7.7.1        Atmosfera


Annotazione importante : la funzione atmosfera è sperimentale per POV-Ray 3.0. C'è un'alta probabilità che questa funzione venga cambiata in futuro. Non possiamo garantire che le scene che usano l'atmosfera nella versione 3.0 appariranno identiche nelle versioni future o che rimanga la piena compatibilità con la sintassi attuale.
Le immagini generate al computer normalmente sono ambientate in uno spazio vuoto che non permette il rendering di fenomeni naturali come il fumo, i raggi di luce ecc. Un metodo molto semplice per aggiungere la nebbia alla scena è descritto nel paragrafo "Nebbia". Questo tipo di nebbia non interagisce con alcuna luce. Non mostrerà i raggi luminosi o altri effetti e quindi non è molto realistico.
L'atmosfera supera alcune delle limitazioni della nebbia calcolando le interazioni tra la luce e le particelle presenti nell'atmosfera usando un campionamento sul volume. Quindi fasci di luce diventeranno visibili e gli oggetti proietteranno ombre nel fumo o nella nebbia.
La sintassi per l'atmosfera è :

atmosphere {
type TIPO
distance DISTANZA
[ scattering DISPERSIONE ]
[ eccentricity ECCENTRICITA' ]
[ samples CAMPIONI ]
[ jitter JITTER ]
[ aa_threshold SOGLIA ]
[ aa_level LIVELLO ]
[ colour <COLORE> ]
}

La parola chiave type determina il metodo di dispersione che deve essere usato. Ci sono cinque differenti funzioni di fase che rappresentano i diversi modelli : isotropo, di Rayleigh, di Mie (nebbia) e di Henyey-Greenstein.
La dispersione isotropa è la forma più semplice di dispersione perché è indipendente dalla direzione. La quantità di luce dispersa dalle particelle dell'atmosfera non dipende dall'angolo tra la direzione della vista e la luce incidente.
La dispersione di Rayleigh è un modello di dispersione per particelle molto piccole come le molecole dell'aria. La quantità di luce dispersa dipende dall'angolo di incidenza della luce. E' più grande quando la luce incidente è parallela alla direzione della vista e più piccola quando la luce incidente è perpendicolare. Il modello di Rayleigh usato da POV-Ray non prende in considerazione la dipendenza della dispersione dalla lunghezza d'onda della luce.

Figura 229- La funzione di dispersione di Rayleigh

La dispersione di Mie è usata per particelle abbastanza piccole come le minuscole gocce d'acqua che costituiscono la nebbia, le nuvole e le particelle inquinanti. Questo modello di dispersione è estremamente direzionale ; la quantità di luce dispersa è maggiore quando la luce incidente è rivolta direttamente contro l'osservatore. E' minore quando la luce incidente si allontana dall'osservatore, rimanendo parallela con la sua vista. C'è inoltre differenza tra i modelli che descrivono la foschia e l'atmosfera inquinata. Il modello che descrive questo secondo tipo di atmosfera è molto più direzionale dell'altro.


Figura 230- La funzione di dispersione di Mie per la foschia

Figura 231- La funzione di dispersione di Mie per particelle più grandi (aria inquinata)

La dispersione di Heyney-Greenstein è basata su una funzione analitica e può essere usata per modellare una grande varietà di tipi di dispersioni. La funzione modella un'ellisse con una determinata eccentricità, e. Quest'eccentricità è specificata dalla parola chiave eccentricity che è usata solo per questo tipo di atmosfera (tipo 5). Il valore 0 assegnato all'eccentricità definisce la dispersione isotropa, mentre valori positivi produrranno una dispersione nella direzione della luce e valori negativi produrranno dispersione nella direzione opposta alla luce. Valori molto grandi di e incrementeranno la direzionalità della dispersione.

Figura 232- La funzione di dispersione di Henyey -Greenstein con diversi valori di eccentricità


Il modo più veloce per usare diversi tipi di dispersione sarà quello di dichiarare alcne costanti ed usarle nella definizione dell'atmosfera.

