I materiali: riflessione speculare e diffusa

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 (T_f)e diffusa(T_d ),e riflessa speculare (R_s) e diffusa (R_d) e precisamente:

T=T_f+T_d

R=R_s +R_d

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 F_R(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)* F_R(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 diquantificare 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:

BSDF. è l’equazione generale che indica il comportamento della luce riflessa o trasmessa da un corpo

Essa può essere divisain due equazioni specifiche della rifelessione: BRDF. (Bidirectional Reflectance Distribution Functione della trasmissione:BTDF (Bidirectional Transmittance Distribution Function).

Spero sia tutto chiaro

ciao