Объектом изучения в этой области является процесс переноса энергии излучения. Световое поле неотделимо от поля электромагнитного излучения, однако качественно от него отличается, поскольку оставляет в стороне вопрос о природе света.Это поле-макрокосмос по отношению ко времени и пространству, поскольку пространственная и временнАя структуры поля электромагнитного излучения в теории светового поля не рассматриваются. Фактически это -геометрия плюс привнесённое в неё представление о переносе энергии
Термин «световое поле» был использован Гершуном А. А. в классическом научном труде по радиометрическим свойствам света в трёхмерном пространстве (). Он ввёл векторное представление некоторых величин в существующие положения теоретической фотометрии,что позволило подойти к новому для светотехники вопросу о количественной оценке качества освещения и во многих случаях успешно его решить.
В дальнейшем термин Световое поле был переопределен исследователями в области компьютерной графики.
В году Майкл Фарадей в своей лекции «Размышления о колебании лучей» впервые предположил, что свет должен быть интерпретирован как поле, примерно так же как магнитные поля, над которыми он работал в то время уже несколько лет.
Примечания
Литература
- Гершун А. А. «Световое поле», Москва, .
Wikimedia Foundation . 2010 .
- Токин, Борис Петрович
- Newton Game Dynamics
Смотреть что такое "Световое поле" в других словарях:
СВЕТОВОЕ ПОЛЕ - поле светового вектора, пространств. распределение световых потоков. Теория С. п. раздел теор. фотометрии. Осн. хар ки С. п. световой вектор, определяющий величину и направление переноса лучистой энергии, и скалярная величина ср. сферич.… … Физическая энциклопедия
световое поле
Световое поле - поле светового вектора (См. Световой вектор) (см. Векторное поле). Теория С. п. раздел теоретической фотометрии (См. Фотометрия), в котором распределение освещённости находят, применяя общие методы расчёта пространственного распределения… …
поле света - šviesos laukas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. light field vok. Lichtfeld, n rus. поле света, n; световое поле, n pranc. champ de lumière, m; champ lumineux, m … Fizikos terminų žodynas
НЕЛИНЕЙНАЯ ОПТИКА - раздел оптики, охватывающий исследования распространения мощных световых пучков в тв. телах, жидкостях и газах и их вз ствия с в вом. Сильное световое поле изменяет оптич. хар ки среды (показатель преломления, коэфф. поглощения), к рые становятся … Физическая энциклопедия
Нелинейная оптика - раздел физической оптики, охватывающий исследование распространения мощных световых пучков в твёрдых телах, жидкостях и газах и их взаимодействие с веществом. С появлением Лазеров оптика получила в своё распоряжение источники когерентного … Большая советская энциклопедия
ФУРЬЕ-ОПТИКА - раздел оптики, в к ром преобразование световых полей оптич. системами исследуется с помощью фурье анализа (спектрального разложения) и теории линейной фильтрации. Начало использования в оптике идей спектрального разложения связано с именами Дж.… … Физическая энциклопедия
Гершун, Андрей Александрович - Андрей Александрович Гершун Дата рождения: 9 (22) октября 1903(1903 10 22) Место рождения: Санкт Петербург Дата смерти … Википедия
КВАНТОВАЯ ОПТИКА - раздел статистической оптики, изучающий микроструктуру световых полей и оптич. явления, в к рых видна квант. природа света. Представление о квант. структуре излучения введено нем. физиком М. Планком в 1900. Статистич. структуру интерференц. поля… … Физическая энциклопедия
РАДИОГОЛОГРАФИЯ - метод записи, восстановления и преобразования волнового фронта эл. магн. волн радиодиапазона, в частности диапазона СВЧ. Методы Р. прямые аналоги методов оптич. голографии. Как и там, голографич. процесс сводится к получению (регистрации)… … Физическая энциклопедия
Световое поле после фильтра образует три пучка. Третий пучок, соответствующий последнему члену (5.56), отклоняется относительно оси в противоположную сторону.
Световое поле Ui (x y) соответствует первой экспозиции.
