簡(jiǎn)介
在光線(xiàn)追跡的過(guò)程中，光線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)分配光通量值。用戶(hù)需要了解這一順序，并堅信在光線(xiàn)追跡中創(chuàng )建的通量值符合您的預期。本文就一個(gè)具有Lambertian散射特性以及用戶(hù)定義好的鏡向反射系數的表面來(lái)進(jìn)行演示。
說(shuō)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(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。當用戶(hù)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)，知道這一順序對于正確定義每個(gè)部分的功率系數是至關(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散射模型設置對話(huà)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(diǎn)心。由于目標是定義一個(gè)在鏡向反射方向能夠反射55%的入射功率的表面，似乎假定設置涂層的反射系數(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。
這是因為FRED已經(jīng)將入射通量的15%分配給了散射模型。反射系數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(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(huà)框
驗證
測試該設置相當簡(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(xiàn)追跡控制(檢查好所有允許的光線(xiàn)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(hù)分別確定鏡向反射功率和后向散射功率的貢獻值。此時(shí)FRED會(huì )在極坐標網(wǎng)格上計算強度值，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(shí)總的積分功率
圖6b. 當只考慮后向散射光時(shí)總的積分功率
圖6c. 當只考慮吸收光時(shí)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(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。
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