Линейный муар - Line moiré

Линейный муар это один из видов муаровый узор; узор, который появляется при наложении двух прозрачных слоев, содержащих коррелированные непрозрачные узоры. Линейный муар - это случай, когда наложенные рисунки состоят из прямых или изогнутых линий. При перемещении рисунков слоев муаровые рисунки трансформируются или перемещаются с большей скоростью. Этот эффект называется оптическим муаровым ускорением.

Наложение слоев с периодически повторяющимися параллельными линиями

Рисунок 1. Два слоя с параллельными линиями

Простой муар можно наблюдать при наложении двух прозрачных слоев, содержащих периодически повторяющиеся непрозрачные параллельные линии, как показано на рисунке 1. Линии одного слоя параллельны линиям второго слоя.

Изображение наложения не изменяется, если инвертировать прозрачные слои с их непрозрачными узорами. При рассмотрении печатных образцов один из слоев обозначается как базовый слой а другой - как раскрывающий слой. Предполагается, что открывающий слой печатается на прозрачной пленке и накладывается поверх основного слоя, который может быть напечатан либо на прозрачной пленке, либо на непрозрачной бумаге. Периоды двухслойной структуры близки. Обозначим период базового слоя как п_б а период раскрывающего слоя как п_р.

На изображении с наложением рисунка 1 выделяются периодически повторяющиеся темные параллельные полосы, называемые линиями муара. Расстояние между линиями муара намного больше, чем периоды линий в двух слоях.

Рисунок 2. Зоны перекрытия и чередования.

Светлые полосы наложенного изображения соответствуют зонам перекрытия линий обоих слоев. Темные полосы наложенного изображения, образующие линии муара, соответствуют зонам, где линии двух слоев пересекаются, скрывая белый фон. Метки на Рисунке 2 показывают переходы от светлых зон с перекрывающимися линиями слоев к темным зонам с чередующимися линиями слоев. Светлая и темная зоны периодически меняются местами.

На рисунке 3 показана подробная схема наложения изображения между двумя соседними зонами с перекрывающимися линиями раскрывающего и основного слоев (т.е. между двумя световыми полосами).^[1]

Период п_м линий муара - это расстояние от одной точки перекрытия линий обоих слоев (внизу рисунка) до следующей такой точки (вверху). Посчитаем линии слоя, начиная с нижней точки. При счете 0 линии обоих слоев перекрываются. Поскольку в нашем случае п_р<п_б, для того же количества подсчитанных линий линии основного слоя с большим периодом продвигаются быстрее, чем линии открытого слоя с коротким периодом. На полпути п_м, линии базового слоя опережают линии обнажающего слоя на половину периода (п_р/ 2) линий раскрывающегося слоя, за счет чего линии чередуются, образуя темную муаровую полосу. На полном расстоянии п_м, линии базового слоя опережают линии раскрывающего слоя на полный период п_р, так что линии слоев снова перекрываются. Линии базового слоя удлиняются п_м с таким количеством строк (п_м/п_б) как количество линий раскрывающего слоя (п_м/п_р) на такое же расстояние минус один: п_м/п_р = п_м/п_б + 1. Отсюда получаем известную формулу для периода п_м изображения наложения:^[2]

${displaystyle p_{m}={frac {p_{b}cdot p_{r}}{p_{b}-p_{r}}}.}$

Для случая, когда период раскрывающего слоя больше периода основного слоя, расстояние между полосами муара является абсолютным значением, вычисленным по формуле. Наложение двух слоев, состоящих из параллельных линий, образует оптическое изображение, состоящее из параллельных линий муара с увеличенным периодом. По формуле для вычисления п_м, чем ближе периоды двух слоев, тем сильнее коэффициент увеличения.

Толщина линий слоев влияет на общую темноту наложенного изображения и толщину полос муара, но период п_м не зависит от толщины линий слоя.

