Dağınık yansıma

Yüzeyde oluşan düzgün ve dağınık yansımalar[1]

Dağınık yansıma, gelen ışığın yüzeye geldiği açıyla yansıması yerine birçok açıyla yansıması durumudur. İdeal dağınık yansıma yüzeyinde, yüzeyi çevreyen yarım küre içerisinde her doğrultuda eşit aydınlanma şiddeti görülür (Lambert Yansıması).

Soğurma özelliği olmayan yüzeyler, alçı benzeri tozlar, kağıt gibi lifli yapılar, veya mermer gibi polikristalin yapılar ışığı yüksek bir verimle dağınık bir şekilde yansıtırlar. Sıradan maddelerin çoğu ışığı düzgün ve dağınığık yansımların bir karışımı şeklinde yansıtır.

Maddelerin çoğu dağınık yansıma sonucu gözümüze görünür. Nesnelerin yüzeylerinden yansıyan ışık, bizim fiziksel gözlemlerimizin temel mekanizmasını oluşturur.

Figure 1 - Katı yüzeyinde oluşan dağınık yansımanın genel mekanizması
Figure 2 - Düzensiz bir yüzeyde oluşan dağınık yansıma

Mekanizma

Dağınık yansıma genelde yüzeyin pürüzlü olmasından kaynaklanmaz. Işığın düzgün yansıması için düz bir yüzey gereklidir, fakat bu ışığın dağınık yansımasını engellemez. Örneğin bir mermerin yüzeyi ne kadar cilalanırsa cilalansın, hâlâ beyaz olarak kalacaktır. Cilalanması düzgün yansıma miktarını arttırsa da, ışık bir miktar dağınık yansımaya devam edecektir.

Dağınık yansımanın en genel mekanizması tam olarak yüzeyle ilgili değildir: dağınık yansıyan ışığa en büyük katkıyı yüzeyin altında bulunan saçılma merkezleri,[2][3] sağdaki şekil 1, sağlar. Eğer şeklin karı, çokgenlerin ise (şeffaf) buz kristallerini temsil ettiğini düşünürsek, elimizde sürekli çarpışarak ilerleyen, bir parçacığa çarpan, içine giren, yansıyarak ikinci parçacığa çarpıp içine giren, girişimlerle bu şekilde devam eden, ve böylece rastgele yönlerde girişen birincil, ikincil ve üçüncül gibi dalgaları oluşturan bir ışın demeti olduğunu varyasabiliriz.[4] Tüm bu ışınlar, ışığı soğurmayan kar kristalleri aralarından geçip, rastgele yönlerde yüzeye ulaşıncaya kadar ilerler.[5] Gönderdiğimiz ışığın tamamını geri alabildiğimizden karın beyaz olduğunu söyleyebiliyoruz. Olayı basitleşitmek adına ‘yansıma’lar üzerine durulmuş olsa da gerçekte ışığın saçılması parçacıkalrın arasındaki bir yerine birden fazla arayüzey arasında gerçekleşir, yine de temel mekanizma bir farklılık göstermez. Neredeyse tüm sıradan maddeler, onları meydana getiren ‘küçük’ şeylerden oluştuklarından dolayı, bu modelleme oldukça genel sayılabilir.

Mineral maddeler genellikle polikristalin yapıdadır: onları 3 boyutlu bir araya gelmiş kusurlu kristallerin bir mozaiği şeklinde tanımlayabiliriz. Organik maddeler genellikle kendi zar ve karmaşık iç yapılarıyla beraber, hücreler veya liflerden oluşur. Ve her arayüz, heterojenlik veya kusur, yukarda belirtilen mekanizmayı oluşturacak şekilde yansıma, kırılme, ve saçılma olaylarını gerçekleştirebilir.

Çok az madde bu sözü edilen duruma uymaz: metaller, gazlar, sıvılar, camlar, şeffaf plastikler, mücevher ve tuz kristali gibi tekil kristaller, ve göz merceği ve kornea gibi bazı özel maddeler bunlara örnek gösterilebilir.

Bir yüzey hem düzgün hem de dağınık yansıma oluşturabilir: örneğin ev boyamada kullanılan boyalar bu duruma örnek teşkil ederken, diğer yandan mat boyalar neredeyse tamamen dağınık yansıma oluşturur.

Düzgün ve Dağınık Yansıma

Düzgün Yansıma Işınların geldiği yüzey düzgün olursa, bu yüzeyin her noktasında normaller birbirine paraleldir. Şekildeki gibi gelen ışınların gelme açıları birbirine yansıma açıları da birbirine eşit olur.

