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基于物理的渲染

  1. 光的性质 光通常指的是人类眼睛可以见的电磁波,反馈到人眼上就是我们可辨别的颜色。 光谱,是复色光通过色散系统(如光栅、棱镜)进行分光后,依照光的波长(或频率)的大小顺次排列形成的图案。光谱中的一部分可见光谱是电磁波谱中人眼可见的唯一部分,在这个波长范围内的电磁辐射被称作可见光,如图1所示。 图1. 光谱 实际上,我们看到的光并不是单一波长的电磁波,而是由多种波长混合而成。通过棱镜,不同波长的光会分散开来,就能看到所谓的“彩虹”,如图2所示。 图2. 光的色散 光谱能量分布(Spectral Power Distribution,简称为SPD),用于描述复合光中各个波长的色光分别有多少能量。如下图所示,就表示不同的光源发射出来的光的SPD,如图3所示。换个角度说,可见光内任意一个SPD都可以表示一个唯一的颜色,但是任何一种不颜色可能由不同的SPD组成。 图3. 不同光源的SPD 任何看到的颜色是不同能量的电磁波混合而成,而电磁波具有偏振现象,它会朝前进方向的垂直方向偏振,如图4所示。 图4. 光的偏振 偏振片会过滤某个方向上偏振的电磁波,证实了光的偏振现象,如图5所示。 图5. 偏振片 2. 基础概念 本小节介绍与能量相关的基础概念。 2.1. Radiant Energy 辐射能量。 指以辐射形式发射、转移,或接收的能量。 单位是焦耳,J,符号是。 2.2. Radiant Flux 辐射通量。 指的是单位时间到达一块平面的能量总和。 单位是焦耳每秒J/s,或瓦特W,符号是。 2.3. Radiance 辐射度,辐照度,辐射照度。 指的是单位面积接收的辐射通量。

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