Ускорение движений муаром

Полосы муара на Рисунке 1 сдвинутся, если мы сместим раскрывающийся слой. Когда раскрывающий слой движется перпендикулярно линиям слоев, полосы муара перемещаются вдоль той же оси, но в несколько раз быстрее, чем движение раскрывающегося слоя.

Рисунок 4. Медленное движение вскрывающего слоя вверх.

В GIF анимация Показанный на Рисунке 4 соответствует медленному движению обнажающего слоя. Файл GIF многократно анимирует движение раскрывающегося слоя вверх (перпендикулярно линиям слоя) на расстояние, равное п_р. Анимация демонстрирует, что муаровые линии наложенного изображения перемещаются вверх со скоростью, намного превышающей скорость движения раскрывающегося слоя.

При смещении раскрывающего слоя вверх перпендикулярно линиям слоев на один полный период (п_р) его рисунка суперпозиционное оптическое изображение должно совпадать с исходным. Это означает, что линии муара проходят расстояние, равное периоду наложенного изображения. п_м а раскрывающий слой проходит расстояние, равное его периоду п_р. Предполагая, что базовый слой неподвижен (v_б= 0) следующее уравнение представляет отношение оптической скорости к скорости обнаруживающего слоя:

${displaystyle {frac {v_{m}}{v_{r}}}={frac {p_{m}}{p_{r}}}.}$

Заменив п_м с его формулой, мы имеем^[3]

${displaystyle {frac {v_{m}}{v_{r}}}={frac {p_{b}}{p_{b}-p_{r}}}.}$

Если период раскрывающего слоя больше периода основного слоя, оптическое изображение перемещается в противоположном направлении. Отрицательное значение коэффициента, вычисленного по этой формуле, означает движение в обратном направлении.

Наложение слоев наклонными линиями

Здесь мы представляем паттерны с наклонными линиями. Когда нас интересует оптическое ускорение, мы можем представить случай наклонных паттернов так, чтобы формулы для вычисления периодов муара и оптического ускорения оставались действительными в их текущей простейшей форме. Для этого значения периодов п_р, п_б, и п_м соответствуют расстояниям между линиями вдоль оси перемещений (вертикальная ось в анимационном примере на Рисунке 4). Когда линии слоя перпендикулярны оси движения, периоды (п) равны расстояниям (обозначены как Т) между линиями (как на рисунке 4). Если линии наклонные, точки (п) по оси движения не равны расстояниям (Т) между линиями.

Вычисление наклона линий муара как функции наклона линий слоев

Рисунок 5. Одинаковый наклон линий слоев

Наложение двух слоев с одинаковыми наклонными линиями образует муаровые линии, наклоненные под одинаковым углом. Рисунок 5 получен из рисунка 1 при вертикальном разрезе. На рисунке 5 линии слоев и линии муара наклонены на 10 градусов. Поскольку наклон не является вращением, во время наклона расстояние (п) между линиями слоев по вертикальной оси сохраняется, но истинное расстояние (Т) между линиями (по оси, перпендикулярной этим линиям). Разница между периодами по вертикали п_б, п_р, а расстояния Т_б, Т_р показан на схеме рисунка 8.

Степень наклона линий слоев может изменяться вдоль горизонтальной оси, образующей кривые. Наложение двух слоев с одинаковым рисунком наклона образует кривые муара с одинаковым рисунком наклона. На рисунке 6 степень наклона линий слоя постепенно изменяется в соответствии со следующей последовательностью градусов (+30, –30, +30, –30, +30). Периоды слоя п_б и п_р представляют собой расстояния между кривыми по вертикальной оси. Представленные формулы для расчета периода п_м (расстояние по вертикали между кривыми муара) и оптическое ускорение (по вертикальной оси) действительны для рисунка 6.

Более интересен случай, когда степень наклона линий слоя не одинакова для основного и раскрывающего слоев. На рисунке 7 показана анимация наложения изображений, в которой степень наклона линий базового слоя постоянна (10 градусов), но наклон линий раскрывающего слоя колеблется от 5 до 15 градусов. Периоды слоев по вертикальной оси п_б и п_р все время одинаковы. Соответственно период п_м (по вертикальной оси), вычисленное по основной формуле, также остается прежним.

