学习笔记：计算机图形学中的辐射度基础1

之前几篇笔记集中于计算机图形学中的坐标变换问题。在昨天一篇长篇的学习笔记完成后，暂时告一段落。从这篇学习笔记开始，将逐渐深入pbrt的核心。今天主要介绍pbrt中的一大核心要素——辐射度学的一些基本概念，笔记的篇幅不一定会长，但到多花些时间来理解这些基本概念，这样才能够对在这些概念的基础上产生的算法真正弄懂吃透。

辐射度学源自于物理学，跟很多物理学领域类似，该学科的基础是能量，这里用Q来表示，可以被称作辐射能。能量已经是这一学科最基础的概念了，因而已经不能再用本学科内的其他概念来解释了，当然从能量转化的角度讲，可以认为辐射度学中的能量与其他学科中的能量是可以相互转化的。有了能量的概念后，下一步自然而然就是功率的概念，即单位时间内的能量，可以被称作辐射功率，有时候也叫做辐射通量。这两个物理量在其他学科中均有相对应的物理量，下面介绍辐射度学中所特有的一些物理量。

（1）辐照度和辐射度。辐照度和辐射度指的都是单位面积上的辐射通量。此处之所以提出两个概念，主要是使用场合不同。辐照度考虑的入射的某表面的情况，而辐射度考虑的是从某表面射出光线的情况，射出的光线既可以是反射光或折射光，也可以是自发光。这两个概念中所使用的面积指的是垂直于光线方向的平面，如果是与光线呈一定夹角的平面，要在辐射通量不变的前提下把该单位平面转换到与光线垂直的平面，此时平面减小，所获得的辐射通量也减小。

（2）辐射强度。辐射强度本质上考虑的是点光源所发出光的强弱。这里所谓的强弱，本质上的评判标准还是能量和功率。不考虑光在传输过程中的损耗问题，如果用辐照度或辐射度的概念来评判的话，就会出现距离光源越远，辐照度和辐射度就越小的结果，而评判某点发光强弱仅应该与光源自身有关，与距离光源的远近无关。为此使用立体角的概念。在某一立体角的不同截面处，辐射通量都是相同的，正好满足评判结果与距离光源远近无关的要求。因而使用单位立体角中的辐射通量来描述某点发出光的强弱，并称之为辐射强度。

（3）辐亮度或辐射率。物理实际中的点光源是不存在的，光源都是有一定的大小和表面积的，因而评判光源所发出光的强弱，首先需要选择一小块光源表面，把这一小块光源视作一个点光源后，再按辐射强度的方式去评判这一小块光源的发光强弱。因为由此得出的光源强弱结论还与一小块光源的面积有关，因而还需要除以这块面积得到光源单位面积上的辐射强度。由于把一小块光源表面近似成一个点光源时，默认这一小块光源表面是朝向观察方向的，因而除以的这块面积要由最初的一小块面积想垂直观察方向的平面做投影得到。