Настройка параметров отражения и преломления в Vray материалах. Френеля формулы

Поляризованный и естественный свет. Плоская волна называется линейнополяриз о ванной или плоскополяризованной) если колебания вектора Й происходят в одной плоскости, перпендикулярной фронту волны (ее называют плоскостью поляризации волны). Монохроматическая плоская волна либо линейно поляризована, либо поляризована по эллипсу или по кругу (см. разд. 4.5). Эллиптически поляризованная волна представляет собой сумму двух взаимно пер», пендикулярных плоских волн, между колебаниями которых имеется

разность фаз. Естественный свет, испущенный нагретыми телами, является неполяризованным, поскольку направление колебаний вектора Р в каждой точке быстро и хаотически меняется. Смесь естественного и поляризованного света называется частично поляризованным светом.

Поляризатором называется устройство, поглощающее свет, поляризованный в одной плоскости, но пропускающее свет, поляризованный в перпендикулярной плоскости. Плоскость поляризации прошедшего света называют плоскостью пропускания поляризатора. Если естественный свет пропустить через поляризатор, то он станет линейно поляризованным, а его интенсивность уменьшится в два раза (если нет поглощения в плоскости пропускания поляризатора). Если линейно поляризованный свет интенсивностью пропустить через поляризатор, плоскость пропускания которого составляет угол а с плоскостью колебаний световой волны, то интенсивность прошедшей волны будет составлять

(закон Малюса). Объясняется это тем, что линейно поляризованный свет с амплитудой представляет собой сумму двух линейно поляризованных волн: волна, поляризованная в плоскости пропускания (ее амплитуда равна , пройдет через поляризатор без изменений, а вторая волна будет поглощена.

Отражение и преломление волн. Формулы Френеля.

Интенсивность и поляризация отраженной и преломленной волн зависят от того, как поляризована падающая волна. Запишем граничные условия на поверхности раздела двух сред:

Здесь нижние индексы обозначают тангенциальную и нормальную компоненты, а верхние индексы соответствуют падающей, отраженной и преломленной волнам. Для плоской монохроматической волны

соотношения для волновых векторов (рис. 75) имеют вид:

где . Из этих соотношений получим закон отражения. В случае, когда приходим к закону Снеллиуса: Если то происходит полное отражение: оказывается мнимым, т.е. амплитуда прошедшей волны экспоненциально затухает с характерной глубиной проникновения

Амплитуды прошедшей и отраженной волн зависят от поляризации падающей волны. Приведем результат для отраженных волн:

(формулы Френеля). Здесь первая формула относится к волне, поляризованной в плоскости падения, а вторая - к волне, поляризованной в перпендикулярной плоскости. Видно, что при угле падения, удовлетворяющем условию волна, поляризованная в плоскости падения, отражаться не будет. Так как в этом случае , то угол падения, при котором отраженная волна будет линейно поляризованной перпендикулярно плоскости падения (угол Брюстера), удовлетворяет соотношению:

Качественное объяснение состоит в том, что в этом случае направление колебаний диполей (указаны на рисунке), возбужденных во второй среде волной, поляризованной в плоскости падения, оказывается параллельным направлению отраженной волны (отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны"). Но осциллятор не излучает волну в направлении своих колебаний (см. разд. 4.5).

В случае нормального падения различие между поляризациями пропадает:

Видно, что при отражении от оптически более плотной среды фаза колебаний сменяется на противоположную (точнее, к фазе добавляется ).

Отношение отраженной энергии к энергии падающей называется коэффициентом отражения. При нормальном падении он равен

Коэффициент пропускания равен Коэффициенты зависят только от относительного показателя преломления двух сред.

Пример. Просветление оптики. Коэффициент отражения стекол в оптических приборах невелик (несколько процентов). Тем не менее важной задачей

является уменьшение отражения для определенных длин волн. Для этого на поверхность наносят прозрачную пленку с показателем преломления показатель преломления стекла) и толщиной Оптическая разность хода между лучами, отраженными от поверхностей пленки, равна (изменение фазы при отражении учитывать не надо, так как оно происходит у каждого из лучей), а коэффициенты отражения на этих поверхностях будут близки друг к другу (см. формулу (15)). В результате произойдет почти полное гашение отраженного света.