#declare ISOTROPIC_SCATTERING = 1
#declare MIE_HAZY_SCATTERING = 2
#declare MIE_MURKY_SCATTERING = 3
#declare RAYLEIGH_SCATTERING = 4
#declare HENYEY_GREENSTEIN_SCATTERING = 5

la parola chiave distance è usata per determinare la densità delle particelle nell'atmosfera. Questa densità è costante nell'intera atmosfera e il parametro distance funzionerà allo stesso modo visto per la nebbia.
Con la parola chiave scattering è possibile modificare la quantità di luce che è dispersa dall'atmosfera aumentandone o diminuendone la luminosità. Valori più piccoli di dispersione diminuiranno la luminosità mentre valori più alti l'aumenteranno.
La parola chiave color o colour può essere usata per creare atmosfere colorate, cioè può essere usata per creare particelle che filtreranno la luce che le attraversa. Il colore predefinito è nero.
La luce che passa attraverso l'atmosfera (sia proveniente dalle sorgenti luminose, sia dallo sfondo) è filtrata dal colore dell'atmosfera se il colore specificato ha un valore diverso da zero. In altre parole, la quantità di luce che è filtrata dall'atmosfera è data dal valore che è stato assegnato al filtro (nello stesso modo in cui si comporta la nebbia). Usando un colore rgbf <1, 0, 0, 0.25> si otterrà un'atmosfera rossastra perché il 25% della luce che passa attraverso l'atmosfera sarà filtrato dal colore dell'atmosfera, cioè rgb <1, 0, 0> ( rosso).
Il canale di trasmittanza del colore dell'atmosfera è utilizzato per specificare una quantità minima di trasparenza. Se viene usato un valore maggiore di zero sarà sempre possibile vedere una percentuale di sfondo relativa al valore assegnato attraverso l'atmosfera, come per la nebbia.
Poiché l'atmosfera è calcolata tramite un campionamento lungo la visuale dell'osservatore e tenendo conto delle sorgenti luminose, è soggetta ad aliasing (come ogni altra tecnica di campionamento). Ci sono quattro parametri per minimizzare i difetti che si possono verificare : samples, jitter, aa_level e aa_threshold.
La parola chiave samples determina quanti campioni sono calcolati in un intervallo lungo il raggio visivo. La lunghezza dell'intervallo è, o la distanza specificata dal valore del parametro distance o la lunghezza della parte illuminata del raggio che è sempre minore. Questa parte del raggio è la sezione che è più probabilmente colpita dalla luce. Nel caso di uno spot è la parte del raggio che giace nel cono di luce. Negli atri casi, la sua determinazione diventa più difficile. L'unica cosa da ricordare è che la lunghezza dell'intervallo di campionamento è variabile, ma non sarà mai minore dei campioni specificati nella distanza specificata.
Una tecnica per ridurre gli errori dovuti al campionamento è di applicare il jittering ai punti campionati. In altre parole, di aggiungere un'interferenza casuale alla loro posizione. Si può fare questo usando la parola chiave jitter.
Un'altra tecnica è il sovracampionamento (il metodo anti-aliasing) : questo aiuta a eliminare i difetti dovuti al campionamento aggiungendo campioni supplementari dove avvengono cambiamenti di grande entità (ad esempio, ai contorni di un'ombra). L'anti-aliasing viene attivato dalla parola chiave aa_level. Se il valore assegnatole è maggiore di zero verrà usato il sovracampionamento. I campioni aggiuntivi saranno posizionati ricorsivamente tra due campioni che presentano valori molto diversi. Il livello a cui cessa quest'iterazione viene specificato dalla parola chiave aa_level. Un valore di 1 significa una suddivisione (un campione supplementare), 2 significa due suddivisioni (fino a tre campioni supplementari) ecc.
la soglia per la differenza tra due campioni adiacenti è data dalla parola chiave aa_threshold. Se la differenza di intensità è maggiore di questa soglia verrà usato l'anti-aliasing per i due campioni.
Con gli spot si potranno ottenere i migliori risultati poiché il loro cono di luce diventerà visibile. Le luci puntiformi possono essere usate per creare effetti come lampioni nella nebbia. Si può evitare che le luci interagiscano con l'atmosfera aggiungendo il comando atmosphere off alla sorgente luminosa. Le luci che non interagiscono con la scena possono essere usate per aumentare il livello di luce complessivo per rendere il risultato maggiormente realistico.
L'atmosfera non funzionerà se la macchina fotografica si trova all'interno di un oggetto non vuoto, vedi il paragrafo "Oggetti Vuoti e Oggetti Solidi".