نظرية نقل الضوء

تتناول نظرية نقل الضوء الجوانب الرياضية لحساب انتقال الطاقة بين الأوساط التي تؤثر على الرؤية. وتركز هذه المقالة حاليًا على نقل الضوء في عمليات العرض مثل الإضاءة الشاملة والتصوير عالي النطاق الديناميكي (HDRI).

ضوء

النقل الخفيف

يتم قياس كمية الضوء المنقول بواسطة كثافة التدفق ، أو التدفق الضوئي لكل وحدة مساحة على نقطة السطح التي يتم قياسها عندها.

معادلة نقل الضوء

يصف نقل الضوء انتشار الطاقة الكهرومغناطيسية المرئية في البيئات الكبيرة.

يمكن وصف النظرية الرياضية التي يقوم عليها نقل الضوء من خلال منهج هاميلتونيان . ^{[ 1 ]}

يمكن صياغة معادلة نقل الضوء باستخدام أقواس بواسون على النحو التالي:

${\dot {l}}=\{H,l\}$

أين $H$ هو الهاميلتوني و $l$ هي كثافة طاقة الضوء.

بالنسبة للضوء، يكون الهاميلتوني على الشكل التالي:

$H={\frac {c}{n(p)}}||p||$ .

وبهذا الشكل، تكون معادلة نقل الضوء مطابقة لمعادلة ليوفيل في فضاء الطور .

قياس الإشعاع ونقل الطاقة

علم قياس الإشعاع هو علم قياس الإشعاع الكهرومغناطيسي، بما في ذلك الضوء المرئي. وهو يشكل أساس نظرية نقل الضوء، التي تُنمذج كيفية تفاعل الضوء مع الأسطح والأحجام والوسائط.

نماذج نقل الطاقة : يتفاعل الضوء مع الأوساط من خلال الامتصاص والانعكاس والنفاذ. وتخضع هذه العمليات لمعادلة العرض ، التي تُنمذج توزيع الضوء في المشهد. ^{[ 2 ]}

النماذج الهندسية

نصف الكرة الأرضية

بفرض وجود سطح S، يمكن إسقاط نصف كرة H عليه لحساب كمية الضوء الداخل والخارج. وإذا تم اختيار نقطة P عشوائيًا على السطح S، فيمكن حساب كمية الضوء الداخل والخارج من خلال إسقاطها على نصف الكرة.

نصف مكعب

يعمل نموذج نصف المكعب بشكل مشابه لنموذج نصف الكرة، باستثناء أنه يتم إسقاط نصف مكعب بدلاً من نصف كرة. هذا التشابه نظري فقط؛ فالحساب الفعلي، الذي يتم من خلال التكامل العددي، له شكل مختلف.

ازدواجية الموجة والجسيم

تتضمن نظرية انتقال الضوء وصفًا للضوء يعتمد على الموجات وآخر على الجسيمات . فبينما تعتمد النماذج الموجية على مبادئ معادلات ماكسويل ، تستخدم النماذج الجسيمية علم البصريات الشعاعية وطرق مونت كارلو لمحاكاة مسارات الضوء.

تتبع الأشعة بطريقة مونت كارلو : طريقة عشوائية تُستخدم في محاكاة انتقال الضوء لحساب الإضاءة الكلية . تستفيد هذه الطريقة من العشوائية لتقدير حلول معادلة العرض، لا سيما في المشاهد المعقدة ذات التفاعلات الضوئية المتعددة. ^{[ 3 ]}

نماذج متطورة

دالة توزيع الانعكاس ثنائي الاتجاه (BRDF)

يُمثل نموذج انعكاس الضوء ثنائي الاتجاه (BRDF) كيفية انعكاس الضوء على سطح معتم. ويُعرف بأنه نسبة الإشعاع المنعكس في اتجاه معين إلى الإشعاع الساقط. وتُعد نماذج BRDF أساسية في نظرية انتقال الضوء لمحاكاة سلوك المواد الواقعي. ^{[ 4 ]}

