La fisica di Maxwell render

[happymilk]

Mi spiace d'aver un oò inquinato il topic Mirko, ...scusami, ma era solo per rispondere a Sharky sul perchè non ci possa esser aliasing in un rendering unbiased. Capisco e condivido quanto dici e sono comunque lusingato dalla proposta, ...forse però è un pò "poco" come argomento per farci un vero articolo. Ad ogni modo ...son qui!

Ciao.
Fabio.

Non sò se dovresti sentirti lusingato (alla fine sarebbe pur sempre un impegno)... sicuramente non devi scusarti. La mia non era affatto una critica

[davhub]

beh.. io inquino ancora un pò... Fire.. all'epoca.. (avedo fatto una tesi sull'argomento mi ero subito fiondato..)
mi ero interessato nella riproduzione con MWR dei raggi di luce coerente (laser diodes, ecc.).
a che punto siamo?? mi erano stati dati consigli che non portavano a gran chè...
visto che si pssa per le teorie della luce in modo spinto... e che il laser è luce coerentizzata..

Davhub

[Fire]

beh.. io inquino ancora un pò... Fire.. all'epoca.. (avedo fatto una tesi sull'argomento mi ero subito fiondato..)
mi ero interessato nella riproduzione con MWR dei raggi di luce coerente (laser diodes, ecc.).
a che punto siamo?? mi erano stati dati consigli che non portavano a gran chè...
visto che si pssa per le teorie della luce in modo spinto... e che il laser è luce coerentizzata...

Confido nella pazienza di Mirko, ...ma se volete apriamo un topic ad'hoc.

Vediamo se riesco a riprendere il filo e sopratutto se riesco a spiegarmi chiaramente, semplicemente e brevemente ...cosa assai ardua 4 me! Il discorso dell'unico esperimento non completamente riuscito a cui accennavo, riguarda il fenomeno della diffrazione spettrale nel caso di probe monofrequenza. Per chi non ne ha mai sentito parlare spiego brevemente.

Tutti bene o male ricorderanno la famosa immagine in cui il raggio di una sorgente di luce concentrata, (si può esser un laser, ma non necessariamente), posta davanti ad un prisma, veniva scomposta nelle componenti base, riprendendo un pò una ancor più famosa copertina di vecchio album dei Pink Floyd. Bene in quel caso parliamo del fenomeno della "dispersione prismatica", applicata ad un raggio composto da una fonte completa di frequenze (la luce è infatti un'onda elettromagnetica composta dalla sola parte visibile di uno spettro di frequenze ben più ampio). Il fenomeno si basa sulle caratteristiche fisico/ottiche del prisma che consentono di separare le componenti spettrali di un'onda composta da elementi di diversa lunghezza, (pensate a diversi colori), in base alla velocità d'attraversamento. Per poter riprodurre informaticamente questo fenomeno, l'engine deve già possedere delle caratteristiche di fedeltà del modello fisico di tutto rilievo, ragion per cui son davero pochi quelli in cui è possibile riprodurre l'esperimento in modo corretto.

Ma cosa succede se facciamo passare per il prisma, che ha il compito di scindere le diverse frequenze da cui è composta la luce, un raggio ansichè completo, composto invece da una sola frequenza, (...per esser più comprensibili e volendo semplificare, ...diciamo composto da un solo colore)? Bhè come è facile intuire, la scomposizione avverrà nello spazio della stessa dominante, senza variazioni cromatiche apprezzabili, disegnando raggi appartenenti allo stesso "ceppo" di frequenze. Nel riprodurre questo fenomeno con MWR, osservammo che invece, pur rimanendo prevalentemente nello stesso intervallo di frequenze, veniva riprodotta anche qualche frequenza (leggi anche "colore") limitrofo/a.

Un brivido percorse le nostre schene ...poi la soluzione m'apparse subito chiara, anche perchè l'unica plausibile e per fortuna, mi fu poi confermata da chi di queste cose ne sa sicuramente più di me, (un docente di fisica): ...ponendo come corretto l'algoritmo di simulazione, l'unica variabile era da ricercare nella fonte, evidentemente non corretta. Infatti avevamo utilizzato un'emitter che in teoria avvrebbe dovuto riprodurre un'unica componente (nel nostro caso 255,0,0 ossia il rosso), in realtà così non era per l'impossibilità di riprodurre virtualmente una sonda a luce polarizzata così come si fa in questi casi nei laboratori di fisica. Non che non si possa fare, è semplicemente che non esiste l'utilità pratica in un Sw di rendering di implementare degli algoritmi che ne riproducano il funzionamento. Se vi state chiedendo perchè serva una luce polarizzata, vi anticipo che serve proprio quando si vuol analizzare una frequenza che debba rimaner "pulita" per tutto il percorso che questa deve compiere, per evitare ad es. che nel nostro prisma arrivino, (così come nel caso dell'esperimento in MWR), delle frequenze al margine di quella principale che verranno poi comunque considerate dall'algoritmo, quindi scomposte e rappresentate dal sistema come colori vicini alla dominante principale che in questo caso invece...non sarebbero dovute esserci.

