你是否曾經思考過，為什么當陽光灑在汽車表面時，反射的光線會閃耀而不刺眼？或者為什么粉底液使皮膚在相同光線情況下呈現出不同的效果，有的啞光均勻，有的光澤感強？這是因為汽車表面經過特殊處理和粉底液成分質地不同，在表面產生了優化和不同效果。這些現象背后都可以使用一個科學概念──雙向散射分布函數（BSDF）來進行解釋和描述。通過測量散射數據，我們可以更深入地了解材料如何影響光線的散射，并進一步優化產品設計以提升視覺體驗。

什么是雙向散射分布函數（BSDF）

BSDF(Bidirectional Scattering Distribution Function)是雙向散射分布函數的縮寫，它是一個數學函數，用于描述光線從表面散射的情況。其數學定義如下公式所示：

其中：

L是觀察方向上樣品表面的亮度

E是光源方向上樣品表面的照度

Λ是波長

其數學定義如下公式所示：

在實際應用中，這一現象通常被分解為反射和透射兩個成分，隨后分別作為BRDF（雙向反射分布函數）和BTDF（雙向透射分布函數）進行處理。

為什么BSDF在光學設計中如此重要？

在光學設計過程中，準確的仿真結果取決于精確的光學特性。在實際中，僅靠幾何形狀無法確定光線分布從，決定光線能量和方向變化的是光學特性。因此，了解材料的光學特性至關重要。通過將測量材料所得數據導入到光學軟件工具中，是獲取精確特性最佳方法。

需求：

光學開發者需要用于光線追跡仿真的準確光學屬性

研發工程師需要設計具有給定光學屬性的合適材料

生產過程中的質量檢查必須嚴格控制

解決方案：

基于雙向散射分布函數（BSDF）的角向光學散射

光傳播TIS量（反射率、透射率、吸收率比）

新思科技BSDF測量解決方案

測量BSDF有兩種主要方法：測角儀式系統和相機式系統。新思科技提供了這兩種方法的解決方案。

測角儀式系統

您可以使用傳統的測角儀式系統來測量BSDF，其中一個固定光源照射樣品，而移動探測器則繞著樣品旋轉以收集散射光（或者相反，使用動態光源和靜態探測器）。新思科技提供了兩種測角光度計解決方案：Synopsys REFLET 180S和高光反射工作臺。

針對這些高分辨率、高動態的電動散射儀系統，我們將提供實驗室內的測量服務，同時Synopsys REFLET 180S也可供購買。

相機式系統

您還可以使用基于相機的系統來測量BSDF，其中光源照射樣品，通過攝像頭系統將所有散射光傳送到相機。

新思科技所推出了兩款基于相機的系統：Synopsys Mini-Diff V2和Synopsys Mini-Diff VPro，兩種系統均可購買。Synopsys Mini-Diff VPro提供配套的“暗室”和溫度控制。Mini-Diff V2是一種便攜式設備，操作簡便且速度快。

所有這些設備都支持將測量數據導出到仿真軟件中，以用于設計。

設計案例分享：使用新思科技 REFLET 180S測量汽車儀表盤并使用LucidShape設計

在汽車制造領域，車輛儀表盤材料的表面測量數據在研發過程中發揮著至關重要的作用?？筛鶕y量結果評估表面粗糙度、顆粒大小分布來確定哪種材料的反射性能最弱，散射性能最強。旨在實現最大程度的光散射表面，以減少風擋玻璃對駕駛員的反光影響，提高安全性。

為了比較兩種不同顆粒度儀表盤表面的散射特性，我們使用白光在四個入射角度（AOI=10°/30°/50°/70°）下進行了雙向反射分布函數（BRDF）測量。

這兩個表面都呈現出較大的高斯峰值散射，同時具有朗伯背景。

Reference 1和Reference 2的背景水平相似，但是Reference 1更具有鏡面反射特性，而Reference 2更具有漫反射特性；這表明Reference 2更適合用做儀表盤。

由于測量數據可以導出到設計軟件，因此您可以在LucidShape中利用這些數據進行仿真設計。

通過將數據導入LucidShape并進行仿真可得出相同結論：Reference 1更具鏡面反射性，而Reference 2更具漫反射性，這意味著司機在使用Reference 2時會感受到更少眩光。

因此測量BSDF使開發者能夠選擇合適的材料或涂層，實現精確渲染，并降低原型制作成本。