Соленоидальными световыми полями являются поля в безвоздушном равноярком пространстве.
Это световое поле представляет собой дифракцию плоской волны, падающей на голограмму. Видно, что возникает лишь дифракция первого порядка, как это и должно быть, когда коэффициент пропускания (38.14) изменяется по гармониче: скому закону [ ср.
Сканируя световое поле объекта, восстановленное записью Н, этот зонд зарегистрирует точно такие же сиг-палы, как и в случае регистрации поля, непосредственно отраженного от объекта О. Используя данные таких измерений, можно с очень большой точностью определить мельчайшие детали строения в общем уже не существующего объекта. Для технических приложений последнее гораздо более важно, чем создать иллюзию присутствия объекта в мозгу человека: ведь точность и объективность - это именно то, что необходимо современной технике.
Пусть объектное световое поле Ui (x, у) переотображается положительной линзой в некоторую плоскость Н в пространстве изображений. Для упрощения дальнейших рассуждений считаем, что поверхность объекта совпадает с передней фокальной плоскостью линзы.
Расчет светового поля для случая больших х (до - 108) очень сложен и осуществляется на ЭВМ. Однако картина поля, получающаяся из расчетов, хорошо совпадает с той, что следует из простых ф-л геом.
Импульс светового поля равен сумме импульсов фотонов. Представление светового поля в виде коллектива фотонов заменяет классическую картину световых волн. Последняя должна рассматриваться как частный случай, подобно тому как классическая механика является частным (предельным) случаем квантовой механики.
В слабых световых полях происходит о д н о ф о т о н-н а я И. В енотовых полях высокой интенсивности возможна мпогофотонпая ионизация. Однако чрезвычайно высокая плотность потока фотонов в лазерном пучке делает возможной многофотоппую И. Экспериментально в разреженных парах щелочных металлов наблюдалась И.
В сильном световом поле в нелинейной среде может происходить взаимодействие оптических волн не только друг с другом, но и с акустическими и молекулярными колебаниями вещества.
В мощных световых полях или в сильнонелинейных средах высшие члены разложения поляризации перестают быть малыми: пЕп - 1 - ха, тогда разложение (1) теряет смысл, а соответствующий ряд (2) перестает сходиться. Такие проблемы возникают, в частности, при исследовании насыщения перехода в системе двухуровневых атомов в поле эл.
Раздел очень прост в использовании. В предложенное поле достаточно ввести нужное слово, и мы вам выдадим список его значений. Хочется отметить, что наш сайт предоставляет данные из разных источников – энциклопедического, толкового, словообразовательного словарей. Также здесь можно познакомиться с примерами употребления введенного вами слова.
Световое поле
поле светового вектора (см. Векторное поле). Теория С. п. ≈ раздел теоретической фотометрии, в котором распределение освещённости находят, применяя общие методы расчёта пространственного распределения светового потока. Проекция светового вектора на любое направление, проходящее через точку, равна разности освещённостей двух сторон малой площадки, помещенной в этой точке перпендикулярно данному направлению. Размер и положение светового вектора не зависят от системы координат. В теории С. п. используется понятие о световых линиях, аналогичное понятию силовых линий в классической теории физических полей.
Википедия
Световое поле
Световое поле - функция, которая описывает количество света , распространяющегося в любом направлении через любую точку пространства. В 1846 году Майкл Фарадей в своей лекции «Размышления о колебании лучей» впервые предположил, что свет должен быть интерпретирован как поле, примерно так же как магнитные поля, над которыми он работал в то время уже несколько лет. Фраза «световое поле» была использована Гершуном А. А. в классическом научном труде по радиометрическим свойствам света в трёхмерном пространстве (1936). В дальнейшем фраза была переопределена исследователями в области компьютерной графики.
В данное время последним писком технологий в области виртуальной реальности являются технологии светового поля. Эти слова часто употребляют, но мало где разъясняется, что имеется под этим ввиду. Несмотря на то, что технология (как и многие другие, популярные сейчас технологии) является довольно старой (ещё Майкл Фарадей предложил интерпретировать свет, как электромагнитное поле), в ней ещё много тёмных пятен для простого обывательского понимания и далеко не всем, в том числе и мне, понятны его возможности в сфере виртуальной реальности и реалистичного рендеринга.
