Tutorial - Terrestrische Planeten - Teil 2

In Teil 1 haben wir das planetare Objekt erzeugt und mehrere Nickligkeiten überstanden.

In Teil 2 geht es um Verbesserungsmöglichkeiten, die Endresultate, ein bisschen Spielerei, wo man die erforderlichen hochauflösenden Karten bekommt, und eine Alternative zu der ganzen Arbeit.

Anders als in Teil 1 wurden die meisten der gerenderten Bilder mit GIMP scharfgezeichnet.

Verbesserungen

Mit den Variablen bzw. Parametern Radius, HeightDiff, max_gradient und accuracy kann weiter experimentiert werden.

Wird accuracy höher gewählt (statt 0.0001 nur 0.1), nimmt das Rauschen am Terminator ab, aber es kommen wieder Verzerrungen zum Vorschein. Wieder müsste der Radius erhöht werden, was nochmal zu längeren Renderzeiten führt.

Wird max_gradient von 1.3 auf 1.8 gesetzt, verschwinden die Fehler in den Kraterwänden ganz unten im Bild, was ebenfalls Nachteile im Schlepptau hat. Verwendet man andere und höheraufgelöste Karten, darf man wieder von vorne anfangen.

Damit sind wir beim Fine-Tuning, das viel Zeit in Anspruch nehmen kann.

Auch meine Einstellungen sind längst nicht perfekt, siehe unten, erstellt mit 16k-Karten. Ich muss mir da irgendwann mal einen Tag gönnen, an allen Stellschrauben ziehen und die Povray-Funktionen prüfen. Es gibt vertikale Linien, die ich bisher nicht wegbekommen habe.

Irgendwann sollte man einfach zufrieden sein. Für meine Zwecke reicht es vorerst, mindestens bis zu einer gewissen Vergrößerung. Wenn natürlich jemand des Problems Lösung hat, würde ich mich riesigst über eine Mail freuen.

Endprodukte

In der Povray-Datei Step-5 habe ich die finalen Versionen hinterlegt, mit denen Mond und Mars korrekt dargestellt werden. Nur mit den kleinen Karten und den gewählten Einstellungen, eine Verbesserung ist somit möglich.

Atmosphäre

Das ist ein gaaanz anderes Thema. Mit dem ich mich bisher nur teilweise befasst habe und höchstens mittelmäßige Ergebnisse erzielen konnte. Eine vernünftige Atmosphäre, die von nah und fern gut aussieht, ist wirklich knifflig.

Vielleicht ergänze ich im Winter das Tutorial mit einem dritten Teil - nach einer ausgiebigen Weiterbildungs-Session.

Stereo-Bild

Etwas off-topic, aber wo wir grad dabei sind ...

Rotiert man die Kamera für das linke Bild um ein Grad nach links (Y+) und das rechte um ein Grad nach rechts (Y-), erhält man zwei leicht unterschiedliche Bilder. Ist ImageMagick installiert, können diese zwei Bilder mit einem simplen Einzeiler zu einem Stereo-Bild zusammengerechnet werden.

composite -stereo 0 step5_moon_right.png step5_moon_left.png step5_moon_stereo.png

Für stärkere Effekte braucht lediglich die Kamera um mehr als ein Grad geschwenkt werden. Allerdings würde ich von übertriebenen Werten abraten.

Das Ergebnis kann mit einer rot-blauen Anaglyphen-Brille betrachtet werden.

Pro und Kontra

Bump-Map und Spherical Heightfield haben beide ihre Daseinsberechtigung. Bump-Maps würde ich wegen der schnelleren Renderzeit während der Entwicklung von Animationen vorziehen, und ihr hoher Kontrast quer über das gesamte Bild eignet sich besser für erklärendes Kartenmaterial. Soll es jedoch realistisch aussehen, müssen Heightfields sein.

Bump-Map
+ rendert sehr schnell
+ abseits des Terminators guter Kontrast
- keine echten Schattenwürfe

Spherical Heightfield
+ realistische Schattenwürfe
+ zeigt Erhebungen noch hinter dem Terminator
- abseits des Terminators geringer Kontrast
- 10 bis 100-fache Renderzeit

Kamera und Lichtquelle

Beide sollten so weit wie möglich vom Objekt entfernt sein. Ansonsten bleiben die Ränder unbelichtet, oder sie werden von der Kamera nicht eingefangen. Ist mir beim Mars passiert, nie waren die weißen Polkappen mit im Bild.

Daher bei den Distanzen nicht mit Nullen sparen, ansonsten fehlen bestenfalls die Polregionen, oder das Ergebnis ist richtig verzerrt. Bei globalen Ansichten würde ich für beide Angaben mindestens das Zehnfache des Objekt-Radius enpfehlen.

Datenquellen

Voraussetzungen

Für jeden Planeten braucht man eine DEM, die in ausreichender Qualität von nur wenigen Himmelskörpern existiert. Naturgemäß ist es für Raumsonden einfacher, hochauflösende Oberflächenkarten aufzunehmen, als Höhenprofile. Entsprechend selten sind gute DEMs, erst recht mit Auflösungen > 2000 Pixel in der Breite.

