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解決済みの質問

惑星の陰影のコントラストが強いのはなぜですか

http://grin.hq.nasa.gov/IMAGES/SMALL/GPN-2000-000473.jpg
↑月の写真

http://grin.hq.nasa.gov/IMAGES/SMALL/GPN-2001-000009.jpg
↑地球の写真

これらの惑星の陰影を見ると、明るい面から暗い面への変化が急激で、コントラストが高くなっています。
一方、

https://cdn.hands.net/images/2400005343351-1.jpg
↑スチロール球の写真

http://www.toyobi.com/cgi-bin/joy_cc/data/10214.jpg
↑球体の鉛筆デッサン

http://cdn-ak.f.st-hatena.com/images/fotolife/n/nurs/20130711/20130711052339.png
↑3DCGの球体

これらは明るい点から暗い点への変化がなだらかで、緩やかなグラデーションができています。

なぜ惑星の陰影はコントラストが高くなるのでしょうか?

自分の物理の知識は中学レベルなので、それでも理解できるよう説明していただけるとありがたいです。

投稿日時 - 2015-04-12 12:06:41

QNo.8954234

暇なときに回答ください

質問者が選んだベストアンサー

太陽と月の距離は地球と月の距離の約400倍ありますので、月に当たる太陽光線は視直径が約0.5度の狭い範囲から強いライトを当てているようなもので、光が浅い角度で当たる月の欠け際では影が長くなって地形の凹凸が強調され、太陽光が直接当たらない部分はほぼ真っ暗になります。室内の分散した光源から球体に光が当たるような場合では影の部分も真っ暗にはなりませんので、これとは見え方は当然異なります。(ただし月にも地球が反射した太陽光が当たりますので、三日月などの細い月では欠けている部分も真っ暗ではなくてうっすらと見えることがあります。これを地球照と呼んでいます)

ご質問で示された月の画像はNASAのライブラリーにあるものだと思われますが、以下のFull Descriptionに書かれているように惑星探査機「ガリレオ」が軌道や速度を変えるため地球に接近した(スイングバイ)際に撮影した18枚の月の画像をモザイク状に合成したものです。あのような明暗やコントラストがやや不自然な画像になっている理由は、月の写真一般にあてはまる前記の理由に加えて、多数の画像を合成して後で述べる強めの画像処理をしているためではないかと考えられます。

This view of the Moon's north pole is a mosaic assembled from 18 images taken by Galileo's imaging system through a green filter as the spacecraft flew by on December 7, 1992.

普通に地上から月を撮影して特に画像処理をしなければ、上弦や下弦の前後であれば添付した拙作(これは上弦過ぎです)のように、太陽の光が月面に浅い角度で当たる欠け際の部分は暗く、正面に近い角度で当たるその反対側は明るくなり、中間ではほぼ連続的に変化します。NASAの月の画像のようにはなりません。

ただしそのままでは明るい部分は真っ白になって地形がよくわからないので、天文関係の雑誌や書籍で実際に見かける月の写真は画像処理をして明るい部分が白く飛ばないようにレベルなどを調整し、地形の細部がわかるようにコントラストを上げるなどの処理もして見易くしています。これを強調すればNASAの画像のようになっていきます。現在はデジタルなのでコンピューターで容易に加工できますが、フィルム時代は印画紙に焼き付ける際「覆い焼き」などの技法を使いました。要するに、「月の写真」として天文関係のメデイアで見かける画像の明るい部分と暗い部分の明暗の差やコントラストなどは、昔から現実そのままではないのです。

余談ですが、不自然と言えば、ご質問のNASAの月の画像は日本から見た下弦前の月齢20くらいの欠け方ですが、月面の模様が普段見慣れているものと大きく違います。地球を離れた探査機ならではの映像で、実はあの画像の欠け際のほぼ真ん中に写っているフンボルト海は、地球から見たのでは常に月の最外周部でしか見えないものです。

投稿日時 - 2015-04-13 01:45:01

お礼

惑星の写真は画像加工されていたのですか。
詳細なご説明ありがとうございました。

投稿日時 - 2015-04-13 08:56:06

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回答(4)

その3DCGのソフトの設定を確認してください。
ちょっと古いですがレイトレーシングの場合は光源の大きさ、距離等の設定ができるはずです。

宇宙空間の場合は、ほとんど周辺の光源がないことと、太陽が遠距離にあるためほぼ平行の光線が当たります。
3Dソフトをその設定に近づけて描画し直してみてください。宇宙の月の写真に似た画像が再現できると思います。

投稿日時 - 2015-04-13 07:38:28

補足

ここはお礼や補足で画像が添付できませんので言葉で解説いたします。

球体に平行光を当てた場合、光源に面した点(0度とします)から側面(90度とします)まで明暗のグラデーションが作成されます。
0度では100%の光が当たり、90度では0%になります。45度では50%になります。
つまり0度から90度まで、直線的なグラデーションが作成されます。

そうすると最初に添付したような3DCGの陰影になります。

ただし、最近流行りのリニアワークフローを使うと結果が変わります。
リニアワークフローはレンダリング画像のガンマを2.2にするので、
グラデーションの中間部が持ち上げられ、薄明るい曲線のグラデーションになります。
すると月や地球の写真に似た結果になります。

今回の質問は、通常のレンダリングが正しいのか、リニアワークフローが正しいのかを判断するための質問でした。
ただ3DCGについてはまた改めて質問します。

投稿日時 - 2015-04-13 09:05:51

ANo.2

 恐らく光の入り方でしょう。

 宇宙空間では反射するものが周囲に無い。しかし我々がみているものは空気が有り乱反射していると思われます。周囲の明るい物が無いので物体がはっきりしていると。

 同じように周囲を真っ黒にしてみるとコントラストも変わってくると思います。

 
 暗いところで、光源としてLEDライトを丸い球体に当ててみるといいかな。

投稿日時 - 2015-04-12 17:48:05

補足

ちゃんと前の方への補足を読んでいただけますか?

投稿日時 - 2015-04-12 18:07:21

ANo.1

(素人回答です)
例示したスチロール球ですと
周囲から反射した光もまんべんなく受けているので
穏やかなグラデーションになるのだと思います。

地球や月は周囲に光を反射する物体がごく少ないので
影側が真っ暗になってしまうのでしょう。

手で持てる位の小さな物でも 
暗がりで 懐中電灯などで 遠くから照らすと 影側が真っ暗な 惑星の様な陰影に見えると思います。

投稿日時 - 2015-04-12 14:43:40

補足

それは一因として考えられます。
ただ、例として挙げた3DCGの球体も環境光はありませんが、なだらかなグラデーションになっています。
これは3DCGの計算が間違っているのでしょうか?

重要な点は、陰が真っ暗かどうかではないのです。
明るい面から暗い面への変化が急激かどうか、
つまりグラデーションの幅が広いか狭いか、なのです。

惑星は球体で、太陽光は平行光ですよね。
すると、太陽に面した点ほど明るくなり、側面に行くほど暗くなる筈です。
例に挙げた月や地球ほど側面が明るいなら、太陽に面した面はもっと明るくなり、光が飽和するのではないでしょうか。
月と地球の写真を見ると、太陽に面した面から側面への明るさがほぼ一定で、側面を過ぎた辺りから急激に暗くなっています。
地上で球体を照らしたときにこうなるでしょうか?

投稿日時 - 2015-04-12 15:25:03

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