In quest’articolo vorrei descrivere la relazione che esiste tra le caratteristiche fisiche di un materiale e il comportamento della luce che incide su di esso, in particolare la riflessione speculare e diffusa.
I materiali possono essere distinti in opachi e semitrasparenti, da notare che il termine semitrasparente viene dato in quanto se un fascio di luce incide su una superficie di un materiale comunemente detto trasparente, questo non viene trasmesso per intero: parte dell’energia verrà riflessa, la percentuale riflessa/trasmessa varia ovviamente in base alle caratteristiche del materiale stesso.
Si avrà quindi una duplice componente: TRASMESSA (T) e RIFLESSA (R) a loro volta scomponibili in componente trasmessa regolare (Tf)e diffusa(Td ), e riflessa speculare (Rs) e diffusa (Rd) e precisamente:
T=Tf+Td
R=Rs +Rd
Se T=0 si parla di materiali opachi
Quando un fascio di luce monocromatica di lunghezza d’onda (λ) o policromatica composta da diverse lunghezze d’onda incide su una superficie, viene riflesso, la componente spettrale riflessa varia a seconda delle caratteristiche chimiche del materiale, mentre la distribuizione spaziale del fascio riflesso dipende dal trattamento superficiale del materiale stesso.
La composizione spettrale riflessa R(λ) è determinabile a partire da una curva detta di riflettenza spettrale FR(λ), data dal rapporto tra il flusso radiante riflesso e flusso radiante incidente, esteso a tutte le lunghezze d’onda, cioè ci dice quali lunghezze d’onda e in che quantità vengono riflesse da un materiale. Pertanto R(λ) =S(λ)* FR(λ) dove S(λ) è la componente spettrale incidente.
Come accennato a seconda del trattamento superficiale del materiale si ha riflessione speculare o diffusa: in caso di riflessione speculare il raggio di luce incidente viene riflesso in una direzione con angolo di incidenza uguale a quello di riflessione
nel in caso di riflessione diffusa la luce viene riflessa in tutte le direzioni.
E’ da notare che in caso di riflessione speculare la componente spettrale non varia, cioè viene mantenuta la caratteristica spettrale della sorgente, cosa che invece non accade con la riflessione diffusa.
Si possono osservare superfici semplicemente speculari (a) o perfettamente diffondenti (b), ma comunemente è più facile trovare superfici semispecualari (c) o semidiffusa (d).
NOTA: le superfici perfettamente diffondenti sono superfici teroriche, tali per cui le intensità luminose riflesse si distribuiscono con schema “a palloncino”, proporzionali fra loro variano al variare dell’angolo: Iα=I*cosα
Esiste un equazione in grado di quantificare in che modo la componente riflessa si distribuisce nello spazio, comunemente nota come B.S.D.F. (Bidirectional Scattering Distribution Function), usata nei software di verifica delle ottiche (es. Tracepro: che utilizza l’algoritmo Montecarlo per il raytracing), poiché è in grado di stimare più o meno precisamente in che modo si comporta la luce riflessa su un dato materiale e di conseguenza definirne la distribuzione.
B.S.D.F. è funzione dell’angolo d’incidenza α e di riflessione θ ed esprime il rapporto tra luminanza in una data direzione (θ) e la densità di flusso incidente sul campione:
Dove: θ=angolo di riflessione
α =angolo di incidenza
As=superficie illuminata
Φs= flusso riflesso dal campione entro l’angolo solido Φs
Ωs=angolo solido in direzione θ
Φi= flusso incidente sul campione
BSDF. è l’equazione generale che indica il comportamento della luce riflessa o trasmessa da un corpo
Essa può essere divisa in due equazioni specifiche della rifelessione: BRDF. (Bidirectional Reflectance Distribution Function e della trasmissione:BTDF (Bidirectional Transmittance Distribution Function).
Spero sia tutto chiaro
ciao
dom, ott 14, 2007
ILLUMINOTECNICA