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鏡面反射

辞書:科学用語の基礎知識 科学編 (NSCI)
読み:きょうめんはんしゃ
外語:specular reflection 英語
品詞:名詞

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物体表面にライトからの光が当たったときに、鏡のように一部に鋭く生じるハイライトのこと。表面の滑らかな金属やプラスティックは、拡散反射とともにこのような反射も加わる。反射光は金属固有の色とライトの色が混ざる。

この現象に単純なモデルを与えたのはPhongである。Phongのモデルによると、ある点にあたる光の強さをIl、鏡面反射率をks(θ)、その点の光の反射光とその点から視点への方向ベクトルの成す角をγとすると、鏡面反射の強さIsは、Is=ks(θ)×Il×(cosγ)^n で表わされる。ここでks(θ)とは光の入射角θの関数で表現される値であるが、通常は材質ごとに異なる一定値ksとして近似される。また、nの値でハイライトの広がりを調節でき、nが大きくなるとより鋭い鏡面反射を表現することができる。

平滑な物体の正確な鏡面反射率はフレネル係数(Fresnel coefficient)で求めることが可能で、光の入射角とその周波数における屈折率からなる関数となる。表面の粗い物体の場合はフレネル係数にさらに表面の荒さの関数が加わった値が鏡面反射率となる。

実際のシェーディング計算で反射光ベクトルは R=2×(L・N)×N−L で内積を利用して求める事ができる(Lはその点から光源への方向ベクトル、Nはその面の法線ベクトルを正規化したもの)。

実際のよく磨かれた物体では周りの物体が映りこむが、Phongのモデルでは実現できない。

フレネル係数
フレネル係数

粗い表面の鏡面反射係数
粗い表面の鏡面反射係数

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