光線跟蹤
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-11-22
光線跟蹤的實(shí)例教程
該激光雷達(dá)模型基于光線跟蹤法對測量過程進(jìn)行仿真。這樣就可以在仿真環(huán)境內(nèi)實(shí)時(shí)生成激光雷達(dá)點(diǎn)云。通過直接比對來自實(shí)際試駕的的數(shù)據(jù)與傳感器模型在虛擬環(huán)境中生成的虛擬數(shù)據(jù)，我們就能夠采用適當(dāng)?shù)闹笜?biāo)來量化傳感器模型的準(zhǔn)確性和有效性。
傳感器測量模型
A.傳感器模型的實(shí)時(shí)光線跟蹤
我們采用的是汽車工業(yè)中常用的掃描式激光雷達(dá)傳感器。此類傳感器通過測量由靶面反射的激光脈沖的傳播時(shí)間來確定距離。通過掃描得到其角分辨率，也就是在傳感器的整個(gè)視場上連續(xù)移動所發(fā)射的激光束以及所選擇的光學(xué)探測器陣列的視場。目前市面上可買到的大多數(shù)系統(tǒng)均采用機(jī)械旋轉(zhuǎn)鏡來執(zhí)行掃描任務(wù)。此類傳感器的工作原理適用于采用光線跟蹤技術(shù)的建模方法。由 Vires VTD 駕駛仿真軟件提供上述傳感器模型的虛擬環(huán)境（圖2），該軟件還可以基于 Nvidia OptiX 光線跟蹤引擎來提供光線跟蹤框架。
圖 2.VIRESVTD 中的 LiDAR 模型仿真
B.虛擬點(diǎn)云生成
在對激光雷達(dá)傳感器的光束發(fā)射、反射和檢測進(jìn)行建模時(shí)，傳感器測量模型的相機(jī)程序會為每一組方位角和仰角生成一條光線。如果獲得了有效的測距，就會產(chǎn)生點(diǎn)云（更多詳情請參見參考文獻(xiàn) 1）。
展開 邊界元模型和射線跟蹤模型可以提供相似的結(jié)果，但是射線跟蹤是此應(yīng)用程序的首選，因?yàn)樗哂懈斓挠?jì)算速度，不需要花費(fèi)更多時(shí)間或精力來提高頻率，并且還能夠支持任何表面上的吸收和擴(kuò)散效果。
圖6顯示了用于再現(xiàn)測試設(shè)置的光線跟蹤模型。
圖6：射線追蹤模型用于聲源功率預(yù)估。
建立了一個(gè)簡單的光線跟蹤模型，該模型將零吸收應(yīng)用于地面并具有單位功率（1 [W]），以在傳感器處獲得ATF。然后，根據(jù)測量的和模擬的單位響應(yīng)之比來縮放單位源功率，以獲得用于測量的實(shí)際功率譜。為此目的，開發(fā)了一種特殊的濾波器來消除兩個(gè)頻譜的共振和反共振。對每個(gè)頻率點(diǎn)執(zhí)行此操作，可以很好地估算測量中使用的源功率。
圖7：聲源功率譜。
吸收估計(jì)過程
在窄帶中比較了來自測量和模擬的聲壓級，并針對吸收和擴(kuò)散進(jìn)行了靈敏度分析。吸收和擴(kuò)散強(qiáng)烈影響直接波和反射波的相互作用。對每個(gè)傳聲器進(jìn)行了比較，通過將模擬擬合到測量上來找到混凝土、草皮和道砟的最佳吸收率，方法是在第三倍頻程頻帶中進(jìn)行迭代的吸收變化，并解決窄帶中的射線追蹤模型。
優(yōu)化了某些頻率的吸收值，以捕獲測量曲線的重要特征，例如：
- 峰值的高度和谷值的深度
- 峰值的頻率
- 總體水平
- 三分之一倍頻程頻譜的比較如下：
圖8和9顯示了在不同距離下混凝土和道砟的最佳吸收效果。
圖8：在窄帶（頂部）和三倍頻程（底部）中具有最佳吸收的混凝土聲壓級的測試與仿真比較。
圖9：道砟聲壓級的測試與仿真比較，優(yōu)化了窄帶（頂部）和三分之一倍頻程（底部）中的吸收。
最終，得出了草、混凝土和道砟的三個(gè)吸聲曲線，如圖10所示。
展開 但是Blender無法直接打開STP文檔，在其他類似Creo三維軟件中導(dǎo)出obj格式，還得需要繁瑣的賦予不同材質(zhì)去分離，或者分離過于破碎需要重新進(jìn)行組合，
而本身早就有Cycles ， Blender內(nèi)置的光線追蹤渲染引擎，能夠輸出電影級別的渲染效果圖或者動畫。而且Cycles 具有如下的特點(diǎn)：
多重采樣的單向光線追蹤
SIMD 加速的多核心CPU渲染
支持NVidia CUDA & AMD OpenCL的GPU渲染
支持多重GPU
用于 CPU 和 GPU渲染的統(tǒng)一渲染核心
而得力于新的EEVEE引擎，為離線渲染和實(shí)時(shí)渲染之間搭建起了橋梁! 現(xiàn)在可以更好的在視口內(nèi)實(shí)時(shí)預(yù)覽 Cycles 光影效果，極大的提升了光影和紋理的處理速度.
