点光源计算和光照理论简介

目录

1. 光照理论简介

   • 1.1 光源流动
   • 1.2 照度和亮度

2. 点光源计算

   • 2.1 力学公式
   • 2.2 反向平方定律
   • 2.3 考虑角度的余弦定律

3. 单光源计算示例

   • 3.1 光源参数
   • 3.2 垂直照度计算
   • 3.3 倾斜照度计算

4. 多光源计算

   • 4.1 光源贡献的叠加
   • 4.2 照度测量位置的影响

5. 结论

光照理论简介

在本视频中，我将介绍光照理论和点光源计算这个小课题。我们之所以研究点光源计算，是因为我们需要根据光源的强度和所照面积来计算表面上的照度水平。现在我打开一个模拟照明场景的程序Dialux，你可以看到我在这里有一个单独的照明设备。该设备具有特定的光输出或光强度，它可以计算给定表面或工作平面上的照度。本视频将侧重介绍与光照理论相关的重要值，并学习如何进行点光源计算。

光源流动

我们可以从四个主要的角度来考虑光照理论，它们分别是：光源、光源流动、照度和亮度。假设这个圆圈代表光源，我们的第一个阶段是光源，它产生光并照亮一个给定的表面。接下来是光的流动，然后是表面上的照度。暂时我们只关注这三个方面。

1. 光源的强度以流明为单位，称为照度。
2. 光流是光源产生的，以流明为单位。
3. 在我们要照亮的表面上，我们有亮度。当光照射到表面时，亮度告诉我们该表面上的照度水平，以每平方米的流明数表示。

反向平方定律

我们在这里要学习的一个光学规律是反向平方定律。假设光从光源投射出来，当我们从光源出距离为d的地方测量需要照明的区域面积时，如果我们再次距离光源相同的距离，也就是让距离乘以2，需要照明的面积就变成了原来的4倍。同样，如果我们再次距离光源相同的距离，也就是将距离乘以3，需要照明的面积将增加3个乘方。所以，当我们想要测量照度时，它取决于光源的照明强度、距离的平方和涉及的角度。通过以下公式来表示：照度（E）等于光源的照明强度（I）除以距离（d）的平方。

考虑角度的余弦定律

当表面不与光线垂直时，我们需要考虑余弦定律。余弦定律是用来考虑表面倾斜对于光线的影响的。如果表面不再与光线垂直，则光源需要照亮更多的距离。此时，计算照度时我们需要使用照明强度、角度的余弦值和距离的平方代替前面提到的公式。综合考虑这些因素，我们可以计算出不同位置的照度。

单光源计算示例

让我们来看一个单光源计算的示例。假设我们有一个光源，其照度为1000坎德拉，工作平面相对于光源的距离为2米时，我们可以计算出照度为250勒克斯。这是基本的计算照度的方法。需要注意的是，表面可能不是垂直的，这时我们需要考虑余弦定律。

倾斜照度计算

现在，让我们来计算一个倾斜的照度情况。假设我们仍然有一个照度为2000坎德拉的光源，但我们要计算的点不再位于光源正下方，而是距离原始点三米的位置。通过勾股定理我们可以计算出此位置距离为5米。这时，我们需要考虑的角度是上面提到的角度，其余弦值为0.8。因此，我们可以使用相同的照度公式，但需要乘以角度的余弦值，最后得到照度为64勒克斯。可以看出，当我们离开光源的正下方时，光的强度受到角度的影响，同时光需要更长的距离传播，导致照度减小。

多光源计算

前面我们讨论了单个光源计算，但是同样的计算方法也适用于多个光源。我们可以根据所测量的照度位置的不同，将每个光源的贡献相加。这样，我们可以得到所有光源共同作用下的照度。

结论

综上所述，光照理论的核心在于对点光源的计算。通过了解光源的照明强度、距离、角度以及照度的计算公式，我们可以更好地理解和计算光照效果。希望本视频对你有所帮助。

⚡️亮点总结：

• 光照理论的四个主要阶段：光源、光源流动、照度和亮度。
• 使用反向平方定律来计算照度。
• 考虑角度的余弦定律来计算倾斜照度。
• 单光源计算示例和多光源计算。
• 光源的照度、距离和角度对照度的影响。

FAQ:

Q: 光源的照明强度是什么？ A: 光源的照明强度是指光源在特定方向上的发光强度。

Q: 为什么要考虑角度对照度的影响？ A: 当表面倾斜时，光线需要经过更长的距离才能到达表面，因此照度会受到角度的影响。

Q: 如何计算多个光源的贡献？ A: 需要根据每个光源的照度公式计算出每个位置的照度，然后将它们相加来得到最终的照度值。

相关资源：

• Dialux