介绍
可见光谱中的颜色具有不同的波长，范围从 380 nm（紫色/蓝色）到 780 nm（红色）。这种区别可以通过将白光（不同波长的光的叠加）通过棱镜或简单地观察彩虹来观察（图1）。在考虑光与物质的相互作用时，所有波长的行为可能并不相似。根据材料的物理/化学性质，特定的波长可以透射、吸收或反射。光的偏转（折射）似乎也与波长有关。这些光学效应影响了着色过程，如下所述。
图1：棱镜的色散。
一般来说，有必要区分取决于物体化学性质的颜色和不取决于化学性质的颜色。
第一种情况考虑了光的选择性吸收。当撞击物体时，特定分子（例如颜料或染料）会吸收一定范围的波长。在这种情况下，感知颜色的起源源于辐射的收集，这些辐射没有被吸收，而是被物体反射。
在第二种情况下，与化学性质无关，光的折射、干涉和散射等物理现象是导致观察到的颜色的原因，称为结构着色。在这种特定情况下，当材料由一个或多个平行的薄层形成，或者由颜色波长尺度上的纳米/微结构组成时，就会产生颜色。后一种情况是米氏散射着色的起源。
米氏散射
米氏散射产生的着色源于光被大小从几纳米到几百微米的均匀球体散射而来。潜在的物理过程包括纳米/微球吸收光，然后以不同的强度向不同方向重新发射光。在自然界中，米氏散射发生在大气层下部4.5公里处，那里可能存在许多直径约等于1至10μm的球形颗粒。例如，云滴散射所有波长的可见光，形成云的白色外观。
根据球体的大小、密度、分布、光的入射角、球体的折射率和到观察者的距离，每个波长的散射光强度都会不同。这种现象在下面通过图2中的渲染图来说明，将不同大小的金/银纳米颗粒浸入液体（胶体溶液）中（10nm至100nm）。根据粒径的不同，可以看出，一种胶体溶液的比色法会因胶体溶液而异。
图2：不同粒径（10至100nm）的胶体银（左）和（金）。渲染图由 OceanTM 制作 米氏散射：OceanTM制作的渲染示例
米氏散射是 Ocean渲染工具箱的一部分，允许在模拟中对大量相关参数进行调整：球体折射率、球体分布、球体大小等。为了说明该理论的使用，下面提供了几个例子。
1. 混合流体
牛奶中重要的光学元素包括维生素B2、脂肪球和蛋白质。宿主介质是溶解了许多不同成分的水。在可见光范围内表现出最显著吸收的成分是维生素B2。图 3 通过 Ocean 制作的渲染图显示了每个元素的光学贡献。当在组合物中添加蛋白质和脂肪球时，会发生米氏散射。可以看出，蛋白质更容易扩散出蓝色调，而脂肪球则扩散出白色不透明的颜色。这是由于脂肪球的大小比蛋白质大得多。由于脂肪球的浓度远高于蛋白质的浓度，因此牛奶呈白色。此外，脂肪球的浓度越大，牛奶的扩散性就越强，如图3所示，同时考虑脱脂牛奶、普通牛奶和全脂牛奶。
图 3：OceanTM 制作的牛奶成分和混合浓度的渲染图像。玻璃杯从左到右包含：水、水和维生素 B2、水和蛋白质、水和脂肪、脱脂牛奶、普通牛奶和全脂牛奶。
2. 海洋中的藻类和矿物质浓度
海洋中藻类和矿物质的浓度在世界各地都不尽相同。因此，由这些元素引起的米氏散射是不一样的，导致对海底成分的感知不同。如图 4 所示，不同海域的海底视图渲染图如图 <> 所示。可以看出，根据藻类的浓度，水的扩散和比色都会受到影响。结果，水看起来要么是清澈的，要么是蓝色的，要么是绿色的。
图4：OceanTM制作的不同海域的海底视图渲染图。
3. 有色矿物
为了说明折射率和颗粒尺寸的影响，实现了玻璃介质中可变尺寸的金属球体的渲染（图5）。从左到右：40 nm银球、高密度40 nm银球、60 nm金球、蔓越莓玻璃（熔融玻璃和金球的混合）。焦散是被曲面或物体反射或折射的光线包络，可以在渲染上观察到。后一个主题将在另一篇文章中介绍。此外，还可以观察到矿物的双色行为。此功能对应于特定的光学效应，吸收和散射的光可以产生互补色。对于透射光以蓝/绿为主，而散射光以红色为主的60nm金球体尤其明显。
图5：OceanTM制作的玻璃介质中可变尺寸的金属球体的渲染图。从左到右：40 nm银球、高密度40 nm银球、60 nm金球、蔓越莓玻璃（熔融玻璃和金球的混合）。
结论
正如我们所看到的，米氏的扩散是一种无处不在的机制，对外观有很大影响。事实上，能够预测这种材料的光学特性是一项真正的技术优势：事实上，基于纳米颗粒（ZrO2、TiO2等）的薄膜或溶液因其创新的光学特性而越来越多地在工业中使用。无论是用于美学还是技术用途。在这两种情况下，这些薄膜的外观或它们与其他（复合材料）材料的相互作用都可以被精细地预测。
此外，这些扩散/吸收机制也可能在环境中发挥作用，例如海水。但是，雪、污染或雾等大气条件也属于MIE的范围。事实上，精确地模拟这些条件和现象为场景仿真提供了高度的可靠性。
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