Photography 笔记(九)

光照与反射

首先要搞明白两个词的差异 radiometry 与 photometry:

  • radiometry 是与“人”无关的光的研究,比如 spectroradiometer 是对波长的功率,radiometer 是所有波长下功率的和,常用的 measurement 包括 radiant intensity,radiance 和 irradiance
  • photometry 是与“人”相关的光的研究,这就包含了人对不同波长的光的感知对以上各种量的影响,常用的 measurement 对应为 luminous intensity、luminance 和 illuminance。

为了反应人的影响,我们需要在 radiance 上乘以人眼三种 cone 对光线的 response,然后相加,即

\displaystyle L = \rho + \gamma + \beta = \int L_e(\rho(\lambda) + \gamma(\lambda) + \beta(\lambda)) \, \mathrm{d} \lambda

为了反应点光源的强度,我们需要将此量(luminance,单位为流明 lumen)按照空间角度平均,也就是 luminance intensity(单位称为坎德拉 Candela),I = \frac{\mathrm{d} P}{\mathrm{d} \Omega},这里空间角(steradian)的单位一般认为是 sr,但没有量纲。

大光圈唉大光圈,高 ISO 啊高 ISO…

对于面光源,它的 intensity 我们认为是单位面积光源(由于可能不是正对,所以需要按角度打折)的 luminance intensity,即 \frac{\mathrm{d} L}{\mathrm{d} \Omega A \cos \theta},这个单位为 nit(尼特)。一个类似的概念是光照射到平面后的强度(单位面积积累的 power)这称为 illuminance(照度),单位一般是 lumen/m2,也称 lux。但是由于物体会吸收一定的光线,同时会存在漫反射,这导致实际反射出来的亮度并没有入射光那么强。这些基本知识有助于我们理解曝光的一些基本常识。

  • 随距离变化,照度会反比于距离的平方下降
  • 晴天时来自太阳的照度大约为 80%,而蓝天占 20%,那么在阴影区域容易泛蓝色,相对有阳光的地方的照度是 5 被,也就是差不多 2.2 档光圈

物体的反射特性比较重要的一种是漫反射(理想情况叫 Lambertian,表示观察方向不改变察看到的照度)。反射的比例一般称为反射率,如白云、雪的反射率很高,草和脏雪的反射率只有 30%-40%,土壤在 15%,而水体很低(主要不是漫反射)。某些物质会产生高光区,称为 specular(镜面反射或接近镜面反射)。这种高光区能反应光源的位置(比如通常说的眼神光)。两部分表达的反射光的和(total reflectance),我们常用 goniometric diagram 表示反射光的形式。另外通过 BRDF 和 BSSRDF 这种描述光反射结果的函数可以导致更好地 rendering 场景(特别是人的皮肤质感),我们可以通过某些方法测量。另外还有些 CG 里面常用的是通过 Fresnel 方程计算出来的(见下面,Marc 大牛为啥讲起了 CG…)

用来对反射、折射进行建模的菲斯涅方程。

利用以上设计的 Fresnel lens 可以用更薄的镜片实现一个很厚的凸透镜汇聚光线的效果,虽然成像不好,但是用于照明等问题上还是不错的,mm 说现在也不怎么用了 -,-b

摄影用光

灯光的种类很多种,有一个分法大致是按照光源的空间扩展方向和光线指向和维度来分。似乎没怎么多讲。

肖像用光,赏图。

嗯,上美女图啦,mm 最爱。

这种是有人工布光的,可以把光照控制的比较合适,比较难的是通过自然光(photography in available light)。

影室用光里面常见的光源有 floodlight(有明显投影)、zebra board、lights with diffuser(产生面光源)、反光伞、spotlight(比较小的,如发迹灯这类),strobe。要了解各种光源的效果最好的方式是看 goniometric diagram。通过这些我们可以看看一个人像用光的例子

这里主光会在右侧留下很浓重的阴影,然后加上辅光后消除了,接着通过边上的发髻光加亮了发丝,最后加上了背景灯光。

主光的放置有几个作用:

  • 主光从脸靠近相机的一侧打过去,可以将较瘦的的连变宽
  • 主光远离脸的一侧打过去,最常见的用法
  • 正前方打光(形成蝴蝶型的阴影,即脸侧边偏暗)

broad lighting 会产生三角形的较亮区域,这种也叫 Rembrandt lighting(伦勃朗用光),很多 painting 里面也使用了。很重要的就是把握主辅光的光比。

特别用光问题,如能反射光产生高光的物体,常用面积较大的光源。

闪光灯是一个很有用的产生光线的工具,一方面通过快速的强光能固定住一些运动的物体,在前景照度不够的时候充当 fill light,另外需要注意的是闪光灯的色温,很多时候需要用 gel 改变色温才能得到很好的效果。闪光灯的指数(guided number,GN)能表示闪光灯输出光的强度,闪光灯的也有焦段,这个一般与镜头焦段匹配。闪光灯的测光更困难,往往更需要摄影师自己的经验(比如 strobist 上某人)。

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Thus were both the daughters of Lot with child by their father.

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