光影与几何

现代冰晕研究漫谈

天空中的光环,能否从一颗冰晶开始理解?

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天空中的冰晕是一个很好的入口:眼前是弧线、光环与色彩,背后是微小冰晶中的折射和反射。

但从「知道原理」到「解释某一道弧为什么出现在这里」,中间还有很长一段路。晶体的形状与姿态、光线经过哪些面、哪些路径实际上能够发生,都需要认真分辨。

从光路走向结构

这个系列从现象与对称性起步,接着借助计算机枚举光路,讨论模拟的基本思路,再深入三维旋转、蒙特卡洛与直接积分。

继续向前,矩阵、反射群与楔角几何逐渐把许多看起来各不相同的光路联系起来。数学不只是给现象加上符号,也帮助我们看清哪些差异重要,哪些其实是同一结构的不同表现。

把理解放进程序

文章与 Lumice 的模拟互相连接:程序让光路变成可以观察的图案,图案又带来新的问题。想看模拟器本身,可以继续到下面的项目介绍。

Lumice 生成的冰晕模拟图,多条明亮光弧与彩色光环交织在全天投影中。
冰晶里的光,经过一次计算,成为天空中的弧。Lumice 模拟渲染 · 章佳杰 · 点击图片查看完整图
锥晶冰晕的三组模拟全景对照,展示不同条件下的晕环结构。
晶体变了,天空中的图案会怎样变化?《现代冰晕研究漫谈》原创模拟图 · 章佳杰 · 点击图片查看完整图