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计算机图形学中有关光度学的概念

发布：南宁达内it培训
来源：南宁计算机培训
时间：2021-06-03 11:44

计算机图形学中有关光度学的概念

计算机图形学是把辐射 (Radiance) 等概念和亮度 (Luminance) 等概念混为一谈的。前者是辐射度量学的概念，后者是光度学的概念;事实上，辐射强不一定亮度强，比如红外光人眼是看不见的，那么一个红外光源，它不管辐射是强是弱，人眼都是感觉不到的，所以亮度都是 0。在计算机图形学中，肯定不会讨论人眼看不到的东西，所以如果出现了辐射度量学的概念，那么我们直接把它们当成光度学中共轭的概念就行了。

人眼对辐射的可见性用什么衡量呢?要用到光度函数 (Luminous efficiency function) ，它可以建立起波长和可见性的关系。

光通量 (Luminous flux, Φv)

单位为流明 (lm)，对应的辐射度量学概念是辐射通量 (Radiant flux, Φe) 。光通量就是一定范围内通过的光的能量。和一般的流量和通量的概念不一样，它是对立体角的积分，而不是对面积的积分。但立体角和面积又有很大的关联性，一个单位球面上一个单位面积的曲面，对应的立体角就是 1;整个球面的立体角是 4π，等于球面的面积。当然，假如不是一个球面而是奇形怪状的面，情况就不一样了。立体角的单位是球面度 (steradian, sr)。

发光强度 (Luminous intensity, Iv)

简称光度，单位为烛光 (旧称坎德拉，cd)，对应的辐射度量学概念是辐射强度 (Radiant intensity, Ie)。

光度就是光通量的微分，光度的积分就是光通量。一常规蜡烛(光度为 1cd)，用一个半径 1m 的球壳罩住，球壳的光通量就是 4π 流明。

亮度 (Luminance, Lv)

又称辉度，单位为烛光每平方米 (cd/m2) 或尼特 (nit)，对应的辐射度量学概念是辐射率 (Radiance, Le)。亮度是光度对面积的微分，也就是光通量对立体角和面积的微分。亮度衡量了被光照的物体表面所接受的光的多少，所以它既和接受方的面积有关，也和接受方相当于光源的立体角有关。比如天王星虽然面积比地球大很多，但它距离太阳远得多，所以立体角更小，那天王星接受的太阳光照反而更小。

θ 是光方向和接受的表面的法线夹角(兰伯特余弦定律)

照度 (Illuminance, Ev)

单位为勒克斯 (lx) 或辐透 (ph)，1 lx = 10000 ph，对应的辐射度量学概念是辐照度 (Irradiance, Ee)。它是是接受方每单位面积所接收到的光通量。

照度是光通量对面积的微分，它是单位面积从四面八方接受到的光通量的总和，如果再对立体角微分，那就是从特定角度接受到的光通量，那就是亮度了。

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