先来看一张效果图。

下面的亮彩虹被称为“主彩虹”。 上面的薄彩虹被称为“副彩虹”。

据说，中间的黑暗部分被称为“亚历山大的暗带”。

副彩虹较暗，从红色到紫色的颜色排序与主彩虹相反。

首先，我们来看看彩虹的基本原则。

彩虹是由空气中的水滴折射和反射引起的。

水滴漂浮在空气中。当太阳光进入水滴时，不同的波长就会向不同的方向折射。

每个折射波长的光在水滴内部进行镜面反射后进入空气中。

当你看到彩虹时，你观察了进入空气中的光。

如果以非序列重现此行为，则如下图所示。

用以模拟阳光的光源放置在左上角。光源的光谱设置为黑体辐射光谱。黑体辐射温度设置为 6000 开尔文，就像太阳一样。

波长指定 100 波长，介于 0.4um 和 0.7um 之间。

右侧的圆形（球形）对象表示水滴。光线几乎透过水滴。但是，当光线的一部分进入水滴内部并产生菲涅尔反射时，（反射率 2%），会从水滴的底部射出。这创造了主彩虹及其下方的明亮区域。

部分进入水滴内部的光线在水滴中发生两次反射后射出。

由于水滴内部的反射率为 2%，因此两次反射的光与反射一次的光相比，能量比较弱，只有2%。

模拟结果如下。

到这里彩虹的仿真就结束了。接下来我们给彩虹加上一个蓝天的背景。这个有多种实现方式。这里·我们选择给仿真蓝天的物体设置反射率。

由于短波长侧的反射率较高，因此颜色为蓝色。

* 这种反射率与实际空气的散射特性不同。 这里取巧设置。更加精确的仿真可以参考这一篇：

How to simulate atmospheric scattering using a Mie model – Knowledgebase (zemax.com)

光线追迹可以获取以下结果：

设计文档可以在原文链接中下载。