什么是朗伯反射定律（Lambert's Law）

朗伯反射定律（Lambert's Law）是光学和计算机图形学中描述光与表面相互作用的重要定律。它描述了光在表面反射时的强度分布特性，尤其适用于漫反射（diffuse reflection）表面。

核心定义与原理

朗伯反射定律指出，理想漫反射表面的反射光强度与入射光方向与表面法线之间的夹角的余弦成正比。这意味着，当观察角度变化时，反射光的强度在各个方向上保持均匀，即无论从哪个角度观察，反射光的亮度是相同的。

物理意义与应用

1. 均匀性：朗伯反射定律表明，理想漫反射表面在各个方向上的反射光强度是均匀的，即无论从哪个角度观察，表面看起来亮度相同。这与镜面反射（specular reflection）不同，后者在特定角度下反射光强度较高，而在其他角度则较低。
2. 应用场景：
   • 计算机图形学：朗伯反射定律是计算机图形学中模拟真实光照效果的重要基础。它被广泛用于渲染真实光照效果、图像分析、建筑可视化等领域。
   • 光学与材料科学：该定律在光学、材料科学和摄影等领域有广泛应用，例如描述光在粗糙表面的反射特性。
   • 物理与工程：朗伯定律还被用于描述光在介质中的传播、光强衰减等现象。
3. 局限性：尽管朗伯反射定律在理想情况下适用，但实际表面可能因各向异性、复杂材质等因素偏离该模型。因此，在更复杂的场景中，可能需要使用更复杂的模型（如双向反射分布函数 BRDF）进行修正。

历史背景

朗伯反射定律由约翰·海因里希·兰伯特（Johann Heinrich Lambert）于1760年提出，他是瑞士-德国数学家和物理学家，以其在光反射和吸收定律方面的贡献而闻名。

总结

朗伯反射定律是描述光在理想漫反射表面反射特性的重要定律，其核心在于反射光强度与入射光方向与表面法线夹角的余弦成正比。该定律在光学、计算机图形学、材料科学等领域具有广泛的应用价值