Рисунок 8 помогает вычислить степень наклона оптических линий муара в зависимости от наклона линий раскрытия и основного слоя. Рисуем линии слоя схематично, не показывая их истинную толщину. Жирные линии диаграммы наклонены α_б градусы - это линии базового слоя. Жирные линии, наклоненные α_р градусы - это линии раскрывающего слоя. Линии базового слоя разнесены по вертикали на расстояние, равное п_б, а линии раскрывающего слоя разнесены по вертикали на расстояние, равное п_р. Расстояния Т_б и Т_р представляют собой истинное пространство между базовым слоем и открывающими линиями слоя соответственно. Пересечения линий основы и раскрывающих слоев (отмечены на рисунке двумя стрелками) лежат на центральной оси полосы светлого муара. Пунктирная линия на рисунке 8 соответствует оси полосы светлого муара. Таким образом, степень наклона муаровых линий - это наклон α_м пунктирной линии.

Из рисунка 8 мы выводим следующие два уравнения:

${displaystyle {egin{cases} an alpha _{m}={frac {p_{b}+lcdot an alpha _{b}}{l}} an alpha _{r}={frac {p_{b}-p_{r}+lcdot an alpha _{b}}{l}}end{cases}}}$

Из этих уравнений мы выводим уравнение для расчета наклона линий муара как функции наклона основного слоя и линий обнажающего слоя:

${displaystyle an alpha _{m}={frac {p_{b}cdot an alpha _{r}-p_{r}cdot an alpha _{b}}{p_{b}-p_{r}}}}$

Вывод других известных формул

Истинные периоды паттернов Т_б, Т_р, и Т_м (по осям, перпендикулярным линиям рисунка) вычисляются следующим образом (см. рисунок 8):

${displaystyle T_{b}=p_{b}cdot cos alpha _{b}, T_{r}=p_{r}cdot cos alpha _{r}, T_{m}=p_{m}cdot cos alpha _{m}}$

Отсюда, используя формулу для вычисления tan (α_м) с периодами п, мы выводим известную формулу для вычисления муарового угла α_м с периодами Т:^[4][5][6]

${displaystyle alpha _{m}=arctan left({frac {T_{b}cdot sin alpha _{r}-T_{r}cdot sin alpha _{b}}{T_{b}cdot cos alpha _{r}-T_{r}cdot cos alpha _{b}}}ight)}$

Из формулы для вычисления п_м мы выводим еще одну хорошо известную формулу для вычисления периода Т_м из муаровый узор (по оси, перпендикулярной полосам муара):

${displaystyle T_{m}={frac {T_{b}cdot T_{r}}{sqrt {T_{b}^{2}+T_{r}^{2}-2cdot T_{b}cdot T_{r}cdot cos(alpha _{r}-alpha _{b})}}}}$

В частном случае, когда Т_б=Т_р=Т, формула для периода Т_м сводится к хорошо известной формуле:

${displaystyle T_{m}={frac {T}{2cdot sin left({frac {alpha _{r}-alpha _{b}}{2}}ight)}}}$

И формула для вычисления α_м сводится к:

${displaystyle alpha _{m}=90^{circ }+{frac {alpha _{r}+alpha _{b}}{2}}}$

Наклон раскрывающихся линий в зависимости от наклона линий наложенного изображения

Вот уравнение для вычисления наклона линии раскрывающего слоя α_р для заданного наклона линии базового слоя α_б, и желаемый наклон муаровой линии α_м:

${displaystyle an alpha _{r}={frac {p_{r}}{p_{b}}}cdot an alpha _{b}+left(1-{frac {p_{r}}{p_{b}}}ight)cdot an alpha _{m}.}$

Рис. 9. Кривые муара с прямыми линиями базового слоя.

