Цвет неба на других планетах (дискуссия к теме наука-фантастике, факты)

[nabbla]

Это все в злополучной системе CIE1931. История такова. Начали когда-то с системы RGB, устроили эксперименты, когда "подопытным" на одну половинку экрана проецировали чистый монохроматический луч какой-то длины волны, а на вторую - смесь красного, зеленого и синего в разных пропорциях, а их меняли, пока "подопытный" не скажет, что цвета совпадают. Это указывало бы, как представить данный цвет в координатах RGB.
 
Но как я уже писал, для некоторых длин волн один или два компонента пришлось брать со знаком "минус", то есть проецировать их В СУММЕ с монохроматическим лучом, чтобы эта смесь стала такого же цвета, что оставшиеся компоненты на другой половинке экрана.
 
Потому решили ввести новую цветовую систему, в которой не было бы совсем отрицательных значений, а одна из компонент совпадала со значением яркости, т.к это удобно. Вот и ввели XYZ. Y здесь - яркость. Это правда удобно - у меня по ней экспозиция настраивается.
 
А когда надо изобразить только цвет, без яркости, достаточно только 2 компонент и поступают так: делят каждую на (X+Y+Z), получаются новые "нормированные" значения x,y,z, x+y+z=1. А раз так, мы из x и y всегда можем посчитать z=1-x-y, а значит можно его выкинуть.
 
Такое задание цвета с помощью двух чисел x,y очень популярно например в документации на светодиоды - я с ней немало повозился, когда делал светодиодное освещение на КОНе.
 
Каким цветам они отвечают - сложно сказать, проще показать. Я эту картинку приводил уже, но не особенно акцентировал, что там по осям отложено. Так вот по осям там те самые x,y: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b0/CIExy1931.png

[Татьяна Леус]

А, понятно.
 
Значит, я тут пыталась понять, почему оно так странно работает. Когда я посмотрела на картинку, у меня возникла мысль. Делюсь (если что - не стреляйте в дилетанта )
 
Так вот.
Для начала я отметила на рисунке приблизительное положение нашего Солнца и неба (рисунок 1). Дабы не путаться, от солнца отходят такие смешные пушистые лучики. Вспомнив операцию деления в "костылях" (сейчас, по размышленьи, так сказать, зрелом и отметив Солнце на графике, я догадываюсь, что о,317 и 0,326 были как раз координатами Солнца), я предположила, что в результате этой операции программа производит обыкновенный параллельный перенос, вот как на рисунке 2. В таком случае, становится вполне объяснимым, почему при красно-оранжевом солнце у нас вылазит сиреневое небо.
Однако есть у меня основания думать, что такой параллельный перенос тут не катит. Потому что истинная ось координат (которая по цветам, по длине волны) у нас кривая. Тогда я подумала, что неплохо бы поискать, где же здесь ось симметрии. Я предположила, что она находится там, где самое белое пятно (рисунок 3). Тогда я соответственно через неё прочертила вот такую страшную конструкцию, призванную помочь в правильном параллельном переносе. поскольку имеем мы, судя по всему, не плоскость, а некое искривлённое пространство (рисунок 4). Здесь жирная линия, проходящая через ось симметрии - соответственный параллельный перенос истинной линии координат, той, которая отражает длину волны. Тонкие линии - вспомогательные. Тогда, если проводить параллельный перенос с учётом этой схемы, то должно получаться примерно следующее: рисунок 5.
 
Вот, собственно, такая у меня мысль.

[nabbla]

Прошу прощения, долго не отвечал. Информативно ответить не смогу еще пару недель - кандидатский по английскому будет в эту субботу, а дела на работе никто не отменял. Наоборот, обнаружился серьезный изъян, который срочно надо исправить, а кроме меня, этим заняться попросту некому.
 
В целом, размышления верные. Операция действительно похожа на параллельный перенос, хотя еще вернее его представить так: плоскость "хватается" за две точки, начало координат и цвет Солнца, и растягивается так, чтобы цвет солнца переместился на новое место. Перемещения получаются не столь капитальные, как если бы это был параллельный перенос, но направление примерно то же.
 
Ну а дальше я затрудняюсь ответить. Дело в том, что форма этой картины да и вообще тот факт, что все цвета уместились на плоскости, не имеет какого-то физического смысла, это все обусловлено устройством нашего глаза. Тем, что в нем 3 типа колбочек, а их спектральные чувствительности именно такие, какие они есть.
 
