Perché la grafica parla di "dielettrici" piuttosto che di isolanti?


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Ad esempio, la documentazione di Filament su https://google.github.io/filament/Filament.md.html usa il termine "dielettrici" quando contrappone i non conduttori ai conduttori, che chiama "metallici". E qui su stackexchange, /computergraphics//search?page=2&tab=Relevance&q=dielectric produce anche molti successi per "dielettrico". Normalmente mi sarei aspettato la parola "isolante" in questi casi. "Dielettrico" deriva da una fonte storica o è il termine esatto da usare?


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La prima edizione di PBRT (2004) utilizzava la parola dielettrico. Essendo il riferimento per l'ombreggiatura basata fisicamente, potrebbe essere solo che altri framework PBR che sono stati sviluppati dopo che PBRT hanno provato tutti a parlare la stessa lingua. Sono sicuro che il termine dielettrico sia stato usato molto prima, ma la mia comprensione è che questo è il termine che è rimasto bloccato.
Hubble,

Risposte:


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A rigor di termini, i dielettrici non sono necessariamente isolanti. Ad esempio, l'acqua salata è un conduttore ragionevole ma anche un dielettrico.

Il termine "dielettrico" tende a comparire in discussione dell'effetto di Fresnel: come la riflettanza e la trasmittanza variano con l'angolo. I materiali dielettrici (cioè i non metalli) sono contrastati con i materiali metallici in quanto hanno un comportamento Fresnel diverso, che può essere ricondotto a come i materiali reagiscono su una scala microscopica al campo elettromagnetico di un'onda di luce incidente.

Quindi, ai fini della computer grafica, l'asse "dielettrico / metallico" è più rilevante di quello di "isolante / conduttore", poiché il primo influisce direttamente sull'aspetto dei materiali.


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Non è particolarmente legato alla grafica ma alla fisica, e in particolare all'interazione tra onde elettromagnetiche (come la luce) e la materia, cioè la microfisica dell'ottica.

I metalli hanno elettroni liberi, ed è quindi un mare di cariche quasi libere che interagiscono con il campo EM. Idealmente, sarebbe totalmente riflesso.

Nei dielettrici gli elettroni non sono liberi, ma comunque gli atomi e le molecole si comportano come un insieme non neutrale di cariche positive centrali (il nucleo) e cariche negative periferiche (gli elettroni), bloccate dolcemente in posizione da forze (si potrebbe vedere come molle), quindi il termine dielettrico (o dipolare nelle configurazioni più semplici). Quindi, l'intera cosa reagisce alle onde EM distorcendo e quando il ripristino (+ oscillante) provoca anche un'emissione delle onde EM (dal momento che si muovono le cariche). Si noti che sono le interferenze di questi campi diretti e reattivi che rendono il "campo EM nel materiale" con la velocità della luce caratteristica e quindi inclinano l'angolo di propagazione al bordo del materiale (detto anche "rifrazione).

Pertanto, il comportamento alla luce è abbastanza diverso in entrambi i casi.

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