Оптически анизотропные среды. В случае сред, обладающих анизотропией, векторы в общем случае уже не параллельны друг другу. Линейная связь между ними носит тензорный характер, т.е. каждая из компонент вектора Й выражается в виде линейной комбинации всех трех компонент вектора . Существуют три взаимно перпендикулярные оси, называемые диэлектрическими осями кристалла, для которых Значения называются главными диэлектрическими проницаемостями кристалла. Мы рассмотрим только случай одноосных кристаллов, у которых две из трех равны друг другу Выделенная ось называется оптической осью кристалла.

При распространении в одноосном кристалле плоской волны вводят главное сечение кристалла - плоскость, проходящую через оптическую ось и вектор нормали к фронту волны. Оказывается, что распространение линейно поляризованной световой волны зависит от направления ее поляризации. Волна, поляризованная перпендикулярно главному сечению, называется обыкновенной. Скорость распространения такой волны не зависит от направления;

колебания векторов направлены одинаково; направление распространения энергии (т.е. вектора Пойнтинга ) перпендикулярно фронту волны. Волна, поляризованная параллельно главному сечению, называется необыкновенной. Скорость ее распространения зависит от угла между и оптической осью (при угле между ними она равна Колебания векторов происходят в разных направлениях, вектор Пойнтинга не перпендикулярен к фронту волны (нормаль к фронту волны параллельна ). Разница между обыкновенным и необыкновенным лучами исчезает только при распространении света параллельно оптической оси.

При падении света на поверхность кристалла он разделяется на обыкновенный и необыкновенный лучи, линейно поляризованные перпендикулярно друг другу и имеющие разные показатели преломления. Закону преломления (см. разд. 5.1) подчиняется направление распространения фронта необыкновенной волны, сам же луч может выйти из плоскости падения. Даже при нормальном падении луча на кристалл, вырезанный под углом к оптической оси, происходит пространственное разделение лучей (рис. 76). Положения

фронтов указаны черточками, положение оптической оси - стрелкой. Необыкновенный луч поляризован в плоскости чертежа, обыкновенный перпендикулярно ей.

Для получения и анализа поляризованного света используют поляризационные призмы (николи), разрезанные под углом к распространению лучей таким образом, что обыкновенный луч испытывает на плоскости разреза полное отражение и уходит в сторону, а необыкновенный луч проходит прямо. Другой способ получения поляризованного света основан на различии в поглощении обыкновенного и необыкновенного лучей в некоторых веществах. При пропускании света через дихроичную пластину (пластинку турмалина, поляроид) обыкновенный луч поглощается, и наружу выходит линейно поляризованный необыкновенный луч.

Для анализа характера поляризации света изучают зависимость интенсивности от ориентации николя. Если интенсивность не меняется, то свет либо естественный, либо поляризован по кругу. Чтобы различить эти случаи, используют пластинку в четверть волны, или компенсатор. Толщина пластинки подобрана так, чтобы разность хода между обыкновенным и необыкновенным лучами равнялась Сдвиг фаз между взаимно перпендикулярными колебаниями станет равным либо нулю, либо и круговая поляризация превратится в линейную.

Вращение плоскости поляризации. При распространении в некоторых веществах (их называют оптически активными) линейно поляризованного света происходит вращение плоскости поляризации. Угол поворота пропорционален толщине пластины: где а - вращение на единицу длины. В зависимости от направления поворота различают право- и левовращающие вещества. Пример - пластинка кварца, вырезанная перпендикулярно оптической оси (кварц бывает как лево-, так и правовращающим). В растворах оптически активного вещества в неактивном растворителе а пропорционально концентрации. Молекулы активных веществ обладают асимметрией по отношению к правому и левому вращению по типу спирали. Явление вращения плоскости поляризации можно охарактеризовать как круговое двойное лучепреломление. Волны, поляризованные по кругу в разные стороны, распространяются с разными скоростями, т.е. разность фаз между ними меняется. Сумма двух таких колебаний представляет собой линейное колебание, направление которого зависит от разности фаз.