Dağınık Yansıma Eğer yüzey düzgün değilse, yüzeyin bütün noktalarındaki normaller farklıdır. Yüzeye paralel gelen ışınların gelme açıları yansıma açılarına eşit olmaz. Bu yansımaya dağınık yansıma denir.

Renkli Cisimler

Şu ana kadar ışığı soğurmayan, beyaz cisimlerden bahsettik. Yukarıdaki model söz konusu maddenin soğurgan olduğu durumlar için de geçerlidir. Bu durumda yayılan ışınlar dalgaboylarının bir kısmını madde içinde hareket ederken kaybedeceğinden, renk açığa çıkacaktır.

Bu durumda dağılma, soğrulan dalgaboylarını da belirleyeceğinden, bir bakıma maddenin temel özelliklerini de belirler.[6] Kırmızı mürekep şişesinin içinde siyah görünür. Canlı rengi ise ancak kağıt gibi bir yüzeyin üzerine konulduğunda algılanabilir. Bunun temel sebebi ışığın kağıttaki liflerin arasında kattettiği yolun bir milimetre civarında olmasıdır.

Öte yandan camdan gelen ışın birkaç santimetre yol aldığından, fazla soğurulmuştur. Bir cisim hem dağınık hem de düzgün yansıma gösterdiğinde, genellikle sadece dağınık yansımaya uğrayan kısmı renkli görünür.

Örneğin vişne sadece kırmızı ışığı soğurur, ve diğer tüm renkleri doğrusal biçimde yansıtır. Bu durum, metaller dışındaki maddelerin çoğunun kırıcılık indisi dalgaboyu ile çok az değiştiğinden ve bu yüzden tüm dalgaboylarının neredeyse aynı yoğunlukta yansıtıldıklarından, oldukça genel sayılabilir

Görünüşteki Önemi

Çevremize bakacak olursa, gözümüzde, çevremizdeki herhangi bir şeyin görüntüsünün oluşabilmesindeki temel etkenin dağınık yansıma olduğunu görürüz. İstisnai durumlar arasında camlar, sıvılar, cilalanmış metal yüzeyleri, parlak yüzeyler, su buharı, bazı böceklerin renkleri ve diğer tip saçılmalar, ve Güneş gibi ışık kaynakları gösterilebilir.[7][8]

Arayansıma

Cisimden yayılan ışığın cismin çevresini aydınlatması durumuna dağınık arayansıma denir. Söz konusu cisim düzgün veya parlak olmamalıdır. Gerçek hayatta bu duvar gibi parlak olmayan bir yüzeyin üzerine gelen ışığı, ışık kaynağının ulaşamayacağı bir bölgeye yansıtmasına karşılık gelir. 3 boyutlu bilgisayar grafiklerinde dağınık yansıma, küresel yansımanın önemli bir parçasını oluşturur. Bir manzara tasarlarken, dağınık yansımayı modellemenin birçok yöntemi vardır. Radiosity ve foton haritalandırması bunlar arasında en çok kullanılan iki yöntemdir.

Ayrıca bakınız

Kaynakça

  1. ↑ Scott M. Juds (1988). Photoelectric sensors and controls: selection and application. CRC Press. s. 29. ISBN 9780824778866. http://books.google.com/?id=BkdBo1n_oO4C&pg=PA29&dq=%22diffuse+reflection%22+lambertian#v=onepage&q=%22diffuse%20reflection%22%20lambertian&f=false.
  2. ↑ P.Hanrahan and W.Krueger (1993), Reflection from layered surfaces due to subsurface scattering, in SIGGRAPH ’93 Proceedings, J. T. Kajiya, Ed., vol. 27, pp. 165–174.
  3. ↑ H.W.Jensen et al. (2001), A practical model for subsurface light transport, in 'Proceedings of ACM SIGGRAPH 2001', pp. 511–518
  4. ↑ Only primary and secondary rays are represented in the figure.
  5. ↑ Or, if the object is thin, it can exit from the opposite surface, giving diffuse transmitted light.
  6. ↑ Paul Kubelka, Franz Munk (1931), Ein Beitrag zur Optik der Farbanstriche, Zeits. f. Techn. Physik, 12, 593–601, see The Kubelka-Munk Theory of Reflectance
  7. ↑ Kerker, M. (1909). The Scattering of Light. New York: Academic.
  8. ↑ Mandelstam, L.I. (1926). "Light Scattering by Inhomogeneous Media". Zh. Russ. Fiz-Khim. Ova. 58: 381.
This article is issued from Vikipedi - version of the 5/5/2016. The text is available under the Creative Commons Attribution/Share Alike but additional terms may apply for the media files.