На этом графике любят чертить 2 "физические" кривые. Первая из них - кривая монохроматических цветов, она идет вокруг, ровно в нее "завернуты" все остальные цвета. Это и понятно, ведь чтобы смешать два цвета в какой-то пропорции, надо между точками на графике, отвечающими за эти 2 цвета провести отрезок и на нем отложить точку как раз по этой пропорции. Если смешать поровну, то взять середину отрезка, например. Вот и получается, что любые цвета располагаются в области, ограниченной кривой спектральных цветов (и еще отрезоком пурпурных цветов внизу)
 
Вторая кривая - Планковская, т.е кривая излучения абсолютно черных тел. Она выходит из красного цвета (угол 700 нм), идет через оранжевый, желтый, белый к голубоватому, там она и остается.
 
Больше физики здесь нет. Сомневаюсь, что процессы в атмосфере соответствуют какому-либо простому преобразованию на этом графике. Надо делать модель атмосферы, а для начала хотя бы с моделью из xenosky 0.03 поиграться. Но увы, не сейчас - работать надо. Чтобы я мог сказать хотя бы как техник из NASA: по моей вине проблем не будет!

[Татьяна Леус]

В целом, размышления верные. Операция действительно похожа на параллельный перенос, хотя еще вернее его представить так: плоскость "хватается" за две точки, начало координат и цвет Солнца, и растягивается так, чтобы цвет солнца переместился на новое место. Перемещения получаются не столь капитальные, как если бы это был параллельный перенос, но направление примерно то же.

Мне не совсем понятно, что значит "растягивается график". Вы не могли бы это нарисовать?

На этом графике любят чертить 2 "физические" кривые

Я правильно понимаю, что они здесь не изображены? Можно их увидеть?
И кстати, вы знаете координаты белого цвета?

Сомневаюсь, что процессы в атмосфере соответствуют какому-либо простому преобразованию на этом графике.

Думаю, вы правы. Однако, как я понимаю, за неимением лучшего, в последней версии программы пересчёт проводился именно вот этим параллельным растягиванием? Хотелось понять, почему оно даёт такой результат.
 
А почему вообще координатная прямая (я имею в виду линию от 380 до 700 нм) имеет такой кривой вид? И каким координатам на этой прямой соответствует пурпурное основание этой фигуры?
Вообще действительно, где расположены пурпурные цвета на спектрограмме? Это и не красный, и не фиолетовый, а непонятно какой. На какая-то длина волны у него же есть? Или у него она не одна?..

Прошу прощения, долго не отвечал. Информативно ответить не смогу еще пару недель - кандидатский по английскому будет в эту субботу, а дела на работе никто не отменял. Наоборот, обнаружился серьезный изъян, который срочно надо исправить, а кроме меня, этим заняться попросту некому.

Мы ждём! Удачного экзамена! Сама сдавалась не так давно, понимаю.

[nabbla]

Мне не совсем понятно, что значит "растягивается график". Вы не могли бы это нарисовать?

На рисунке я попытался показать, что значит растяжение. Может, лучше было сказать, что растягивается система координат. Т.е модель земной атмосферы выдает нам цвета в координатах x-y. А когда мы решаем поставить другую звезду, мы так растягиваем сетку координат, чтобы цвет Солнца (заданный в x-y) теперь попал бы на цвет новой звезды. На первом рисунке показано, каким цветам соотв. две координаты (небо и Солнце) перед преобразованием, на втором - после.

Я правильно понимаю, что они здесь не изображены? Можно их увидеть?

И кстати, вы знаете координаты белого цвета?

Одна кривая - кривая спектра - здесь разумеется изображена. Это и есть дуга, опоясывающая все возможные цвета. Вторая, Планковская (ну и первая тоже) изображена на третьем рисунке.
 
Белый цвет - понятие размытое. Бывает теплый белый, холодный белый, нейтральный белый. Часто белым называют излучение абсолютно черного тела после какой-то температуры. Тогда разные белые как раз и идут по планковской кривой. В CIE1931 белый ввели так: это цвет совершенно плоского спектра, где на каждой длине волны излучается одна и та же энергия. Такой белый имеет координаты (1/3, 1/3). Надо сказать, что такой белый расположен совсем близко с цветом Солнца.

А почему вообще координатная прямая (я имею в виду линию от 380 до 700 нм) имеет такой кривой вид? И каким координатам на этой прямой соответствует пурпурное основание этой фигуры?

Вообще действительно, где расположены пурпурные цвета на спектрограмме? Это и не красный, и не фиолетовый, а непонятно какой. На какая-то длина волны у него же есть? Или у него она не одна?..