Искусственная анизотропия. При помещении многих изотропных тел в однородное электрическое поле у них возникает одноосная анизотропия с оптической осью, ориентированной параллельно напряженности поля (электр о оптический эффект Керра). Разность хода между обыкновенным и необыкновенным лучами при распространении света перпендикулярно Р пропорциональна квадрату напряженности:

где I - толщина слоя вещества, а В называется постоянной Керра. Искусственная анизотропия возникает в тех случаях, когда поляризуемость молекул вещества зависит от их ориентации по отношению к полю. Аналогичный эффект возникает при помещении некоторых веществ в магнитное поле (эффект Коттона-Мутона). Он описывается соотношением

При помещении неактивных веществ в сильное магнитное поле может возникнуть оптическая активность для света, распространяющегося параллельно вектору Й (магнитное вращение плоскости поляризации). Вращение на единицу длины в этом случае (для и парамагнетиков) пропорционально величине магнитной индукции: где называется постоянной Верде.

Допустим, что граница раздела сред плоская и неподвижная. На нее падает плоская монохроматическая волна :

отражённая волна при этом имеет вид:

для преломленной волны имеем:

отраженная и преломленная волны будут тоже плоскими, и иметь ту же частоту: ${\omega }_{pad}=\omega_{otr}=\omega_{pr}=\omega $. Равенство частот следует из линейности и однородности граничных условий.

Разложим электрическое поле каждой волны на две компоненты. Одну, находящуюся в плоскости падения, другая в перпендикулярной плоскости. Эти составляющие называют главными составляющими волн. Тогда можно записать:

где ${{\overrightarrow{e}}_x,\overrightarrow{e}}_y,\ {\overrightarrow{e}}_z$ -- единичные векторы вдоль осей $X$,$Y$,$Z.$ ${\overrightarrow{e}}_1,\ {\overrightarrow{e}}"_1,{\overrightarrow{e}}_2$ -- единичные векторы, которые находятся, в плоскости падения и перпендикулярны соответственно, падающему, отраженному и преломленному лучам (рис.1). То есть можно записать:

Рисунок 1.

Скалярно умножим выражение (2.а) на вектор ${\overrightarrow{e}}_x,$ получаем:

Аналогичным путем получают:

Так, выражения (4) и (5) дают $x-$, $y-$. $z-$ составляющие электрического поля на границе раздела веществ (при $z=0$). Если не учитывать магнитных свойств вещества ($\overrightarrow{H}\equiv \overrightarrow{B}$), то компоненты магнитного поля можно записать как:

Соответствующие выражения для отраженной волны имеют вид:

Для преломленной волны:

Для нахождения $E_{pr\bot }$,$\ E_{pr//},\ E_{otr\bot },\ E_{otr//}$ используют граничные условия:

Подставим в выражения (11) формулы (10), получим:

Из системы уравнений (12),учитывая равенство угла падения и угла отражения (${\alpha }_{pad}=\alpha_{otr}=\alpha $) получим:

Отношения, которые стоят в левых частях выражений (13) называют коэффициентами Френеля. Данные выражения формулами Френеля.

При обычном отражении коэффициенты Френеля вещественные. Это доказывает, что отражение и преломление не сопровождает изменение фазы, исключение -- изменение фазы отраженной волны на $180^\circ$. В том случае, если падающая волна является поляризованной, то отраженная и преломленная волны тоже поляризованы.

Получая формулы Френеля, мы полагали свет монохроматическим, однако, если среда не является диспергирующей и происходит обычное отражение, то данные выражения справедливы и для немонохроматических волн. Надо только под составляющими ($\bot $ и //) понимать соответствующие компоненты напряженностей электрического поля падающей, отраженной и преломленной волн на границе раздела.

Пример 1

Задание: Объясните, почему изображение заходящего солнца при тех же условиях не уступает по яркости самому солнцу.

Решение:

Для объяснения подобного явления используем следующую формулу Френеля:

\[\frac{E_{otr\bot }}{E_{pad\bot }}=-\frac{sin (\alpha -{\alpha }_{pr})}{sin (\alpha +{\alpha }_{pr})};\ \frac{E_{otr//}}{E_{pad//}}=\frac{tg (\alpha -{\alpha }_{pr})}{tg (\alpha +{\alpha }_{pr})}(1.1).\]

В условиях скользящего падения, когда угол падения ($\alpha $) практически равен $90^\circ$ получаем:

\[\frac{E_{otr\bot }}{E_{pad\bot }}=\frac{E_{otr//}}{E_{pad//}}\to -1(1.2).\]

При скользящем падении света коэффициенты Френеля (по модулю) стремятся к единице, то есть отражение получается практически полным. Это объясняет яркие изображения берегов в спокойной воде водоема и яркость заходящего солнца.

