4 辐射度量学、光谱与颜色（Radiometry, Spectra, and Color）

为了准确描述光是如何被表示和采样以计算图像，我们必须首先建立一些 辐射度量学（radiometry） 的背景——即环境中电磁辐射传播（propagation of electromagnetic radiation）的研究。在本章中，我们将首先介绍四个描述电磁辐射的关键量：通量（flux）、强度（intensity）、辐照度（irradiance）和辐亮度（radiance）。

这些辐射度的量通常随波长变化而变化。每个量的变化由其 光谱分布（spectral distribution） 描述——一个给出每个波长的光量的分布函数。（我们将交替使用 光谱（spectrum） 来描述光谱分布，使用 光谱（spectra） 来描述多个它们。）在渲染中，我们更感兴趣的是波长（ \( \lambda \) ）介于约在 380 纳米到 780 纳米之间的电磁辐射，对应于人类可见光。†（可感知波长的完整范围略微超出了这个区间，尽管在这些波长下人眼的敏感度低了许多数量级。在绘制光谱曲线时，360–830 纳米的范围通常被用作保守的界限。）在 pbrt 中用于表示光谱分布的各种类在第 4.5 节中定义。

虽然光谱分布是一个纯粹的物理概念，但颜色与人类如何感知光谱有关。光的较短波长（ \( \lambda \approx 400 \text{nm} \) ）被称为蓝色（bluish colors），中等波长（ \( \lambda \approx 500 \text{nm} \) ）为绿色，而较长波长（ \( \lambda \approx 650 \text{nm} \) ）则为红色。准确的颜色模型非常重要，原因有二：首先，显示设备如显示器期望使用颜色而非光谱来描述像素值，因此将光谱准确转换为适当的颜色对于显示渲染图像至关重要。其次，场景中物体的发射（emission）和反射（reflection）特性通常使用颜色来指定；这些颜色必须转换为光谱以便用于渲染。本章末尾的第 4.6 节将更详细地描述颜色的特性，并包括 pbrt 的颜色相关函数的实现。