Это не координатная прямая, координаты здесь обычные декартовы, одна ось - направо, вторая - вверх. Это кривая цветов спектра. Она не замкнута, т.е нижний отрезок, соединяющий красный с фиолетовым - не соответствует ни одному монохроматическому излучению. Только сумме двух в разных пропорциях. Все потому, что если условно назвать разные колбочки глаза "красными", "зелеными" и "синими", то на длинные волны сильно реагируют красные колбочки, и немного зеленые, почти не реагируют синие. Это начало спектра, красный-оранжевый-желтый.
 
На средних волнах преимущественно реагируют зеленые колбочки, немного - красные и немного синие.
 
На короткие реагируют преимущественно синие колбочки, немного зеленые и совсем мало - красные.
 
Но нет такого спектрального цвета, чтобы на него сильно отреагировали красные с синими, НО НЕ зеленые!
 
Зато, если просто смешать красный с фиолетовым, получится как раз оно - пурпурные цвета. Нижний отрезок.
 
Фактически, все возможные цвета - это выпуклая оболочка от кривой спектра. Т.е мы берем две произвольные точки на кривой спектра и соединяем их отрезком, потом еще две произвольные точки (в т.ч те, что на отрезке) - и снова соединяем отрезком. И в конце концов мы получим все возможные цвета, эту самую выпуклую фигуру. Это и понятно - ведь если смешать два цвета в определенной пропорции, результирующий цвет будет как раз лежать на отрезке между ними. При условии, что нельзя вычесть цвет, т.е взять с отрицательным коэффициентом. Но ведь мы в природе и не наблюдаем такого. Есть источники света, но нет источников тьмы!
 
Поэтому в любом случае все цвета должны образовывать выпуклую фигуру. Ее точная форма определяется чувствительностью колбочек глаза.

Мы ждём! Удачного экзамена!

Спасибо! Усе, разделался с ин. язом, осталось еще философию добить - и будет совсем хорошо.

[Татьяна Леус]

На рисунке я попытался показать, что значит растяжение. Может, лучше было сказать, что растягивается система координат. Т.е модель земной атмосферы выдает нам цвета в координатах x-y. А когда мы решаем поставить другую звезду, мы так растягиваем сетку координат, чтобы цвет Солнца (заданный в x-y) теперь попал бы на цвет новой звезды. На первом рисунке показано, каким цветам соотв. две координаты (небо и Солнце) перед преобразованием, на втором - после.

Понятно. А почему используется именно этот способ, а не, скажем, тот же параллельный перенос?

Белый цвет - понятие размытое. Бывает теплый белый, холодный белый, нейтральный белый.

Вот я бы как художник сейчас поспорила, но подозреваю, что тогда прибегут другие художники и побьют меня тапками.

Это не координатная прямая, координаты здесь обычные декартовы, одна ось - направо, вторая - вверх. Это кривая цветов спектра. Она не замкнута, т.е нижний отрезок, соединяющий красный с фиолетовым - не соответствует ни одному монохроматическому излучению

Я воспринимаю эту фигуру как трёхмерную фигуру, спроецированную на плоскость (что-то вроде полусферы). Это ошибка? Вообще, почему она расположена на координатах иненно в таком положении, а не. скажем, вверхтормахками? Это условность или такое расположение было каким-то образом вычислено?

[nabbla]

Что-то давно я ничего не писал - у нас аврал страшный, вот-вот должны отдать самарцам (ЦСКБ Прогресс) систему лазерной связи с кодовым именем "Ягуар", все на ушах, и меня тоже на уши поставили.
 
 
Падающая Звезда, а вы будете на КОНе? Я собирался прочитать там семинар как раз про цвет неба и связанные с этим вопросы, надеюсь, что получится изложить все более-менее последовательно.

[Татьяна Леус]

Что-то давно я ничего не писал - у нас аврал страшный, вот-вот должны отдать самарцам (ЦСКБ Прогресс) систему лазерной связи с кодовым именем "Ягуар", все на ушах, и меня тоже на уши поставили.

Понятно. Мы терпеливо ждём.

Падающая Звезда, а вы будете на КОНе? Я собирался прочитать там семинар как раз про цвет неба и связанные с этим вопросы, надеюсь, что получится изложить все более-менее последовательно.

Увы! Я бы очень хотела послушать лекцию, но на КОН не попаду ни при каком раскладе. Может быть, будет текстовая или видео-запись?

[nabbla]

Ну, я точно подготовлю презентацию и напишу текст доклада хотя бы для себя. Могу его потом где-нибудь выложить. А насчет видеозаписи не знаю - в прошлый раз я читал семинар про транспортатор и похоже, никто не записал, а если и записал, то не выложил.

