Modelado y simulación del transporte de la luz en la atmósfera

Gavín Murillo, Pedro Andrés
Jarabo Torrijos, Adrián (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2020
Departamento de Informática e Ingeniería de Sistemas, Área de Lenguajes y Sistemas Informáticos

Graduado en Ingeniería Informática

Resumen: La apariencia de la atmósfera está definida por las interacciones entre la luz y los gases que forman parte de esta. Estas interacciones son complejas, y están determinadas por las propiedades ópticas de dichos gases. Modelar correctamente la atmósfera y su interacción con la luz es un tema muy importante en gráficos por computador, y en otros ámbitos relacionados que tratan de resolver problemas inversos, incluyendo visión por computador basada en física, remote sensing, ciencias atmósféricas, o astrofísica. El objetivo de este proyecto es desarrollar un modelo físico del transporte de la luz en el medio atmosférico terrestre para el software de simulación de transporte de luz Mitsuba 2. Este software presenta un conjunto de características que lo hacen muy adecuado para su uso en problemas inversos de transporte de luz en medios atmosféricos, incluyendo diferenciación automática para su uso en problemas de optimización, soporte hiperespectral y de polarización de la luz, o implementación eficiente, vectorizada y adaptada a hardware gráfico.
A partir de trabajos científicos y mediciones experimentales de la atmósfera terrestre se ha desarrollado un modelo atmosférico parametrizable, en función de la posición del observador (tanto dentro como fuera de la atmósfera), de la turbicidad de la atmósfera, de la fecha y del paisaje bioclimático (bioma). El modelo desarrollado incluye fenómenos complejos de interacción luz-materia, como la absorción debida a la capa de ozono, o la dispersión en base a moléculas o aerosoles, modelados de forma rigurosa desde las Ecuaciones de Maxwell.
Finalmente, se demuestra el modelo desarrollado mostrando las variaciones en la apariencia de la atmósfera dependiendo de los parámetros introducidos. Este proyecto es un primer paso para el desarrollo de modelos atmosféricos generales, capaces de predecir de forma precisa y sin simplificaciones arbitrarias el transporte de luz en la atmósfera para su uso en problemas inversos.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Grado