光線跟蹤的案例
案例分享 | 寶馬集團用 VIRES VTD 生成并驗證自動駕駛系統的傳感器模型
該激光雷達模型基于光線跟蹤法對測量過程進行仿真。這樣就可以在仿真環境內實時生成激光雷達點云。通過直接比對來自實際試駕的的數據與傳感器模型在虛擬環境中生成的虛擬數據，我們就能夠采用適當的指標來量化傳感器模型的準確性和有效性。
傳感器測量模型
A.傳感器模型的實時光線跟蹤
我們采用的是汽車工業中常用的掃描式激光雷達傳感器。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視場上連續移動所發射的激光束以及所選擇的光學探測器陣列的視場。目前市面上可買到的大多數系統均采用機械旋轉鏡來執行掃描任務。此類傳感器的工作原理適用于采用光線跟蹤技術的建模方法。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.虛擬點云生成
在對激光雷達傳感器的光束發射、反射和檢測進行建模時，傳感器測量模型的相機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，就會產生點云（更多詳情請參見參考文獻 1）。
展開 基于射線追蹤法進行軌道車輛通過噪聲的測量和聲學模型驗證
邊界元模型和射線跟蹤模型可以提供相似的結果，但是射線跟蹤是此應用程序的首選，因為它具有更快的計算速度，不需要花費更多時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散效果。
圖6顯示了用于再現測試設置的光線跟蹤模型。
圖6：射線追蹤模型用于聲源功率預估。
建立了一個簡單的光線跟蹤模型，該模型將零吸收應用于地面并具有單位功率（1 [W]），以在傳感器處獲得ATF。然后，根據測量的和模擬的單位響應之比來縮放單位源功率，以獲得用于測量的實際功率譜。為此目的，開發了一種特殊的濾波器來消除兩個頻譜的共振和反共振。對每個頻率點執行此操作，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，并針對吸收和擴散進行了靈敏度分析。吸收和擴散強烈影響直接波和反射波的相互作用。對每個傳聲器進行了比較，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行迭代的吸收變化，并解決窄帶中的射線追蹤模型。
優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吸聲曲線，如圖10所示。
展開 SpaceClaim 不愧是神器，助力產品的極速渲染！
但是Blender無法直接打開STP文檔，在其他類似Creo三維軟件中導出obj格式，還得需要繁瑣的賦予不同材質去分離，或者分離過于破碎需要重新進行組合，
而本身早就有Cycles ， Blender內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：
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渲染的統一渲染核心
而得力于新的EEVEE引擎，為離線渲染和實時渲染之間搭建起了橋梁! 現在可以更好的在視口內實時預覽 Cycles 光影效果，極大的提升了光影和紋理的處理速度.
eevee是blender的實時渲染引擎，應用 OpenGL 技術來實現，專注于速度和交互性，同時實現了渲染 PBR 材質的目標。Eevee可以在3D視口交互使用，也可以生成高質量的渲染效果。
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相同的著色器節點，從而易于渲染現有場景。對cycles用戶來說，可以在cycles渲染成品前使用eevee預覽材質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作用的方式，并不像cycles基于物理光線跟蹤來計算每個光線的反彈。盡管eevee在設計上使用 PBR 的著色材質，但它并不完善，并且Cycles渲染器提供物理上更加精確的渲染，因為Eevee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品圖，只需要16秒
展開 APEX 應用 | APEX 設計的反轉棱鏡
演示包括對阿貝棱鏡構造的概述、光線跟蹤設置、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。
視頻詳情請點擊墨光公眾號查看：https://mp.weixin.qq.com/s/cfnu-MHC-b9q2BJtQ1sv9g
新「核彈」來了，英偉達發布 RTX 2000 系列消費級顯卡 | Global 24/7
NVIDIA 創始人兼 CEO 黃仁勛宣布該系列顯卡革命性的引入了光線追蹤技術，號稱自 2006 年引入 CUDA 統一著色核心以來最大的革命。新的顯卡基于英偉達最新的圖靈（Turing）架構設計，并將首次實現即時光線追蹤（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（Ray Tracing）其實是一種算法，在現實世界中，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果。「光線跟蹤」本質上是相反的過程，通過「跟蹤」從假想的眼睛或相機到該圖像中的對象的光路徑，再用計算機生成圖像。從而打造出更加真實的環境，實現更加逼真的畫面。
業界對于光線追蹤技術的研究早在 1979 年就已開始，在當年特納惠特發表了第一篇關于光線追蹤的論文，并用價值 100 萬美元的 VAX 計算機耗時 1.5 小時渲染最基本的光線追蹤圖像。
NVIDIA 正在其 RTX 系列中利用深度學習人工智能來解決這個問題，CEO 黃仁勛稱：「自 1990 年以來，圖形處理單元（GPU）一直在向前推進，其速度是摩爾定律的 10 倍（每兩年翻一番）。按照這個速度推算，從每秒萬億次浮點運算到每秒千萬億次浮點運算至少還需要 10 年的時間。」
「但我們不想等待那么久，所以我們發明了 NVIDIA RTX，利用深度學習人工智能和圖形芯片的底層設計，作為加速摩爾定律的最強杠桿。」
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 架構的工作站級 RTX Quadro 系列顯卡，GeForce RTX 2000 系列作為消費級別的顯卡，其主要應用場景多為運行大型游戲、播放視頻等。
