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拡散反射

ファイル:Lambert2.gif
入射光(incident light)と、光沢面からの拡散反射(diffuse reflection)と鏡面反射(specular reflection)。[1] 矢印の長さは光度を表し、ランベルトの余弦則に従う。
ファイル:Diffuse reflection.gif
固体表面による拡散反射の一般的な機構 (反射は表現されていない)。
ファイル:Diffuse reflection.PNG
でこぼこした表面からの拡散反射

拡散反射(かくさんはんしゃ;diffuse reflection)とは、平坦でないかざらざらした表面からの反射のことで、入射光が様々な角度で反射しているかのように見える。乱反射(らんはんしゃ)ともいう。これは鏡面反射を補完するものである。もし、表面がまったく鏡面反射しなければ、反射光は表面をぐるっと半球状(2π sr)に一様に広がるだろう。

もっともよく知られている鏡面反射と拡散反射の明確な例は、つや消し(フラット)またはつやあり(光沢、グロス)の家庭用塗料である。つや消し塗料は拡散反射の割合がより高く、一方でつやあり塗料は鏡面反射の度合いが大きい。

拡散反射光は、粉末内での光拡散過程のなかで粉末内部を何回も繰り返し透過するので、吸収のある粉末では特定の波長の拡散反射光の強度が弱まる。よって拡散反射スペクトルと透過スペクトルは類似したものになる。

理論

拡散反射スペクトルの強度再現には、クベルカとムンクによって導かれた[2]

[math]f(R_\infty ) \equiv \frac{(1-R_\infty)^2}{2R_\infty}=\frac{K}{S}[/math]

ここで[math]f(R_\infty )[/math]はクベルカ-ムンク (Kubelka-Munk) 関数、[math]R_\infty [/math]は光拡散距離に対して十分に厚いサンプルにおける絶対拡散反射率、[math]K[/math]は吸収係数、[math]S[/math]は散乱係数である。

その他

拡散相互反射(かくさんそうごはんしゃ;diffuse interreflection)は、他の物体から反射した光が周りにある他の物体にぶつかって、それらを照らすことによって起きる。拡散相互反射は、つやがあるとかのような物体からの光の反射を、特に述べているわけではない。この意味する事を現実世界の言葉で言い直すと、地面織物などのようなつやがない表面を反射した光は、光源が照らしている場所から直接反射したのではないということである。もし、拡散反射している表面にがついていたならば、反射光も色がつくし、結果として周りの物体も似た色がつくことになる。

3次元コンピュータグラフィックスでは、拡散相互反射はグローバル・イルミネーションの重要な構成物である。レンダリング時に拡散相互反射をモデル化する方法はたくさんある。よく使われる方法として、ラジオシティ法とフォトンマッピングの2つがある。

参考文献

  1. Scott M. Juds (1988). Photoelectric sensors and controls: selection and application. CRC Press. ISBN 978-0-8247-7886-6. 
  2. Paul Kubelka, Franz Munk: Ein Beitrag zur Optik der Farbanstriche. In: Zeitschrift für technische Physik. 12, 1931, S. 593–601.

関連項目