Punkt zwei ist die visuelle Karte der Oberfläche, die KEINE SCHATTEN enthalten sollte. Sind bereits welche in die Oberflächenkarte hineingezeichnet, ist das zwar ein toller Service von z.B. der NASA, doch für unsere Zwecke nur bedingt geeignet. Vernünftige Karten erkennt man sofort, sie enthalten so gut wie keine schwarzen Bereiche, schon gar nicht quer verteilt über die ganze Karte.

Außer natürlich, es gibt keine DEM, dann sind eingerechnete Schatten in der Oberflächen-Karte durchaus nett.

Die Kombination aus hochauflösender DEM und sauberer Oberflächenkarte habe ich bisher nur für Erde, Mond und Mars finden können. Sämtliche anderen Karten, z.B. für den Kleinplaneten Ceres, den Saturnmond Enceladus, Planet Merkur, sind ... alle ... samt ... schattenverseucht.

Zudem ist bei der DEM ganz dringend 16-Bit Farbtiefe erforderlich. Das sind Grauwerte, und mit 8 Bit bekommt man lediglich 256 Farbabstufungen hin, was deutlich zu wenig ist.

Downloads

Die von mir verwendeten Karten werde ich demnächst in meiner Download-Rubrik veröffentlichen.
Bis dahin können die originalen Quellen der NASA verwendet werden, die jedoch erst nachbehandelt werden wollen (Größe, Farbgebung, ...).

Mond - DEM und Surface
https://svs.gsfc.nasa.gov/4720

Mars
https://astrogeology.usgs.gov/search/map/mars_mgs_mola_dem_463m => DEM
https://astrogeology.usgs.gov/search/map/mars_viking_global_color_mosaic_925m => Surface

Nachbearbeitung

Wer sich selbst die jeweiligen Karten herunterlädt, bearbeitet und verkleinert, sollte vorsichtig mit dem Scharfzeichner umgehen. Weniger ist mehr, denn im Endeffekt verändert man die reinen Informationen der Karte bzw. verschlechtert sie. Scharfzeichnen würde ich eher die von Povray gerenderten Bilder.

Beim Verkleinern der Bilder sollte man runde Faktoren verwenden, d.h. die originale Größe durch 2, 4, 8, 16 teilen, egal wie krumm die daraus resultierende Bildbreite wird. Ansonsten muss das Bildbearbeitungsprogramm eine unrunde Zahl von Pixeln zu einem verrechnen, wodurch die Qualität leidet. Povray interessiert es nicht, ob ein Bild 8000 Pixel breit ist, 8192 oder 8473.

Hauptsache beide Karten sind doppelt so breit wie hoch, ansonsten gibt es wieder neue Verzerrungen.

Und nicht vergessen: Die DEM immer mit 16-Bit-Farben abspeichern.
GIMP hat mich bei meinen ersten Versuchen erfolgreich hinters Licht geführt. Ich hatte eine 16-Bit-Datei, die scheinbar auch erfolgreich als JPEG gespeichert, aber in der Datei landeten immer nur 8 Bit. JPEGs und 16-Bit, klappt irgendwie nicht.

Deshalb sind DEMs bei mir immer PNGs. Bei den Oberflächenkarten reichen JPEGs mit 8-Bit pro Farbe aus, was zu erheblich geringeren Dateigrößen führt. JPEG-Qualität irgendwas zwischen 92 und 95, passt.

Ungereimtheiten

Die von der NASA frei zur Verfügung gestellten Karten sind von hoher Qualität und sehr detailreich. Ich möchte gar nicht wissen, welche Algorithmen verwendet werden, um zehntausende Einzelbilder zu einem umzurechnen.

Doch jede Karte enhält Fehler, die zum Teil recht auffällig sind, glücklicherweis meist nur bei sehr hohen Vergrößerungen. Damit muss man leben, oder alle Fehler aufwendig in einem Bildbearbeitungsprogramm per Hand korrigieren.

Ich bin einfach nur froh, das es die Dinger gibt und jedermann/frau/divers damit spielen darf.

Lunex

Wer sich einen Großteil der Arbeit ersparen möchte, kann das Lunex-Paket von Jay Tanner verwenden.

Es wiegt mehrere 100 MB und enthält alle nötigen Karten zur Darstellung des Mondes. Wenn man die verschiedenen Einstellmöglichkeiten angetestet hat, bekommt man sicher das gewünschte Ergebnis.

Meine Bilder + Videos von Mond und Mars (siehe Rubrik Astronomie) wurden nicht mit Lunex erstellt. Als ich davon erfahren habe, war mein eigenes Skript bereits zu 95 Prozent gebrauchsfertig.

Ich wollte die entsprechende Makro-Sammlung schon längst veröffentlichen, aber ich habe es mehrmals umgebaut und es ist meist nur sehr wackelig fast-fertig, sodas ich es mit vielen auskommentierten Bereiche gerade eben verwenden kann.

Vielleicht ändert sich das irgendwann.
Bis dahin oder darüber hinaus: Lunex.
Oder sebst basteln.