计算机图形学概念——立体角

第六章 辐射度学和光度学基础 辐射度学和光度学基础 阅读详情

最近在复习图形学的时候,发现这个概念特别容易混淆。

立体角可以看作平面角在三维空间的扩展,对于某段曲线 L 的平面角,数学定义为:

\theta = \frac{l}{r}

其中,l 表示 L 在以 r 为半径的圆上的投影弧长,r 表示圆的半径。

更常见的是微分形式,

d\theta = \frac{dl}{r}

而对于空间中某个曲面 A 对应的立体角,公式为:

\alpha = \frac{a}{r^{2}}

其中,a 表示 A 在以 r 为半径的球面上的投影面积,r 则表示球的半径。

微分形式:

d\alpha = \frac{da}{r^{2}}

 在记忆时,有两种方法帮助我们记忆,一种是:曲面在单位球面上的投影面积,另一种是:曲面在半径为 r 的球面上的投影面积占总面积的比例。

但如果这样记忆,我们很容易弄混淆,把公式误以为是\alpha = \frac{a}{4 \pi r^{2}},但其实乘了 4\pi,4\pi本身是一个无量纲的常数,可以认为是一个缩放因子,这与平面角乘了 2\pi 也类似,因为如果不进行缩放,角度的范围会变成0~1,并不直观,尤其在表示一些特殊角的时候(例如 \frac{\pi}{3} 会变成 \frac{1}{6})。

有关立体角微分的完整公式推导,可以参考[数学] 立体角 (Solid Angle) - 知乎 (zhihu.com)

计算机图形学中涉及到的光度学概念 需要注意的是,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 fu 阅读详情

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