基本介紹
- 中文名：輻射度技術
- 外文名：radiosity technique
- 目的：求取物體表面光能分布
- 類型：全局光照技術
- 提出時間：1984
- 原理：光能能量傳播平衡
- 領域：計算機圖形學
簡介,局部光照與全局光照,熱輻射,
簡介
輻射度技術是根據光能能量傳播平衡的原理計算環境中每一平面片上的關照能量。該技術可以很自然地形成物體之間的顏色滲透現象。經典的輻射度技術是將環境中的平面（曲面）劃分成足夠小的面片，而後根據環境中的光能傳播平衡的原理建立線性方程組求解每個面片上的光強。
光能傳播和輻射計算過程中所涉及的一個重要的問題是，對於一個特定的具有光能的面片，它所傳播出的光能中究竟有多少比值的能量能夠到達另一特定面片。在輻射度技術中這一比值稱為形狀因子，形狀因子的大小隻與環境中物體的幾何狀況（大小、位置）有關，因而一旦造型環境確定，形狀因子即可預先計算。通常在輻射度求解中其形狀因子的計算占用絕大部分的開銷，因而形狀因子的計算效率對輻射度技術很重要。
局部光照與全局光照
局部光照模型也稱簡單光照模型，是實際套用範圍最廣的光照模型。局部光照模型是相對於全局光照模型而言的。在局部光照模型中，計算光找對象某一點的亮度時，僅考慮虛擬場景中的所有預定義的光源對象即可，而不需要像全局光照模型一樣，不僅考慮光源的直接作用，還考慮場景中非光源對象之間的相互照明效果。
經典局部光照模型通常僅處理點光源，所有場景中的光源必須轉化為點光源，才能使用局部光照算法。常見的容易轉化為點光源的其他類型光源主要包括平行光源以及錐形方向光源。其中，平行光源可以看作點光源的一個特例，作為一個距離無限遠，同時沒有衰減的點光源處理即可。錐形方向光同時可以作為一個點光源的一個特例處理，將點光源與一個相函式相乘，既可以表現一個具有方向的錐形光源。由於經典的局部光照模型過於簡單，缺乏物理依據，一次光照結果質量比較差。但是在另一個方面，由於當今的圖形硬體幾乎都對經典的局部光照模型提供硬體支持和加速功能，因此在實際套用中經典局部光照模型仍然占據最主要的位置。
全局光照明算法通過模擬光能在場景中的傳輸來得到平衡狀態下場景中的各個元素上向各個方向出射的輻射亮度(Radiance)，而後者決定了生成的二維圖像的每個像素的顏色值。簡單來講，全局光照是指除了計算物體表面從光源接收到的光照外，還要計算場景中物體相互作用後反射到物體表面的光照，以及物體自身所發出的光。在計算機圖形學中，通常使用繪製方程山來描述光照問題。現實中，我們能看到一個物體，是因為這個物體或反射或自發光射出的光能進入了我們的眼睛。繪製方程即是描述了在物體表面上的一個點，位置為X沿著某個方向w照射出的光能的公式，它計算了光離開該點到達眼睛的能量。全局光照算法的主要包括蒙特卡洛光線跟蹤算法、基於點的全局光照算法、以及光子映射算法等。光線追蹤算法是大多數的真實感的繪製系統的基礎算法，光線追蹤簡單來講既是計算在某一場景環境中，從視點穿過場景的光線作用於物體並反射出去路徑和在這條路徑上光能和物體的相互作用。
熱輻射
熱輻射，物體由於具有溫度而輻射電磁波的現象。熱量傳遞的3種方式之一。一切溫度高於絕對零度的物體都能產生熱輻射，溫度愈高，輻射出的總能量就愈大，短波成分也愈多。熱輻射的光譜是連續譜，波長覆蓋範圍理論上可從0直至∞，一般的熱輻射主要靠波長較長的可見光和紅外線傳播。由於電磁波的傳播無需任何介質，所以熱輻射是在真空中的傳熱方式。
溫度較低時，主要以不可見的紅外光進行輻射，當溫度為300℃時熱輻射中最強的波長在紅外區。當物體的溫度在500℃以上至800℃時，熱輻射中最強的波長成分在可見光區。
關於熱輻射，其重要規律有4個：基爾霍夫輻射定律、普朗克輻射分布定律、斯蒂藩-玻耳茲曼定律、維恩位移定律。這4 個定律，有時統稱為熱輻射定律。
物體在向外輻射的同時，還吸收從其他物體輻射來的能量。物體輻射或吸收的能量與它的溫度、表面積、黑度等因素有關。但是，在熱平衡狀態下，輻射體的光譜輻射出射度（見輻射度學和光度學）r（λ，T）與其光譜吸收比a（λ，T）的比值則只是輻射波長和溫度的函式，而與輻射體本身性質無關。
上述規律稱為基爾霍夫輻射定律，由德國物理學家G.R.基爾霍夫於1859年建立。式中吸收比a 的定義是：被物體吸收的單位波長間隔內的輻射通量與入射到該物體的輻射通量之比。該定律表明，熱輻射輻出度大的物體其吸收比也大，反之亦然。
黑體是一種特殊的輻射體，它對所有波長電磁輻射的吸收比恆為1。黑體在自然條件下並不存在，它只是一種理想化模型，但可用人工製作接近於黑體的模擬物。即在一封閉空腔壁上開一小孔，任何波長的光穿過小孔進入空腔後，在空腔內壁反覆反射，重新從小孔穿出的機會極小，即使有機會從小孔穿出，由於經歷了多次反射而損失了大部分能量 。對空腔外的觀察者而言，小孔對任何波長電磁輻射的吸收比都接近於1，故可看作是黑體。將基爾霍夫輻射定律套用於黑體，由此可見，基爾霍夫輻射定律中的函式f（λ，T）即黑體的光譜輻射出射度。
