簡(jiǎn)介
在光線追跡的過(guò)程中，光線遇到的表面可能具有反射、透射、吸收和散射特性的組合，它能將光線分裂成多種不同的組成部分。FRED通過(guò)以特定的順序查看這些表面屬性來(lái)給每一束光線分配光通量值。用戶需要了解這一順序，并堅(jiān)信在光線追跡中創(chuàng)建的通量值符合您的預(yù)期。本文就一個(gè)具有Lambertian散射特性以及用戶定義好的鏡向反射系數(shù)的表面來(lái)進(jìn)行演示。
說(shuō)明
根據(jù)指定的模型，入射到表面上的一束光可以被分成鏡向反射光、鏡向透射光、后向散射光、前向散射光和吸收光。
在這一過(guò)程中，能量守恒表明：這些透射、反射和吸收的總和等于入射功率通量。
FRED以特定的順序給上述方程的每個(gè)部分分配通量。當(dāng)用戶希望定義一個(gè)同時(shí)具有散射特性以及指定的反射/透射涂層的表面時(shí)，知道這一順序?qū)τ谡_定義每個(gè)部分的功率系數(shù)是至關(guān)重要的。
FRED在功率分配的過(guò)程中遵循的順序如下所示：
1.FRED確定后向散射的光通量：
2.FRED確定前向散射的光通量：
3.FRED確定鏡向反射的光通量：
4.FRED確定鏡向透射的光通量：
5.FRED將任何剩余的通量歸為“吸收”：
注意：TISbackscat and TISfwdscat分別是前向和后向的總的積分散射值（TIS）。
實(shí)例
順序的重要性可參考一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，該例的目標(biāo)是定義一個(gè)具有如下屬性的表面：
a)一個(gè)簡(jiǎn)單的散射模型，在Lambertian分布中定義了15%的反射率。
b)一個(gè)反射涂層，定義了55%的鏡向反射。
(假設(shè)剩余的30%功率被吸收了)
圖1. 實(shí)例表面
分配一個(gè)新的Lambertian散射模型，并定義明確給出了TIS值（TIS=0.15）。
圖2. Lambertian散射模型設(shè)置對(duì)話框
在本例中Refl系數(shù)設(shè)置為0.15，即入射功率的15%。這是上述方程中TISbackscat分量值。
定義反射通量需要多費(fèi)點(diǎn)心。由于目標(biāo)是定義一個(gè)在鏡向反射方向能夠反射55%的入射功率的表面，似乎假定設(shè)置涂層的反射系數(shù)(R)為0.55就足夠了。然而這并不正確，實(shí)際上這將會(huì)定義一個(gè)鏡向反射值為46.75%的模型。
這是因?yàn)镕RED已經(jīng)將入射通量的15%分配給了散射模型。反射系數(shù)0.55實(shí)際上是考慮過(guò)散射之后的剩余功率值。
55% * (1 – 0.15) = 46.75%
要獲得一個(gè)55%*Finc反射的散射通量，涂層的反射系數(shù)(R)由上述的方程(c)決定，在本例中計(jì)算得到：
因此R值是0.6470588235294。
圖3. 樣本涂層設(shè)置對(duì)話框
驗(yàn)證
測(cè)試該設(shè)置相當(dāng)簡(jiǎn)單，可以定義一個(gè)簡(jiǎn)單的模型，模型中包含一個(gè)光源、一個(gè)具有期望涂層和散射特性的平面、“Allow All”光線追跡控制(檢查好所有允許的光線操作)和具有合適光濾光器的DAE分析面。
圖4. 包含DAE分析面的FRED模型
DAE濾光器允許用戶分別確定鏡向反射功率和后向散射功率的貢獻(xiàn)值。此時(shí)FRED會(huì)在極坐標(biāo)網(wǎng)格上計(jì)算強(qiáng)度值，通過(guò)查看自動(dòng)顯示在輸出窗口上的積分功率來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。
圖5. DAE光濾光器：(左)只考慮鏡向反射光，(中)只考慮散射光，(右)只考慮吸收光
下圖顯示的是對(duì)于這三種光光器的積分功率值。
圖6a. 當(dāng)只考慮鏡向反射光的時(shí)總的積分功率
圖6b. 當(dāng)只考慮后向散射光時(shí)總的積分功率
圖6c. 當(dāng)只考慮吸收光時(shí)總的積分功率
應(yīng)該注意的是，總和等于1，因?yàn)檫@些是該模型中定義的唯一運(yùn)算，因此這些分量之間是守恒的。
結(jié)束語(yǔ)
上述的實(shí)例考慮了一個(gè)具有后向散射特性以及定義了鏡向反射系數(shù)的涂層特性的表面的簡(jiǎn)單情況。
同樣的，如果在分配通量值時(shí)考慮到有關(guān)FRED遵循的規(guī)則(上述方程a-e)時(shí)，包含透射、前向散射和吸收特性的模型也可以輕松的定義。
|
