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samedi 26 janvier 2013

la simulation des halos - halo simulation

La simulation des halos - Halo simulation

L'utilité de simuler les halos - Use of simulating halos:

Simuler les halos permet rapidement de comprendre les liens entre les différents types de halos, de cristaux et d'orientation. On pourra essayer de simuler les halos observés et photographiés pour comprendre quels types de cristaux étaient présents. On sera aussi plus à même d'observer des halos qui n'auraient pas été vus sans cette connaissance à priori. Par exemple, en cas d'arcs de Parry, on cherchera la présence des arcs de Parry supralatéraux. On saura à quoi ressemble l'arc de Wegener sans l'avoir préalablement observé, ce qui aide à le trouver lorsqu'il apparait.

Simulating halos allows to understand rapidly the link between the different halos, crystals and orientations. It is often useful to simulate the halos observed and photographed to understand which crystals were present.  It also allows to observe halos that would not have been noticed without this prior knowledge. For instance, in case of Parry arcs, you will seek the Parry supralateral arcs. You will know what the Wegener arc is like without having observed it before, which will definitely help you to find it when it is present.

Les logiciels de simulation des halos - Halo simulation software:

HaloSim a été développé par Michael Schroeder and Les Cowley. Ce logiciel a été le premier sur internet permettant de simuler les halos facilement. Le logiciel envoie aléatoirement des rayons lumineux sur les cristaux. Les rayons sont soit réfractés soit réfléchi sur les faces du cristal avec une probabilité définie par les lois de l'optique. Le rendu des halos et du ciel est bon. Ce logiciel est malheureusement limité aux cristaux de forme hexagonales (bien que les cristaux puissent être pyramidaux) et aux orientations habituelles des cristaux. Je le trouve moyennement facile d'utilisation.

HaloSim has been developed by Michael Schroeder and Les Cowley. This software was the first available on the net to simulate halos easily. The software randomly sends rays on crystals. The rays are either refracted or reflected by the crystal with a probability defined by the laws of optics. It has a very nice rendering of halos and sky. The software is limited to regular hexagonal shape for the crystals (though the crystals can be pyramidal), and also to usual halo crystal orientations. In terms of use, I find it not so user friendly.


L'interface de HaloSim.
HaloSim interface.


Le générateur de cristaux permet de simuler les cristaux hexagonaux mais pas les cristaux triangulaires.
The crystals can be hexagonal but not triangular.




Rendu d'une simulation avec HaloSim.
Rendering of a HaloSim simulation.



HaloPoint a été développé par Jukka Ruoskanen. Les algorithmes de simulation sont similaires à ceux de HaloSim avec des rayons soit réfléchi soit réfractés par les cristaux. Le logiciel n'est pas limité aux cristaux hexagonaux et il permet de simuler les cristaux triangulaires et irréguliers. Ce logiciel a aussi plus de liberté au niveaux de la définition de orientations des cristaux. Le plus grand atout de HaloPoint est la capacité d'analyses des rayons lumineux formant les halos. Cela permet de comprendre le lien profond entre la forme des halos et celles de cristaux. En plus de cela, il possède des options intéressantes comme la simulation de diffusion multiple. Je trouve que HaloPoint est le plus facile d'utilisation.

HaloPoint has been developed by Jukka Ruoskanen. The internal algorithms are similar to the one of HaloSim with rays being either reflected or refracted. For the crystals, the software is no longer limited to regular hexagons and can handle triangular and all other shapes. There is also more freedom in the crystals orientation definition. But the major asset of this software is definitely the ray path analysis feature it provides. This critically helps to understand the halos and associated crystals. On top of that, it provides interesting features like multiple scattering. In term of use, I find it to be the most user friendly.

Rendu d'une simulation avec HaloPoint.
Rendering of a HaloPoint simulation.

L'interface de HaloPoint.
HaloPoint interface.

HaloPoint permet de simuler les cristaux de section irrégulières.
HaloPoint allows to simulate irregular crystals.

L'outil d'analyse des rayons est l'atout majeur de HaloPoint.
Raypath analysis is the major asset of HaloPoint.



HaloPol est un nouveau logiciel de simulation des halos. Les algorithmes internes sont plus réaliste avec des rayons lumineux qui sont divisés entre rayons réfractés et rayons réfléchis à chaque interface du cristal. Cela permet par exemple de voir clairement un halo issu d'un chemin peu efficace mais de forte probabilité (comme par exemple le sous-anthélie). Un tel halo est rendu par une multitude de points d'intensité faible alors qu'il est rendu comme quelques points brillants par les logiciels HaloSim et HaloPoint. En termes de formes de cristal, HaloPol offre encore plus de possibilités que HaloPoint. Il reste cepedant limité aux cristaux convexes. Concernant les orientations des cristaux, la encore, elles sont plus ouvertes avec une customisation totale possible des axes de rotations. HaloPol permet aussi de simuler la polarisation des halos. L'inconvénient est clairement l'interface qui n'est ni intuitive ni claire.

HaloPol is a newly available simulation software. The internal algorithm is more realistic with rays being split into a refracted and a reflected components on the crystal. This allows for instance to see clearly a halo from a ray path that has a very low ray path efficiency while having a high relative probability (like subanthelion). Such a halo is rendered by lots of weak spots with this algorithm while it is rendered as very few bright spots with the HaloSim and HaloPoint. In terms of crystals, HaloPol has even more possibilities than HaloPoint. However, it is still limited to convex crystals. The same is true for orientations that can be totally customized. HaloPol also has the ability to investigate polarization of halos. The bad point is that it is absolutely not user friendly.

L'interface de HaloPol. il est possible de modéliser des cristaux avec des faces manquantes.
HaloPol interface. it is possible to simulate crystals with missing faces.


