走进光影的世界: 浅谈光影的产生及特点

沭水年华

对于变幻莫测的光影，的确比较难以捉摸，也许通过一个理想模型，可以让问题变得简单一些。这个模型就是放在一张足够大的白纸上的圆球，我们设想这个模型就放在空气洁净的室外自然光下。




    此图表现的是一个晴朗的下午，主要光源为太阳。同时蓝天提供非常不同的第二个光源，一些光也正在白色卡片和白色球体之间相互反弹这是形成的第三个光源。最明亮的光自太阳并且是从一个小点散发的白色光,这使它投射的阴影非常锐利。第二个光源，蓝天，是一个非常大的光源而且有非常软的阴影（一些来自太阳的直接光线被遮蔽了）。以后，我们还会讨论关于光源和阴影的更多细节，暂时记住，越小的光源阴影越为锐利。

　　来自蓝天的光线投射有非常强烈的颜色，影响着场景中的一切。球体被蓝色的天光所照明，所以它的投影是蓝色的。球体屏蔽了来自太阳的白色光线，它自身未被阳光直接照到部分会呈现出天光的蓝色色调。




    最后被反射在卡片和球体之间的光也主要是蓝色的（即使卡片和球是白色的），两个比较靠近的表面能够比分别较远的区域更多地接受这个反射光,因为球体的底部更加的接近白色卡片，所以球体的底部要比中部更亮图。

    像中最暗的区域是靠近球体底部的投影和它自身受光部分与背光部分之间的区域。这个区域叫做“Terminator(明暗界限)” 。

　　为什么“明暗界限”是球体上最暗的区域？

　　因为球体部分有对比的效果，受光的面比较亮，而背光的面则相对较暗。但是背光面的一些部分也接受了卡片所反射的光线，而那些不能完全接受卡片所反射光线的背光面，则是球体最暗的区域。

    散射光是怎么来的？为什么偏蓝？

    可见光是电磁波的一种，这些根据波长的不同，呈现不同的颜色。




    蓝色的光是由波长较短，而红色的光波长较长。本来来自太阳的可见光是各种波长的可见光组成的连续光谱，包括红色，橙色，黄色，绿色，蓝色，靛青和紫色等各种波长的光线，白光是由这些光波组合而成的。

    在地球表面的人是透过经空气散射的太阳光来看天空的。在洁净的、未受污染的大气中，大部分的散射是空气中的分子(主要是氧和氮分子)引起的，这些分子的大小比可见光的波长要小得多。根据光学理论，散射光强和波长的四次方成反比(Ｉ∝１／λ４)，在这种情况下，散射主要影响波长较短的光，也就是蓝色光，所以天空本身呈现出蓝色。太阳光直接穿透空气，在散射过程中它失去许多蓝色，所以太阳本身呈现出灿烂的黄色。




    在非常洁净、未受污染的大气中，落日的颜色特点鲜明。太阳是灿烂的黄色，同时邻近的天空呈现出橙色和黄色。当落日缓缓地消失在地平线下面时，天空的颜色逐渐从橙色变为蓝色。即使太阳消失以后，贴近地平线的云层仍会继续反射着太阳的光芒。因为天空的蓝色和云层反射的红色太阳光融合在一起，所以较高天空中的薄云呈现出红紫色。几分钟后，天空充满了淡淡的蓝色，它的颜色逐渐加深，向高空延展。但在一个高度工业化的区域，当污染物以微粒的形式悬浮在空中时，天空的颜色就截然不同了。圆圆的太阳呈现出桔红色，同时天空一片暗红。红色明暗的不同反映着污染物的厚度。有时落日以后，两边的天空出现两道宽宽的颜色，地平线附近是暗红色的，而它的上方是暗蓝色。当污染格外严重时，太阳看上去就像一只暗红色的圆盘。甚至在它达到地平线之前，它的颜色就会逐渐褪去。
　　
    穿越大气层，比直射时在空气中走过的行程更长，从而使得大量的蓝色光线在空气中散失，只剩下而红色光波会照射在较厚的云层上，形成绚丽的晚霞。

    光的反射

    当光线传播到一个物体表面的时候，他要么被反射，要么被吸收。物体表面对不同波长光线的选择性反射、吸收形成了物体的不同颜色。




    如：白色的表面会反射所有的波长，当白光传播到一个红色的表面时，红色的波长会被反射，而其他光谱的波长会被吸收。所以如果白色的光传播在红色的表面上，这一个表面反射的光将会是红色的。当这些光以它们的路径传播到下一个表面时，这个表面就会照射到红色光。这种现象叫做“光辐射”。因此邻近对象表面的颜色，将会彼此受到影响。




    光辐射通常是一种敏感的效果，当接受到大量的光线时，它会非常明显。在温和或者昏暗的光线下，它便非常弱，甚至不可见。如果光被在相同颜色之间的表面上反射，那么它会因为光线的加强而产生饱和的效果。颜色会发出鲜明的光，在晴朗的日光下就会看到这种效果。

    亮色调和暗色调(High key and low key)

    亮色调（High key）

    亮色调的图像有着使人感到明亮和轻快的感觉，亮色调照明时通常会很温和（但也不总是），并且细节一般会很弱。在自然界中，我们会在雾和雪中找到亮色调的照明。





    暗色调（Low key）

    暗色调的图像包含有很少的自然光，通常和亮色调的图像有着强烈的对比。暗色调照明通常被用在产生不稳定的气氛中.最常用来对夜晚时间的设定。但是也会被应用到其他方面比如暴风雨或某些内部环境中。




    白平衡（White balance）

    通常我们每天遇到的光源都有投射的颜色，然而我们的大脑非常善于过滤掉这些。一个表面只要在光照下颜色模糊混合，我们的大脑便会认为它是白色的。甚至在强烈的颜色光照下，我们也有能力过滤颜色来了解信息。但胶片或图像传感器没有这种色彩过滤的能力，所以，我们人眼觉得色彩没有什么异常的白炽灯下的景物，在照片中会呈现昏黄色。






    调整“白平衡”的目的，就是让相机模拟人眼的“色彩过滤”机制，使照片呈现的颜色和我们肉眼所感知的颜色近似。

    颜色投射的能力是否已使你吃了一惊，这是因为我们通常没有察觉到钨丝灯会有如此橘黄色的照明，尽管如此，我们的大脑还是会把它还原为第一个图像。

    确定这种现象的一个非常容易的方法是站在室外观察你的窗户：下次当晚上时，你观察窗户你便会看见窗内有非常明亮的橘色光。我们只有在没有光线直射的情况下才能看到表面的真实颜色。




    当我们站在开放的阴暗处会发生非常相似的情况，光在那里是非常蓝的，我们察觉到光具有不确定性，当我们走到阴暗处后面，在日光下非常容易察觉到蓝色的光投射。有很多类型的光照具有颜色的投射：如荧光灯有绿色的光照，街道的路灯有很深的橙色，傍晚地平线的落日会从黄色一直到深红色……

袁紫衣

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