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建模渲染 揭秘灯塔之灯：不平凡的光芒如何照亮手机？

在城市中生活久了，我们或许已经忘记了夜晚的真正黑暗。然而，对于常年生活在海洋上的水手们来说建模渲染，他们对这种黑暗有着深刻的体验。

为了能在夜晚为航行的船只提供方向指引，人类建造了灯塔。虽然灯塔的历史可以追溯到很久以前，但早期的灯塔结构简单，照明效果有限。真正的现代灯塔是在18世纪后才开始出现的。观察过夜晚的灯塔的人都知道，灯塔中的灯光极其明亮，通常能在15至25海里外的地方被看到，这显然不是普通的灯具能做到的。那么，灯塔中的灯究竟是什么类型的灯呢？其实，这种灯被称为“航标灯”，其之所以如此明亮，主要归功于菲涅尔透镜的使用。

那么，什么是菲涅尔透镜呢？这要从16世纪说起。

最初，灯塔中使用的光源是燃烧木材和炭火的火盆，不仅亮度低，而且稳定性差，因为火盆容易被雨水熄灭。为了增加亮度，会消耗大量的木材和炭火，导致灯塔周围的森林面积迅速减少。到了17世纪建模渲染，人们开始改用煤作为灯塔的主要燃料，这种以煤为燃料的灯塔通常是方形的，内部装有风箱以增强煤火的燃烧。

尽管以煤为燃料的灯塔在各方面都有所提升，但其亮度仍然不足，直到18世纪末，瑞士发明家艾梅·阿尔刚的出现，才使这一情况发生了根本性的改变。

阿尔刚发明了一种名为“阿尔刚灯”的新型照明设备，它由空芯管状灯芯和玻璃罩组成，亮度可以达到普通油灯的4倍，人们很快意识到这就是航标灯的最佳选择。在这个时期，人们对光有了更深入的理解，知道通过在光源的背后加上反射罩可以有效提高光源的亮度；如果将反射罩制成弧形，就能最大限度地将光束向一个方向聚集。

于是，在线全职美工在1787年，由抛物镜反射罩和阿尔刚灯组合而成的17盏航标灯在金奈德角灯塔中被点亮，这座灯塔的亮度在当时无与伦比，而这种航标灯也被公认为当时最亮的灯塔光源。

能否更进一步增加亮度呢？一段时间后，人们逐渐认识到，如果在光源前面再增加一面凸透镜，光线就会得到进一步汇聚，亮度也将大幅提升。这个想法虽好，但实际操作起来却困难重重。

首先，制作与航标灯相匹配的巨型凸透镜并不容易，其次，凸透镜本身会吸收大量光线，最终不但没有增强亮度，反而减弱了。

1919年，科学家菲涅尔加入法国灯塔机构，开始研究如何改良航标灯。他发现，凸透镜对光线的折射作用主要发生在光线进入和离开凸透镜的两个交接面上。因此，菲涅尔将凸透镜的表面改造成阶梯式，在保持弧度不变的前提下最大限度地减少透镜的厚度。这样，既大幅减少了透镜对光线的吸收，又保持了汇聚作用，同时显著减轻了透镜的重量。这就是我们现在所知的菲涅尔透镜。

1823年，法国科尔杜昂灯塔安装了由菲涅尔透镜和四芯油灯组成的航标灯，灯塔点亮后引起了全球的关注，并迅速传播开来，得到了广泛的应用。

当然建模渲染，菲涅尔透镜的应用远不止于此。你是否想过为什么手机后面的那个小闪光灯亮度如此之高？其实，它就是一块菲涅尔透镜。仔细观察闪光灯关闭时的状态，你可以看到灯上一道道条纹，这正是菲涅尔透镜上的阶梯式弧度。