簡介
在光線追迹的過程中，光線遇到的表面可(kě)能具有(yǒu)反射、透射、吸收和(hé)散射特性的組合，它能将光線分裂成多(duō)種不同的組成部分。FRED通(tōng)過以特定的順序查看這些(xiē)表面屬性來(lái)給每一束光線分配光通(tōng)量值。用戶需要了解這一順序，并堅信在光線追迹中創建的通(tōng)量值符合您的預期。本文就一個(gè)具有(yǒu)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)進行(xíng)演示。
說明(míng)
根據指定的模型，入射到表面上(shàng)的一束光可(kě)以被分成鏡向反射光、鏡向透射光、後向散射光、前向散射光和(hé)吸收光。
在這一過程中，能量守恒表明(míng)：這些(xiē)透射、反射和(hé)吸收的總和(hé)等于入射功率通(tōng)量。
FRED以特定的順序給上(shàng)述方程的每個(gè)部分分配通(tōng)量。當用戶希望定義一個(gè)同時(shí)具有(yǒu)散射特性以及指定的反射/透射塗層的表面時(shí)，知道(dào)這一順序對于正确定義每個(gè)部分的功率系數(shù)是至關重要的。
FRED在功率分配的過程中遵循的順序如下所示：
實例
順序的重要性可(kě)參考一個(gè)簡單的例子，該例的目标是定義一個(gè)具有(yǒu)如下屬性的表面：
a)一個(gè)簡單的散射模型，在Lambertian分布中定義了15%的反射率。
b)一個(gè)反射塗層，定義了55%的鏡向反射。
(假設剩餘的30%功率被吸收了)
圖1. 實例表面
分配一個(gè)新的Lambertian散射模型，并定義明(míng)确給出了TIS值（TIS=0.15）。
圖2. Lambertian散射模型設置對話(huà)框
在本例中Refl系數(shù)設置為(wèi)0.15，即入射功率的15%。這是上(shàng)述方程中TISbackscat分量值。
定義反射通(tōng)量需要多(duō)費點心。由于目标是定義一個(gè)在鏡向反射方向能夠反射55%的入射功率的表面，似乎假定設置塗層的反射系數(shù)(R)為(wèi)0.55就足夠了。然而這并不正确，實際上(shàng)這将會(huì)定義一個(gè)鏡向反射值為(wèi)46.75%的模型。
這是因為(wèi)FRED已經将入射通(tōng)量的15%分配給了散射模型。反射系數(shù)0.55實際上(shàng)是考慮過散射之後的剩餘功率值。
55% * (1 – 0.15) = 46.75%
要獲得(de)一個(gè)55%*Finc反射的散射通(tōng)量，塗層的反射系數(shù)(R)由上(shàng)述的方程(c)決定，在本例中計(jì)算(suàn)得(de)到：
Frefl = (1 – TISbackscat)*R* Finc
0.55 = (1 – 0.15) *R
因此R值是0.6470588235294。
圖3. 樣本塗層設置對話(huà)框
驗證
測試該設置相當簡單，可(kě)以定義一個(gè)簡單的模型，模型中包含一個(gè)光源、一個(gè)具有(yǒu)期望塗層和(hé)散射特性的平面、“Allow All”光線追迹控制(zhì)(檢查好所有(yǒu)允許的光線操作(zuò))和(hé)具有(yǒu)合适光濾光器(qì)的DAE分析面。
圖4. 包含DAE分析面的FRED模型
DAE濾光器(qì)允許用戶分别确定鏡向反射功率和(hé)後向散射功率的貢獻值。此時(shí)FRED會(huì)在極坐(zuò)标網格上(shàng)計(jì)算(suàn)強度值，通(tōng)過查看自動顯示在輸出窗口上(shàng)的積分功率來(lái)進行(xíng)驗證。
圖5. DAE光濾光器(qì)：(左)隻考慮鏡向反射光，(中)隻考慮散射光，(右)隻考慮吸收光
下圖顯示的是對于這三種光光器(qì)的積分功率值。
圖6a. 當隻考慮鏡向反射光的時(shí)總的積分功率
圖6b. 當隻考慮後向散射光時(shí)總的積分功率
圖6c. 當隻考慮吸收光時(shí)總的積分功率
應該注意的是，總和(hé)等于1，因為(wèi)這些(xiē)是該模型中定義的唯一運算(suàn)，因此這些(xiē)分量之間(jiān)是守恒的。
結束語
上(shàng)述的實例考慮了一個(gè)具有(yǒu)後向散射特性以及定義了鏡向反射系數(shù)的塗層特性的表面的簡單情況。
同樣的，如果在分配通(tōng)量值時(shí)考慮到有(yǒu)關FRED遵循的規則(上(shàng)述方程a-e)時(shí)，包含透射、前向散射和(hé)吸收特性的模型也可(kě)以輕松的定義。
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