Итак, световое поле - функция, которая описывает количество света, распространяющегося в любом направлении через любую точку пространства.
Проще всего описать её, как функцию от двух плоскостей.
Захват световых полей.
И тут мы переходим к практическому применению. Именно функцию двух плоскостей используют современные камеры светового поля. Это плоскость объектива и плоскость матрицы. В сущности это была бы обычная фотография. Но нам требуется именно световое поле. То есть данные с разных направлений. Для получения разных точек зрения, требуется большое количество камер.
Однако, это довольно сложная инженерная задача (я уж молчу, что разные матрицы могут давать разные значения в балансе белого, например). Поэтому перед громаднейшей матрицей пленоптической (как их называют) камеры ставится массив микролинз, каждая из которых фокусирует изображение на свой участок матрицы.
Как вы понимаете, на одной и той же матрице получается целый массив снимков. А значит, разрешение снимков никакущее, по сравнению с возможностями матрицы. Чтобы получить 1 мегапиксельный снимок нужно хотя бы 10 мегапиксельный сенсор.
Кроме массива микролинз можно использовать обычную пластинку с отверстиями по принципу камеры-обскуры (pinhole-камера). Это куда дешевле линз, но отрицательно влияет на светосилу.
Исследовательская лаборатория MERL компании Mitsubishi Electric прибегнула к кодирующей апертуре - специальной маске из прозрачных и непрозрачных участков, размещённой перед матрицей. Утверждается, что это позволяет избежать потерь в разрешении снимка. Но тема заглохла ещё в 2009 и с тех пор ничего об этом не слышно.
Однако, ради чего весь сыр-бор? Что такого даёт массив камер по сравнению с обычным снимком в высоком разрешении? Массив камер позволяет две вещи.
1. Менять фокусное расстояние.
Теперь не будет объектов вне фокуса, проинтегрировав данные всех снимков, можно выбрать любую фокусировку (на самом деле зависит от разрешения, чем оно ниже, тем меньше возможностей).
2. Небольшое изменение точки обзора.
Вот ради этого эффекта.
Напомню, что за некоторые пределы высовывать голову нельзя. Но в определённых границах можно быть абсолютно свободным. Фактически это просто расширение возможностей 360-видео, способствующее более полному погружению.
Рендеринг световых полей.
А теперь обратимся к рендерингу световых полей. К далёкому 1996 году.
Как мы видим, используются те же плоскости и методы. Создаётся 2 изображения.
Слева находится массив проекции плоскости (u,v) на плоскость (s,t), то есть вся передняя плоскость (перспективный вид) проецируется на маленькую часть задней плоскости (матрицы). Это перспективный вид из точки матрицы через объектив. С другой точки вид будет немного отличаться.
Справа находится угловые распределения света вокруг точек на задней плоскости (s,t). Это карты отражательной способности. Они связаны с перспективным видом. Оба массива интегрируются и по ним строится корректное изображение. Без использования зд-моделей, текстур и тд. Только два изображения.
Однако, вы можете видеть принципиальные недостатки световых полей - дёрганое, перескакивающее изображение и низкое разрешение. При довольно большом объёме данных. Этот убогий (правда, с полным обзором на 360) лев на видео весит аж 400 мбайт. Правда, алгоритмы сжатия позволяют сократить эту цифру до 3 мегабайт.
Но основный принцип не сильно отличается от уловок древних программистов, которые с помощью кучи спрайтов показывали нам 3д на древних компах и приставках. И, если вы думаете, что с 1996 года многое поменялось, то вы сильно ошибаетесь. Вот современный рендеринг световых полей.
Как видим, если присмотреться, то заметны дёргания и перескоки. Наблюдайте за ящиками в конце видео.
Но давайте развивать идею рендеринга световых полей дальше. Световые поля - это отнюдь не 3д-модели и работа с ними больше похожа на работу в фотошопе, чем в зд-студио. Нет работы с полигонами, а значит, нет работы с нормалями, рейтрейсингом, рейкастингом.
