18.1.3 Oberflächeneigenschaften

Das Reflexionsverhalten (und damit das Erscheinungsbild) eines Körpers wird durch folgende Oberflächeneigenschaften bestimmt:

k_a ambienter Reflexionskoeffizient,

k_d diffuser Reflexionskoeffizient,

k_s spekularer Reflexionskoeffizient, diffuse Objektfarbe, spekulare Objektfarbe,

O_e spekularer Exponent.

Die ambiente Reflexion gibt das Verhalten eines Körpers bei ambienter Beleuchtung wieder. Der ambiente Reflexionskoeffizient k_a gibt an, wieviel des einfallenden ambienten Lichts der Intensität I_a vom Objekt in seiner diffusen Objektfarbe reflektiert wird:

Die diffuse Reflexion basiert auf dem Phänomen der Streuung. Eintreffendes Licht dringt in den Körper ein und wird von seinen tieferen Schichten gleichmäßig in alle Richtungen gestreut. Das reflektierte Licht hat die diffuse Objektfarbe . Die Intensität I_e des einfallenden Lichts in einem Punkt ist proportional zum Cosinus des Winkels zwischen der Flächennormale N in dem Punkt und der Richtung zur Lichtquelle L (Cosinusgesetz von Lambert):

Das ambiente Licht wird hierbei nicht berücksichtigt, weshalb auch von gerichteter Reflexion gesprochen wird. Für einen diffusen Reflektor gilt

wobei k_d angibt, wie stark die diffuse Reflexion ist.

Cosinusgesetz von Lambert (für diffuse Reflexion)

Die spekulare Reflexion beruht auf dem Phänomen der Spiegelung. Eintreffendes Licht wird an der Oberfläche des Objekts gespiegelt (Einfallswinkel = Ausfallswinkel). Das reflektierte Licht hat die spekulare Objektfarbe , da keine tiefere Wechselwirkung mit dem Objekt stattfindet. Wird das Objekt aus der Reflexionsrichtung betrachtet, so hat es an dieser Stelle einen Glanzpunkt (Highlight) in der Farbe .

Natürliche Materialien sind zumeist keine perfekten Spiegel und strahlen deshalb nicht nur genau in die Reflexionsrichtung, sondern auch mit abnehmender Intensität in andere Richtungen. Von Phong stammt das Modell, daß die abgestrahlte Lichtmenge exponentiell mit dem Cosinus zwischen Reflexionsrichtung R und Betrachterrichtung A abnimmt. Der spekulare Exponent O_e bestimmt dabei den Öffnungswinkel des Streukegels um R , unter dem viel Licht reflektiert wird. Für O_e 5 ergeben sich große, für O_e 10 kleine Streukegel.

Für einen spekularen Reflektor gilt:

Dabei ist I_e die Intensität des einfallenden nicht-ambienten Lichts. k_s gibt an, wieviel von I_e gespiegelt wird.

Spekulare Reflexion nach Phong