Torglut: La lumière et le réflecteur

Jouons un peu avec la réflexion et la réfraction dans Blender Cycles :
La lampe de poche, dans le principe.

Partie 1 : La lumière et le réflecteur.

La scène

La scène, c'est un mur, sur la gauche, que l'on cherche à éclairer avec une lampe de poche. Il y a aussi le sol et le mur du fond. La lampe de poche est constituée principalement d'une ampoule, quasi-sphérique, qui éclaire peu (emission strength : 10.0).

Cette ampoule est placée sur une tige métallique, elle-même fichée dans un socle cubique. Regardez Pluto. Tout cela est légèrement éclairé par une douce lumière d'ambiance, car si on ne garde que l'ampoule comme source lumineuse, on n'y voit rien.

Le problème de l'ampoule, c'est qu'elle n'émet pas assez de lumière pour éclairer le mur de gauche. L'énergie qu'elle émet est diffusée dans toutes les directions.

Pour schématiser, les rayons qui vont dans la direction A sont corrects, ceux qui vont dans la direction B sont presque corrects, mais pour toutes les autres directions de rayons, l'énergie lumineuse est perdue, elle n'éclaire pas le mur.

La parabole

Pour récupérer l'énergie lumineuse émise dans les directions opposées au mur (celle des rayons dont la direction est E ou D), il faut utiliser un réflecteur (un miroir) à droite de la scène. Pour que les rayons réfléchis soient parallèles à l'axe optique et qu'ils éclairent bien le mur de gauche, le réflecteur doit avoir une forme parabolique et le foyer de cette parabole doit être situé au centre de l'ampoule. En réalité, comme c'est un objet en 3 dimensions, il faudrait utiliser le terme paraboloïde de révolution. Ce principe du miroir parabolique est décrit ici.

Pour modéliser un paraboloïde de révolution dans Blender, il suffit de partir d'un objet quelconque (un plan par exemple), de supprimer tous les vertex, de dessiner la silhouette (le profil) d'une parabole, puis d'utiliser le modifier nommé "Screw", pour créer la surface de révolution.

Quelques astuces :

Une fois le modifier de type Screw appliqué, il se peut que les vertex du sommet de la parabole ne soient pas rassemblées en un seul vertex, ce qui crée des défauts dans le modèle. Pour régler ce problème, il suffit, en mode édition, de tout sélectionner (CTRL+A), puis d'utiliser le menu"w" :: "remove doubles".
Si des jointures entre les différentes facettes de la parabole deviennent sombres, c'est que plusieurs facettes adjacentes ont des directions de normales opposées. Pour régler ce problème, il suffit, en mode édition, de tout sélectionner (CTRL+A), puis de recalculer les normales (CTRL+N).
Pour faciliter le placement du réflecteur par la suite, il faut s'arranger pour que le point origine de l'objet (dans Blender) soit situé au foyer de la parabole.

Pour que cet objet se comporte comme un miroir, il faut lui affecter un matériau de type "Glossy".

Les pertes

Le réflecteur n'est pas un miroir parfait, une partie de l'énergie lumineuse n'est pas réfléchie, elle est diffusée. Pour modéliser cela, on peut combiner un matériau de type "Diffuse" au matériau "Glossy", à l'aide d'un "node" de type "Mix Shader".

Dans les pertes, il y a aussi les rayons qui vont dans la direction C. Pour récupérer l'énergie de ces rayons, il suffirait de prolonger un peu la forme de la parabole, jusqu'à ce que les rayons C viennent la toucher. Je ne le fais pas, car sinon on ne verrait plus l'ampoule dans cette scène. Mais dans le principe, l'énergie de ces rayons est plutôt facile à récupérer.