Пример 2

Задание: Получите выражение для отражательной способности ($R$), если так называют коэффициент отражения при нормальном падении света на поверхность.

Решение:

Для решения задачи используем формулы Френеля:

\[\frac{E_{otr\bot }}{E_{pad\bot }}=\frac{n_1cos\left(\alpha \right)-n_2cos\left({\alpha }_{pr}\right)}{n_1cos\left(\alpha \right)+n_2cos\left({\alpha }_{pr}\right)},\ \frac{E_{otr//}}{E_{pad//}}=\frac{n_2{cos \left(\alpha \right)\ }-n_1{cos \left({\alpha }_{pr}\right)\ }}{n_2{cos \left(\alpha \right)\ }+n_1{cos \left({\alpha }_{pr}\right)\ }}\left(2.1\right).\]

При нормальном падении света формулы упрощаются и превращаются в выражения:

\[\frac{E_{otr\bot }}{E_{pad\bot }}=-\frac{E_{otr//}}{E_{pad//}}=\frac{n_1-n_2}{n_1+n_2}=\frac{n-1}{n+1}(2.2),\]

где $n=\frac{n_1}{n_2}$

Коэффициентом отражения называют отношение энергии отраженной к энергии падающей. При этом известно, что энергия пропорциональна квадрату амплитуды, следовательно, можно положить, что искомый коэффициент можно найти как:

Ответ: $R={\left(\frac{n-1}{n+1}\right)}^2.$



Reflection and refraction of Vray materials. Table John Reynolds

Отражение (Reflection).
Всё вокруг нас отражает свет. Все объекты, состоящие из различных материалов, вода, воздух, наша кожа, волосы, мех животных - абсолютно всё в этом мире в той или иной степени отражает свет и преломляет его. Сила отражения зависит от яркости освещения. Чем сильнее (ярче) светит солнце, тем больше лучей света отражаются от поверхности и тем лучше видны окружающие нас предметы. И наоборот, в полной темноте мы ничего не видим. Так устроено наше зрение. Мы видим свет, отраженный от объектов, а не сами объекты.
При падении лучей света на различные поверхности, они в зависимости от степени неровности (шероховатости) поверхности материала, способны или отражаться в одном направлении, или лучи света отражаются в разных направлениях. Наибольшей способностью отражать свет обладают гладкие (полированные) поверхности. На них более четко видны отражения окружающих предметов для нашего глаза.
Во втором случае отраженные от шероховатых поверхностей лучи света перекрывают друг друга, лучи отражаются от отдельных неровностей во все стороны - отраженный свет рассеивается. Отражения еле заметны или не заметны вовсе. Лучше всего рассеивают лучи света поверхности с малыми, не видные не вооруженным взглядом неровностями, например бумага, гипс, мел и так далее. Сильно рассеивают свет частицы пыли и тумана.

Преломление (Refraction).
Если материал на который падает свет имеет какую либо степень прозрачности, то часть лучей отражается от него, а другая часть лучей света либо поглощается, либо преломляется и идет дальше сквозь него. Преломляют свет в той или иной степени все прозрачные материалы и вещества - вода, стекло, пластик, газ, воздух. Толщина объекта из прозрачного материала усиливает преломление лучей света.

Необходимо помнить об этих свойствах физических материалов, когда настраиваешь параметры материалов в Vray (Basic parameters) - это поможет вам добиться наиболее реалистичной визуализации в ваших рендерах. Наиболее точно параметры отражения и преломления некоторых материалов отображены в таблице Джона Рейнольдса (Table John Reynolds).

