Pantulan

Diagram refleksi spekular

Refleksi (atau pemantulan) adalah perubahan arah rambat cahaya ke arah sisi (medium) asalnya, setelah menumbuk antarmuka dua medium.

Refleksi pada era optik geometris dijabarkan dengan hukum refleksi yaitu:

• Sinar insiden, sinar refleksi dan sumbu normal antarmuka ada pada satu bidang yang sama
• Sudut yang dibentuk antara masing-masing sinar insiden dan sinar refleksi terhadap sumbu normal adalah sama besar.
• Jarak tempuh sinar insiden dan sinar refleksi bersifat reversible.

Refleksi spekular

Refleksi spekular (en:specular reflection) dikenal pada era optika fisis sebagai refleksi yang terjadi pada antarmuka yang mengkilap yang merupakan sebab akibat dari hukum refleksi. Refleksi spekular mempunyai beberapa model antara lain model refleksi Phong dan Cook-Torance.

Refleksi difusi

Diagram refleksi difusi

Refleksi difusi (en:diffused reflection) adalah perubahan arah rambat gelombang cahaya yang terjadi setelah menumbuk antarmuka granular yang tidak rata dengan hamburan cahaya kembali ke arah sisi (medium) asalnya dengan banyak sudut pantul. Refleksi difusi adalah fungsi komplemen dari refleksi spekular, diperkenalkan pertama kali oleh Johann Heinrich Lambert melalui Photometria pada tahun 1760. Hasil studi pengamatan Lambert pada intensitas cahaya refleksi terhadap antarmuka yang kusam (en:matte), kemudian disebut hukum kosinus Lambert dengan reflektansi Lambert dan antarmuka Lambert.

Contoh perbedaan antara refleksi difusi dengan refleksi spekular dapat ditemui pada warna cat yang kusam dan mengkilap. Cat kusam menampakkan sifat refleksi difusi, sedangkan cat kilap menonjolkan sifat refleksi spekular. Banyak obyek kasat mata dapat terlihat karena sifat refleksi difusi ini. Hamburan cahaya dari permukaan obyek tersebut yang menjadi mekanisme utama pengamatan fisis manusia dan fotometri.

Sifat reflektansi antarmuka yang isotropik menyebabkan refleksi difusi cenderung untuk menampakkan antarmuka dengan tingkat luminasi yang sama dilihat dari sudut pengamatan manapun. Sebagai contoh, sebuah papan kayu yang kasar dengan gamblang menggambarkan reflektansi isotropik dari antarmuka Lambert, namun apabila telah disepuh mengkilap dengan polyurethane, reflektansi tersebut sirna bersamaan dengan timbulnya specular highlight pada beberapa bagian antarmuka. Specular highlight juga dapat terlihat pada antarmuka Lambert yang tidak sempurna, yaitu pada sudut hukum refleksi yang dibentuk oleh sinar cahaya pada intensitas maksimumnya.

Prinsip kerja reflektor retro

Refleksi difusi berantai pada beberapa antarmuka Lambert disebut inter-refleksi difusi (en:diffuse interreflection). Sinar inter-refleksi difusi bersifat elastis dan mewarnai antarmuka Lambert obyek sekitarnya dengan warna antarmuka Lambert sebelumnya. Fenomena ini pada studi fotografi disebut ambient light, dapat diamati dengan jelas pada ruang tidak mendapatkan sinar matahari langsung. Sinar refleksi spekular berantai tidak menunjukkan gejala yang sama. Sebagai contoh, pada reflektor retro (en:retroreflector) retina mata kucing, saat petang akan terlihat berbinar jika diamati dari sudut tertentu, dan terlihat gelap saat diamati dari sudut yang lain. Sinar insiden yang menumbuk antarmuka retina mata kucing mengalami refleksi spekular berantai hingga tidak terjadi difusi cahaya di dalam rongga mata kucing. Oleh karena itu, kita tidak dapat melihat ambient light dalam rongga mata tersebut.

Fungsi distribusi reflektansi bidireksional

Three bi-directional diffuse reflection (BRDF) models

BSDF: BRDF + BTDF

BRDF vs. BSSRDF

Fungsi distribusi reflektansi bidireksional (en:Bidirectional reflectance distribution function atau BRDF) diperkenalkan oleh Edward Nicodemus sekitar tahun 1965. Definisi modern BRDF adalah:

$f_{r}(\omega _{i},\omega _{o})={\frac {dL_{r}(\omega _{o})}{dE_{i}(\omega _{i})}}={\frac {dL_{r}(\omega _{o})}{L_{i}(\omega _{i})\cos \theta _{i}\,d\omega _{i}}}$

dimana $L$ adalah radian, $E$ adalah iradian, dan $\theta _{i}$ adalah sudut antara $\omega _{i}$ dan normal permukaan, $n$.

Fungsi merupakan penyempurnaan model reflektansi Lambert dengan tiga model difusi, yaitu model difusi Lambert, Minnaert dan Oren-Nayar. Masih terdapat model difusi yang tidak termaktub di dalam fungsi, antara lain: atomic diffusion, molecular diffusion, tracer diffusion, chemical diffusion, collective diffusion, Eddy diffusion, electronic diffusion, facilitated diffusion, gaseous diffusion, Ito diffusion, Knudsen diffusion, momentum diffusion, osmosis, photon diffusion, reverse diffusion, rotational diffusion, surface diffusion, ambipolar diffusion, anomalous diffusion, diffusion MRI. Surface roughness scattering atau interface roughness scattering adalah model difusi Lambert pada partikel bermuatan. Efek ini sangat penting dalam teknologi peralatan elektronika yang mengandung lapisan tipis seperti field effect transistor dan quantum cascade laser.

Pada tahun 1991, Paul Heckbert menggabungkan fungsi distribusi reflektansi bidireksional dengan:

• fungsi distribusi transmitansi bidireksional (en:bidirectional transmittance distribution function), dan
• fungsi distribusi permukaan hamburan bidireksional (en:bidirectional scattering surface distribution function) atau (en:subsurface scattering)

menjadi fungsi distribusi hamburan bidirektional (en:bidirectional scattering distribution function), karena hamburan (en:scattering) cahaya terjadi tidak hanya pada refleksi tetapi juga pada refraksi antarmuka medium apapun.

Pada umumnya hamburan (en:scattering) cahaya meliputi studi hamburan elastis dan hamburan non elastis dari sifat dualisme cahaya sebagai partikel dan gelombang. Beberapa jenis hamburan yang sering dijumpai antara lain hamburan Rutherford, hamburan Bragg atau difraksi, hamburan Rayleigh, hamburan Compton, hamburan Brillouin, hamburan Lorentz-Mie, hamburan Raman.

Complex conjugate reflection

Complex conjugate reflection adalah refleksi yang memantulkan sinar insiden kembali ke sudut asalnya yang disebabkan karena proses optis non linear.