入射太阳辐射（日照）源自太阳，在穿过大气层时会发生改变，然后由于地形和表面要素进一步发生改变，最后在地球表面被分别截取为直射、散射和反射分量。 截取的直射辐射是源自太阳的畅通无阻的直光线。散射辐射则是由于被大气中的云和尘埃等成分分散。 反射辐射则是经过表面要素的反射。 直射辐射、散射辐射和反射辐射的总和称为太阳总辐射或整体太阳辐射。
通常，直射辐射是总辐射的最大分量，而散射辐射为第二大分量。 反射辐射通常仅占总辐射的一小部分，被高反射表面（如雪盖）包围的位置除外。 在计算总辐射时，太阳辐射工具将反射辐射排除在外。 因此，总辐射将计算为直射辐射和散射辐射的总和。
太阳辐射工具可以对点位置或者整个地理区域执行计算。 其中涉及 4 个步骤：
- 基于地形计算仰视半球视域。
- 在直射太阳图上叠加视域以估计直射辐射。
- 在散射星空图上叠加视域以估计散射辐射。
- 针对每个感兴趣的位置重复该过程以生成日照地图。
由于辐射会受到地形和表面要素的极大影响，因此计算算法的关键分量需要为数字高程模型 (DEM) 中的每个位置生成仰视半球视域。 半球视域类似于仰视半球（鱼眼）照片，后者从地面仰望整片天空，就像在天文馆中看到的景象一样。 可见天空的大小在决定某位置的日照方面起重要作用。 例如，位于开阔地带的传感器将比位于幽深峡谷中的传感器接收到的日照多。
下图显示了一张仰视半球照片，它展示了一幅可见天空的景象以及被周围地形和表面要素遮挡的各个天空方向。 类似于您在地面上朝各个方向仰视时看到的景象。
视域计算
视域是从某个特定位置查看天空时，对整个可见或者被遮挡天空的栅格表达。 要计算视域，可先围绕感兴趣的位置在指定数量的方向上进行搜索，然后确定天空遮挡的最大角度或水平角。 对于所有其他未经过搜索的方向，将内插水平角。 随后将水平角转换到半球坐标系中，从而将方向三维半球表示为一个二维栅格图像。 将为视域中的每个栅格像元分配一个值，该值对应于天空方向是可见，还是被遮挡。 输出像元位置（行和列）分别对应方向半球的天顶角 θ（与垂直向上的方向所成的角度）和方位角 α（与北所成的角度）。
下图显示了为 DEM 的某个像元计算视域。 沿指定数量的方向计算水平角，并将其用于创建天空的半球制图表达。 生成的视域可描绘出天空方向是可见（显示为白色），还是被遮挡（显示为灰色）。 为说明这一理论，视域将与半球相片叠加显示。
视域可与太阳位置和天空方向信息（分别用太阳图和星空图表示）结合使用，从而计算每个位置的直射、散射和辐射总量（直射 + 散射）并生成精确的日照地图。
太阳图计算
源自每个天空方向的直接太阳辐射可通过太阳图计算得出，该太阳图与视域位于同一半球投影中。 太阳图是一种栅格制图表达，可表示太阳轨迹，或者太阳在一天中的不同时刻以及一年中的不同日期不断变化的明显位置。 这类似于您仰头观察一段时间内太阳在天空中的位置移动。 太阳图由离散的太阳图扇区组成，这些扇区由一天之中（小时）和一年之中（日或月）特定时间间隔处的太阳位置定义。 太阳轨迹的计算基于研究区域的纬度以及用于定义各太阳图扇区的时间配置。 对于每个太阳图扇区，都会指定唯一标识值及其质心的天顶角和方位角。 将分别计算源自每个扇区的太阳辐射，并且在计算直接辐射时，视域将叠加在太阳图上。
下图是一张北纬 45º 的太阳图，计算日期为冬至日（12 月 21 日）到夏至日（6 月 21 日）。 每个太阳扇区（彩色框）表示太阳的位置，所用时间间隔为 1/2 小时（一天之中）和月（一年之中）。 应当注意的是，该图像与仰视视域位于同一半球投影中。 通过一年之中不同日期以及一天之中不同时间，太阳在天空中的移动情况来表示太阳位置。
星空图计算
源自所有天空方向的散射辐射是大气成分（例如云、粒子等）分散光线的结果。 要计算某特定位置的散射辐射，需要创建一个星空图以表示整个天空的半球视图，整个天空将被划分为由天顶角和方位角定义的一系列天空扇区。 每个扇区都将指定唯一标识符值以及质心的天顶角和方位角。 根据方向（天顶角和方位角）计算每个天空扇区的散射辐射。
下图是一张星空图，图中的天空扇区由 8 个天顶分割和 16 个方位分割定义。 每种颜色表示唯一的天空扇区或天空的一部分，散射辐射便源自其中。
视域与太阳图和星空图的叠加
在计算日照的过程中，视域栅格将叠加太阳图栅格和星空图栅格，以计算从每个天空方向接收到的散射辐射和直射辐射。 计算每个扇区中可见天空区域比例的方法为，用每个扇区中未遮挡像元的数量除以像元的总数。 可以考虑部分遮挡的天空扇区。
下图演示了视域叠加太阳图和星空图。 灰色表示受遮挡的天空方向。 计算太阳辐射的方法为，将源自未受遮挡天空方向的直接日照和散射日照相加。