Общие значения IOR для некоторых материалов:


вода 1.33
пластик 1.45 (от 1.45 до 2 для прозрачного пластика и до 8 для непрозрачного).
стекло 1.5-1.8
алмаз 2.4
композиционные материалы вроде дерева, бетона, камня 3-6
металлы 20-100

Точные значения IOR для некоторых материалов:


Вода (пар) 1.000261
Вода (комнатной температуры) 1.33157
Лёд 1.309
Воздух 1.0002926
Кислород (газ) 1.000276
Кислород (жидкий) 1.221
Жемчуг 1.530
Слоновая кость1.540
Человеческая кожа 5.79386
Натуральная кожа 1.79776
Зубная эмаль 1.540
Дерево): 3.51271
Древесная кора): 2.93226
Пластик 1.460
Шершавый пластик 2.78057
Плексиглас 1.50
Полистирол 1.55
Силикон 4.24
Бархат 7.51002
Нейлон 1.53
Лён 5.14593
Хлопок 4.82679
Ковры 6.13889
Фетр 4.14686
Шерсть 9.78133
Камень 11.07168
Плитка крышная 8.19147
Кирпич 2.75990
Бетон 3.08956
Бетон легкий 4.61930
Штукатурка 5.43788
Грубая бумага 3.11376
Губка 8.72413
Резина, натуральная 1.5191
Свинец 2.01
Золото 0.47
Сталь 2.50

Настройка параметров отражения и преломления в Vray материалах



Давайте перейдем непосредственно к настройке отражения (reflection) и преломления (refraction) в базовых параметрах Vrayматериалов. И выясним как использовать значения из таблицы Джона Рейнольдса в этих параметрах. Для начала давайте разберем значения вкладок Reflection и Refraction. На изображении ниже вы можете увидеть параметры самого обычного материала Vray, который принят в 3dsMax по умолчанию.

Diffuse - диффузный цвет материалла.

Roughness (Шероховатость) - делает «плоскими» цветовые переходы. Можно использовать его для того, чтобы сделать цвет материала более пыльным и плоским.

Reflect - при чистом черном цвете поверхность материала не имеет отражения, при белом, наоборот поверхность материалла обладает максимальным отражением. Все промежуточные значения серого цвета влияют на силу отражения. Значения цвета могут быть от 0 до 255 и чтобы получить материал с отражающей способностью 50%, нужно установить значение 128. Правильным будет использовать значение величины отражающей способности из таблицы Джона Рейнольдса. Например для обычного стекла это
5-10%, что составляет значение 13-26.
Рекомендуется не использовать чистый черный (0) и чистый белый цвет (255). Это увеличит время вашего рендера.

Reflection glossiness (Глянцевость) - значение 1 дает максимально глянцевую поверхность, значение 0 - матовую.

Highlight. Glossiness - этот параметр привязан к refl.glossiness и отвечает за глянцевость отражений от источника света. Отвязав его с помощью кнопки L можно например размыть блик от источника света, а отражения окружающего мира оставить не размытыми.

Subdivs - этот параметр отвечает за качество отражения. Чем выше значение тем оно лучше, но при этом увеличивается время рендера.

Fresnel reflections - активировав эту опцию вы включите эффект Френеля. Это даст вам более правильные отражения и улучшит вашу визуализацию.

Fresnel IOR - по умолчанию этот параметр заблокирован, так как Vray берет значение из IOR в refraction (преломлении), но активировать и ввести свое значение можно нажав кнопку L, что рядом с активацией Fresnel reflections. Это значение отвечает за величину области, которая поддается эффекту Френеля. Оно участвует в формуле Френеля, по которой рассчитывается количество преломленного и отраженного света.
При IOR равному 1 отражения на материалле будут отсутствать. Если выставить значение равным 100 то эффект Френеля вообще не будет заметен.

Остальные значения можно оставить без изменения. Перейдем к параметрам преломления (refraction).

Refract - этот параметр так же как и Reflec регулируется диапазоном цветов от 0 до 255. При 0 материал абсолютно не прозрачный, при 255 наоборот - максимально прозрачный.

Glossiness (Глянцевитость преломлений) - с помощью этого параметра можно моделировать шероховатую поверхность, рассеивая световые лучи в разных направлениях. Низкие значения придают материалу шероховатый грубый вид (стекло подвергнутое пескоструйной обработке, текстурированный матовый пластик). Высокие значения этого параметра наоборот придают поверхности гладкий глянцевидный вид. Так как глянцевые преломления очень сильно влияют на время рендера, то для достижения оптимального желаемого результата не стоит опускать значение Refraction Glossiness ниже 0.7.

