Характеристики на светлината

Слайд 1

Моделиране и визуализиране
на обекти
Тема 9
Характеристики на светлината

Слайд 2

Електромагнитен спектър
Силова област на излъчване
Звукова област
Радиовълни
Микровълнова област
Инфрачервена област
Видима област
Ултравиолетова област
Рентгенова област
Област на гама-лъчение

Дължина на вълната

Слайд 3

Скорост на светлината
Измерване на скоростта на светлината започва от Галилей (1665 г.) и завършва с Михаелсон (1931 г.).
Доказано е, че светлината се разпространява във вакуум със скорост 299 792 км/сек.
Измерването на скоростта на светлината е пряко свързано със световния стандарт за дължина на един линеен метър.
Един метър е разстоянието, което светлината изминава във вакуум за време 1/299792458 секунди, измерено с цезиев часовник.

Слайд 4

Произход на светлината
Всички тела излъчват електромагнитни вълни в резултат на термичното движение на елементарните им частици.
При високи температури телата излъчват видима светлина и започват да светят. В зависимост от степента на нагряване излъчват червена или бяла светлина.
Електромагнитно излъчване с дължина на вълната 400-700 нанометра стимулира окото и предизвиква усещането за видимост.

Слайд 5

Още ...
Слънчевата светлина съдържа електромагнитно излъчване в целия видим спектър и се възприема като бяла светлина.
Слънцето излъчва и електромагнитни вълни, които не достигат до повърхността на земята с интензивността на видимата светлина.

Слайд 6

Бяла светлина
Нютон открива, че бялата светлина представлява смес от дължината на вълните на всички цветове на спектъра. Пропуска сноп слънчева светлина през призма и наблюдава, че тя се разделя на всички спектрални цветове.
Нютон доказва също, че оцветените светлинни лъчи могат отново да се превърнат в бяла светлина, ако се пропуснат през призма, подобна на първата, обърната обратно.
Явлението се нарича дисперсия на светлината.

Слайд 7

Спектрални цветове
Спектралните цветове винаги са подредени по един и същ начин и имат следните дължини на вълните:
Виолетова – 400 – 430 нанометра
Синя – 430 – 490 нанометра
Зелена – 490 – 550 нанометра
Жълта – 550 – 590 нанометра
Оранжева – 590 – 620 нанометра
Червена – 620 – 700 нанометра

Слайд 8

Свойства на светлината
Падащата върху предметите светлина може да се раздели на три основни съставни части:
Отразена или разсеяна от повърхността светлина
Пропусната или пречупена светлина
Частично или напълно погълната светлина
Отразяването и пропускателната способност зависят от повърхностните характеристики. Поглъщането зависи от прозрачността и цвета на предмета.

Слайд 9

Отражение на светлината
Основен закон – ъгълът на падащата светлина е равен на ъгъла на отразената светлина.
Ъгловото разпределение на отражението определя гланцов или матов повърхностен слой.
Идеалната огледална повърхност има максимален гланц и отразява цялото количество паднала светлина и формирайки отразено изображение остава невидима.

Слайд 10

Гланцова или матова повърхност
Гланцирането на повърхността представя степента на приближаване към огледалната повърхност.
Съвършеният разсейвател има гланц 0, т.е. повърхността е матова.

Слайд 11

Пречупване на светлината
При преминаване на светлината от една среда в друга, светлинният лъч се отклонява под някакъв ъгъл. Коефициентът на пречупване на светлината определя оптичните свойства на веществата. Дефинира се като отношение на скоростта на разпространение на светлината във вакуум към скоростта на разпространение на светлината в дадена оптична среда.
Коефициентът зависи от:
Дължината на вълната
Температурата
Размера на частиците

Слайд 12

Интерференция на светлината
Интенференцията се предизвиква от отражението на светлината от две или повече близки успоредни повърхности.
При срещането на две вълни тяхната амплитуда се удвоява или затихва в зависимост от съвпадението на фазите.
Интерференцията преразпределя интензивността на светлината, при което се получава взаимно усилване или отслабване.

Слайд 13

Поглъщане на светлината
Пълното отражение на целия спектрален състав на светлината от дадена повърхност я определя като бяла.
Пълното поглъщане на светлината от дадена повърхност я определя като черна.
Механизъм за получаване на цвят – селективно отстраняване от спектъра на светлината на някои дължини на вълните за сметка на поглъщането. Погълнатите дължини на вълните липсват в отразената светлина и се възприемат като цвят.

Слайд 14

Поляризация на светлината
Падащият лъч се отразява, пречупва или поглъща. Отразеният лъч се различава от падащия по видоизмененото разпределение на електромагнитната вълна. Това явление се нарича поляризация и зависи от ъгъла на падане на светлината и природата на веществото.
Окото не забелязва поляризацията на светлината.

