菲涅尔 Fresnel

奥古斯汀·菲涅耳 Augustin Fresnel(1788～1827)，法国土木工程师兼物理学家。

菲涅耳的科学成就主要有两方面：

一是衍射，他以惠更斯原理和干涉原理为基础，用新的定量形式建立了以他们的姓氏命名的惠更斯－菲涅耳原理。他的实验具有很强的直观性、明锐性，很多仍通行的实验和光学元件都冠有菲涅耳的姓氏，如：双面镜干涉、波带片、菲涅耳镜、圆孔衍射等。

另一成就是偏振：他与阿拉戈一起研究了偏振光的干涉，肯定了光是横波；发现了圆偏振光和椭圆偏振光，用波动说解释了偏振面的旋转；推出了反射定律和折射定律的定量规律，即菲涅耳公式；解释了E.－L.马吕斯的反射光偏振现象和双折射现象，从而建立了晶体光学的基础。

菲涅尔效应 Fresnel Effect

每种材质都带有菲涅尔数值，这是根据其折射率来决定的。这个值表明了会有多少光线从物体表面被反弹，以及又有多少光线被吸收。

简单的讲，当视线垂直于表面时，反射较弱，而当视线非垂直表面时，夹角越小，反射越明显。这就是“菲涅尔效应”。

如果站在湖边，低头看脚下的水，会发现水是透明的，反射不是特别强烈；如果看远处的湖面，会发现水并不是透明的，反射非常强烈，可以看到很多景物的倒影：

图片来源于网络

渲染中同理，当摄像机侧对物体表面时，会比摄像机正对表面反射更多的光线。开启Fresnel渲染结果会更接近现实物理世界，整体上感觉更真实。

以下是一个Glossy Fresnel效果开启和关闭对比图：

开启Glossy Fresnel后，整体的反射会稍微暗淡一些。Glossy Fresnel在物理上更精确，所以这个结果更接近现实生活，整体上会感觉更真实

菲涅尔公式 Fresnel Formula

当光通过不同的介质界面时，入射光分为反射光和折射光两部分，折射定律和反射定律决定了他们的方向，而这两部分光的强度和振动的取向，都需要用电磁理论中的“菲涅耳公式”来解释。

菲涅尔公式是光学中的重要公式，能够解释反射光的强度、折射光的强度、相位与入射光的强度的关系。

菲涅尔公式（或菲涅尔方程），用来描述光在不同折射率介质之间的行为。由公式推导出的光的反射称之为“菲涅尔反射”。

菲涅尔衍射 Fresnel Diffraction

在光学里，菲涅尔衍射指的是光波在近场区域的衍射。

菲涅尔现象几乎存在于90%的反射现象里面。

简单的讲，就是视线垂直于表面时，反射较弱，而当视线非垂直于表面时，夹角越小，反射越明显。如果看向一个球体，球体中心的反射较弱，靠近边缘较强，这就是菲涅尔衍射。

不同材质的菲涅尔效应强弱不同，导体(如金属)的菲涅尔反射效应很弱，就拿铝来说，其反射率在所有角度下几乎都保持在86%以上，随角度变化很小，而绝缘体材质的菲涅尔效应就很明显，比如折射率为1.5的玻璃，在表面法向量方向的反射率仅为4%，但当视线与表面法向量夹角很大的时候，反射率可以接近100%，这一现象也使得金属与非金属看起来不同。

在图形学中，我们也可以加入菲涅尔反射效应，以使玻璃，瓷器，水面等物体的反射显得更真实。

菲涅尔透镜 Fresnel Lens

菲涅尔透镜，又名螺纹透镜，多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆（即菲涅尔带），它的纹理是根据光的干涉及扰射以及相对灵敏度和接收角度要求来设计的。

菲涅尔透镜 VS 普通凸透镜（图片来自百度百科）

此设计原来被应用于灯塔，这个设计可以建造更大孔径的透镜，其特点是焦距短，且比一般的透镜的材料用量更少、重量与体积更小。和早期的透镜相比，菲涅耳透镜更薄，因此可以传递更多的光，使得灯塔即使距离相当远仍可看见。

菲涅尔带 Fresnel Zone

由一系列同心扁长椭圆构成，位于发射天线和接收天线系统之间及其周围的空间区域。

该概念用于理解和计算位于发射器和接收器之间的波（例如声波、无线电波）的强度。

菲涅尔带：D是发射机和接收机之间的距离；r是点P处第一菲涅尔带（n=1）的半径；d1，d2是P到发射器和接收器的距离