Subdivs - этот параметр также как и в отражениях отвечает за качество. Чем выше значение тем оно лучше, но при этом увеличивается время рендера.

Affect shadows - эту опция отвечает за отбрасывание тени на поверхность от прозрачных материалов. Зависит от параметров refraction color и fog color. Работает только при включенных V-Ray тенях от прямых источников света.

IOR в Refraction будет для преломления и отражения одинаковым. Что с технической точки зрения является правильным.

IOR - это индекс преломления (index of refraction). На мой взгляд, это один из самых важных параметров в настройках Vray материалов, который отвечает за реалистичность визуализации. Тут как раз и необходимо вводить значение индекса преломления IOR, приведеное в таблице Джона Рейнольдса (Table John Reynolds) и в списке ниже, для того чтобы получить наиболее правильные материаллы для вашей сцены. Помните, что если вы не разблокировали Fresnel IOR, то параметр IORв Refraction будет для преломления и отражения одинаковым. Что с технической точки зрения является правильным.

В заключении хочу добавить что иногда, из художественных соображений, когда хочется прозрачному материалу (стекла или прозрачного пластика например) добавить больше отражений, можно активировать параметр Fresnel IOR и увеличить его, не привязываясь к значению IORв Refraction. Разблокировка Fresnel IOR также бывает полезна, еслиа нужно сделать распределение отражений более равномерным, без увеличения их насыщенности.

И еще один важная деталь, на которую стоит обрать внимание: для преломляющих материалов желательно в большинстве случаев устанавливать опцию Affect Channels в вариант All Channels . Таким образом альфа-канал не будет при рендере выводиться сплошным белым цветом, а вместо этого его градация будет корректироваться в зависимости от прозрачности материала обьекта, что весьма полезно при пост-обработке.

На этом все. Желаю вам творческих успехов в работе и качественных рендеров. На прощанье предлагаю вам скачать подробную таблицу характеристик преломления света различных материалов: IOR

Стекло 1.51714
Стекло, кремниевое, лантан 1.80
Стекло, кремниевое, легкое 1.58038
Стекло, кремниевое, плотное 1.66
Стекло, кремниевое, самое тяжелое 1.89
Стекло, кремниевое, среднее 1.62725
Стекло, кремниевое, тяжелое 1.65548
Агальматолит 1.550
Агат 1.544
Алмаз 2.417
Аметист 1.544
Бирюза 1.610
Изумруд 1.576
Каменная соль 1.544
Кварц 1.544
Кварц, плавленый 1.45843
Лунный камень, Альбит 1.535
Малахит 1.655
Пилёный камень 3.60574
Нефрит 1.610
Оникс 1.486
Опал 1.450
Рубин 1.760
Сапфир 1.760
Тигровый глаз 1.544
Топаз 1.620
Турмалин 1.624
Хрусталь 2.00
Янтарь 1.546
Сланец 3.09590
Галька 4.43289


Свет отражается от предметов. Так мы видим мир. Фактически мы видим свет, отраженный от предметов, а не сами предметы. Не отраженный свет либо поглощается, либо преломляется и идёт дальше.
Интенсивность отражений зависит от характера поверхности. В зеркале отражается 100% света, поскольку ни один его грамм не поглощается и не преломляется. Сумма отраженного, поглощенного и преломленного света всегда равна свету, который попадает на поверхность.

Несколько законов для отражений:
- Угол падения светового луча равен углу отражения.
- Отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим.
- Чем больше угол падения луча, тем интенсивнее отраженный луч.


Автор последнего закона Френель. В максе например, этот закон реализован вот так


Или фалов мапой


Для тестов возьмем следующую сцену (кубик и сфера внутри светящегося цилиндра)


Обратите внимание как ближе к краям сферы усиливается интесивность отражения. Это и есть закон Френеля в действии. В жизни самые яркие примеры это отражения на машинах, витринах, в лужах.


