拡散反射

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。

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)。

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）または乱反射（らんはんしゃ）とは、非金属表面付近で起きる光の反射のうち、界面で発生する鏡面反射を除いた成分のことである。拡散反射は鏡面反射に比べて反射角に依存せず、多様な方向に同程度の光度を放つのが特徴である。金属表面では自由電子が界面下への光の侵入を妨げるため、拡散反射は生じない。

拡散反射は界面下で入射光が十分小さい範囲で多重反射、透過、散乱する様子と考えられる。吸光のある材質ではその過程で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。またゼリーやロウのように光を比較的多く透過する材質では、光が内部で大きく拡散、散乱し、入射した点とは異なる表面から出てくる場合があるため、拡散反射ではなく表面下散乱と呼ぶのが適切である。

乱反射という語は粗い表面での鏡面反射を指す場合もある。確かに粗い非金属表面では鏡面反射が広がって拡散反射と見分けにくくなるが、これはスペクトルが異なるうえ、偏光フィルターを使うなどすれば明確に拡散反射と区別できる。

理論[編集]

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]。

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

ここで $f(R_{\infty })$ はクベルカ-ムンク (Kubelka-Munk) 関数、 $R_{\infty }$ 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、 $K$ は吸収係数、 $S$ は散乱係数である。

近似[編集]

拡散反射の最も単純な近似は、光束が半球状に一様に分布するランバート反射である。より正確なモデルに、表面の凹凸を加味したオーレン・ネイヤー反射がある。

その他[編集]

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、つやがあるとか鏡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、地面や壁、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色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。

拡散反射

理論[編集]

近似[編集]

その他[編集]

出典[編集]

関連項目[編集]