Lambertsche Reflexion - Lambertian reflectance

Die Lambertsche Reflexion ist die Eigenschaft, die eine ideale "matte" oder diffus reflektierende Oberfläche definiert. Die scheinbare Helligkeit einer Lambertschen Fläche für einen Beobachter ist unabhängig vom Blickwinkel des Beobachters gleich. Technisch, die Oberfläche der Leuchtdichte ist isotrop , und die Lichtstärke gehorcht Kosinusgesetz Lamberts . Die Lambertsche Reflexion ist nach Johann Heinrich Lambert benannt , der das Konzept der perfekten Diffusion in seinem 1760 erschienenen Buch Photometria einführte .

Beispiele

Unbehandeltes Holz weist eine ungefähr Lambertsche Reflexion auf, Holz mit einer glänzenden Polyurethanbeschichtung jedoch nicht, da die glänzende Beschichtung spiegelnde Glanzlichter erzeugt . Obwohl nicht alle rauen Oberflächen Lambertsche sind, ist dies oft eine gute Näherung und wird häufig verwendet, wenn die Eigenschaften der Oberfläche unbekannt sind.

Spectralon ist ein Material, das ein nahezu perfektes Lambertsches Reflexionsvermögen aufweisen soll.

Verwendung in Computergrafik

In der Computergrafik wird häufig die Lambertsche Reflexion als Modell für die diffuse Reflexion verwendet . Diese Technik bewirkt, dass alle geschlossenen Polygone (z. B. ein Dreieck in einem 3D-Netz) beim Rendern das Licht gleichmäßig in alle Richtungen reflektieren. Tatsächlich ändert ein kleiner flacher Bereich, der um seinen Normalenvektor gedreht wird, nicht die Art und Weise, wie er Licht reflektiert. Der Bereich ändert jedoch die Art und Weise, wie er Licht reflektiert, wenn er von seinem anfänglichen Normalenvektor weggekippt wird, da der Bereich von einem kleineren Bruchteil der einfallenden Strahlung beleuchtet wird.

Die Reflexion wird berechnet, indem das Skalarprodukt des Normalenvektors der Oberfläche , , und eines normalisierten Lichtrichtungsvektors, , der von der Oberfläche zur Lichtquelle zeigt, verwendet wird. Diese Zahl wird dann mit der Farbe der Oberfläche und der Intensität des auf die Oberfläche auftreffenden Lichts multipliziert: ${\displaystyle\mathbf{N}}$${\displaystyle\mathbf{L}}$

${\displaystyle I_{D}=\mathbf{L}\cdot\mathbf{N} CI_{L}}$,

wobei die Intensität des diffus reflektierten Lichts (Oberflächenhelligkeit), die Farbe und die Intensität des einfallenden Lichts ist. weil ${\displaystyle I_{D}}$${\displaystyle C}$${\displaystyle I_{L}}$

${\displaystyle\mathbf{L}\cdot\mathbf{N} =|N||L|\cos {\alpha}=\cos{\alpha}}$,

wobei der Winkel zwischen den Richtungen der beiden Vektoren ist, die Intensität ist am höchsten, wenn der Normalenvektor in die gleiche Richtung wie der Lichtvektor zeigt ( , die Oberfläche steht senkrecht zur Lichtrichtung) und am niedrigsten, wenn der Normalenvektor steht senkrecht zum Lichtvektor ( , die Fläche verläuft parallel zur Lichtrichtung). ${\displaystyle\alpha}$${\displaystyle \cos {(0)}=1}$${\displaystyle \cos {(\pi /2)}=0}$

Lambertsche Reflexion von polierten Oberflächen wird typischerweise von spiegelnder Reflexion ( Glanz ) begleitet, wobei die Oberflächenleuchtdichte am höchsten ist, wenn sich der Betrachter in der perfekten Reflexionsrichtung befindet (dh wo die Richtung des reflektierten Lichts eine Reflexion der Richtung des einfallenden Lichts ist in der Oberfläche) und fällt stark ab.

Andere Wellen

Während sich die Lambertsche Reflexion normalerweise auf die Reflexion von Licht durch ein Objekt bezieht, kann sie verwendet werden, um sich auf die Reflexion einer beliebigen Welle zu beziehen. Bei der Ultraschallbildgebung wird beispielsweise gesagt, dass "raue" Gewebe ein Lambertsches Reflexionsvermögen aufweisen.

Siehe auch

• Liste gängiger Schattierungsalgorithmen
• Gamma-Korrektur

Verweise