Для любого заданного наклона линии основного слоя это уравнение позволяет нам получить желаемый наклон линии муара путем правильного выбора наклона раскрывающего слоя. На рисунке 6 мы показали пример, в котором кривые слоев следуют одинаковому шаблону наклона, образуя наложение изображения с одинаковым рисунком наклона. Степени наклона слоев и линий муара меняются по горизонтальной оси в соответствии со следующей последовательностью чередующихся значений градусов (+30, –30, +30, –30, +30). На рисунке 9 мы получаем тот же шаблон наложения, что и на рисунке 6, но с базовым слоем, состоящим из прямых линий, наклоненных на –10 градусов. Образец раскрытия рисунка 9 вычисляется путем интерполяции кривых в соединенные прямые линии, где для каждого положения вдоль горизонтальной оси угол наклона раскрывающейся линии α_р вычисляется как функция α_б и α_м в соответствии с приведенным выше уравнением.

Рисунок 9 демонстрирует, что разница между углами наклона линий раскрытия и основного слоя должна быть в несколько раз меньше разницы между углами наклона линий муара и основного слоя.

Рис. 10. Перевернутый базовый слой и линии муара.

Другой пример формирования тех же рисунков наложения, что и на рисунках 6 и 9, показан на рисунке 10. На рисунке 10 желаемый рисунок наклона (+30, –30, +30, –30, +30) получен с использованием базового слоя с перевернутая картина наклона (–30, +30, –30, +30, –30).

Рис. 11. Те ​​же кривые муара с изменением рисунков слоев.

Эффект на круговых линиях.

На рисунке 11 показана анимация, в которой мы получаем наложение изображения с постоянным наклоном муаровых линий (+30, –30, +30, –30, +30) для непрерывного изменения пар базового и раскрывающего слоев. Шаблон наклона базового слоя постепенно изменяется, и шаблон наклона раскрывающего слоя соответственно адаптируется, так что шаблон наклона наложенного изображения остается прежним.

Рекомендации

1. C.A. Sciammarella; А.Дж. Дурелли (1962). «Муаровая кайма как средство анализа штаммов» (PDF). Сделки Американского общества инженеров-строителей. 127, часть I: 582–587. Архивировано из оригинал (PDF) на 2007-12-11. Получено 2007-03-19.
2. Исаак Амидрор (2000). Теория феномена муара (PDF). Kluwer. ISBN  0-7923-5950-X. Архивировано из оригинал (PDF) на 2007-10-13. Получено 2007-03-19.
3. Эмин Габриелян (2007-03-08). «Основы линейного муара и оптическое ускорение». arXiv:физика / 0703098.
4. Стэнли Морс; Август Дж. Дурелли; Сезар А. Sciammarella (1961). «Геометрия муаровых полос в деформационном анализе» (PDF). Сделки Американского общества инженеров-строителей. 126, часть I: 250–271. Архивировано из оригинал (PDF) на 2007-10-08. Получено 2007-03-19.
5. Ю. Нисидзима; Г. Остер (1964). «Муаровые паттерны: их применение для измерения показателя преломления и градиента показателя преломления» (PDF). Журнал Оптического общества Америки. 54 (1): 1–5. Дои:10.1364 / JOSA.54.000001. Архивировано из оригинал (PDF) на 2007-10-13. Получено 2007-03-19.
6. Г. Остер; Ю. Нисидзима (1963). «Муаровые узоры». Scientific American. 208 (Май): 54–63. Bibcode:1963SciAm.208e..54O. Дои:10.1038 / scientificamerican0563-54.

внешняя ссылка

• Линии муара: Основы линейного муара и оптического ускорения; уравнения для расчета контуров и скоростей муаровых кривых; круговые узоры и вращательные движения
• Муар со случайными линиями: Апериодический случайный линейный муар
• Зеркала вступительной страницы линейного муара: Соединенные Штаты Америки, Швейцария