campo de luz
El campo de luz es una función vectorial que describe la cantidad de luz que fluye en cada dirección a través de cada punto del espacio. El espacio de todos los rayos de luz posibles viene dado por la función plenoptica de cinco dimensiones , y la magnitud de cada rayo viene dada por la radiancia . Michael Faraday fue el primero en proponer (en una conferencia de 1846 titulada "Pensamientos sobre las vibraciones de los rayos" [1] ) que la luz debería interpretarse como un campo, muy parecido a los campos magnéticos en los que había estado trabajando durante varios años. La frase campo de luz fue acuñada por Andrey Gershunen un artículo clásico sobre las propiedades radiométricas de la luz en el espacio tridimensional (1936).
Si el concepto se restringe a la óptica geométrica, es decir, a la luz incoherente ya los objetos más grandes que la longitud de onda de la luz, entonces el portador fundamental de la luz es un rayo . La medida de la cantidad de luz que viaja a lo largo de un rayo es la radiancia , denotada por L y medida en vatios (W) por estereorradián (sr) por metro cuadrado (m 2 ) . El estereorradián es una medida de ángulo sólido y los metros cuadrados se usan aquí como una medida del área de la sección transversal, como se muestra a la derecha.
La radiación a lo largo de todos esos rayos en una región del espacio tridimensional iluminada por una disposición invariable de luces se denomina función plenoptic (Adelson 1991). La función de iluminación plenoptic es una función idealizada utilizada en la visión por computadora y los gráficos por computadora para expresar la imagen de una escena desde cualquier posición de visualización posible en cualquier ángulo de visualización en cualquier momento. En realidad, nunca se usa computacionalmente en la práctica, pero es conceptualmente útil para comprender otros conceptos en visión y gráficos (Wong 2002). Dado que los rayos en el espacio se pueden parametrizar mediante tres coordenadas, x , y y z y dos ángulos θ y ϕ, como se muestra a la izquierda, es una función de cinco dimensiones, es decir, una función sobre una variedad de cinco dimensiones equivalente al producto del espacio euclidiano 3D y la esfera bidimensional .
Al igual que Adelson, Gershun definió el campo de luz en cada punto del espacio como una función 5D. Sin embargo, lo trató como una colección infinita de vectores, uno por dirección que incide sobre el punto, con longitudes proporcionales a sus radiaciones.
La integración de estos vectores sobre cualquier colección de luces, o sobre toda la esfera de direcciones, produce un solo valor escalar: la irradiación total en ese punto y una dirección resultante. La figura de la derecha, reproducida del artículo de Gershun, muestra este cálculo para el caso de dos fuentes de luz. En gráficos por computadora, esta función de valor vectorial del espacio 3D se denomina campo de irradiación vectorial (Arvo, 1994). La dirección del vector en cada punto del campo se puede interpretar como la orientación que uno tendría frente a una superficie plana colocada en ese punto para iluminarla más intensamente.
Se pueden considerar el tiempo, la longitud de onda y el ángulo de polarización como variables adicionales, lo que produce funciones de mayor dimensión.
