假如一個真空球，球內壁是全鏡面。這時懸浮在球心的人看到的是什麽景象？

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再次更新，更正在球心時看到影像的錯誤，在回答後方回應了章佳傑先生的質疑。

更新：回答一下質疑

在這個答案下面，和知乎微博的評論、轉發裏面，有人質疑說球裏面根本沒有光源，所以看上去應該是漆黑一片。其實在原文裏，已經寫了：

給人物設定自發光材質，目的就是為了讓裏面的人能看到自己的影像。因此，實際上，場景裏面還是有光源的，光源就是人物本身。

另一個比較多的質疑點是，由於模擬場景是由多邊形面片組成的（包括球體和人物），那麽能不能真實地反映在實際世界中的情況？實際上，在電腦中是不可能完全模擬、仿真真實世界的情況。原因就是在於，真實世界，從人類日常生活的尺度看，是連續的。而電腦模擬的世界只能是離散數學模型的方式存在。因此，使用電腦模擬一定有其局限性。

在這個實驗裏，電腦模擬的局限性包括光路的反射次數是有限的、鏡面並不是一個完美的平滑曲面、人物也是有三角面片所組成的，並且渲染器是基於光路追蹤技術，只能表現出光的粒子性，不能模擬光的波動性、眼睛（攝影機）也不可能完全不吸收任何光線、光路追蹤取樣率也不可能無限大，等等。因此，這個實驗實際上是以 不可能完全真實的方式模擬一個不可能的場景 ，因此，別把這個當科研論文來對待，看看就好。

既然電腦不可能完全模擬實際世界，那麽電腦模擬的意義在哪裏？模擬的意義是在於解決問題。因此，模擬的精度細化到能夠解決問題就可以了，再精確地模擬只是消耗時間、能源、計算量等。如本實驗中，雖然模擬的結果很粗糙，但能看出大概的樣子，比如重復的畫面很可能在無限細化後變成顏色條帶，等等。這就足夠了。正如鱷魚洗澡中模擬水的流動，不需要細化到模擬單個水分子，還要模擬水分子的布朗運動。只需模擬一個個大團的水就夠了。模擬遊戲中的物理現象，時間也不可能細分到普朗克時間。模擬機翼的空氣動力學效果，也不需要模擬出單個空氣分子。因此，模擬的精細度取決於待解決的問題，如同樣是流體模擬，鱷魚洗澡的復雜度就不需要達到模擬機翼的空氣動力學那樣的水平。

------ 原答案：------

很有趣的一個問題。對此，我也很好奇結果到底是什麽。很遺憾，當前本問題下大多數答案都不太令人滿意。當前排名第一的給的是一個平面在球面裏的模擬效果，跟三維物體在球面裏的效果差別還是很大的。

所以，昨天和今天在自己的電腦上，用 3D 軟體模擬了一下，得到了一些有趣的結果。雖然，由於電腦的局限性，模擬出的結果肯定會跟真實看到的有一些差別。但我認為這些結果，在一定程度上已經可以說明了問題。

在此，我認為題主的描述已經足夠清楚了。我們在這裏不考慮細節問題，如在真空中，人會不會死啊什麽的，只考慮最後我們能夠看到什麽。於是，在 3D 軟體裏，設定了這樣的場景：放一個直徑 5 米的球體，球體的球心在原點，在裏面放一個人物的模型。人物的眼睛附近放一個攝影機，模擬眼睛，來檢視場景。給人物設定一個動畫，讓人物從距離球心 1.5 米的地方，穿過球心，移動至球心對面距離球心 1.5 米的地方。在人物移動的過程中，眼睛（攝影機）正好穿過球心。

哦對了，人物的模型是從

Characters 3D Models

找的現成的一個模型。然後，球體與人物的比例關系大概是這樣的：

場景基本上搭好了，接下來是設材質。對於球體，很好說，設定為完全的鏡面材質就可以了，再把球面的法線翻轉一下，使之指向球面內部。對於人物，給她設定為「自發光」材質，即可表現出類似「全身塗足夠亮的熒光粉」效果，「熒光粉」的顏色就是材質的顏色。場景裏不擺放除人物外其他任何光源。由於人物是自發光材質，所以人物是不接受自己本身的投影的。並且，假設光線在球壁之間反射一次時有 15% 的衰減。

