表面喷砂氧化或磨砂面散射特性模拟实例

表面喷砂氧化或磨砂面散射特性模拟实例

  在TP中的任何物体，我们都可以定义表面或实体特性。如表面散射，透射/反射，分光滤光，荧光等等。

  本文我们来学习表面的磨砂散射特性定义方法。

  新建一个TP文件，点击主菜单定义\编辑材料\表面材质，打开表面材质特性编辑器：

  点击新建目录，可以创建新的特性库。默认为Default库，在此目录下我们来创建一种表面特性。点击新增特性，命名特性为“磨砂表面特性”，散射函数为Abg函数：（温度默认300，波长默认0）

  点击确定，我们就新建了一个表面特性，只需设置相关的透射，反射，吸收及散射参数即可。

  其中散射参数包括反射式散射BRDF和透射散射BTDF，假设我们模拟白色墙面的散射效果，其反射率80%，吸收20%。80%反射的光线全部发生了朗伯散射，则可以进行如下定义：

  在吸收率一栏输入0.2，由于总能量是审恒的，我们可以通过左侧的求解来计算出反射式散射BRDF的Abg散射系数（使用求解自动计算，无需手动输入数值）：

  自动计算的BRDF总和0.8。（BRDF A栏值为0.280112)

  同样道理，我们创建透过率为70%的磨砂面，输入吸收率0.3，点击求解BTDF即可得到透射后的散射Abg参数，这就是对于喷砂氧化特性的快速定义方法。（BTDF A栏值为0.2450986，BTDF B值为0.1，BTDF g值为0）

  保存表面特性关闭当前编辑窗口。回到TP视图界面，我们来快速验证散射效果。插入几何物体，假设材料为PMMA的塑料板，后表面磨砂。方块\宽度X10，Y10，Z1，中心位置X0，Y0，Z5，旋转皆0。

  在系统树上右键点击物体选择属性，材料标签中找到PMMA，然后应用：材料\目录Plastic\名称PMMA。

  使用点选物面快捷按扭选中物体右表面，右键同样选属性，设置表面的磨砂特性。由于我们刚刚定义好了这种特性，只需从表面特性库中找出来并应用于此表面即可。

  添加一个格点光源，在系统树上选择光源标签，格点光源前的红X上点击以启用此光源，双击可打开格点光源设置对话框：

  格点范围：圆形\外半径2\内半径0

  格点图形：圆形\环数30

  点击光线追迹可以看到，光线通过塑料板在后面发生了散射：

  塑料板绕X轴旋转30度，再进行光线追迹：（修改几何体中的旋转栏X为30）

  上图中所示的光路与我们想象的可能就不一样了，理论上光线通过任何光学表面都会产生部分反射，即我们常说的菲涅尔损失，而上图显示所有光线都通过塑料板向后传播。难道TP在通量计算时不准确？

  其实不然，我们在进行光线追迹时，其实TP已经帮我们设置了一个默认的光线能量门槛值，当光线能量低于此门槛值时将不再被追迹。点击主菜单光线追迹\光线追迹选项：

  门槛数值\光通量门槛数0.05

  光线与面相交次数界限：总相交次数1000，总散射次数1000，随机散射次数1000，光学散射次数1000。

  除了能量门槛，还有相交次数，散射次数等限制。为了计算菲涅尔能量损失，我们将光通量门槛降低到0.005的相对能量，再进行光线追迹：

  这时在上图中看到了前表面菲涅尔反射损失的光线，蓝色显示，这是任何光学表面固有的光学特性，蓝色光线代表了多少能量呢？我们可以查看不同颜色光线代表的相对能量范围，点击主菜单上的分析\光线颜色：

Flux-based ray colors

Palettes:默认值

From栏依上到下：0.666,0.333,0

TO栏依上到下：1,0.666,0.333

  从上图中可以看到，光线颜色可以代表不同能量或不同波长，若想使用颜色表达更详细的能量细节，可以选择线性延伸：

Flux-based ray colors

Palettes:线性延伸

New Color Boundary:0

From依上到下：0.9，0.8，0.7，0.6

To依上到下：1，0.9，0.8，0.7

Wavelength-based ray colors:选择第一行

作者QQ及微信：49922779