[Татьяна Леус]

Я с удовольствием ознакомлюсь со всем, чем поделитесь.

[nabbla]

Я тут недавно завел блог, не знаю, сколько продержусь, вот он: http://nabbla1.livejournal.com/
 
Все надеюсь как-то раскочегариться с написанием статей - пока мне это так тяжело дается, с неохотой. Может, если буду для начала идеи формулировать в блоге - станет проще? Скоро проверю...

[Татьяна Леус]

А-а-а!.. Я поняла, почему солнце рисуют с лучиками! Мы его так видим (согласно модели на картинке)!

[Татьяна Леус]

Картинка по цветам неба при релеевском рассеянии

Статья: http://epod.usra.edu/blog/2009/02/sky-colors-for-exoearths.html
 
Собственно, похоже, это соответствует первым версиям программы nabbla.

[nabbla]

Это здорово, значит, в первой версии действительно что-то есть Спасибо за картинку!
 
На прошлой неделе я начал делать новую версию xenosky, учусь на ней объектно-ориентированному программированию Переписываю начисто все классы, чтобы, во-первых, всю совокупность данных (небесные тела и их спектры, атмосфера и ее состав, облака, наблюдатель) можно было сохранить в файл и загрузить из файла, а во-вторых, чтобы можно было легко вносить изменения, делать на выбор разные модели, не рискуя утонуть в коде и обрушить программу под собственным весом. Это необходимо, чтобы можно было двигаться дальше.
 
Сейчас, к сожалению, заболел, сижу дома с температурой, голова раскалывается, за весь день не написал ни строчки. Поэтому боюсь, придется подождать еще некоторое время...

[Татьяна Леус]

О, это очень интересно! Мы ждём! Выздоравливайте!

[nabbla]

Уф, как давно меня здесь не было Работой завалило, поэтому на то, чтобы целенаправленно продолжать xenosky - выкроить время пока не удается, зато иногда по работе нужны вещи, которые я делаю в более общем виде, что позволит их довольно легко потом включить. А именно - у меня теперь есть классная, очень точная модель рефракции и дисперсии лучей в атмосфере. Думаю, с ее помощью удастся получить очень много разных закатов - и большое багровое солнце с немного неровными краями, чуть-чуть сплюснутое, и даже зеленый луч.
 
И еще хорошая новость - научился так делать программы, чтобы в них работала операция undo на произвольное число шагов, а также была "история изменений". Пока испробовал это на ImageGraph2Txt: http://juraff.ru/wp-content/uploads/2012/10/ImageGraph2txt_v_0_1.zip
 
Там дизайн пока не очень - я все, что касается undo просто вынес в отдельную вкладку. И не все действия в этот список попадают. Загрузка и обрезание картинок пока обособленно. Зато все остальное - разметку осей, задание координат, расстановка точек - все это можно отменять, и вообще выполнять в любом порядке.
 
Я потому с xenosky долго тормозил - хотел, чтобы в ней undo уже сидела как влитая, чтобы потом не переделывать вообще все!
 
Xenosky у меня тоже есть некая предварительная версия, где я решил сделать, чтобы вообще все небесные тела, и параметры атмосферы, облаков, наблюдателя и пр. можно было сохранять в файл и загружать из файла. Вот она: http://juraff.ru/wp-content/uploads/2012/10/xenoskytest.zip
 
Она чем хороша - исходный "сюжет" теперь не вшит намертво в программный код, а подгружается при запуске из default_data.txt. Его можно открыть, там даже кое-что проглядывает. В принципе, можно будет доделать впоследствие, чтобы он сохранял более разборчиво, вполне удобоваримо для человека. Но он сейчас очень ленивый - хочет сохранять документ только если видит в нем изменения, а вот что считать изменением - я ему не сообщил. Именно тут органически вписывался механизм undo-redo, который только сейчас начинаю понимать, как работает
 
Так что придется еще немножко подождать)

[Татьяна Леус]

nabbla, это реально сильно! Я посмотрела, сколько там файлов данных и впечатлилась. Как я понимаю, пока что они не работают?
Возможно, вы знаете, но на всякий случай обращаю ваше внимание, что программа периодически ругается на некоторые команды: иногда ругается на изменение угла места и на иконку открытия нового файла.
Да, вот ещё хотела спросить. Ведь при изменении звёздной величины должна меняться освещённость, так? А она не меняется.