Взять, например, освещение. Тут оно рассчитывается совершенно по другому. Снимается обычное 360-градусное фото окружения и на его основе составляет карту освещения, которую потом миксуют со световым полем (кучей изображений с разных ракурсов) модели.
https://www.youtube.com/watch?v=UUvAVjUnE8M
Вполне реалистично и никакого рейтрейсинга. А главное, супербыстро.
И, конечно, и освещение и модель могут быть динамичным видео, а не статичными изображениями.
Проекция тени тоже может легко высчитываться из силуэта определённого кадра.
Дисплеи светового поля.
Для начала просто создадим голограмму из звёздных войн.
Берём анизотропное зеркало, ставим на вращающуюся платформу под 45 градусов к горизонту, сверху светим проектором c высокой частотой кадров. Для каждого угла своё изображение. И здравствуй, Star Wars!
Поигрались и хватит. Переходим к серьёзным ВР-проблемам.
Например, к конфликту между вергенцией и аккомодацией наших глаз. Поясним, вергенция - это одновременное движение обоих глаз в противоположных направлениях для сохранения целостности бинокулярного изображения. И если виртуальный объект находится очень близок к «камере», то глаза одновременно попытаются свести оптические оси (вергенция) и сфокусироваться на объекте (аккомодация), что и вызовет неприятные ощущения, вплоть до симптомов морской болезни и усталости глазных мышц, нередко сопровождающейся головной болью. В общем, глазу надо давать фокусироваться на разных расстояниях, а для этого можно использовать световое поле. В новом шлеме NE-LF (Near Eye Light Field) вместо одной экранной панели установлены сразу две, друг за другом, на расстоянии примерно пяти миллиметров. Такая конструкция представляет собой «светопольный стереоскоп». Изображения на разных панелях имеют разные зоны чёткости, образуя единое световое поле (light field). Это даёт глазу опору для естественного фокусирования и избавляет от неприятных ощущений.
Но это всё суррогат. И нвидиа разработала прототип настоящих очков светового поля с набором микролинз поверх OLED-дисплея. Практически, обратили камеру светового поля.
В итоге картинка чёткая, прямо возле глаз, то есть не надо вытянутой штуки на морде, глаза не устают, для них всё естественно.
Отгадайте, что не так? Что не так было с камерой светового поля? Каков её главный недостаток? Правильно, разрешение.
Ну и последний в списке, но самый обнадёживающий таинственный стартап Magic Leap. Обещающий нам технологию светового поля для дополненной реальности.
Со своей операционной системой и прочими плюшками.
Про стартап абсолютно ничего не известно публике. Вообще. Тайна, покрытая мраком. Однако, он умудрился собрать 2 млрд долларов инвестиций, Карл! Конечно, не на кикстарте, а от больших компаний. И, конечно, он им показал что-то этакое, от чего рука, не задумываясь потянулась к кошельку. Кто бы дал такие бабки за пару роликов?
Совсем недавно Magic Leap огорошил нас новостью, продемонстрировав свои технические достижения.
Знаете что это? Пластмасска? Стекляшка? Линза? Экран? Не угадали. Даже не пытайтесь.
Magic Leap заявляет, что это фотонный чип светового поля
! Ни больше, ни меньше. Конечно, это продукт нанотехнологий с соответствующим ценником. Выдохнули?
А теперь попытаемся разобраться . Покопаемся в патентах.
Дифракционные оптические элементы (ДОЭ) можно понимать как очень тонкие «линзы», которые обеспечивают формирование луча, разделение луча и рассеяние или гомогенизацию. В Magic Leap используют линейную дифракционную решетку с круглыми линзами для разделения луча на фронте волны и создания лучей с нужной фокусировкой. Таким образом, свет направляется вам в глаза, и создается ощущение, что он находится в корректной фокальной плоскости.