Se c'è qualche "maniaco Maxwelliano" che per rimediare al "problema", stà pensando d'utilizzare come luce polarizzata, uno dei preset di MWR per riprodurre le lampade al Sodio a bassa pressione (ossia quelle luci delle illuminazioni stradali anti nebbia per capirci, quelle che danno l'impressione di annullare gli altri colori dipingendo tutto d'un aragosta desaturato), vi anticipo che non funziona, (e non potrebbe funzionare neanche in realtà), perchè anche lì, sebene ci sia una forte dominante, non siamo nelle condizioni d'analizzare un'unica frequenza.

Per tornare alla domanda di Davide, uno dei problemi per riprodurre correttamente un Laser anche in Sw altamente "fisici" come MWR, è legato proprio alla difficoltà di riprodurre una sorgente che sia realmente monocromatica (polarizzata e coerente), ...almeno per quanto ne so io. Ripeto, non si tratta di una "falla" nella fedeltà degli algoritmi, quanto uno scostamento dalle finalità di un Sw di rendering, si entrerebbe in un altro campo.

Todo a chi, ...magari però se vogliamo continuare a parlarne, suggerirei a chi ne ha le facoltà, di separare magari gli ultimi post di questo topic o di aprirne uno apposito, ...Mirko è uno molto paziente, vero, ...ma potrebbe anche armarsi di ...lupara!!!

Fabio.

[davhub]

Allora.. vediamo se la mia memoria di fisica ottica resiste al tempo...

Luce polarizzata: è luce i cui fotoni (vettori particell/ondulatori della radiazione) si muovono sullo stesso piano degli infiniti su cui è possibile che si mettano a vibrare emuoversi ocme onda una volta emessi dalla fonte.

Ovviamente.. questo porta ad una riduzione della quantità di luce, e determina alcune qualità.

Mai capito o parrofondito se i diversi piani di polarizzazione si debbano imputare a certe frequenze (e nel visibile a colori) oppure se una stessa frequenza trova comunque fasci non polarizzati.

detto questo...

il laser on èp solo luce monocromatica, ma anche coerentizzata. Penso sia anche polarizzata, ma non basta una plarizzazione a coerentizzare un fascio di emissione, o sbaglio o non so qualcosa io?

ANYWAY... la prima cosa che viene in mente con uno strumento come maxwell (e adesso con i materiali SSS io sballerei e mi verrebbe in mente di prendere la macchina del tempo e rifare la tesi.. visto che farei vedere il fascio laser...) è prendere un bel poligono piatto e trac. ma la luce da quel poligono non diffonde coerentizzata.
allora si prova con alcuni artefatti (un bel tubo che include tutta la sorgente, ecc.) risultati deludenti..
anche e soprattutto per l'effetto di uscita della luce.

avete mai provato un diodo laser? al buio lo potete anche vedere distintamente a decine di metri di distanza pur avendo un wattaggio molto ridotto.
lampadine con decine di watt in più non sortiscono lo stesso effetto proprio per la non coerentizzazioe di uscita della luce (nella vita reale).
Difficilmente vedrei un muro anche debolmente illuminato da una lampadina posta nel cortile del mio vicino, ma vedo molto bene il puntatore. e tutto sta nella fonte e da come questa fonte produce la radiazione.

In maxwell, secondo quello che vedo e secondo quello che penso (ma sono elucubrazioni di astrazione pura)
il modello di generazione delle fonti di luce non è parametrabile a laser.

ma potrei sbagliare..

Davhub

[sharky]

il laser on èp solo luce monocromatica, ma anche coerentizzata. Penso sia anche polarizzata, ma non basta una plarizzazione a coerentizzare un fascio di emissione, o sbaglio o non so qualcosa io?

no, credo che il tuo ragionamento sia corretto, ma non scordarti che il laser è monocromatico e quindi è ha solo quello spettro X di radiazione, e questo (se non dico baggianate) già lo rende polarizzato

avete mai provato un diodo laser? al buio lo potete anche vedere distintamente a decine di metri di distanza pur avendo un wattaggio molto ridotto.
lampadine con decine di watt in più non sortiscono lo stesso effetto proprio per la non coerentizzazioe di uscita della luce (nella vita reale).
Difficilmente vedrei un muro anche debolmente illuminato da una lampadina posta nel cortile del mio vicino, ma vedo molto bene il puntatore. e tutto sta nella fonte e da come questa fonte produce la radiazione.
Davhub

esatto! credo che l'esempio più calzante sia la differenza che passa tra il getto del cipollone della doccia e il flusso emesso dal getto di un tubo come una pompa in gomma.
La doccia spara un po in tutte le direzioni e anche se la quantità potrebbe essere la stessa, viene diffusa ovunque. Cosa che invece non accade con il tubo che la emette ben guidata verso una singola direzione (VI SCONGIURO... non bannatemi dal forum per questi miei scapestri esempi).

