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涂层与散射的能量守恒
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infotek
2023-04-26 08:28
涂层与散射的能量守恒
简介
M3F8@|2
($W9 ?
在光线追迹的过程中,光线遇到的表面可能具有反射、透射、吸收和散射特性的组合,它能将光线分裂成多种不同的组成部分。FRED通过以特定的顺序查看这些表面属性来给每一束光线分配光通量值。用户需要了解这一顺序,并坚信在光线追迹中创建的通量值符合您的预期。本文就一个具有Lambertian散射特性以及用户定义好的镜向反射系数的表面来进行演示。
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uR)@v^$FE
说明
iQGoy@<R
<qRw! 'S^
根据指定的模型,入射到表面上的一束光可以被分成镜向反射光、镜向透射光、后向散射光、前向散射光和吸收光。
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6y5arP*6e
在这一过程中,能量守恒表明:这些透射、反射和吸收的总和等于入射功率通量。
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-GKelz?h>
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3iEcLhe"4
FRED以特定的顺序给上述方程的每个部分分配通量。当用户希望定义一个同时具有散射特性以及指定的反射/透射涂层的表面时,知道这一顺序对于正确定义每个部分的功率系数是至关重要的。
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FRED在功率分配的过程中遵循的顺序如下所示:
@xkM|N?
oC[wYUDg
1.FRED确定后向散射的光通量:
m#;:%.Rm
@e0Q+ t
G+g`=7
!J6s^um
2.FRED确定前向散射的光通量:
wA~Nfn ^
7T2W%JT-,
#i]@"R
%mYIXsuH
3.FRED确定镜向反射的光通量:
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R\Q%_~1
ckP3[@Su {
4.FRED确定镜向透射的光通量:
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r?+u}uH
``E;!r="v
^LcI6h
5.FRED将任何剩余的通量归为“吸收”:
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Q)}\4&4
oF6MV&q/
4 ?c1c
注意:TISbackscat and TISfwdscat分别是前向和后向的总的积分散射值(TIS)。
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!KlSw,&=.6
实例
JX/d;N7a
yR$_$N+E
顺序的重要性可参考一个简单的例子,该例的目标是定义一个具有如下属性的表面:
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a)一个简单的散射模型,在Lambertian分布中定义了15%的反射率。
SmLYxH3F
b)一个反射涂层,定义了55%的镜向反射。
f:Ja
(假设剩余的30%功率被吸收了)
Ni)#tz_9
1*jL2P]D
图1. 实例表面
?^!dLW
分配一个新的Lambertian散射模型,并定义明确给出了TIS值(TIS=0.15)。
=dw1Q
dB,#`tc=,
图2. Lambertian散射模型设置对话框
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在本例中Refl系数设置为0.15,即入射功率的15%。这是上述方程中TISbackscat分量值。
#<e7 Y0
ii2Z}qe
定义反射通量需要多费点心。由于目标是定义一个在镜向反射方向能够反射55%的入射功率的表面,似乎假定设置涂层的反射系数(R)为0.55就足够了。然而这并不正确,实际上这将会定义一个镜向反射值为46.75%的模型。
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!?>)[@2 k6
这是因为FRED已经将入射通量的15%分配给了散射模型。反射系数0.55实际上是考虑过散射之后的剩余功率值。
U`Ag|R
55% * (1 – 0.15) = 46.75%
E9:hK
Sp )}
要获得一个55%*Finc反射的散射通量,涂层的反射系数(R)由上述的方程(c)决定,在本例中计算得到:
6K y;1$
Tz-cN
因此R值是0.6470588235294。
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|G@)B!>
图3. 样本涂层设置对话框
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验证
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