람베르트의 코사인 법칙
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1. 본문
람베르트의 코사인 법칙(Lambert's cosine law)은 광학에서 이상적인 난반사 표면(diffusely reflecting surface) 또는 이상적인 난방사체(diffuse radiator)에서 관찰되는 복사 강도(radiant intensity) 또는 광도(luminous intensity)가 관찰자의 시선과 표면 법선 사이의 각도 θ의 코사인에 정비례한다는 법칙입니다.
핵심 내용:
- 복사 강도와 코사인 관계: 복사 강도는 입사각의 코사인에 정비례합니다. 즉, 빛이 표면에 수직으로 입사할 때 복사 강도가 가장 크고, 비스듬히 입사할수록 복사 강도는 감소합니다.
- 수식: I = I₀ cos θ
- I: 관찰되는 복사 강도
- I₀: 표면 법선 방향(θ=0°)에서의 복사 강도
- θ: 관찰자의 시선과 표면 법선 사이의 각도
- 램버시안 표면 (Lambertian surface): 람베르트의 법칙을 따르는 표면을 램버시안 표면이라고 하며, 어느 각도에서 보더라도 동일한 휘도(luminance)를 갖습니다. 이는 단위 면적당 방출되는 빛의 양이 cosθ에 비례하여 감소하지만, 관찰자가 보는 투영 면적 또한 cosθ에 비례하여 감소하기 때문입니다.
다른 표현:
- 코사인 방출 법칙 (cosine emission law)
- 램버트 방출 법칙 (Lambert's emission law)
적용 분야:
- 조명: 조명 설계 시 표면의 밝기 분포를 예측하는 데 사용됩니다.
- 컴퓨터 그래픽스: 3D 렌더링에서 물체의 표면 밝기를 계산하여 사실적인 묘사를 하는 데 사용됩니다. ([8]에서 렌더링에 대한 정보를 찾아볼 수 있습니다.)
- 원격 감지: 위성 이미지 등에서 지표면의 반사 특성을 분석하는 데 사용됩니다.
참고:
- 람베르트의 코사인 법칙은 1760년에 출판된 포토메트리아(Photometria)에서 요한 하인리히 람베르트(Johann Heinrich Lambert)의 이름을 따서 명명되었습니다.
- 이상적인 난반사 표면은 빛을 모든 방향으로 균일하게 반사하는 표면을 의미합니다. 실제 표면은 램버시안 반사와 다를 수 있습니다.
| 람베르트의 코사인 법칙 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 이름 | 람베르트의 코사인 법칙 |
| 다른 이름 | 람베르트의 방사 법칙 |
| 영어 이름 | Lambert's cosine law |
| 설명 | |
| 정의 | 방사 강도가 관찰 각도의 코사인에 비례한다는 것 |
| 수식 | I = I₀ cos θ |
| I | 관찰자의 시점에서 보이는 방사 강도 |
| I₀ | 표면의 법선 방향에서 방출되는 방사 강도 |
| θ | 표면의 법선과 관찰 방향 사이의 각도 |
| 관련 개념 | |
| 관련 인물 | 요한 하인리히 람베르트 |
| 관련 분야 | 광학, 복사 전달 |
| 참고 문헌 | |
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