Lichtverschmutzung ist ein wachsendes Problem in urbanen Räumen, doch bisher fehlten Tools, die die Auswirkungen von Straßenbeleuchtung in Echtzeit visualisieren – ohne teure Software oder Serverinfrastruktur. Eine aktuelle Entwicklung ändert das: Ein neues browserbasiertes Simulationssystem ermöglicht es Nutzern, Lichtemissionen und Himmelsaufhellung basierend auf realen photometrischen Daten zu analysieren. Das Projekt kombiniert moderne 3D-Rendering-Techniken mit präzisen Lichtdaten, um die Effekte von Straßenlaternen auf die Umgebung direkt im Browser darzustellen.
Photometrische Daten in Echtzeit verarbeiten
Das Herzstück der Lösung ist die Verarbeitung standardisierter Lichtdatenformate wie LDT/EULUMDAT, IES LM-63 oder ATLA-S001. Diese Formate enthalten detaillierte Informationen zur Lichtverteilung von Leuchten, die bisher oft nur in spezialisierten CAD-Programmen genutzt wurden. Das neue System parst diese Daten direkt im Browser und nutzt sie, um die Lichtemission von Straßenlaternen physikalisch korrekt zu simulieren.
Die Integration erfolgt über eine Rust-basierte Bibliothek namens eulumdat-rs, die speziell für die Handhabung von Photometriedaten entwickelt wurde. Unterstützt werden dabei nicht nur europäische Standards wie EN 13201, sondern auch internationale Normen wie ANSI/IES RP-8 oder CJJ 45 (Chinas nationale Straßenbeleuchtungsvorschrift). Besonders bemerkenswert ist die Implementierung des CJJ-45-Standards, der bisher nur über rückübersetzte PDF-Dokumente zugänglich war – ein Zeichen für die wachsende internationale Nachfrage nach präzisen Lichtsimulationen.
Straßenlaternen mit realen Daten steuern
Ein zentrales Feature der Simulation ist die direkte Kopplung der photometrischen Daten mit der 3D-Rendering-Engine. Nutzer können zwischen verschiedenen Leuchtentypen wechseln – von vollabgeschirmten Modellen bis hin zu ungerichteten Laternen – und sehen sofort, wie sich die Lichtverteilung und die Himmelsaufhellung verändern. Ein Beispiel: Wird eine Laterne mit starkem Streulicht durch eine vollabgeschirmte Variante ersetzt, verbessert sich die Lichtqualität von „F (stark verschmutzt)“ auf „A (exzellent)“ – sowohl am Himmel als auch an den Fassaden der umliegenden Gebäude.
Die Simulation nutzt dabei eine physikalisch basierte Streuungsberechnung, die auf dem Rayleigh- und Mie-Modell für Einzelstreuung basiert. Diese Methode ist für viele Anwendungsfälle ausreichend genau, wirft aber die Frage auf, ob eine Erweiterung auf Mehrfachstreuung für realistischere Ergebnisse sinnvoll wäre. Besonders in dicht bebauten Stadtgebieten könnte eine detailliertere Berechnung der Lichtstreuung zwischen Gebäuden und in der Atmosphäre präzisere Vorhersagen liefern.
Vollständig clientseitig – keine Backend-Abhängigkeiten
Ein entscheidender Vorteil des Projekts ist die vollständige Client-seitige Ausführung. Sämtliche Berechnungen – von der Datenverarbeitung über die Lichtsimulation bis hin zum Rendering – laufen im Browser ab. Die Grundlage dafür bildet die WebAssembly-Technologie (WASM), die die hohe Performance von Rust in den Webbrowser überträgt. Dies macht das Tool besonders zugänglich, da keine Installation, keine Registrierung und keine Internetverbindung für die Grundfunktionen erforderlich sind.
Die technische Umsetzung besteht aus mehreren Rust-Kisten (Crates), die speziell für die Photometrie entwickelt wurden. Insgesamt wurden etwa tausend zusätzliche Codezeilen geschrieben, um die Integration in die Bevy-Engine – ein modernes 3D-Rendering-Framework – zu ermöglichen. Die gesamte Lösung ist unter einer Open-Source-Lizenz auf GitHub verfügbar, sodass Entwickler und Forscher den Code anpassen oder erweitern können.
Offene Fragen und zukünftige Entwicklungen
Trotz der beeindruckenden Funktionalität gibt es noch Raum für Verbesserungen und Erweiterungen. Eine der zentralen Fragen betrifft die Genauigkeit der atmosphärischen Lichtstreuung: Sollte das Modell um Mehrfachstreuung erweitert werden, um realistischere Ergebnisse in komplexen Stadtlandschaften zu erzielen? Aktuell basiert die Simulation auf einem einfachen Rayleigh-Mie-Ansatz, der für viele Szenarien ausreichend ist, aber in bestimmten Fällen an Grenzen stoßen könnte.
Ein weiteres Anliegen des Entwicklers ist die Verfügbarkeit realistischer 3D-Stadtmodelle für Lichtberechnungen. Die aktuelle Demo nutzt den Bistro-Testdatensatz von Khronos, der zwar visuell ansprechend ist, aber keine kontrollierte Umgebung für Straßenbeleuchtungstests bietet. Gesucht werden daher öffentlich verfügbare 3D-Assets, die typische urbane Geometrien für Lichtbewertungen abbilden – etwa Straßen mit verschiedenen Höhen, Gebäudestrukturen und Vegetation.
Langfristig könnte das Projekt dazu beitragen, Lichtverschmutzung besser zu verstehen und gezielt zu reduzieren. Durch die Möglichkeit, verschiedene Beleuchtungsszenarien in Echtzeit zu testen, könnten Städte und Planer fundiertere Entscheidungen für nachhaltige Beleuchtungskonzepte treffen – ohne auf teure Simulationssoftware oder externe Experten angewiesen zu sein.
KI-Zusammenfassung
Gerçek fotometrik verileri kullanarak tarayıcı tabanlı bir ışık kirliliği simülatörü oluşturun ve kentsel aydınlatmanın etkilerini keşfedin.
