Anleitung für LightLab 2.0

  1. Einführung
  2. Übersicht über die Objekte
  3. Die Darstellungsformen
  4. Weitere Menüpunkte

  1. Einführung
  2. LightLab ist ein Computerprogramm, das die Verteilung der Energiedichte und der Energiestromdichte in Lichtfeldern visualisieren soll. Im ersten Schritt platziert der Benutzer Objekte wie Strahler oder Spiegel auf dem Bildschirm platzieren und definiert ihre Eigenschaften. Im zweiten Schritt wählt er eine Darstellungsform. Es stehen zur Verfügung: Es ist möglich, später Objekte hinzuzufügen oder die Eigenschaften vorhandener zu ändern, und so das Lichtfeld zu ändern.

  3. Übersicht über die Objekte
    1. Gerade Objekte
    2. Um gerade Objekte zu zeichnen, wählt man aus dem Menü "Szene-Objekte", Untermenü "Gerade Objekte" eines aus. Dann bewegt man den Mauszeiger zu dem gewünschten Anfangspunkt. Dort drückt man die linke Maustaste und zieht die Maus bei gedrückter linker Maustaste zu dem Endpunkt. Nach dem Loslassen der Maustaste erscheint ein Menü, in dem man die Koordinaten der Endpunkte und die Farbe des Objekts ändern, sowie die optischen Eigenschaften einstellen kann. Als gerade Objekte stehen zur Verfügung:

      1. Gerader Lambertscher Strahler
      2. Für einen Lambertschen Strahler ist die Strahldichte unabhängig von der Strahlungsrichtung.

      3. Gerader paralleler Strahler
      4. Der parallele Strahler sendet Lichtbündel senkrecht zu seiner Oberfläche aus.

      5. Gerader Spiegel/Diffusor
      6. Nicht strahlendes Objekt mit recht allgemeinen Eigenschaften: Es kann sowohl direkt als auch diffus reflektieren und transmittieren, so dass man vier optische Koeffizienten einstellen kann. Ist z.B. die diffuse Reflektivität auf 100% gesetzt, so handelt es sich um eine weiße Fläche, die das einfallende Licht in alle Richtungen des Halbraumes streut. Liegt die Summe der vier Koeffizienten unter 100%, so wird der Rest des Lichtes absorbiert.

      7. Gerader Absorber
      8. Der gerade Absorber absorbiert das Licht, das auf ihn trifft, komplett.

    3. Kreisförmige Objekte
    4. Durch das Drücken der Maustaste wird der Kreismittelpunkt und durch das Loslassen der Radius markiert. In dem dann erscheinenden Menü befinden sich zwei zusätzliche Felder: Anfangswinkel und Endwinkel. Um einen Vollkreis zu erhalten, müssen sie auf 0 Grad und 360 Grad gelassen werden. Für einen Kreisausschnitt müssen die Einstellungen entsprechend verändert werden.

      1. Kreisförmiger Lambertscher Strahler
      2. Mit diesem Strahler kann man das Lichtfeld der Sonne oder einer mattierten Lampe darstellen.

      3. Kreisförmiger Spiegel
      4. Alle Eigenschaften des geraden Spiegels findet man auch beim kreisförmigen Spiegel wieder. Hiermit lassen sich z.B. Hohlspiegel untersuchen.

      5. Kreisförmiger Absorber
      6. Der kreisförmige Absorber absorbiert das Licht, das auf ihn fällt komplett.

    5. Sonne
    6. Eine Sonne wirft ein paralleles Lichtbündel auf den ganzen Bildschirm. Man kann die Energiestromdichte und die Richtung, aus der das Licht kommen soll, einstellen. (In Grad und im Uhrzeigersinn gemessen.) Man kann auch mehrere Sonnen einbauen.

    7. Hintergrundstrahlung
    8. Die Hintergrundstrahlung hat den gleichen Effekt wie ein Kasten aus Lambertschen Strahlern, der den gesamten Bildschirmbereich umgibt.

