B i g I mages - Kees van Overveld`s

Big Images –
Visuele communicatie
De Fysische laag: symmetrisch v.w.b. zenden - ontvangen
•oorsprong en aard van het licht
•licht als deeltjes
•licht als golven
•licht als energie
•de verlichtingsvergelijking
•absorptie en verstrooiing; kleurenperspectief
•het ruimtelijke gedrag van licht
•breking en lenzen
•de perspectivische projectie
•samenvatting
Kees van Overveld
-1-
Big Images –
de fysica van het licht
oorsprong en aard van het licht
•
Straling van een gloeiend voorwerp: een
continue verdeling van de energie over  die
alleen van de temperatuur T van het stralende
lichaam afhangt
•
Energieovergangen in atomen tussen discrete
electrontoestanden veroorzaken licht-quanta
(fotonen) met precies bepaalde 
electron in
aangeslagen
toestand
bezette
toestanden
Kees van Overveld
beschikbare toestanden
electron valt naar lagere
energietoestand;
energieoverschot E wordt
uitgezonden als licht met
golflengte =hc/E
-2-
Big Images –
de fysica van het licht
de verlichtingsvergelijking
d2R
P
l
ri
i
b
u
d2S
Kees van Overveld
-3-
Big Images –
de fysica van het licht
de verlichtingsvergelijking
d2Eretina=P cos i cos4l AP d2R / 32 3ri2b2 cos u
d2R
P
l
ri
i
b
u
d2S
Kees van Overveld
-4-
Big Images –
de fysica van het licht
eigenschappen van de verlichtingsvergelijking
waargenomen lichtintensiteit:
evenredig met cos4 l : bij 45 graden nog slechts 25% over
interpretatie van : o.a. verschil tussen glimmend en dof
evenredig met cos i : plasticiteit  geïnterpreteerd als reliëf
het geval dat u =i : de volle maan
evenredig met 1/cos u
geen afhankelijkheid van v
afhankelijkheid van r
de rol van de grootte van de pupil AP
bron en detector komen niet symmetrisch voor
Kees van Overveld
-5-
Big Images –
de fysica van het licht
evenredig met cos4 l
moeilijk om homogene gevoeligheid te
krijgen voor grote kijkhoeken (fish-eye
lenzen; endoscopen)
Kees van Overveld
-6-
Big Images –
de fysica van het licht
interpretatie van 
simpel empirisch gedrag van 
(Phong-shading: computer graphics (1973))
=
=cos(hoek tussen normaal en halfway-richting)
halfway-richting = richting midden tussen inkomende en teruggekaatste straal
=1: i=u (conditie voor symmetrische weerkaatsing)
 <1: iu (conditie van symmetrische weerkaatsing geldt niet)
 = 0: dof (Lambert oppervlak)
 = : perfecte (Snellius) spiegel
Kees van Overveld
-7-
Big Images –
de fysica van het licht
interpretatie van 
plaatselijk verschil in
kleurverschillen in een
glimmendheid is een
oppervlak worden vaak
veroorzaakt door verschillende verschil in 
spectrale afhankelijkheid van 
Kees van Overveld
 hangt soms niet alleen
af van hoek met de
oppervlakte normaal,
maar ook van de invalsen terugkaatsingsrichting
-8-
Big Images –
de fysica van het licht
evenredig met cos i
indien mogelijk worden helderheidsverdelingen
geïnterpreteerd als zijnde afkomstig van
veranderingen in i , en dus als reliëf
Kees van Overveld
-9-
Big Images –
de fysica van het licht
het geval waar u =i
in elk punt van de volle maan zijn de
kijkrichting en de lichtrichting gelijk.
Een Lambert-oppervlak geeft dan
uniforme helderheid.
Kees van Overveld
-10-
Big Images –
de fysica van het licht
evenredig met 1/cos u
nabij een silhouet verschijnen heldere
randen
Kees van Overveld
-11-
Big Images –
de fysica van het licht
afhankelijkheid van 1/r2
Eén puntbron: lichtveld wordt
gedomineerd door 1/r2 gedrag:
dramatisch clair-obscur, kenmerkend
o.a. voor 17e eeuwse
binnenhuistaferelen.
Kees van Overveld
Homogene verdeling van puntbronnen
(o.a. door atmosferische verstrooiing):
buitenlicht kent geen clair-obscur:
kenmerkend voor o.a. veel
impressionistische landschappen.
-12-
Big Images –
de fysica van het licht
geen afhankelijkheid van 1/v2
als de verlichtingsvergelijking zich
gelijk zou gedragen voor r en v
zouden verafgelegen vlakken donker
lijken
Kees van Overveld
verafgelegen vlakken met gelijke  en
gelijke oriëntatie lijken echter precies
even helder als nabije
-13-
Big Images –
de fysica van het licht
de rol van de grootte van de pupil
kleine pupil:
grote pupil:
•geringe intensiteit
•hoge intensiteit
•hoge scherpte
•geringe scherpte
•scherp over groot diepte-interval
•scherp over klein diepte-interval
Kees van Overveld
-14-
Big Images –
de fysica van het licht
absorptie en verstrooiing
Absorptie: als een laag ter dikte h een fractie K (K=K();
K<1) van de lichtintensiteit absorbeert, wordt de
lichtintensiteit een functie van de afstand x:
L (x)= L 0 exp (-Kx/h) )
Verstrooiing: Einstein gaf een afleiding van de
empirische Tyndall-formule:
Lscatterred () = L 0  -4
Kees van Overveld
-15-
Big Images –
de fysica van het licht
absorptie en verstrooiing
Kees van Overveld
-16-
Big Images –
de fysica van het licht
absorptie en verstrooiing
Leonardo da Vinci’s ‘De maagd in de grot’
is een vroeg voorbeeld van het gebruik
van atmosferisch perspectief in de
beelden kunst
Kees van Overveld
-17-
Big Images –
de fysica van het licht
perspectief
Geometrische eigenschappen van een lichbundel:
1.
richting is behouden
2.
uiteindelijk zal elke niet-parallelle lichtbundel divergeren
3.
afbeelding van een punt in de ruimte naar een punt in het beeld
is een centrale projectie (d.w.z. een projectie met een
projectiecentrum)
Kees van Overveld
-18-
Big Images –
de fysica van het licht
perspectief
… maar waarom is er een projectiecentrum?
