical est de 90 degrés, ce qui est très large et qui fait que Huygens semble déformé. L'adaptation est de 1000 cd / m². Les points noir et blanc au-dessus de l'horizon sont les points d'émission des projecteurs à DEL, la vue arrière et le revêtement.

 

En gardant les mêmes paramètres de caméra et l'adaptation, voici la même scène avec le ciel de Titan au lieu de la Terre. Le soleil peut être vu dans la partie supérieure du halo comme un pixel blanc, le décalage de la position est dû au fait que la grille des données diffuses du ciel n'est pas bien alignée avec la position du soleil réelle, ce qui signifie également que l'halo devrait être un peu plus brillant que ça. Le soleil peut encore être vu facilement dans l'atmosphère, mais il est trop faible par rapport au ciel pour contribuer à l'illumination de la scène.

 

Pendant la journée, itan est plus sombre que la Terre avant le lever ou après le coucher du soleil. Nous pouvons maintenant revenir à un niveau lumineux où nous pouvons voir avec un meilleur contraste. Le contraste est limité sur Titan en raison de l'illumination très diffuse du ciel, mais avec le soleil et la LED dans le champ de vision, voici ce que le contraste serait pour un humain. Un effet d'éblouissement a été intégré dans le rendu de la vision humaine pour simuler un grand dépassement de la gamme dynamique.

L'image ci-dessous est la ressemblance de la surface de Titan dans les conditions d'atterrissage naturel de Huygens (pas de LED). L'adaptation est de 200 cd / m². Sauf Huygens, la plupart de l'image est inférieure à 42 cd / m²; pour comprendre à quel point il est sombre, considérez que la vision de la lumière du jour commence à environ 10 cd / m² pour l'œil humain. La petite variation de luminosité dans l'image rend la vision humaine rendue inutile.

Une autre scène avec un terrain de 3 km a été réalisée, et cette vue se compare, sur une échelle de luminance linéaire avec une adaptation de 100 cd / m², une simulation incluant les effets atmosphériques (brume) sur la gauche avec la même simulation sans elle sur la droite.

Pour aider le cerveau à faire la balance des blancs, des chaises en plastique pour jardin ont été placées dans les scènes suivantes. Il y a aussi deux projecteurs LED, 200W de puissance lumineuse, 20 mètres au-dessus du sol pointant vers Huygens et les chaises. Nous pouvons voir que les chaises reçoivent la couleur globale de Titan lorsqu'elles ne sont pas éclairées par la LED (première image) et sont presque blanches même lorsqu'elles sont éclairées par elles à partir de 20 mètres (deuxième image). Ces images ont des contrastes de vision humaine.

Enfin, avec le terrain de 3 km, voici un autre coup de feu à grande angle, sans projecteurs à DEL, en mode de contraste de vision humaine, avec un ciel de définition plus élevée. Il y a un léger problème avec le soleil apparaissant plus sombre que l'halo dans cette image de vision humaine, alors qu'il est plus de 100 fois plus lumineux dans les données, mais sinon, il devrait être correct. On peut voir que l'ombre de Huygens apparaît sur le sol.

 

D'autres images, réglages ou mesures peuvent être réalisés sur demande, à l'adresse suivante: info@optis-world.com.

 

* Les données ont été fournies par Lyn Doose et Erich Karkoschka du Laboratoire lunaire et planétaire de l'Université d'Arizona et transformées par Vincent Hourdin de OPTIS, pour utilisation dans les solutions OPTIS, la simulation radiométrique SPEOS.

 

Pour aller plus loin 

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