FRED案例展示:光线祖谱分裂数说明

本文介绍了光线祖谱分裂的概念，以及它适用于镜面反射和散射范围。与祖谱分裂相关的规定以图谱方式进行说明。

光线祖谱分裂与将入射光线分裂成透射、反射和/或散射光线等。谱系术语（例如父母系、孩子系、孙子系等）或世代系列 [0,1,2,..] 通常用于描述此属性。该参数的控制是在光线追迹控件中设置运行的。

当光线入射到两种不同折射率材料之间的界面时，如果入射角小于临界角，则光线会发生镜面光线分裂，形成反射光线和透射光线。这些光线的来源由分配的光线追迹控制对话框上的“父系光线指定器”选项确定。该选项的默认设置是最大非相干功率，由涂层规格决定。如果涂层的类型为无涂层、薄膜涂层、四分之一波长涂层或常规采样涂层，那么入射角也会在确定哪条光线是父母系光线时发挥作用。用户对父母系光线指定规格还有其他三种选择：透射[透射光线始终是父母系光线]、反射[反射光线始终是父母系光线]或蒙特卡罗（仅1条光线）[由概率确定]。

下图以图谱方式说明了选择最大非相干功率时，在四种不同条件下入射到两个界面上的镜面分裂光线的来源。当两个界面的 R ≤ T 时，如图 a 所示，父母系光线 (0) 随偶数代一起传输，而反射光线为奇数代。如图 b 所示，第一个光线上的 R ≤ T，第二个光线上的 R > T时，父母系光线最终会被反射，并且不断增加的传输世代系光线，既会反射又会透射。如图c所示，第一个光线上的R > T，第二个光线上的R ≤ T，父母系光线立即被反射，并且增加的世代系光线既反射又透射。最后，如图 d 所示，两个接口上的 R > T 都会立即反射父母系光线以及第二代的所有后续光线的反射和传输。

下图展示了入射光线在两个粗糙镜面之间反射时散射光线的起源。蓝色光线为第 0 代，在两个表面发生镜面反射；红色光线是第 1 代，在 M1 处散射，在 M2 处镜面反射；绿色光线是第 2 代，在 M1 处散射，然后在 M2 处散射。

光线祖谱分裂的限制由“光线控制”对话框中的“祖谱级别截止”选项控制。对于所有光线追迹控件，默认镜面反射祖谱分裂数为 2，默认散射祖谱分裂数为 1。此设置允许镜面反射光线分裂两次并生成一次散射。

作为镜面祖谱截止设置的一个实际案例，请考虑这样一个事实：当受到太阳等外部光源照射时，任何镜头系统都可能在各种表面之间引起反射。此过程通常称为鬼像。为了使这些反射到达图像平面，分配给镜头表面的光线追迹控件上必须允许偶数次反射 (2,4,6,..)。两次反射称为一阶鬼像，四次反射称为二阶鬼像等等。

镜面祖谱截止的另一个实际例子出现在Fabry-Perot效应建模中。虽然Fabry-Perot的透射率和反射率的表达式是由项的无限求和得出的，但对光线分裂的限制必然会导致该求和的截断。在图a-c对应的情况下，祖谱分裂等级直接决定了保留多少项。另一方面，与图 d 中的情况相对应的情况仅要求镜面反射祖谱截止值保持在默认值2。当超过交叉计数截止值或光线通量低于光线功率截止阈值时，求和就会被截断。