Диффузное отражение
Отражение чаще всего не глянцевое, а диффузное. Мы не можем, например, увидеть свое отражение в асфальте. Но с легкостью может увидеть его в луже. Это зависит от характера поверхности. Лужа гладкая, следовательно отражает все лучи в одном направлении, а асфальт имеет много неровностей, поэтому лучи начинают отскакивать в разных направлениях.




В 3д это реализовано параметром refl. Glossiness.


Отражения в 3д
Теперь остановимся более подробно на том, как отражения реализованы в 3д. Я рассматриваю на примере врэя, но, думаю, суть одна вне зависимости от системы рендеринга.


Reflect
цвет отвечает за характер отражений. Абсолютно черный цвет отсутствие отражений, белый – максимальное отражение.

Reflection glossiness
глянцевость, 1 глянцевая поверхность, 0 –матовая.

Highlight. Glossiness
привязан к refl.glossiness и отвечает за глянцевость отражений источника света. Отвязав его с помощью кнопки L можно сделать, например, что бы блик от источника света размылся, а отражения окружающего мира — нет.

Subdivs
отвечает за качество отражений и, соответственно, за скорость визуализации.

Галка Fresnel reflections
отвечает, соответственно, за активизацию эффекта Френеля.

Fresnel IOR
по дефолту заблокирован, но ввести значение можно нажав кнопку L, что рядом с галочкой. Когда IOR заблокирован, то vray берет значение из refraction IOR.
IOR это index of refraction. Он участвует в формуле Френеля, по которой рассчитывается количество преломленного и отраженного света. Я её тут не привожу, так как от неё ни холодно ни жарко. По сути она отвечает за величину области, которая поддается эффекту Френеля. Когда IOR равен 1 то отражения вообще отсутствуют. Постепенно добавляя IOR эффект Френеля меняется в сторону его полного отсутствия, то есть равномерного отражения вне зависимости от угла зрения. Если поставить значение равным 100 то эффект будет близким к тому, как если бы мы вообще не включали эффект Френеля.



Выводы
Практически все предметы в нашем мире имеют эффект Френеля. Поэтому советую использовать его для придания своим материалам большей реалистичности. Каждый предмет имеет свой IOR. В сети есть много таблиц со значениями IOR для разных материалов, но нашел на одном форуме следующую информацию, которая более точна в нашем случае, поскольку 3д алгоритмы не просчитывают точно так же как это делают алгоритмы нашего мира. Есть своя специфика. Итак:
Вода 1.333
Стекло 1.33 - 1.5
Алмаз 2.13
Дерево, камень, бетон и им подобные 3-4
Пластик 5-8
Металл 20-100

Формулы Френеля

Фо́рмулы Френе́ля определяют амплитуды и интенсивности преломлённой и отражённой электромагнитной волны при прохождении через плоскую границу раздела двух сред с разными показателями преломления . Названы в честь Огюста Френеля , французского физика, который их вывел. Отражение света, описываемое формулами Френеля, называется френелевским отражением .

Формулы Френеля справедливы в том случае, когда граница раздела двух сред гладкая, среды изотропны, угол отражения равняется углу падения, а угол преломления определяется законом Снеллиуса . В случае неровной поверхности, особенно когда характерные размеры неровностей одного порядка с длиной волны , большое значение имеет диффузное рассеяние света на поверхности.

При падении на плоскую границу различают две поляризации света. s p

Формулы Френеля для s -поляризации и p -поляризации различаются. Поскольку свет с разными поляризациями по-разному отражается от поверхности, то отражённый свет всегда частично поляризован, даже если падающий свет неполяризован. Угол падения, при котором отражённый луч полностью поляризован, называется углом Брюстера ; он зависит от отношения показателей преломления сред, образующих границу раздела.

s -Поляризация

s -Поляризация - это поляризация света, для которой напряжённость электрического поля электромагнитной волны перпендикулярна плоскости падения (т.е. плоскости, в которой лежат и падающий, и отражённый луч).

где - угол падения, - угол преломления, - магнитная проницаемость среды, из которой падает волна, - магнитная проницаемость среды, в которую волна проходит, - амплитуда волны, которая падает на границу раздела, - амплитуда отражённой волны, - амплитуда преломлённой волны. В оптическом диапазоне частот с хорошей точностью и выражения упрощаются до указанных после стрелок .