Слайд 15

Източници на светлина
Естествени светлинни източници – слънце, луна небосвод
Изкуствени светлинни източници – лампи с нажежяема жичка, луминесцентни лампи, халогенни лампи

Слайд 16

Излъчване на абсолютно черно тяло
Абсолютното черно тяло представлява сфера с черна вътрешна повърхност. Сферата е направена от труднотопим метал и има малък отвор. Лъч светлина, попаднал в отвора, след пълно вътрешно отражение се поглъща.
При нагряване вътрешната повърхност ще излъчи светлина през отвора. Излъчената светлина зависи от степента на нагряване (тъмночервена през жълта до бяла светлина).
Цветна температура – температура на абсолютно черно тяло, при която тялото излъчва спектрален състав като изпитвания светлинен източник.
Цветната температура характеризира спектъра на излъчване, а не температурата на източника на светлина.

Слайд 17

Слънчева светлина
Спектралното разпределение на светлината във видимата област е близка до излъчване на абсолютно черно тяло при температура 6565К.
Освен пряката слънчева светлина трябва да се отчита и “небесната” светлина.
В безоблачен ден слънцето осветява обекти – зад обекта има сянка, която се светява от небето с осветеност ¼ от осветеността на обекта. Цветът на тази светлина е син.
При облаци се получава смес от слънчева и небесна светлина. Осветеността на сянката се увеличава и цветът й става светлосив.

Слайд 18

Осветеност в стая
Ако пред прозорец на стая има дърво със зелена корона, в слънчев ден всички предмети в стаята ще бъдат осветени в зелена светлина.
Ако пряка слънчева светлина попадне върху червен под, всички предмети в стаята ще бъдат осветени в червена светлина.
За стаята дървото и подът са първични източници на светлина, независимо, че е отразена слънчева светлина.
Светлината се отразява от стените и тавана. Ако те са оцветени, отразената светлина придобива този цвят.

Слайд 19

Изкуствени светлинни източници
Разделят се на две основни групи:
По спектрален състав на излъчваната светлина
Непрекъснат спектър на излъчване
Линеен спектър на излъчване
Ивичен спектър на излъчване
По вид на възбуждане на излъчването
Топлинни светлинни източници
Луминесцентни светлинни източници
Смесени светлинни източници

Слайд 20

Светлинни източници в КГС
Източниците на светлина в КГС се използват за постигане на желаното осветление в сцената.
Точков източник на светлина (Omni, Omni-directional light) – представлява точка с определени координати, която отдава светлина във всички посоки (електрически крушки).
Позиционен източник на светлина (Spot light) – представлява източник, който има определена позиция, посока и максимален ъгъл на отклонение на светлината (фенерче).
Директен източник на светлина (Direct, Directional light, Sunlight) – източник на светлина с успоредни лъчи (отдалечен на голямо разстояние).

Слайд 21

Измерване на характеристиките на светлината
Интензитет на светлината – измервателната единица е кандела cd (1/60 от силата на светлината, излъчена от 1см2 от повърхността на черно тяло при температура 2046К при измерване перпендикулярно на повърхността)
Светлинен поток – измервателната единица е лумен lm (количеството светлина излъчена от равномерен точков източник с интензитет 1cd в пространствен ъгъл 1)
Осветеност – измервателната единица е лукс lx (светлинен поток на единица площ 1lx=1lm/1m2)

Слайд 22

Пример
Осветлението определя до голяма степен качеството на крайната визуализация, както и времената за рендериране и детайлността на изображенията.
Осветлението включва, както създаването на светлинни петна, така и на светлосенки. При подходящо осветление обектите изпъкват благодарение на светлосенките, които създават на фона на останалите обекти.
Препоръчително е осветяването на отделните части от сцената да се извършва поотделно, защото по този начин най-точно се придава реализъм на крайната визуализация.

Слайд 23

Пример
За насочената светлина също се включват опциите за проектиране на лъчево-трасирани сенки, като се увеличава и интензитета на светлината за да се получат желаните светлинни петна
Лъчевото трасиране е техника, чрез която рендера проследява светлинните лъчи от източника на светлина до обектите, които я отразяват или поглъщат, като автоматично се създават светлинни карти, на базата на които се проектират и сенките в сцената.

Слайд 24

Пример
Не е задължително пресъздаването на дневно осветление в дадена сцена, тоест осветлението може да имитира изкуствени източници на светлина (лампи, реотани), стига такива елементи да са налични в дадената сцена и да се спазва условието за реализъм.
При симулация на дневно осветление може да се допълни сцената с външен панел със син цвят симулиращ околната среда.

Регистрирайте се за пълен достъп