簡介
在光線追跡的過程中，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通過以特定的順序查看這些表面屬性來給每一束光線分配光通量值。用戶需要了解這一順序，并堅信在光線追跡中創建的通量值符合您的預期。本文就一個具有Lambertian散射特性以及用戶定義好的鏡向反射系數的表面來進行演示。
說明
根據指定的模型，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部分分配通量。當用戶希望定義一個同時具有散射特性以及指定的反射/透射涂層的表面時，知道這一順序對于正確定義每個部分的功率系數是至關重要的。
FRED在功率分配的過程中遵循的順序如下所示：
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）。
實例
順序的重要性可參考一個簡單的例子，該例的目標是定義一個具有如下屬性的表面：
a)一個簡單的散射模型，在Lambertian分布中定義了15%的反射率。
b)一個反射涂層，定義了55%的鏡向反射。
(假設剩余的30%功率被吸收了)
圖1. 實例表面
分配一個新的Lambertian散射模型，并定義明確給出了TIS值（TIS=0.15）。
圖2. Lambertian散射模型設置對話框
在本例中Refl系數設置為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點心。由于目標是定義一個在鏡向反射方向能夠反射55%的入射功率的表面，似乎假定設置涂層的反射系數(R)為0.55就足夠了。然而這并不正確，實際上這將會定義一個鏡向反射值為46.75%的模型。
這是因為FRED已經將入射通量的15%分配給了散射模型。反射系數0.55實際上是考慮過散射之后的剩余功率值。
55% * (1 – 0.15) = 46.75%
要獲得一個55%*Finc反射的散射通量，涂層的反射系數(R)由上述的方程(c)決定，在本例中計算得到：
因此R值是0.6470588235294。
圖3. 樣本涂層設置對話框
驗證
測試該設置相當簡單，可以定義一個簡單的模型，模型中包含一個光源、一個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值。此時FRED會在極坐標網格上計算強度值，通過查看自動顯示在輸出窗口上的積分功率來進行驗證。
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
下圖顯示的是對于這三種光光器的積分功率值。
圖6a. 當只考慮鏡向反射光的時總的積分功率
圖6b. 當只考慮后向散射光時總的積分功率
圖6c. 當只考慮吸收光時總的積分功率
應該注意的是，總和等于1，因為這些是該模型中定義的唯一運算，因此這些分量之間是守恒的。
結束語
上述的實例考慮了一個具有后向散射特性以及定義了鏡向反射系數的涂層特性的表面的簡單情況。
同樣的，如果在分配通量值時考慮到有關FRED遵循的規則(上述方程a-e)時，包含透射、前向散射和吸收特性的模型也可以輕松的定義。
|
