🔴 Laser-Labyrinth — Reflexion & Brechung

Das Snelliussche Gesetz besagt n₁·sin θ₁ = n₂·sin θ₂, wodurch die Winkel auf beiden Seiten einer Grenzfläche mit den beiden Brechungsindizes in Beziehung gesetzt werden. Wenn der Strahl auf eine Glasfläche trifft, berechnet die Simulation aus dieser Beziehung die durchgelassene Richtung, erhöht den Brechungszähler und beschriftet den neuen Winkel auf der Leinwand.

Das ist die Totalreflexion. Wenn ein Strahl innerhalb des dichteren Glases die Oberfläche jenseits des kritischen Winkels θ_c = arcsin(n₂/n₁) trifft, hat das Snelliussche Gesetz keine reelle Lösung (sin θ würde 1 überschreiten), sodass das gesamte Licht reflektiert wird. Die Simulation erkennt diesen Fall und reflektiert den Strahl, anstatt ihn durchzulassen.

Reflexionen zählt, wie oft der Strahl an einer Oberfläche oder Wand gespiegelt wurde, Brechungen zählt Grenzflächenübertritte durch Glas, Weg (px) ist die gesamte vom Strahl zurückgelegte Strecke in Pixeln, und Ziel getroffen zeigt ein grünes Häkchen, sobald der Strahl den orangefarbenen Kreis erreicht, andernfalls ein rotes Kreuz.

Die vier Ränder der Leinwand wirken wie perfekte Spiegel, sodass der Strahl nie vom Bildschirm verschwindet. Das hält jedes Level lösbar und erlaubt Bandenschüsse an den Wänden, ähnlich wie bei einem Billard- oder Squashtisch, wobei weiterhin dieselbe Gleichwinkel-Reflexionsregel gilt wie für die platzierten Spiegel.

Normalen zeichnet die gestrichelte senkrechte Linie an jeder Oberfläche, auf die der Strahl trifft, die als Bezugslinie für die Winkelmessung dient. Winkel blendet an jedem Kontaktpunkt den numerischen Einfalls- oder Brechungswinkel in Grad ein, was es einfach macht, die Gleichwinkel-Reflexion und die Snellius-Brechung zu überprüfen.

Die Reflexions- und Brechungsrichtungen folgen den exakten Gleichungen der geometrischen Optik, sodass die Winkel dem Reflexionsgesetz und dem Snelliusschen Gesetz getreu gehorchen. Es ist jedoch ein Strahlen-(geometrisches) Modell, das Welleneffekte wie Beugung, Interferenz und Teilreflexion ignoriert und Glas als einen einzigen festen Brechungsindex ohne Dispersion behandelt.

Geometrisches Ray-Tracing entwirft Kameraobjektive, Mikroskope, Teleskope und Periskope, sagt voraus, wie sich Licht in Glasfasern und Prismen ausbreitet, und ist die Grundlage des fotorealistischen Renderings in Filmen und Spielen. Laser-Maze-Sicherheitsstrahlen und Laser-Show-Choreografien beruhen auf denselben Reflektier-und-Umlenk-Prinzipien, mit denen Sie hier experimentieren.