credo che il discorso lampadina e diodo laser (qui vado a naso poiche in materia sono ignorante come una capra) sia dovuta al fatto che cambia appunto la sorgente che la emette (ma no???).

nel senso: la lampadina emette fotoni in tutte le direzioni e di tutte le frequenze dello spettro. quindi c'è un notevole dispendio energetico con in minimo risultato. se però mettiamo una parabola/riflettore le cose migliorano perche parte della luce persa viene recuperata e reindirizzata o guidata verso una specifica direzione. i risultati migliorano ulteriormente se usiamo una lente che concentra il fascio, come per esempio una lente di fresnel (tipo quelle dei fari da segnalazione marittima).
Comunque, con un'intesificatore luminoso vedresti chiaramente il muro del vicino ugualmente bene per il semplice motivo che la luce viene emessa è stata amplificata. ma i fotoni emessi non aumentano. loro sono sempre li. solo che vengono sparsi in un'area ben maggiore in quanto non guidati.

Nel laser, anche se la potenza e bassa (come i diodi laser) viene emessa da un singolo punto e con una sola ed unica frequenza prestabilita, quindi la dispersione è minima non ostante la potenza sia centinaia di migliaia volte inferiore (credo che i laser di un masterizzatore DVD sia 3/4 milliwatt) si vede a centinaia di metri perchè appunto la sorgente che la emette la rende coerente.

(Dio mi perdoni...)

[Fire]

... credo che l'esempio più calzante sia la differenza che passa tra il getto del cipollone della doccia e il flusso emesso dal getto di un tubo come una pompa in gomma ...

Hahaha... bellissimo questo parallelismo con il "cipollone della doccia" ...me lo scrivo!!! Grande Sharky!

... Luce polarizzata: è luce i cui fotoni (vettori particell/ondulatori della radiazione) si muovono sullo stesso piano degli infiniti su cui è possibile che si mettano a vibrare emuoversi ocme onda una volta emessi dalla fonte. Ovviamente.. questo porta ad una riduzione della quantità di luce, e determina alcune qualità.

Mai capito o parrofondito se i diversi piani di polarizzazione si debbano imputare a certe frequenze (e nel visibile a colori) oppure se una stessa frequenza trova comunque fasci non polarizzati.

detto questo...

il laser on èp solo luce monocromatica, ma anche coerentizzata. Penso sia anche polarizzata, ma non basta una plarizzazione a coerentizzare un fascio di emissione, o sbaglio o non so qualcosa io? ...

... In maxwell, secondo quello che vedo e secondo quello che penso (ma sono elucubrazioni di astrazione pura) il modello di generazione delle fonti di luce non è parametrabile a laser...

La polarizzazione della luce (e quindi della radiazione elettromagnetica), è un fenomeno basato su una particolarità delle onde elettromagnetiche e dei fotoni in generale, indica il senso lungo il quale il campo elettrico oscilla durante la propagazione. Un Laser ovviamente non è una fonte naturale di luce, è uno strumento realizzato dall'uomo per i propri scopi ed copmposto da diversi elementi. La luce in un Laser non nasce polarizzata, per farlo generalmente si ricorre a dei filtri basati sul principio delle così dette "finestre di Brewster".

La difficoltà intrinseca nel riprodurre uno strumento come un emitter Laser, risiede nel disporre solo di alcuni degli "ingredienti" necessari. Come detto, non è un problema di "parametri mancanti" nel Sw, semmai di una precisa scelta del tipo di Sw da realizzare, nel caso del Sw di NL, versata si alla fedele riproduzione del modello fisico/matematico che descrive la luce, ma sostanzialmente finalizzata all'implementazione d'una macchina fotografica Reflex, ...del resto, quale necessità ci sarebbe, ai fini del rendering, di disporre di uno strumento come può essere un Laser?

Quello che tentavamo di verificare con i nostri esperimenti, è la veridicità dei risultati dell'engine Iberico, anche in casi estremi come possono essere gli esperimenti di cui sopra. NL afferma infatti che il proprio Sw sia basato su ciò che è la luce in realtà, ossia un'onda elettromagnetica, ...con i nostri test, abbiamo voluto saggiare la veridicità di quest'affermazione, andando "oltre" e senza "fare socnti". Per questo motivo ci siamo presi la briga di andar a controllare la fedeltà di MWR persino nel comportamento della luce anche rispetto al dualismo onda/particella. Personalmente credo che ormai non possano esserci più dubbi sulla fedeltà del Sw alle famose leggi di James Clerk Maxwel e come anticipato, dal prossimo numero di MWMagazine partirà un ciclo che proporrà uno per edizione, tutti gli esperimenti provati, per permettere a chi volesse cimentarsi in proprio, di provarli autonomamente, ...se interessa, posso antciparvi di quali si parlerà nei vari numeri a cura mia e di Nicola dello Staff MWR dot it.

Fabio