eevee是blender的實(shí)時(shí)渲染引擎，應(yīng)用 OpenGL 技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，專注于速度和交互性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了渲染 PBR 材質(zhì)的目標(biāo)。Eevee可以在3D視口交互使用，也可以生成高質(zhì)量的渲染效果。
3D視窗里的eevee效果 -- 由Daniel Bystedt制作的“Tiger”作品截圖。
eevee使用的和cycles相同的著色器節(jié)點(diǎn)，從而易于渲染現(xiàn)有場景。對cycles用戶來說，可以在cycles渲染成品前使用eevee預(yù)覽材質(zhì)效果來加快作圖效率。
和cycles不同的是，eevee并不是光線跟蹤引擎。它使用的是通過光柵化的多種算法來估算光線與物體材質(zhì)作用的方式，并不像cycles基于物理光線跟蹤來計(jì)算每個(gè)光線的反彈。盡管eevee在設(shè)計(jì)上使用 PBR 的著色材質(zhì)，但它并不完善，并且Cycles渲染器提供物理上更加精確的渲染，因?yàn)镋evee使用光柵化渲染所以有很大的 限制 。
eevee渲染成品
如下場景下的渲染產(chǎn)品圖，只需要16秒
展開 演示包括對阿貝棱鏡構(gòu)造的概述、光線跟蹤設(shè)置、跟蹤光線的可視化，以及對基于方程的零件重用縮放的解釋。
視頻詳情請點(diǎn)擊墨光公眾號查看：https://mp.weixin.qq.com/s/cfnu-MHC-b9q2BJtQ1sv9g
NVIDIA 創(chuàng)始人兼 CEO 黃仁勛宣布該系列顯卡革命性的引入了光線追蹤技術(shù)，號稱自 2006 年引入 CUDA 統(tǒng)一著色核心以來最大的革命。新的顯卡基于英偉達(dá)最新的圖靈（Turing）架構(gòu)設(shè)計(jì)，并將首次實(shí)現(xiàn)即時(shí)光線追蹤（Real Time Ray Tracing），光線追蹤能力比前代提升了 6 倍。
「光線追蹤就是未來」
光線追蹤技術(shù)（Ray Tracing）其實(shí)是一種算法，在現(xiàn)實(shí)世界中，我們所看到的一切基本上都是光線從我們視野中的物體反射出來的結(jié)果。「光線跟蹤」本質(zhì)上是相反的過程，通過「跟蹤」從假想的眼睛或相機(jī)到該圖像中的對象的光路徑，再用計(jì)算機(jī)生成圖像。從而打造出更加真實(shí)的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)更加逼真的畫面。
業(yè)界對于光線追蹤技術(shù)的研究早在 1979 年就已開始，在當(dāng)年特納惠特發(fā)表了第一篇關(guān)于光線追蹤的論文，并用價(jià)值 100 萬美元的 VAX 計(jì)算機(jī)耗時(shí) 1.5 小時(shí)渲染最基本的光線追蹤圖像。
NVIDIA 正在其 RTX 系列中利用深度學(xué)習(xí)人工智能來解決這個(gè)問題，CEO 黃仁勛稱：「自 1990 年以來，圖形處理單元（GPU）一直在向前推進(jìn)，其速度是摩爾定律的 10 倍（每兩年翻一番）。按照這個(gè)速度推算，從每秒萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算到每秒千萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算至少還需要 10 年的時(shí)間?！?「但我們不想等待那么久，所以我們發(fā)明了 NVIDIA RTX，利用深度學(xué)習(xí)人工智能和圖形芯片的底層設(shè)計(jì)，作為加速摩爾定律的最強(qiáng)杠桿?！?電子游戲的「圣杯」
不同于 NVIDIA 在上周的 Siggraph 上推出的首批基于 Turing 架構(gòu)的工作站級 RTX Quadro 系列顯卡，GeForce RTX 2000 系列作為消費(fèi)級別的顯卡，其主要應(yīng)用場景多為運(yùn)行大型游戲、播放視頻等。
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光線跟蹤的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
