python光线反射与折射

在Python中，光线的反射与折射可以通过模拟光的物理特性来实现。这些模拟通常基于光的反射定律和折射定律。

1. 反射定律：指的是光线入射到两种介质的分界面上时，入射光线、反射光线和法线三者位于同一平面上，并且入射角等于反射角。这里的入射角是指入射光线与界面法线的夹角，反射角是指反射光线与界面法线的夹角。

2. 折射定律：也就是斯涅尔定律，指的是当光线从一种介质进入另一种介质时，光线的方向会发生改变，其遵循的规律是入射角的正弦与折射角的正弦之比等于两种介质的折射率之比。折射率是由介质的物理特性决定的，反映了介质对光速的减缓程度。

在Python中，通过设置场景中不同介质的折射率，利用数学计算来模拟光线遇到物体时的反射和折射效果。例如，在计算机图形学中，我们通常会定义一个光线类，该类包含方向、强度等属性，然后根据物理定律计算光线与物体接触后的路径变化。

下面是一个非常简化的示例代码片段，用于展示如何根据反射和折射定律计算反射光线和折射光线的方向：

import math

def reflect(vector, normal):
    # 计算反射光线的方向向量
    return vector - 2 * (vector.dot(normal)) * normal

def refract(vector, normal, ratio):
    # 计算折射光线的方向向量
    cos_i = -max(-1.0, min(1.0, vector.dot(normal)))
    sin_t2 = ratio * ratio * (1 - cos_i * cos_i)
    if sin_t2 > 1:
        return None  # 全反射，没有折射光线
    cos_t = math.sqrt(1.0 - sin_t2)
    return ratio * vector + (ratio * cos_i - cos_t) * normal

# 示例：假设有一个入射光线和一个表面法线向量，以及两种介质的折射率比
incident_vector = ...  # 入射光线方向向量
surface_normal = ...  # 表面法线向量
ratio = ...  # 折射率比

# 计算反射光线
reflection_vector = reflect(incident_vector, surface_normal)
# 计算折射光线
refraction_vector = refract(incident_vector, surface_normal, ratio)

# 输出结果
print("Reflection Vector:", reflection_vector)
print("Refraction Vector:", refraction_vector)

请注意，以上代码仅用于概念演示，并未考虑所有物理和编程细节。实际应用中需要考虑更多因素，如向量归一化、全内反射、光线强度衰减等。