3D渲染-光线追踪-辐射度量学

一、为什么引入辐射度量学

问题一：之前提到 Blinn-Phong Model，是简化的光照模型。

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其中 光照强度 I 是一个固定的值（如I=10）。那I等于10是什么？在Blinn-Phong model中将光照强度简化为一个数，不合理，在实际中肯定是错误的。

问题二：下图是Whitted Style生成的光线追踪效果图，结果不是很真实。

因为生成过程中，做了一些简化（比如一根光线过来，会产生完美的反射；折射能量损失没有计算；80%反射 20%折射也是自定义）

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辐射度量学：是在实际中，精准定义光的一系列物理量的方法。

二、辐射度量学

定义了一系列方法和单位，如何来描述光照。
定义如下变量：Radiant flux、intensity、irradiance、radiance

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1、Radiant flux

Radiant Energy and Flux(Power)也就是能量。

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Radiant flux is the energy / per unit time 也就是单位时间的能量。（在物理上是功率 W）

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2、Radiant Intensity

The radiant intensity is the power per unit solid angle 也就是单位立体角上的能量。

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立体角：

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微分立体角：
θ和φ各变化一点点，会引起多大的立体角的变化。

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3、Irradiance

The irradiance is the power per unit area 也就是单位面积上的能量。

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单位面积dA，是需要与入射光线（power）垂直的方向的单位面积。（如果不垂直，需要变成投影过的垂直方向）。之前提到的朗伯余弦定律，如下图：

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光线在传播过程中，irradiance有r²的衰减。如下图：
理解：irradiance和intensity对比。intensity其实没有变化，因为单位立体角其实没有变化，对应的外圈圆弧变化而已。

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4、Radiance

The radiance is the power，per unit solid angle，per unit area 也就是单位立体角、单位面积的能量。

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理解：
因为：Irradiance 是单位面积的能量
Intensity是单位立体角的能量
所以：
Radiance是 Irradiance / 单位立体角 的能量。即在单位面积上的能量，包含来自各个方向能量，但在某一个方向辐射的能量即为Radiance。Irradiance和Radiance的区别是：是否有方向性。
Radiance是 Intensity / 单位面积 的能量。即在单位立体角上的能量，可以辐射到各个深度的能量，但在某一个面积辐射的能量即为Radiance。

5、Irradiance vs Radiance

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