Rendu d'une simulation avec HaloPol.
Rendering of a HaloPol simulation.



Zemax: http://www.radiantzemax.com/kb-en/Knowledgebase/Exploring-Non-Sequential-Mode-in-Zemax

Zemax est un logiciel professionnel utilisé pour simuler, concevoir et optmiser les systems optiques. C'est un logiciel très généraliste qui peut être utilisé pour simuler les halos avec son mode non séquentiel. Les algorithmes internes sont similaires à ceux de HaloPol avec des rayons qui se divisent en composantes réfléchies et composantes réfractées. Ici, il y a une liberté totale sur ce qui peut être simulé. Par exemple il est possible de simuler les halos issus d'assemblages de cristaux ou de cristaux avec des cavités. Les orientations peuvent aussi être totalement customisées. Les effets comme la biréfringence et les halos issus de sources divergentes peuvent être étudiés. Le mauvais point est que c'est un logiciel payant, et aussi qu'en tant que logiciel généraliste, il n'est pas du tout simple d'utilisation et tout les paramètres doivent être définis avec attention. Une autre limitation est le temps de calcul qui peut être extrêmement long pour les cristaux complexes ou les configurations complexes.

Zemax is a professional software that is used to simulate, design and optimize optics. It is a very general optics software that can also be used to simulate halos through its non sequential mode. The internal algorithm is similar to HaloPol with rays being split into reflected and refracted components. Here, there is a total freedom on what can be done. For instance, halos from twinned or hollow crystals can be simulated, orientations can be totally customized. Other effects like birefringence or divergent light halos can be investigated. The bad point is that it is not a free software and also, as a general software, it is absolutely not user friendly and all the parameters must be carefully defined. Other limitation is the computation time that can be very long for complex crystals or complex configurations.


L'interface de Zemax se résume à des tableaux qu'il faut remplir avec attention.
Zemax interface is made of tables that must be carefully defined.



Simulation d'une colonne creuse.
Simulation of a hollow column.

Les halos générés par la colonne creuse.
Halos generated by the hollow column.

Simulation de halos en exagérant la biréfringence des cristaux. Les parhélies à 120° sont divisés en 7 composantes comme expliqué par Günther Können ici : http://s3.amazonaws.com/gunther-konnen/documents/90/1998_polstructures_AO.pdf?1292779463
Halo simulation exagerating crystals birefringence. 120° parhelia are divided into 7 components as explained by Günther Können here : http://s3.amazonaws.com/gunther-konnen/documents/90/1998_polstructures_AO.pdf?1292779463

5 commentaires:

  1. Dear Nicolas,

    As the author of HaloPol I am happy that you wrote about it in this post. I agree with you in the usability issues, but I am really happy that you found it better in some aspects as the others. I am enthusiastic in making some developments to improve its usability and implement new features. Could we make a private contact to discuss them? bartaandras at gmail.

    With best regards,
    Andras

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  2. Bonjour,

    Je travaille sur un projet artistique concernant les halos et phénomènes associés en m'en inspirant ou en tentant de les reproduire dans une dimension esthétique tout en conservant l'aspect scientifique.

    Je n'ai certes, pas de réelles connaissances en la matière mais j'ai déjà commencée à utiliser deux logiciels "Halosim" et "Halopol".
    Les deux dernières images qui vous avez publié sont celles qui ressemblent au mieux à ce que je voudrais présenter mais je ne sais pas comment m'y prendre pour simuler ces images. Seriez-vous me conseiller sur son utilisation ou connaissez-vous des personnes qui pourraient m'aider ?

    Cordialement,

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    Réponses
    1. bonjour,

      Je vous conseille d'utiliser plutot halopoint qui est beaucoup plus intuitif que les autres logiciels. Il y a nottamment des exemples à télécharger qui donnent de bons points de depart pour commencer à utiliser le logiciel. Vous pouvez le telecharger ici: http://www.saunalahti.fi/~jukkruos/halopoint2.html

      on peut simuler des images du ciel complet (comme sur les deux dernières) avec ce logiciel aussi. par contre, tous ces logiciels ne font pas la différence entre ce qui est possible et ce qui ne l'est pas, on peut donc simuler des choses complètement irréalistes si on n'y prête pas attention.

      je serais curieux de voir quelques exemples de ce que vous réalisez dans votre projet artistiques.

      est ce que vous êtes en région parisienne?

      bonne journée

      nicolas

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    2. Ce commentaire a été supprimé par l'auteur.

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    3. Bonsoir,

      Merci beaucoup de m'avoir répondue !
      Je m'en vais de ce pas le télécharger !

      Si autant de libertés sont données avec ce logiciel cela me plait beaucoup.
      Le plus important est que l'on reconnaisse les phénomènes. Je vais de toute façon explorer des formes qui ne sont pas nécessairement possibles. J'ai par exemple assemblé différentes images, en les retournant et en les copiant, ce qui donne ça : http://orig05.deviantart.net/c5c7/f/2015/201/1/4/haloop23_by_ploone-d9230mq.png

      Pour l'instant ce projet ne comporte que les simulations de bases que le logiciel halosim produit automatiquement.
      J'ai testée l'altitude des halos et j'ai sauvegardé ces rendus. J'ai quand même un peu cafouillé dans les options mais je n'ai pas aperçue de changement dans les rendus. Par contre je me suis un peu amusée avec les couleurs de fond.

      Je n'ai pas grand chose à partager mais par contre j'ai des travaux en lien avec ces phénomènes, ou de la météo tout court. Ce projet va m'aider à construire une univers fictif.

      Je ne suis pas en région parisienne mais juste au dessus, en Picardie

      Bonne soirée,

      Julie

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