Ламбертовское отражение

Схема ламбертовского диффузного отражения. Черная стрелка показывает падающее излучение , а красные стрелки показывают интенсивность отраженного излучения в каждом направлении. При просмотре под разными углами интенсивность отраженного излучения и видимая площадь поверхности изменяются в зависимости от косинуса угла обзора, поэтому отраженная яркость (интенсивность на единицу площади) одинакова для всех углов обзора.

Ламбертовское отражение — это свойство, которое определяет идеальную «матовую» или диффузно отражающую поверхность. Кажущаяся яркость ламбертовой поверхности для наблюдателя одинакова независимо от угла зрения наблюдателя. ^[1] Точнее, интенсивность отраженного излучения подчиняется закону косинуса Ламберта , который делает отраженное излучение одинаковым во всех направлениях. Ламбертовское отражение названо в честь Иоганна Генриха Ламберта , который представил концепцию идеальной диффузии в своей книге 1760 года «Фотометрия» .

Примеры

Необработанная древесина демонстрирует примерно ламбертовскую отражательную способность, а древесина, покрытая глянцевым слоем полиуретана , этого не делает, поскольку глянцевое покрытие создает зеркальные блики . Хотя не все шероховатые поверхности являются ламбертовскими, это часто является хорошим приближением и часто используется, когда характеристики поверхности неизвестны. ^[2]

Spectralon — это материал, который обеспечивает почти идеальную отражательную способность Ламберта. ^[1]

Использование в компьютерной графике

В компьютерной графике ламбертово отражение часто используется как модель диффузного отражения . Этот метод заставляет все замкнутые многоугольники (например, треугольник в 3D-сетке) одинаково отражать свет во всех направлениях при рендеринге. Однако отражение уменьшается, когда поверхность отклоняется от перпендикуляра к источнику света, поскольку эта область освещается меньшей долей падающего излучения. ^[3]

Отражение рассчитывается путем скалярного произведения поверхности единичного вектора нормали : $\mathbf {N}$ и нормализованный вектор направления света, $\mathbf {L}$ , указывая от поверхности к источнику света. Затем это число умножается на цвет поверхности и интенсивность света, падающего на поверхность:

B_{D}=\mathbf {L} \cdot \mathbf {N} CI_{\text{L}}

,

где $B_{D}$ - яркость диффузно отраженного света, $C$ это цвет и $I_{\text{L}}$ это интенсивность падающего света. Потому что

\mathbf {L} \cdot \mathbf {N} =|N||L|\cos {\alpha }=\cos {\alpha }

,

где $\alpha$ — угол между направлениями двух векторов, яркость будет самой высокой, если поверхность перпендикулярна вектору света, и самой низкой, если вектор света пересекает поверхность под углом скольжения.

Ламбертово отражение от полированных поверхностей обычно сопровождается зеркальным отражением ( глянцем ), при котором яркость поверхности максимальна, когда наблюдатель находится в идеальном направлении отражения (т. е. когда направление отраженного света является отражением направления падающего света). на поверхности) и резко падает.

Другие волны

Хотя коэффициент отражения Ламберта обычно относится к отражению света объектом, его можно использовать для обозначения отражения любой волны. Например, при ультразвуковой визуализации говорят, что «грубые» ткани обладают отражательной способностью Ламберта. ^[4]

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Икеучи, Кацуши (2014). «Ламбертовское отражение». Энциклопедия компьютерного зрения . Спрингер. стр. 441–443. дои : 10.1007/978-0-387-31439-6_534 . ISBN 978-0-387-30771-8 . S2CID 11390799 .
^ Лу, Ренфу (2016). Технология светорассеяния для оценки свойств, качества и безопасности пищевых продуктов . ЦРК Пресс . п. 26. ISBN 9781482263350 .
^ Ангел, Эдвард (2003). Интерактивная компьютерная графика: нисходящий подход с использованием OpenGL (третье изд.). Аддисон-Уэсли . ISBN 978-0-321-31252-5 .
^ Килан, Роберт; Симада, Кенджи; Рабин, Йоед (23 июня 2016 г.). «Моделирование артефактов ультразвуковой визуализации на основе графического процессора для обучения криохирургии» . Технологии в исследовании и лечении рака . 16 (1): 5–14. дои : 10.1177/1533034615623062 . ISSN 1533-0346 . ПМК 5616109 . ПМИД 26818026 .

[Ikeuchi14-1] Jump up to: ^а ^б Икеучи, Кацуши (2014). «Ламбертовское отражение». Энциклопедия компьютерного зрения . Спрингер. стр. 441–443. дои : 10.1007/978-0-387-31439-6_534 . ISBN 978-0-387-30771-8 . S2CID 11390799 .

[2] Лу, Ренфу (2016). Технология светорассеяния для оценки свойств, качества и безопасности пищевых продуктов . ЦРК Пресс . п. 26. ISBN 9781482263350 .

[3] Ангел, Эдвард (2003). Интерактивная компьютерная графика: нисходящий подход с использованием OpenGL (третье изд.). Аддисон-Уэсли . ISBN 978-0-321-31252-5 .

[4] Килан, Роберт; Симада, Кенджи; Рабин, Йоед (23 июня 2016 г.). «Моделирование артефактов ультразвуковой визуализации на основе графического процессора для обучения криохирургии» . Технологии в исследовании и лечении рака . 16 (1): 5–14. дои : 10.1177/1533034615623062 . ISSN 1533-0346 . ПМК 5616109 . ПМИД 26818026 .

[1]

[2]

[3]

[4]