  4. Die Darstellungsformen
    1. Vektordarstellung der Energiestromdichte
    2. Das Programm legt ein unsichtbares Gitter über den Bildschirm und zeichnet an jedem Gitterpunkt einen Vektorpfeil, der Betrag und Richtung der Energiestromdichte angibt. Gitterweite und Farbe der Vektorpfeile können im Menü "Parameter" geändert werden.

    3. Stromliniendarstellung der Energiestromdichte
    4. An den Strahlern beginnen Energiestromdichte-Stromlinien. Der typische Linienabstand, die Farbe der Linien, die Länge der Geradenstücke, aus denen sich eine Linie zusammensetzt, und die Energiestromdichte, bei der das Zeichnen einer Linie abgebrochen werden soll, lassen sich im Menü "Parameter" einstellen.

    5. Hinzufügen einer Stromlinie der Energiestromdichte
    6. Da es auch Anordnungen gibt, in denen die Stromlinien in sich geschlossen sind und somit nicht gezeichnet werden, gibt es die Möglichkeit, manuell einen Startpunkt für eine Stromlinie zu setzten. Dazu wählt man den Menüpunkt "Eine Stromlinie" aus und bestimmt durch Mausklick den Startpunkt.

    7. Kreisdarstellung der Energiedichte
    8. Auch hier wird ein Gitter über den Bildschirm gelegt. An jedem Gitterpunkt wird ein Kreis gezeichnet, dessen Größe proportional zur Energiedichte ist. Auch hier lassen sich Gitterweite und Farbe der Kreise im Menü "Parameter" ändern.

  5. Weitere Menüpunkte
    1. Menü "Bearbeiten"
      1. Objektmanager
      Mit Hilfe des Objektmanagers kann jederzeit ein beliebiges Objekt ausgewählt werden, um seine Eigenschaften zu ändern oder es zu löschen.

    2. Menü "Parameter"
      1. Auflösung
      2. Alle Objekte werden in der Rechnung in kleine Teilstücke aufgeteilt, deren Länge sich einstellen lässt. Eine feinere Einstellung erhöht Speicherbedarf und Rechenzeit, liefert aber präzisere Bilder. Die Ausstrahlung der Spiegel wird für bestimmte Winkel berechnet, für dazwischen liegende interpoliert. Die Anzahl der Winkel, für die die Ausstrahlung berechnet wird, lässt sich einstellen. Eine höhere Einstellung erhöht den Speicherbedarf und die Rechenzeit. Es empfiehlt sich, Werte zu wählen, die durch zwei teilbar sind, aber nicht durch vier .

      3. Iterationen
      4. Da sich die Objekte einander gegenseitig beeinflussen können, ist die Berechnung der Oberflächenhelligkeiten ein iterativer Prozess. Dieser wird fortgesetzt, bis sich die Werte kaum noch verändern. Die Größe der tolerierten Abweichung kann verändert werden. Um endlose Iterationen zu vermeiden, kann man auch die maximale Anzahl von Iterationen einstellen. Diese beiden Parameter wirken sich auf die Rechenzeit aus, nicht aber auf den Speicherbedarf.

    3. Menü "Löschen"
      1. Darstellungsformen
      2. Löscht die Energiekreise, Vektorpfeile und Stromlinien, d.h. nach Ausführung sind auf dem Bildschirm nur noch die Szeneobjekte zu sehen.

      3. Szeneobjekte
      4. Löscht alle Szeneobjekte und die Darstellungsformen. Die Einstellungen im Menü "Parameter" werden nicht verändert.

    4. Menü "Datei"
      1. Neu
      2. Dieser Menüpunkt bringt das Programm in den Ausgangszustand zurück, d.h. alle Objekte werden gelöscht und alle Werte im Menü "Parameter" werden auf die Standardwerte zurückgesetzt.

      3. Speichern
      4. Mit "Speichern" speichert man das aktuelle Bild, also mit Szeneobjekten und Darstellungsformen, als Bitmap ab. Man kann das Bitmap später mit Hilfe eines Bildeditors anschauen und ausdrucken. Eine Funktion zum Ausdrucken ohne diesen Umweg ist in Arbeit.

      5. Ende
      6. Beendet LightLab.