Световое поле
Световое поле — это векторная функция , которая описывает количество света , проходящего в каждом направлении через каждую точку пространства. Пространство всех возможных световых лучей задается пятимерной пленоптической функцией , а величина каждого луча задается его яркостью . Майкл Фарадей был первым, кто предложил интерпретировать свет как поле, очень похожее на магнитные поля, над которыми он работал. [1] Термин « световое поле » был придуман Андреем Гершуном в классической статье 1936 года о радиометрических свойствах света в трехмерном пространстве.
Современные подходы к отображению светового поля исследуют совместное проектирование оптических элементов и сжатие вычислений для достижения более высокого разрешения, повышенной контрастности, более широких полей зрения и других преимуществ. [2]
Для геометрической оптики , т. е. для некогерентного света и для объектов, превышающих длину волны света, основным носителем света является луч . Мерой количества света, проходящего по лучу, является яркость , обозначаемая буквой L и измеряемая в ваттах (Вт) на стерадиан (ср) на квадратный метр (м 2 ) . Стерадиан является мерой телесного угла , а метры в квадрате используются как мера площади поперечного сечения, как показано справа.
Яркость вдоль всех таких лучей в области трехмерного пространства, освещенной неизменным расположением огней, называется пленоптической функцией. [3] Функция пленоптического освещения — это идеализированная функция, используемая в компьютерном зрении и компьютерной графике для выражения изображения сцены из любого возможного положения просмотра под любым углом обзора в любой момент времени. На практике он не используется в вычислительных целях, но концептуально полезен для понимания других концепций зрения и графики. [4] Поскольку лучи в пространстве могут быть параметризованы тремя координатами, x , y , и z и двумя углами θ и ϕ, как показано слева, это пятимерная функция, то есть функция над пятимерным многообразием , эквивалентная произведению трехмерного евклидова пространства и двумерной сферы .
Световое поле в каждой точке пространства можно рассматривать как бесконечный набор векторов, по одному в каждом направлении, падающих на точку, с длинами, пропорциональными их излучению.
Интегрирование этих векторов по любому набору источников света или по всей сфере направлений дает одно скалярное значение — общую освещенность в этой точке и результирующее направление. На рисунке показан этот расчет для случая двух источников света. В компьютерной графике эта векторная функция трехмерного пространства называется векторным полем освещенности. [6] Направление вектора в каждой точке поля можно интерпретировать как ориентацию плоской поверхности, расположенной в этой точке так, чтобы она освещалась наиболее ярко.