接下來，在渲染之前，需要設定一下渲染器的選項。這裏使用的渲染器是基於光路追蹤技術的。基本的原理是，根據光學中，光路是可逆的這一特征，從相機（眼睛） 逆向 分析進入相機的光路經過了哪些反射、折射、直接照射、環境光影響之類的。因此，光路追蹤引擎的渲染效果，還是能比較確切反映真實情況的。在這裏，把最大反彈次數設為 128 次，即認為光路在追蹤過程中，如果在鏡面求壁上反彈次數超過 128 次仍未碰到物體時，就不追蹤了。經過嘗試，128 次已經基本夠用了，反彈次數再多的話，效果變化非常微小，但卻大大延長渲染所需的時間。

一切都準備就緒，開始渲染吧！這就是這段過程中，「她」所能看到的景象：

假如一個真空球內壁是全鏡面，懸浮在球內的人看到的是什麽景象？ http://v.youku.com/v_show/id_XNTk5NjM0NTIw.html

可以看到，在穿過球心前，自己的影像是倒像。影像隨著距離球心距離的縮短而變大，在球心時影像變為無限大。穿過球心後，影像變為正向，大小由無限大開始縮小。

如果從人物外邊，看這個人物呢？我們首先從人物的正前方，向人物的方向看去（把反射衰減重新設定為 0，即光線在球壁反射時，並無衰減）：

看到的大概是這個效果：

從後面看：

側面：

（兩倍球半徑，鏡面衰減 15%）從模特前方觀察模特：

背面視角：

側面視角：

最後要聲明一下，這些畫面是用電腦模擬生成的，而使用電腦模擬不可避免地帶有局限性。因為從人們生活的尺度看，自然世界是連續的。而電腦模擬的世界是離散的，比如球面、人物實際是一組三角面片的組合，光線反射次數也不能設定為無限大等。但我想，這些圖片已經能夠說明大概效果了。

PS: 使用開源 3D 軟體 Blender 來做的模擬，渲染引擎為 Blender 內建的 Cycles 光路追蹤引擎。Blender 介紹：

推薦一個 3D 動畫創作軟體：Blender

，Blender 下載：

http://www. blender.org/download

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有人問，是不是畫面中，映像個數取決於球形鏡面的多邊形個數嗎？那麽來看看細化球面多邊形幾何形態後，結果會是什麽樣吧：

原球體多邊形鏡面：

球體鏡面幾何形態細化兩倍後：

細化為 3 倍後：

細化為四倍後：

五倍：

可以看到，映像個數沒有變化，變化的只是映像的大小，所以認為，這個球面幾何體精度基本能夠接受。出現不連續的人物影像，不是由於幾何體的精度有限所造成的。

再回應一下章佳傑先生提出的質疑吧。部份寫在了他答案的評論上，現在挪到這邊來：

對於第一點，雖然球面的確是由一組多邊形組成的，但著色方式是由頂點的法線插值運算而來的（不知道大家能不能明白 = =）。簡單說，這樣可以用離散的幾何多邊形物體模擬光滑的表面，例如遊戲、CG 中常見的汽車那樣。因此，仍可以說，這是一個光滑（但不完美）的球面。實際上，我也在底下試過了平直著色，即面的法線完全就是多邊形的法線，而不是多邊形頂點法線插值而來。這種情況下的渲染結果完全不一樣。此外，光路追蹤引擎不同於遊戲中的光柵化投影引擎，光路追蹤引擎還是能相當真實地還原各種光學現象的，如折射、鏡面反射、散射等等。光路追蹤引擎的具體原理，網上可以很容易查到，在此就不多敘述了。

對於第二點，光線追蹤引擎完全可以「看到」虛像。舉個例子，平面鏡映像即是虛像，可鏡面在 3D 效果圖裏是一個司空見慣的東西。由此可見，使用光路追蹤引擎渲染鏡面是沒有任何問題的。就此可證明，光路追蹤引擎有能力表現虛像。

（多說一句，3D 遊戲中的鏡面反射材質效果，如跑車表面反射環境周圍環境的效果，跟 3D 動畫軟體渲染原理是大不一樣的。遊戲裏常用的技術是用虛擬攝影機捕捉物體周圍的畫面，然後組成環境立方貼圖，對映到物體表面上，並與漫反射、法線對映、高光對映等效果混合而來。）

對於第三點，是我這邊的錯誤，現在的回答已經據此修正。

就這樣。

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