Нове: категорія «Погода та атмосфера»

Чому погода?

Погода завжди була однією з найбільш візуально драматичних галузей фізики — і однією з найважчих для чесного моделювання. Торнадо — це багатомасштабна гідродинаміка; райдуга — геометрична оптика краплі в поєднанні з довжинохвильово-залежним заломленням; ураган — тепловий двигун, що працює на теплому океані. Кожна з них заслуговувала на власну симуляцію.

Ця категорія також заповнює прогалину, про яку я часто чув: метеорологію викладають скрізь, але більшість візуалізацій — це або статичні діаграми, або анімації якості телевізійної графіки, з якими не можна взаємодіяти. Ці симуляції дозволяють змінювати вхідні дані — температуру поверхні моря, зсув вітру, інтенсивність опадів — і спостерігати, як реагує фізика.

Шість нових симуляцій

🌪️ Торнадо Вихор суперкомірки, відрендерений із 50 000 частинок GPU. Регулюйте перепад тиску та температуру поверхні, щоб контролювати ширину лійки та швидкість обертання. Нове 🌧️ Фізика дощу Окремі краплі з граничною швидкістю, розбризкуванням та накопиченням на поверхні. Дослідіть, як інтенсивність опадів і вітер впливають на характер відкладення. Нове 🌈 Оптика райдуги Трасоване заломлення через сферичну краплю води. Побачте, чому первинна дуга з'являється під кутом 42°, а вторинна — під 51°, з відображенням кольорових смуг. Нове 🌍 Шари атмосфери Профілі температури, тиску та густини від рівня моря до термосфери. Виділяє, де живуть погода, авіація, полярне сяйво та супутники. Нове

Дві додаткові симуляції завершують категорію глибокою наукою:

Формування урагану — анімований поперечний переріз шторму категорії 4: око, спіральні смуги дощу, штормовий нагін і швидка інтенсифікація, викликана температурою поверхні моря. Супровідна стаття Формування урагану: теплі океани, спіральні вітри та сила Коріоліса містить повну фізику, включно з виведенням сили Коріоліса та шкалою Саффіра-Сімпсона.
Поширення лісової пожежі — клітинний автомат + поле вітру, що керує фронтом вогню на процедурному ландшафті. Регулюйте вологість, швидкість вітру та густину рослинності.

Що зробило це складним

Торнадо виявилось найскладнішим технічно. Реальне торнадо охоплює три порядки величини масштабу — ширина основного вихору кілька десятків метрів, зовнішній мезоциклон — кілометри завширшки. Досягти цього відчуття у сцені WebGL з фіксованим масштабом вимагало імітації багатомасштабної природи двома вкладеними системами частинок: щільна внутрішня спіраль швидко рухомих уламків і ширша, повільніша зовнішня оболонка конденсаційної хмари.

Райдуга виявилась оманливо складною. Оптична математика проста (закон Снеліуса, два внутрішні відбиття), але зробити її візуально точною — правильну ширину смуг, правильне кутове положення, темну смугу Александера між первинною і вторинною — вимагає трасування по довжині хвилі через видимий спектр від 380 нм до 700 нм, а не просто RGB.

Усі симуляції «Погода та атмосфера» вже доступні за адресою /categories/weather/. Торнадо та ураган мають пов'язані поглиблені статті в бібліотеці контенту.

Що далі

У розробці ще кілька погодних явищ: розряд блискавки (поширення лідера + зворотний удар), формування хмар (нуклеація та зростання крапель) і модель глобальної циркуляції, що показує комірки Хедлі, Феррела та полярні комірки. Якщо у вас є конкретне атмосферне явище, яке ви хотіли б побачити змодельованим, напишіть мені.