计算机图形辐照度学、光度学

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前言：

在计算机图形学中是把辐射(Radiance)等概念和亮度(Luminance)等概念不做区分的。辐射是辐照度学的概念，而亮度则是光度学上的概念。
辐照强高度并不意味着亮度就强，就比如紫外线光人眼是看不到的，那么不管它的辐照度引还是弱，它的亮度都是0.
那么在计算机图形学中人眼看不到的东西就不在讨论范围内，但这里可以简单了解一下这个概念，如出现辐照度学的概念，我们直接㧈它当作光度学中的概念就行了。

一、什么是辐照度学

是以整个电磁波段的电磁辐射能为研究对像的科学，是客观独立与观察者无观的。
什么是光？光是一种电磁波。光具有不同的波长与光谱而且并非所有光都是肉眼可见，并且光具有波粒二象性。温度等因素可影响辐照度，从而改变最终的视觉效果。

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在计算机图型学中则以其中的 “可见光谱段” 为研究、计算的对象，建立在几何学基础上以直线传播的。
光谱波长0.1nm至0.1cm的电磁波在“光学谱段”的范畴内，小于则为伽马射线， 大于则为微波和无线电波的范畴。

光学谱段： 按波分分为:X射线、远紫外线、近紫外线、可见光、近红外线、短波红外线、长波红外线和远红外线。

可见光谱段： 则中对人眼产生视觉刺激，让人产生亮度和色感的谱段。可见光波长通常指0.38~0.76 μm(微米)

辐射通量： 单位时间内面元dS辐射出来的所有波长的光能量
辐射能、辐射强度等内容有大量文章讲述了其计算方式单位、对材料的影响与测量仪器等，这里主要描述视觉相关，在此不作讨论只做记录。

二、什么是光度学

以"标准人眼"对光感应为 研究光的强弱的科学。
不同颜色光在人眼中的感受强度是不同的，在同一时间内人眼能接收的亮度也是有一定范围。人眼中不同细胞他们起着什么样的作用最结将可以让我们感受到光的差异。

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人眼以视网膜接收光信息，视网膜上布满了“锥状细胞”和“视杆细胞”，当光度足够处于明视觉的时候人眼用推细胞接受光，分辨颜色。当光度不够时则用视框杆细胞分别物体轮廓。

下图是不同波长下，对杆细胞对刺激的强度图：

可以看出，不同波长对杆细胞的刺激也是不一样的。
人眼对不同波长的光具有不同的灵敏度的特性也叫视敏感特性，个性对物体视觉上分辨的的能力有影响。

名词	释意
锥状细胞	更擅长做颜色的判定
视杆细胞	只在较暗环境下起作用，但不能分辨颜色与细节。
视敏特性	人眼对不同波长的光具有不同敏感度，相同辐照功率，感观上黄绿光最亮，红紫光最暗。
亮度感受特性	人眼同时能感受到的亮度有一定范围，通常是109：1。
色彩视觉	人眼锥状细胞对红、绿、蓝光最为敏感。光进入眼球后对应细胞刺激各异，使人能分辨颜色。
分辩力	指人分辨景物细节的能力。
明视觉(Photopic vision)	是指在光线充足情况下的视觉，视网膜的坠状细胞能被激活从而清晰的感知颜色
暗视觉(Scotopic vision)	是指光线非常弱的情况下，视网膜的杆状细胞被激活，对颜色感知较弱但能感知物体轮廓。
中间视觉(Mesopic vision)	处于明视觉与暗视觉之间，各人感受不一样。此时锥状和杆状细胞都被激活，对颜色和亮度都有一定表现，但清晰度则会比较弱。

明暗视觉的差异：

物理量	单位	释意
光通量	流明( Φv)	流明是指距离发光强度为1cd的均匀点光源为1米的大小为1 平方米平面上接收到的光原发光的的能量。
发光引度(光度)	坎德拉(Iv)	光源的给定方向上发出540X1012Hz单位的光辐射，并在该方向上发出强度为1/683W/Sr的辐射，单位(坎德拉)。人眼对不同波段的光强度感受也是不一样的，相同功率可以通常调整波长改变亮度的感受。
照度	勒克斯(Ev)	单位面积接收到的光通量。
光出射度	勒克斯( Mv)	光源单位面积发出的光通量。
亮度(辉度)	坎德拉每平方米(Lv)	单位面积光源在给定方向上，在每个单位内发出的总的光能量。
曝光量	勒克斯·秒(Hv)
发光效率/光效	流明每瓦特( η)	指光源与光源输入功能的比值，也有时指光能量与辐照能量的比值
光源能量利用率	纯数量( V)	光辐射能量与光源输入电功率的比值。