光線跟蹤的最新內(nèi)容
請注意，光柵區(qū)域的兩部分設(shè)置為忽略光線跟蹤。這是因?yàn)橄到y(tǒng)具有對稱性，我們希望利用它來加快優(yōu)化速度。
該變量在多配置編輯器中設(shè)置。它對應(yīng)于中央頂部光柵中的圓柱體高度。
為了優(yōu)化這個(gè)系統(tǒng)，我們只需打開本地優(yōu)化器并使用正交下降算法運(yùn)行它。
[FRED] FRED：光線追跡的控制6個(gè)月前
為了使這些反射到達(dá)像平面，必須在分配給鏡頭表面的光線跟蹤控件上允許偶數(shù)次反射（2、4、6，..）。 兩次反射稱為一階鬼像，四個(gè)反射稱為二階鬼像，依此類推。
另一個(gè)關(guān)于光線代系的案例來自于對法布里-珀羅效應(yīng)的建模。盡管法布里-珀羅的透射率和反射率的表達(dá)是通過項(xiàng)的無限求和而得出的，但對光線分裂的限制必然導(dǎo)致累加的終止。
使用“使用偏振Use Polarization”、“忽略錯(cuò)誤Ignore Errors”、“分割光線Split Rays”、“散射光線Scatter Rays”和“保存光線Save Rays”進(jìn)行初始的非序列光線跟蹤。保存光線與任何想要的文件名。注意，光線必須在過濾字符串可以應(yīng)用到光線數(shù)據(jù)庫和探測器查看器前保存!
VirtualLab Fusion：為光線追跡生成光線9個(gè)月前
這表明，即使對于基本光線跟蹤，初始物理光學(xué)建模的步驟通常也是有必要的。VirtualLab Fusion通過選擇“Include Diffraction-Induced Contribution to Ray Direction”來實(shí)現(xiàn)這一需要。
最初的物理光學(xué)步驟為我們提供了另一個(gè)選擇。在光線產(chǎn)生的平面上，我們還知道場振幅以及每條光線線的相關(guān)能量。
VirtualLab Fusion：為光線追跡生成光線9個(gè)月前
這表明，即使對于基本光線跟蹤，初始物理光學(xué)建模的步驟通常也是有必要的。VirtualLab Fusion通過選擇“Include Diffraction-Induced Contribution to Ray Direction”來實(shí)現(xiàn)這一需要。
最初的物理光學(xué)步驟為我們提供了另一個(gè)選擇。在光線產(chǎn)生的平面上，我們還知道場振幅以及每條光線線的相關(guān)能量。
System Explorer中的NA僅用于控制幾何光線跟蹤。
在“常規(guī)”（General）設(shè)置下，請確保您的設(shè)置與以下設(shè)置相匹配。
在“Beam Definition”部分，選擇“Beam Type”為“Gaussian Waist”，并設(shè)置束腰大小，使其對應(yīng)于輸入光束的數(shù)值孔徑（NA）0.05，即約6.36um（或0.00636 mm，作為X/Y腰圍的數(shù)值）。
總結(jié)-元件
用光線跟蹤進(jìn)行系統(tǒng)分析
焦點(diǎn)平面的研究
焦點(diǎn)區(qū)域調(diào)查（無散光）
焦點(diǎn)區(qū)域調(diào)查（有散光）
文件信息
進(jìn)一步閱讀
? Collimation of Astigmatic Diode Laser Beam by Objective Lens
? Simulation of Laser
3D光線跟蹤系統(tǒng)視圖
現(xiàn)場跟蹤結(jié)果
此外，光波導(dǎo)組件和光波導(dǎo)光學(xué)系統(tǒng)還與場跟蹤及其各種探測器配合使用，以提供有關(guān)系統(tǒng)的更多信息。
3D光線跟蹤系統(tǒng)視圖
現(xiàn)場跟蹤結(jié)果
此外，光波導(dǎo)組件和光波導(dǎo)光學(xué)系統(tǒng)還與場跟蹤及其各種探測器配合使用，以提供有關(guān)系統(tǒng)的更多信息。
總結(jié)-元件
用光線跟蹤進(jìn)行系統(tǒng)分析
焦點(diǎn)平面的研究
焦點(diǎn)區(qū)域調(diào)查（無散光）
焦點(diǎn)區(qū)域調(diào)查（有散光）
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? Simulation of Laser