Kees van Overveld
-19-
Big Images –
de fysica van het licht
perspectief
Eigenschappen van centrale projecties
Klassiek perspectief: (Italiaanse
renaissance, Brunelleschi (13771446)):
horizon,
lijnen  lijnen,
punten  punten, met name
doorsnijdingen  doorsnijdingen
Kees van Overveld
-20-
Big Images –
de fysica van het licht
perspectief
De ontwikkeling van perspectief in de beeldende kunst
Egyptische kunst: in ca. 3000
jaar ‘stijlvast’; geen behoefte
aan weergave van
geometrisch perspectief
Kees van Overveld
-21-
Big Images –
de fysica van het licht
perspectief
De ontwikkeling van perspectief in de beeldende kunst
Byzantijnse kunst: ‘omgekeerd’ perspectief om
religieuze redenen
Kees van Overveld
-22-
Big Images –
de fysica van het licht
perspectief
De ontwikkeling van perspectief in de beeldende kunst
Late gotiek: matig succesvol met het
weergeven van geometrisch perspectief:
Inzicht ‘één schilderij, één kijkpunt’ ontbrak nog.
Kees van Overveld
-23-
Big Images –
de fysica van het licht
perspectief
De ontwikkeling van perspectief in de beeldende kunst
Doorbraak: Massacio met éénpuntsperspectief
(vroege Itraliaanse Renaissance).
Het concept werkte dankzij de voorspelbare,
vaste plaats van de kijker
Kees van Overveld
-24-
Big Images –
de fysica van het licht
perspectief
De ontwikkeling van perspectief in de beeldende kunst
Volledige beheersing van het
meerpuntsperspectief door de
Hollandse meesters uit de
gouden eeuw.
Kees van Overveld
-25-
Big Images –
de fysica van het licht
perspectief
De ontwikkeling van perspectief in de beeldende kunst
Begin 20e eeuw: kubisme:
loslaten van de veronderstelling
van één kijkpunt per schilderij
verschuiven van de
verantwoording van schilder naar
kijker;
kijken = bemonsteren, d.w.z. een
dynamisch, aandacht-gestuurd
proces
Kees van Overveld
-26-
Big Images –
de fysica van het licht
perspectief
De ontwikkeling van perspectief in de beeldende kunst
De Chirico (en anderen): het
gebruiken van opzettelijk ‘fout’
perspectief voor schilderkunstige
doelstellingen (creëren van een
vervreemdende sfeer)
Kees van Overveld
-27-
Big Images –
de fysica van het licht
perspectief
De ontwikkeling van perspectief in de beeldende kunst
De omkering van perspectief: het
creëren van een schilderkunstige
illusie op een 3-D achtergrond
(Julian Beaver, England)
Kees van Overveld
-28-
Big Images –
De fysica van het licht
Samenvatting; belangrijkste concepten:
•Puntbron: centrum van waaruit bolgolven vertrekken; 1/r2 gedrag
van intensiteit relatief tot puntbron
•Vermogen: energie per tijd
•Intensiteit: lichtvermogen per oppervlak
•Radiantie: getransporteerd lichtvermogen per oppervlak per
ruimtehoek
•Irradiantie: opgenomen of uitgestraald lichtvermogen per oppervlak
•Spectrum: verdeling van lichtenergie over de golflengte (discreet of
continu)
Kees van Overveld
-29-
Big Images –
De fysica van het licht
•Reflectie: interactie van licht met een oppervlak
•Diffuse reflectie (Lambert): BDR is min of meer constant
•Spiegeling: reflectie waarbij BDR alleen ongelijk nul is als
invalshoek en terugkaatsingshoek ongeveer gelijk zijn
•Verstrooiing: interactie van licht met een ruimtelijk medium waarbij
lichtstralen niet langer rechtdoor gaan
•Dispersie (kleurschifting): lichtsnelheid, en dus breking verschilt als
functie van golflengte
•Buiging en interferentie: afwijking van rechtdoorgaande
lichtstralen ten gevolge van golfkarakter
•Absorptie: afname van lichtenergie bij reflectie of passage door
een medium
Kees van Overveld
-30-
Big Images –
De fysica van het licht
•Pupil: perspectiefcentrum waar alle lichtstralen doorheen moeten
•Collimator: zorgt dat lichtstralen uit verschillende richtingen op
verschillende zintuigcellen afgebeeld worden
•Perspectief: transformatie waarbij afstanden worden
gerepresenteerd door hoeken
•Rechten blijven rechten, punten blijven punten
•Evenwijdigheid in 3D: coïncidentie in perspectivisch beeld
•Afstanden en hoeken worden vervormd
•Verdwijnpunt: limietprojectie voor een punt dat in 3D langs een
rechte naar oneindig gaat
•Horizon: collectie van alle verdwijnpunten bij 3D richtingen,
evenwijdig aan het grondvlak
Kees van Overveld
-31-