在渲染的所有环节中光线是重要的一个要素,为了更好地理解渲染的原理,首先来认识一下现实世界中光线的传播方式:反射、折射、透射,本文将着重介绍光的投射。

光线的传播——透射

当光入射到透明或半透明材料表面时,一部分被反射,一部分被吸收,还有一部分可以透射过去。透射是入射光经过折射穿过物体后的出射现象。被透射的物体为透明体或半透明体,如玻璃,滤色片等。若透明体是无色的,除少数光被反射外,大多数光均透过物体。

当光线遇到透明物体上时,一部分光线会反射,而另一部分光线会通过物体继续传播。如果光线比较强,光线穿透物体后会产生焦距散效果,如下图所示。

光线的传播速度公式(光线的传播透射)(1)

如果物体是半透明材质,光线会在物体内部产生散射,叫做“次表面散射”,比如牛奶、可乐、玉、皮肤等都有这种效果。

可以说任何物体的质感都是通过反射、折射和透射这3种光线的传播方式来表现的,在渲染过程中根据自然界中的光影现象,将其运用到渲染中,可以更加真实地表现渲染效果。


参考

KeyShot中国官方网站

透射的一些物理概念(不好理解,忽略即可)

无论是机械波(地震波)还是电磁波(光),波入射到物质上时都会引起组成物质的粒子同频率的振动,这些粒子作为次波源就向四周辐射同频率的波,粒子在均匀介质中时各个粒子的振动特性一致,会发生反射折射。

当这些波在均匀介质中进入另一种均匀介质的时候,成为折射。当这些波仍返回原来的均匀介质中,成为反射。

如果介质是非均匀的,这些粒子就会向各个方向辐射,成为散射。

地球周围是厚达约1000公里的大气层。大气层由氮、氧、二氧化碳及其它稀有气体和水汽、尘埃组成。大气层对电磁波有反射、吸收和散射作用。当距地球1.5亿公里的太阳照射到地球表面时,绝大部分的能量消失掉了,只剩下一部分大气散射和反射的能量能够穿过大气层达到地球表面。或者说太阳的光波是通过大气层对电磁波“阻挡”的薄弱环节照射到地面的。通常,我们把太阳辐射光通过大气层时没有被反射、吸收和散射的透射能力很强的波段范围,叫作大气透射窗口。这就像太阳光线通过窗户纸的小孔射入屋里一样,这小孔就如同透射窗口。遥感探测使用的遥感器大多是通过大气透射窗口获得地面信息的。


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