2.5. Сравнение компьютерных программ на основе МДД*

Существует несколько программных реализаций МДД, и в этом разделе сравниваются четыре из них в терминах точности, скорости и удобства. Точность измеряется путём сравнения результатов МДД с эталонными решениями теории Ми, метода расширенных граничных условий и обобщённой теории Ми для многих частиц. Показано, что относительная ошибка интенсивности рассеяния составляет от 2% до 6% для типичных показателей преломления льда и силикатов, а абсолютная ошибка степени линейной поляризации – от 1% до 3%.

2.5.1. Введение

Важность методов на основе светорассеяния для удалённого изучения структуры объектов, например, в астрономии, биологии и различных технологичных приложениях, сильно увеличилась в последние годы. Одной из основных причин является гигантское и постоянное увеличение быстродействия компьютеров.

Первым шагом в моделировании светорассеяния является определение или моделирование морфологии рассеивателя, большинство из которых можно отнести к одному из двух типов: твёрдые тела и системы из нескольких частиц. Для первых требуется только описать поверхность, в то время как для последних число свободных параметров намного больше: размер и форма отдельных частиц, а также плотность их упаковки. Вычисления для последних осложняются ещё и тем, что обычно не все параметры хорошо известны, поэтому некоторые из них приходится варьировать. Последнее, что требуется знать, это показатель преломления (комплексное число), а в случае анизотропного материала – два или три его значения.

МДД применим к рассеивателям любой формы, в том числе неоднородным и анизотропным. Ввиду увеличивающейся популярности компьютерных реализаций МДД полезно численно сравнить несколько программ как в сравнении друг с другом (скорость, точность, и т.д.), так и в терминах абсолютной точности. Для последнего требуются эталонные методы, которые могут моделировать частицы определённой формы с большой точностью, – это ограничивает возможные формы частиц лишь несколькими вариантами. Очевидный выбор состоит в использовании программ на основе МРГУ [186] и ОММЧ [187] в качестве эталонных. Нам удалось собрать четыре реализации МДД для данной работы.

* Результаты данного раздела опубликованны в Penttila A., Zubko E., Lumme K., Muinonen K., Yurkin M.A., Draine B.T., Rahola J., Hoekstra A.G., Shkuratov Y. Comparison between discrete dipole implementations and exact techniques. // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. – 2007. – V.106. – P.417-436.

113