난반사: 두 판 사이의 차이
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기존의 난반사의 정의가 표면의 불규칙성만으로 설명되고 있는데, 이는 사실이 아닙니다. 표면아래 수많은 계면들에 의해 산란되는 과정이 난반사의 주요 작동 원리로 설명하였습니다. |
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'''난반사'''(亂反射)는 표면으로 들어온 빛이 반사 될 때, 다수의 각 방향들로 반사되는 빛의 반사이다. 정반사(正反射)가 단지 하나의 각 방향으로 반사되는 것과 대조된다. 빛을 비춰지고 있는 이상적인 난반사 표면은 모든 방향에서 같은 휘도(Luminance)를 가진다. 이상적인 난반사 표면은 램버트의 코사인 법칙을 따르는 램버시안 반사율 분포(Lambertian reflectance)를 따른다.
회반죽같은 비-흡수질 가루, 종이같은 섬유질, 흰 대리석같은 다결정질로 이루어진 표면은 입사된 빛을 확산시켜서 반사한다. 대부분의 재질은 정반사와 난반사 성분이 혼합되어 보인다.
발광체를 제외한 물체의 가시성은 주로 빛의 난반사에 의해 확보된다. 이는 관찰자의 눈 속의 물체의 이미지는 확산되고 산란된 빛으로 이루어짐을 의미한다.
== 작동 원리 ==
고체의 난반사는 일반적으로 표면의 거칠기에 의해 발생하는 것은 아닙니다. 정반사를 가지기 위해서는 평평한 표면이 필요하지만, 평평한 표면이 난반사를 없애지는 못합니다. 흰 대리석을 아무리 연마하여 광을 내더라도, 거울이 되지는 않습니다. 광내기는 정반사 성분을 강하게 하지만, 나머지 반사되는 빛들은 여전히 확산되어 반사됩니다.
표면에 난반사 효과를 주는 가장 일반적인 작동 원리에는 표면 자체가 중요하지 않습니다. 대부분의 빛은 표면 아래에서의 산란을 거쳐서 다시 나타납니다. 얼음 결정의 다각형을 가진 눈(雪)을 표현하는 그림을 상상해봅시다. 입사된 빛은 첫 번째 입자에 의해 부분적으로 반사된 후 입자 내로 들어갑니다. 그리고 두 번째 입자와 접한 면에서 다시 한번 부분적으로 반사된 후 입자 내로 들어갑니다. 세 번째 입자에서도 마찬가지의 과정을 거칩니다. 이런 과정 속에서 초기 입사광은 임의의 방향들로 나누어지고(산란), 나누어진 빛들은 다시 또 임의의 방향들로 산란되는 과정을 반복하게 됩니다. 이런 모든 빛들은 눈의 표면을 탈출하지 않는 한, 빛을 흡수 하지 않는 눈 결정들의 속을 가로지르게 됩니다. 그 결과로 빛은 모든 방향으로 나가게 됩니다. 따라서 눈 투명한 재질(얼음 결정)로 이루어져 있음에도 불구하고, 하얗게 보입니다.
여기서 단순하게 "반사들"을 언급했지만, 난반사는 사실 하나의 반사된 빛에서 발생한다기 보다는 각 계면들에서 발생합니다. 여기서 계면은 빛의 파장과 크기를 비교할 때 일정하지 않은 많은 재질들로 구성된 작은 입자들간의 계면을 의미 합니다.
이러한 작동원리는 매우 일반적입니다. 왜냐하면, 모든 주요 재질들은 서로를 붙잡고 있는 작은 것들로 이루어지기 때문입니다. 광물 재질은 일반적으로 다결정질 입니다. 이는 작은 3D 모자이크, 불규칙으로 생긴 결함이 있는 결정들로 묘사될 수 있습니다. 유기 재질들은 보통 세포나 섬유질로 구성되는데, 세포막과 복잡한 내부 구조를 가집니다. 그리고 각 계면의 비균질성 또는 결함들은 위의 작동 원리에 의해 반사되거나 산란된 빛들의 방향을 바꿀 수 있습니다.
일부 재질들은 난반사를 일으키지 않습니다. 빛의 진입을 허용하지 않는 금속, 가스, 액체, 투명한 플라스틱, 소금 결정이나 일부 보석같은 단결정질, 그리고 일부 아주 특별한 재질들(각막이나 수정체등을 만드는 세포조직들)이 그렇습니다.
하지만 그 재질들의 표면이 서리유리처럼 미세한 규모에서 거칠거나, 수정체의 백내장처럼 그 재질들의 균질한 구조가 망가진다면, 이러한 재질들은 난반사를 할 수 있습니다.
무광 페인트에서 거의 난반사만 보이는 반면, 유광 페인트와 같은 표면들은 정반사와 난반사가 같이 보일 수 있습니다.
=== 정반사 대 난반사 ===
이론적으로 모든 재질들은, 빛의 파장에 비해 불규칙성을 제거하는 연마에 의한 광내기로 정반사 효과를 가질 수 있습니다. 액체나 유리와 같은 일부 재질들은 위에서 언급한 산란 원리를 일으키는 내부면 구조의 부족합니다. 따라서 그 재질들은 투명하고 정반사만을 가집니다. 그 외의 모든 일반적인 재질들 중에서 연마된 금속들만이 효율적으로 빛을 정반사 시킬 수 있습니다(거울의 반사면 재질은 주로 알루미늄이나 은입니다). 예외적인 경우, 즉 유리 프리즘의 전반사, 혹은 호수를 낮은 각으로 볼 때의 반사, 그리고 많은 어류들의 은빛 피부와 같은 복잡한 구조, 유전체 거울의 반사면 등의 경우를 제외하면, 모든 다른 주요 재질들은 아무리 완벽하게 연마하더라도, 여전히 정반사의 비율은 많이 커지지 않습니다. 대신 흰 재질에서 발생하는 난반사는, 많은 계면 반사들의 합에 의해서, 그 재질들이 받은 모든 빛들을 돌려주는 효율이 높을 수 있습니다.
== 같이 보기 ==
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