Эти ДОЭ являются крайне тонкими, они сравнимы с длиной волны света, которым они управляют. Главным недостатком этих устройств является жесткая привязка к одной определенной функции. Они не могут работать при разных длинах волны и менять свойства под разные точки фокусировки в реальном времени. Поэтому приходится применять разные несколько таких Дифракционных Оптических Элементов. Каждый из которых заточен на определённое фокусное расстояние. В данном случае используется несколько слоёв ДОЭ, утверждается, что их можно включать и выключать. Для промежуточных значений фокуса используются комбинации слоёв. Изменение активного набора ДОЭ меняет путь, по которому свет покидает фотонный светополевой чип. Кроме того, Magic Leap пафосно, с таинственным придыханием, уверяла, что научилась создавать тьму с помощью света
. Если поставить один ДОЭ на внутренней поверхности линзы и еще один на внешней, мы можем подавлять свет примерно так же, как это реализовано в наушниках с системой шумоподавления. Выдержка из патента:
Такая система может быть использована для подавления света из плоского волновода по отношению к фоновому свету или свету из реального мира, отчасти как в наушниках с системой шумоподавления.
На каждом ДОЭ формируется своя фокальная плоскость (слой), а их композиция уже составляет итоговую картинку. Таки да, это многослойный фотонный наночип. Ничего не попишешь.
Или стекляшка и развод на 2 млрд баксов)).
Ну а напоследок хотелось бы предложить другой способ создания светового поля. Почти забытый.
Правда, тут тоже разрешение не блещет.
Ограничения и преимущества.
Основным преимуществом является крайне высокая реалистичность и естественность. Практически кинематографичность. Учитывая, как это важно для погружения в ВР, это направление явно не забросят. Однако, хотелость бы напомнить, что методы фотограмметрии дают схожие результаты.
В принципе эти методы сильно похожи, так как фотограмметрия тоже строится из видео и фото, но, в отличии от световых полей, генерирует не карты-картинки, а стандартные зд-модели, обтянутые фототекстурами. К сожалению, довольно тяжёлые (многополигональные) и далёкие от оптимальности. По сути световые поля методами фотограмметрии можно перевести в 3д-модель (хоть и не слишком просто), а из 3д-модели довольно легко наскриншотить световое поле.
Так что одно может вполне перейти в другое.
Надо понимать, что световые поля - это не зд-модели. Они не интерактивны. Они могут быть видеоанимацией, но не скелетной компьютерной анимацией. Это объёмный видеоролик, не более того. Это не зд-модели, они не знают коллизий и объёма, хотя в них можно спрятать колижн-боксы и менять анимации скриптами. Но процедурная анимация, разрушаемость объектов, рэгдол и прочие фишки невозможны. Это скорее фоны и задники, чем реальные интерактивные NPC. Конечно, большое количество анимаций сможет смягчить этот недостаток. Вот только объёмы данных для световых полей превышают всякие разумные пределы. Повторюсь, это куча фоток, снятых практически со всех ракурсов. А для анимаций это не фотки, а видео. Достаточно большие модели (комната, например) могут занимать десятки гигабайт. С другой стороны, в отличии, от зд-моделей не имеет никакого значения их сложность\количество полигонов. Световые поля крайне бережливы к вычислительным ресурсам (нещадны к памяти) и могут вполне обеспечить 90 кадров в секунду для виртуальной реальности без видюхи за тыщу баксов. Впрочем, сложность объекта может сказаться на его сжатии. Сжать кубик на видео можно куда лучше, чем модель человека. Опять же, в отличии от моделей нет ограничений на полигоны и тд. Только размер видео. Но для вычислительных ресурсов не имеет значения, какое видео крутить. Аватар или симпсоны, плееру пофиг.
По моему глубочайшему убеждению будут использоваться смешанные технологии.
Фотограмметрия + световые поля = кинематографичность + интерактивность.
И тот, кто сейчас будет затачивать софт под фотограмметрическое сканирование, игровые движки под рендеринг световых полей, и видеокодеки с аппаратным ускорением для стримминга без задержек, может вполне схватить куш. Однако пока не могут даже стримить фулХД по вайфаю в одном помещении с задержкой хотя бы в 50ms, не смотря на всякие аппаратные миракасты. Так что не всё так просто.