А именно - у меня теперь есть классная, очень точная модель рефракции и дисперсии лучей в атмосфере. Думаю, с ее помощью удастся получить очень много разных закатов - и большое багровое солнце с немного неровными краями, чуть-чуть сплюснутое, и даже зеленый луч.

А зелёный луч - это для чего? От зелёного солнца? Или что другое? А инопланетное небо по ней же будет считаться?

 

Так что придется еще немножко подождать)

Ждём

[nabbla]

Знаю, что ругается, если попытаться открыть не сохраненный сюжет, а какой-то другой текстовый файл, например, спектр. Тогда пишет "object expected at line 1", что-то такое. Что меня неприятно сейчас удивило - после одной такой ошибки он больше ничего не может правильно открыть, надо перезапустить. Это я понимаю, в чем дело, впопыхах не сделал еще корректной обработки ошибок (если по ходу дела ошибка возникла, чтобы он "прибрал за собой", как будто бы ничего не было). Сделаю.
 
Насчет угла места не знаю, может, он на точку ругается вместо запятой, или на запятую вместо точки? Или что он говорит, и в какой момент?
 
Звездная величина мало что меняет, потому что сейчас сделана самая простая модель экспозиции - по средней или максимальной яркости. Если источник света ровно один, то изменив его яркость, мы пропорционально изменим яркость всего изображения - в ответ откорректируется экспозиция, так что все останется так же. Вот если небесных тел несколько - тогда их относительная яркость должна меняться по правильному закону.
 
Правильнее наверно было бы ввести некую минимальную яркость, после которой действительно все темнеет - ведь любой оптический прибор не может дать сколь угодно большой выдержки, да и шумов никто не отменял. Подумаю на эту тему.
 
добавлено через 6 минут
Может, имеет смысл придумать какое-то свое расширение для сохраненных файлов, например .xdf (xenosky data file), чтобы одни с другими не путать. Хотя может просто все сюжеты сохранять в отдельную папочку. Чем txt хорош - его не страшно открывать блокнотом. А у меня заранее была цель, чтобы все файлы были сколько-нибудь осмысленны, использовали только ASCII - символы, а не все подряд.

[Татьяна Леус]

Насчет угла места не знаю, может, он на точку ругается вместо запятой, или на запятую вместо точки? Или что он говорит, и в какой момент?

Нет, там точек точно не было. Я там 10 на 20 заменить пыталась, а он написал что-то заумное с прямыми и косыми палочками. Ещё были ошибки в виде каких-то номеров, всё время разных.

 

Может, имеет смысл придумать какое-то свое расширение для сохраненных файлов, например .xdf

Определённо, это было бы красиво

[nabbla]

А в какой момент он ругается, при нажатии "нарисовать"? Было бы интересно скриншот сделать такой ошибки, может тогда прояснится. Впрочем, думаю, это преждевременно - еще сто раз все будет перекраиваться. В любом случае, спасибо за бета-тест! Меня программа боится и ведет себя прилично Или, это я ее боюсь и хожу в ней проторенными тропами))

[Татьяна Леус]

А в какой момент он ругается, при нажатии "нарисовать"?

Ага.

Было бы интересно скриншот сделать такой ошибки, может тогда прояснится.

Если такое снова будет, сделаем.

Меня программа боится и ведет себя прилично

[Даша]

Падающая Звезда, зеленый луч - это такое оптическое явление из-за дисперсии лучей в атмосфере. Насколько я понимаю (если что, пусть nabbla меня поправит), когда от Солнца остается виден один самый краешек, то лучи, от него идущие, раскладываются в спектр, как от призмы, чем меньше длина волны, тем сильнее преломляется. Поэтому все присутствующие в этом последнем луче цвета видны не одновременно, а как бы по очереди: сначала красный, потом оранжевый, желтый, зеленый, дальше по идее должны быть синий и фиолетовый, но они очень сильно рассеиваются (как всегда на закате). Поэтому последним мы видим зеленый, тем более что к нему чувствительность глаза больше.
 
Мне ни разу не приходилось наблюдать это явление, но гугл говорит, что выглядит как-то так:

[Татьяна Леус]

Ух ты. Любопытно. Спасибо.

[nabbla]

С наступающим новым годом всех участников симпозиума, до встречи 5-го в Москве!
 

 
Как всегда, ничего не успеваю, давно не занимался xenosky, пока вместо этого мучаю ImgGraph2Txt, учусь на ней писать серьезный софт. Хотел сегодня выложить хорошую, очень стабильную версию с кучей наворотов, но, похоже уже не успею.

[nabbla]

Вот еще вдогонку модель образования снежинок:

Подробности на http://nabbla1.livejournal.com/17449.html