影
影,又称影子、阴影,是从光源直射的光被不透明的物体阻挡时形成的深色范围。当光源置于物体前方时,影会占据物体背后三维空间的体积。影的截面是一个二维的剪影,是物体阻挡光线的反向投影。
点光源与非点光源
[编辑]点光源只会投射出简单的影,称之为“本影”。对于非点光源或扩展光源产生的影,可以分为本影、半影和伪本影。宽大、分散的光源会投射出模糊的影。如果两个半影重叠,影会看似互相吸引并合并在一起。这现象被称为影泡现象(Shadow Blister Effect)。
阴影区域的框线可以借由描绘扩展光源最外层所发射的光来界定。本影区不会从光源接收到任何光线,因此这区域是最暗的。在本影区里无法直接看到光源的任何部分。相对的,半影会被部分光源照亮,呈现中等亮度。在半影区里能够看见光源,只是部分光源会被物体遮挡。
如果存在多个光源,各个影的重叠部分会变得更暗,形成不同亮度或颜色。漫射光会使影的框线变得不明显,甚至消失。灰暗的天空中,闪电可以产生肉眼可见的影。由于在外太空的真空中不存在大气漫射的效应,这里产生的影在光暗交界处非常鲜明、对比度极高。
若以物体触碰投射影子的表面(人站在地面上、插在土里的柱子等),影会汇聚在物体与表面的接触点上。
在不考虑失真的状态下,影和从亮面观察剪影的像是一致的。若从另一面观察,影和像是呈现镜像的。
天文学
[编辑]本影、半影和伪本影很常用来描述由天体形成的影,有时候也会用来描述黑暗的程度,比如说太阳黑子。视星等小于或等于-4的天体可以投射出人类肉眼可见的影。[2] 能将可见的影投射在地球上的天体有太阳和月球。在适合的条件下,金星和木星也能把影投射在地球上。[3] 行星面朝恒星的半球体遮挡阳光,造成了行星上的夜晚。
地球的影投射在月球上,称为月食。相应的,月球的影投射在地球上,称为日食。[4]
白天的变化
[编辑]太阳照射形成的影会随时间的推移发生巨大的变化。地面影的长度和太阳仰角(相对于地平线的夹角θ)的馀切成正比。接近日出和日落时分,θ = 0° 而 cotθ = ∞,影可以变得很长。如果太阳正好在头顶上(只可能发生在北回归线和南回归线上),θ = 90° 而 cotθ = 0,则影会在物体的正下方。 这样的变化使旅人在穿越阿拉伯沙漠等荒芜之地时,能够辨认行进的时间和方向。[5]
传播速度
[编辑]投影的表面离被照射的物体越远,形成的影越大。如果物体在移动,物体的影会以更快的速度改变大小。这些变化都被看做是正比的关系。但是,这不代表影能比光移动得更快,即使在光年之外的距离,影速也无法超越光速。光的缺失(影的投射),会以光速移向投影的表面。
影的边缘看起来像是在投射面上移动,但实际上只是新投射出的影长度增长做造成的假象。由于影的各点并没有实际关联性(除了光的反射与干涉),因此在光年之外的影无法彼此传达任何讯息。[6]
颜色
[编辑]视觉传达设计师通常都会使用多个有色光源,借此产生具有多种颜色、复杂的影。明暗对照法、晕涂法以及剪影都是涉及影的常用艺术技巧。[7]
白天期间,阳光照射在不透明物体上形成的影带有偏蓝色调,这是因为瑞利散射的缘故,也是为什么天是蓝色的原因。不透明物体可以遮挡阳光,但是无法有效将环境中的散射光完全挡下。因此,阳光下的影总是看起来蓝蓝的。[8]
空间
[编辑]影会占据物体背后三维空间的体积,一般需要投射到反光的表面上才能体现出来。薄雾、水气、尘埃云都可以显现光影的立体感和样式。 雾影对于没见过立体影的人来说是有点奇怪的。薄雾的密度正好足够被穿过缝隙的光照亮,使得一个物体的影穿过薄雾的轨迹能呈现影的体积。某种程度上,这些轨迹是云隙光的相反,只是这些轨迹是因为固体的影造成的。
烟雾特效和强烈的光源有时候会被灯光设计师和视觉艺术创作者用来突显作品的立体感。
反转
[编辑]铁丝网(或其他类似物体)的影与物体距离足够远的时候,影的亮暗区域会对调。穿过铁丝网的光影会照亮钻石,刻画出模糊的框线。但如果铁丝网够高,穿过的光影会是钻石变暗,并照亮外框。
摄影
[编辑]在摄影中,“高光”和“影”分别是场景或照片中,最亮的和最暗的部分。一般情况下,摄影者会调整曝光,允许具有有限动态范围的底片或传感器记录高光和影,使高光不会被冲洗掉,影不会和其他黑色区域糊成一团。
使用卫星成像和空拍作垂直摄影时,影可以作为辨别高大建筑的标示,并呈现其形状等细部特征。
类比概念
[编辑]“影”也会被用来形容任何遮挡或阻塞,不仅限于光。雨影是山脉背风坡的一个干燥区域,上升的地形阻止雨云进入该区域。声影是声音无法直接到达的区域。
文化
[编辑]影在一些文化中被视为神灵或鬼魂。比如说,者诃耶是印度教中掌管影的神。
影通常也会被视为有关黑暗和邪恶的事物。在一些民间传说或现代小说中,影通常都是邪恶的,想控制、取代投射出自己的人。电影《逆转魔法》就有一位可以附身在人类身上,邪恶的影之灵。
能量生产
[编辑]来自新加坡国立大学的科学家展示了一台利用影产生能量的发电机(Shadow-effect Energy Generator, SEG)——一张将金掺入晶圆中的塑胶片上。在室内条件下,该发电机有0.14 μW cm−2的功率密度(0.001个太阳)。[9]
画廊
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太空中的非漫射光构成清晰的影
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影中颠倒的字体
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苏特洛塔投射出3D的雾影
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漫射光的照射使相片中的茉莉花存在模糊的影
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云的影投射在地中海上
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飞机云产生的影
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大人和小孩的影
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树的影
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投射在城堡上的影
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下午时分,枯树在旱地上的影
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当太阳的位置很低时,影会被拉长,细节失去原本的比例
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水中倒影]]
参见
[编辑]参考文献
[编辑]- ^ March of the moons. [24 June 2015]. (原始内容存档于28 July 2015).
- ^ NASA Science Question of the Week. Gsfc.nasa.gov (April 7, 2006). Retrieved on 2013-04-26.
- ^ Young astronomer captures a shadow cast by Jupiter : Bad Astronomy. Blogs.discovermagazine.com. 2011-11-18 [2013-05-27]. (原始内容存档于2013-07-02).
- ^ Lunar Eclipse vs Solar Eclipse. www.moonconnection.com. [2019-11-27]. (原始内容存档于2022-06-18).
- ^ The Edinburgh monthly review. 1820: 372.
- ^ Is Faster-Than-Light Travel or Communication Possible? (页面存档备份,存于互联网档案馆) math.ucr.edu
- ^ Shadow Art Trust the Dark Side. [2021-10-16]. (原始内容存档于2022-01-19).
- ^ Question Board – Questions about Light (页面存档备份,存于互联网档案馆). Pa.uky.edu. Retrieved on 2013-04-26.
- ^ Qian Zhang; et al. Energy harvesting from shadow-effect. Energy & Environmental Science. 2020. doi:10.1039/D0EE00825G.