Углы падения и преломления для связаны между собой законом Снеллиуса

Отношение называется относительным показателем преломления двух сред.

Обратите внимание, коэффициент пропускания не равен , так как волны одинаковой амплитуды в разных средах несут разную энергию.

p -Поляризация

p -Поляризация - поляризация света, для которой вектор напряжённости электрического поля лежит в плоскости падения.

где , и - амплитуды волны, которая падает на границу раздела, отражённой волны и преломлённой волны, соответственно, а выражения после стрелок вновь соответствуют случаю .

Коэффициент отражения

Коэффициент пропускания

Нормальное падение

В важном частном случае нормального падения света исчезает разница в коэффициентах отражения и пропускания для p - и s -поляризованных волн. Для нормального падения

Примечания

Литература

  • Сивухин Д. В. Общий курс физики. - М .. - Т. IV. Оптика.
  • Борн М., Вольф Э. Основы оптики. - «Наука», 1973.
  • Колоколов А. А. Формулы Френеля и принцип причинности // УФН . - 1999. - Т. 169. - С. 1025.

Wikimedia Foundation . 2010 .

  • Рейд, Фиона
  • Баслаху

Смотреть что такое "Формулы Френеля" в других словарях:

    ФРЕНЕЛЯ ФОРМУЛЫ - определяют отношения амплитуды, фазы и состояния поляризации отражённой и преломлённой световых волн, возникающих при прохождении света через границу раздела двух прозрачных диэлектриков, к соответствующим хар кам падающей волны. Установлены… … Физическая энциклопедия

    ФРЕНЕЛЯ ФОРМУЛЫ - определяют амплитуды, фазы и поляризации отраженной и преломленной плоских волн, возникающих при падении плоской монохроматической световой волны на неподвижную плоскую границу раздела двух однородных сред. Установлены О.Ж. Френелем в 1823 … Большой Энциклопедический словарь

    Френеля формулы - определяют амплитуды, фазы и поляризации отражённой и преломлённой плоских волн, возникающих при падении плоской монохроматической световой волны на неподвижную плоскую границу раздела двух однородных сред. Установлены О. Ж. Френелем в 1823. * *… … Энциклопедический словарь

    ФРЕНЕЛЯ ИНТЕГРАЛЫ - специальные функции Ф. и. представляют в виде рядов Асимптотич. представление при больших х: В прямоугольной системе координат (х, y)проекциями кривой где t действительный параметр, на координатные плоскости являются Корню спираль и кривые (см … Математическая энциклопедия

    Френеля формулы - определяют отношения амплитуды, фазы и состояния поляризации отражённой и преломленной световых волн, возникающих при прохождении света через неподвижную границу раздела двух прозрачных диэлектриков, к соответствующим характеристикам… … Большая советская энциклопедия

    ФРЕНЕЛЯ ФОРМУЛЫ - определяют амплитуды, фазы и поляризации отражённой и преломлённой плоских волн, возникающих при падении плоской монохроматич. световой волны на неподвижную плоскую границу раздела двух однородных сред. Установлены О. Ж. Френелем в 1823 … Естествознание. Энциклопедический словарь

    Уравнения Френеля - Переменные, используемые в уравнениях Френеля. Формулы Френеля или уравнения Френеля определяют амплитуды и интенсивности преломлённой и отражённой волны при прохождении света (и вообще электромагнитных волн) через плоскую границу раздела двух… … Википедия

    Свет* - Содержание: 1) Основные понятия. 2) Teopия Ньютона. 3) Эфир Гюйгенса. 4) Принцип Гюйгенса. 5) Принцип интерференции. 6) Принцип Гюйгенса Френеля. 7) Принцип поперечности колебаний. 8) Завершение эфирной теории света. 9) Основание эфирной теории.… …

    Свет - Содержание: 1) Основные понятия. 2) Теория Ньютона. 3) Эфир Гюйгенса. 4) Принцип Гюйгенса. 5) Принцип интерференции. 6) Принцип Гюйгенса Френеля. 7) Принцип поперечности колебаний. 8) Завершение эфирной теории света. 9) Основание эфирной теории.… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

    Френель, Огюстен Жан - Огюстен Жан Френель Augustin Jean Fresnel Огюстен … Википедия