وسائل الإعلام المشاركة

يتم نمذجة انتقال الضوء داخل الأحجام (مثل الضباب أو الدخان أو الأجسام الشفافة) باستخدام معادلة نقل الإشعاع (RTE). وتُعد الوسائط المشاركة جزءًا لا يتجزأ من تحقيق الواقعية الفوتوغرافية في المشاهد التي تتضمن تأثيرات ضوئية حجمية. ^{[ 5 ]}

تطبيقات في مجال العرض

تُحوّل عملية العرض النموذج إلى صورة إما عن طريق محاكاة طريقة معينة، مثل نقل الضوء، للحصول على صور واقعية دقيقة فيزيائيًا، أو عن طريق تطبيق نمط معين كما في العرض غير الواقعي . العمليتان الأساسيتان في نقل الضوء هما النقل (كمية الضوء التي تنتقل من مكان إلى آخر) والتشتت (كيفية تفاعل الأسطح مع الضوء).

الإضاءة العالمية

تحاكي الإضاءة العالمية جميع تفاعلات الضوء في المشهد، بما في ذلك الإضاءة غير المباشرة. وتستخدم نظرية نقل الضوء لحساب تأثيرات مثل تداخل الألوان والظلال الناعمة .

العرض غير الواقعي (NPR)

على عكس العرض الواقعي ، يستخدم العرض غير الواقعي نماذج نقل الضوء لإضفاء طابع فني على الصور، وغالبًا ما يعطي الأولوية للنية الفنية على الدقة الفيزيائية. ^{[ 6 ]}

انظر أيضاً

مراجع

↑ كريستيان ليسيغ، الأسس الحديثة لمحاكاة نقل الضوء ، أطروحة دكتوراه، قسم الدراسات العليا لعلوم الحاسوب، جامعة تورنتو، كندا، 2012. <a href="https://www.dgp.toronto.edu/~elf/.misc/thesis_131211-elf.pdf">ملف PDF متاح عبر الإنترنت</a>
↑ https://pbr-book.org/3ed-2018/Light_Transport_I_Surface_Reflection/The_Light_Transport_Equatio
↑ "نموذج عملي لانتقال الضوء تحت سطح الأرض" (ملف PDF) . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 31-05-2004 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-12-2024 .
↑ "نموذج عملي لانتقال الضوء تحت سطح الأرض" (ملف PDF) . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 31-05-2004 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-12-2024 .
↑ "الإضاءة العالمية في وسائل الإعلام المشاركة" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 29-09-2020.
↑ هيغدي، سيدهارث؛ غاتزيديس، كريستوس؛ تيان، فينغ (2013). "تقنيات الرسم التصويري: مراجعة لأحدث الأساليب الحالية" . الرسوم المتحركة الحاسوبية والعوالم الافتراضية . 24 : 43-64 . doi : 10.1002/cav.1435 .

[1] كريستيان ليسيغ، الأسس الحديثة لمحاكاة نقل الضوء ، أطروحة دكتوراه، قسم الدراسات العليا لعلوم الحاسوب، جامعة تورنتو، كندا، 2012. <a href="https://www.dgp.toronto.edu/~elf/.misc/thesis_131211-elf.pdf">ملف PDF متاح عبر الإنترنت</a>

[2] ttps://pbr-book.org/3ed-2018/Light_Transport_I_Surface_Reflection/The_Light_Transport_Equatio

[3] "نموذج عملي لانتقال الضوء تحت سطح الأرض" (ملف PDF) . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 31-05-2004 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-12-2024 .

[4] "نموذج عملي لانتقال الضوء تحت سطح الأرض" (ملف PDF) . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 31-05-2004 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-12-2024 .

[5] "الإضاءة العالمية في وسائل الإعلام المشاركة" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 29-09-2020.

[6] هيغدي، سيدهارث؛ غاتزيديس، كريستوس؛ تيان، فينغ (2013). "تقنيات الرسم التصويري: مراجعة لأحدث الأساليب الحالية" . الرسوم المتحركة الحاسوبية والعوالم الافتراضية . 24 : 43-64 . doi : 10.1002/cav.1435 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

اللغة	العربية (RTL)
روابط موسوعية	28 رابطاً
المصدر الأصلي	ويكيبيديا ↗