展開 FloEFD熱仿真分析之求解監控
離散傳遞：
角系數精度級別：控制從表面跟蹤的光線數，建議在固體導熱率較低時，可適當提高級別。
凍結策略：可指定關閉或定期關閉輻射。
太陽光線跟蹤：用于定義太陽輻射的光線跟蹤方向，默認向后，即光線從輻射表面發出，向前表示光線從輻射源發出。
離散坐標：
凍結策略：可指定關閉或定期關閉輻射。
離散化級別：用于控制離散方向的數量，若輻射源集中，可提高離散化級別。
蒙特卡羅：
凍結策略：可指定關閉或定期關閉輻射。
射線的最大數目：定義從給定表面或體積中隨機位置發出的光子數。一般從開始計算到結束射出光子數為指定值的100%，只有在固體內熱交換的穩態問題，0.5行程內，紙加載10%，0.9形成后才加100%。另外，最小射出光子數為1000。
要顯示的已存儲光線：用于保存指定數量的光線跡線，默認10%。
保存選項卡
備份文件：
用于指定計算過程中保存備份的方式及時間間隔。瞬態分析時，可定義真實的物理時間。
完整結果：
可以指定計算過程中用來保存結果的時間矩。如未定義，一般只保存開始和結束的結果。
選定的參數：
在瞬態分析中，還可以保存指定參數的時間矩，以便在瞬態瀏覽器中使用。瞬態瀏覽器在15.0以后的版本才有，可以查看動態的結果。
運行
網格：可以單獨計算網格，建議初次計算只計算網格，以便通過觀察查看網格結果，及時調整優化網格。
求解：分為新建計算或繼續計算。如果想要使用之前的計算結果，就選中采用之前的結果，把此結果作為初始條件再進行計算。
計算可以使用本計算機，還可以運行位置列表中的網絡計算機。
如果想要在計算結束后自動加載結果，可以選中加載結果。
批處理運行
用于按規定的順序求解一組項目。
展開 VirtualLab Fusion：為光線追跡生成光線
在鏡頭系統的光線追跡中，光線起源于物點，并且通常針對光闌進行特定選擇，例如，主光線穿過光闌的中心。如果我們從物理光學的角度來看這條光線的選擇，我們會發現光線與球面波的波前正交，球面波的波前起始于物點。在VirtualLabFusion中，這種情況可以通過在光源平面中移動選擇球面場源模式來獲得。
在光線追跡中，如何以合理和統一的方式處理球形光源和高斯光源這兩種示例場景呢？如何產生光線？
我們的答案是一種基于物理光學并且光線光學也包含在其中的方式。用戶可以選擇“Include Diffraction-Induced Contribution to Ray Direction”選項。然后，在高斯光束或任何其他光源模式的情況下，計算應該追跡通過的系統的第一個表面上模式的發散度，包括其衍射效應。這給我們提供了生成光線所需的信息，光線的方向包括發散度。
總之，我們執行從光源平面到系統的第一表面的物理光學傳播，并在那里生成光線。通過適當選擇傅里葉變換，可以包含或不包含衍射。這表明，即使對于基本光線跟蹤，初始物理光學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”來實現這一需要。
最初的物理光學步驟為我們提供了另一個選擇。在光線產生的平面上，我們還知道場振幅以及每條光線線的相關能量。選擇“Unselect Rays with an Associated Energy Smaller Than x%”選項，能量小于光源平面中最大光線能量x%的光線在計算中將被丟棄。
展開 非球面透鏡背后的焦點研究
總結-元件
用光線跟蹤進行系統分析
焦點平面的研究
焦點區域調查（無散光）
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VirtualLab：非球面透鏡背后的焦點研究
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用光線跟蹤進行系統分析
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非球面透鏡背后的焦點研究
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? Collimation of Astigmatic Diode Laser Beam by Objective Lens
? Simulation of Laser Beam in Focal Region of High-NA Asphere
非球面透鏡背后的焦點研究
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VirtualLab Fusion：為光線追跡生成光線
在鏡頭系統的光線追跡中，光線起源于物點，并且通常針對光闌進行特定選擇，例如，主光線穿過光闌的中心。如果我們從物理光學的角度來看這條光線的選擇，我們會發現光線與球面波的波前正交，球面波的波前起始于物點。在VirtualLabFusion中，這種情況可以通過在光源平面中移動選擇球面場源模式來獲得。
在光線追跡中，如何以合理和統一的方式處理球形光源和高斯光源這兩種示例場景呢？如何產生光線？
我們的答案是一種基于物理光學并且光線光學也包含在其中的方式。用戶可以選擇“Include Diffraction-Induced Contribution to Ray Direction”選項。然后，在高斯光束或任何其他光源模式的情況下，計算應該追跡通過的系統的第一個表面上模式的發散度，包括其衍射效應。這給我們提供了生成光線所需的信息，光線的方向包括發散度。
總之，我們執行從光源平面到系統的第一表面的物理光學傳播，并在那里生成光線。通過適當選擇傅里葉變換，可以包含或不包含衍射。這表明，即使對于基本光線跟蹤，初始物理光學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”來實現這一需要。
最初的物理光學步驟為我們提供了另一個選擇。在光線產生的平面上，我們還知道場振幅以及每條光線線的相關能量。選擇“Unselect Rays with an Associated Energy Smaller Than x%”選項，能量小于光源平面中最大光線能量x%的光線在計算中將被丟棄。
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光波導結構
3D光線跟蹤系統視圖
現場跟蹤結果
此外，光波導組件和光波導光學系統還與場跟蹤及其各種探測器配合使用，以提供有關系統的更多信息。這些模擬還可以包括諸如偏振、相干性和來自孔徑的衍射等關鍵效應，示例如下所示。
文件信息
