場追跡仿真
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
場追跡仿真的實例教程
摘要
VirtualLab不僅能夠進行光線追跡，也可以執(zhí)行場追跡。各種數(shù)值參數(shù)的規(guī)定可以對數(shù)值模擬進行控制。在VirtualLab中，這通常由精度因子的規(guī)范來處理。本示例闡述了如何使用提供的精度因子來控制VirtualLab中的光線追跡和場追蹤引擎，并重點放在非序列仿真的設置上。
仿真設置概覽
以下將更詳細地解釋模擬設置：
總精度(第二代場追跡)
1 采樣精度
2 傅里葉變換精度
非序列光線/場追跡
3 能量閾值
4 最大級
5 通道分辨率精度
6 僅顯示在3D視圖中入射探測器的路徑
1. 采樣精度
? 采樣精度是一個用于在追跡期間控制光場信息準確性的參數(shù)。
? 可以通過增加采樣精度因子來克服出現(xiàn)的意外人為現(xiàn)象。
2. 傅里葉變換精度
? 在VirtualLab中有幾個傅立葉變換算法。
? 根據(jù)場是位于其衍射區(qū)域還是幾何區(qū)域自動選擇。
? 小的傅里葉變換精確度（例如0.01）迫使全局使用幾何傅里葉變換，其特點在于比衍射變換快得多。
? 另外，每個探測器都可以單獨強制使用幾何傅里葉變換。
? 可以通過在相應檢測器的編輯對話框中激活“檢測器參數(shù)”選項卡下的“假設幾何場區(qū)域用于檢測器評估”復選框來選擇此項。
3. 能量閾值(非序列光線\光場追跡)
? 能量閾值是非序列追跡引擎的停止標準。
? 對于光能低于能量閾值的每一個 非序列光路，沿著路徑的光追跡將不做處理。
能量閾值：方案說明
? 遇到玻璃板時透射和反射光能的示例性說明。
? 在剩余能量達到可以忽略的水平之前，通常不需要很多反射。
? 在全反射的情況下，當然應該考慮許多相互作用。
? 下面顯示了能量閾值影響的一個例子。
展開 ? 第2代場追跡
- 現(xiàn)在，該系統(tǒng)可以在包含衍射的情況下通過場追跡進行分析。
- 這必須在檢測器設置中通過不激活復選框來設置，假設檢測器評估的幾何場區(qū)域。
- 在VirtualLab中，所需包含的衍射是由引擎自動決定的。
- 因此，探測器上的強度圖顯示出衍射效應。
? 第2代場追跡
- 在這個示例中，可以通過減小球面波到孔徑的距離來減小衍射的影響。
- 因此，到球面波輸入平面的距離減小到3mm。
- 在某一點上，場跟蹤引擎切換到強度模式的純幾何評估，而不考慮衍射。
- 在第2代場追跡引擎的仿真設置中，通過提高傅里葉變換的精度，可以再次增加衍射的包含。
6. 文件信息
展開 因此，在仿真聚焦時考慮光的矢量性質(zhì)是至關重要的。VirtualLab可以支持此類透鏡的光線和場追跡分析。通過場追跡分析，可以清楚地顯示出由于矢量效應引起的非對稱焦點。相機探測器和電磁場探測器可以方便地研究聚焦區(qū)域的場，也可以深入研究矢量效應。
建模任務
概述
?案例系統(tǒng)已預先設置了高數(shù)值孔徑物鏡。
?接下來，我們演示如何按照VirtualLab中建議的工作流程在示例系統(tǒng)上執(zhí)行仿真。
光線追跡仿真
?首先選擇“光線追跡系統(tǒng)分析器”作為模擬引擎。
?單擊go！
?獲得了3D光線追跡結果。
光線追跡仿真
?然后，選擇“光線追跡”作為模擬引擎。
?單擊go！
?結果得到點圖（二維光線追跡結果）。
場追跡仿真
?切換到場追跡，然后選擇“第二代場追跡”作為模擬引擎。
?單擊go！
場追跡仿真（相機探測器）
?上圖僅顯示Ex和Ey場分量積分的強度。
?下圖顯示Ex、Ey和Ez分量積分的強度：由于在高數(shù)值孔徑情況下Ez分量相對較大，因此可見明顯的不對稱性。
場追跡仿真（電磁場探測器）
?使用電磁場探測器可獲得所有電磁場分量。
場追跡仿真（電磁場探測器）
?使用電磁場探測器可獲得所有電磁場分量。
展開 因此，在仿真聚焦時考慮光的矢量性質(zhì)是至關重要的。VirtualLab可以支持此類透鏡的光線和場追跡分析。通過場追跡分析，可以清楚地顯示出由于矢量效應引起的非對稱焦點。相機探測器和電磁場探測器可以方便地研究聚焦區(qū)域的場，也可以深入研究矢量效應。
建模任務
概述
?案例系統(tǒng)已預先設置了高數(shù)值孔徑物鏡。
?接下來，我們演示如何按照VirtualLab中建議的工作流程在示例系統(tǒng)上執(zhí)行仿真。
光線追跡仿真
?首先選擇“光線追跡系統(tǒng)分析器”作為模擬引擎。
?單擊go！
?獲得了3D光線追跡結果。
光線追跡仿真
?然后，選擇“光線追跡”作為模擬引擎。
?單擊go！
?結果得到點圖（二維光線追跡結果）。
場追跡仿真
?切換到場追跡，然后選擇“第二代場追跡”作為模擬引擎。
?單擊go！
場追跡仿真（相機探測器）
?上圖僅顯示Ex和Ey場分量積分的強度。
?下圖顯示Ex、Ey和Ez分量積分的強度：由于在高數(shù)值孔徑情況下Ez分量相對較大，因此可見明顯的不對稱性。
場追跡仿真（電磁場探測器）
?使用電磁場探測器可獲得所有電磁場分量。
場追跡仿真（電磁場探測器）
?使用電磁場探測器可獲得所有電磁場分量。
展開 因此，在仿真聚焦時考慮光的矢量性質(zhì)是至關重要的。VirtualLab可以支持此類透鏡的光線和場追跡分析。通過場追跡分析，可以清楚地顯示出由于矢量效應引起的非對稱焦點。相機探測器和電磁場探測器可以方便地研究聚焦區(qū)域的場，也可以深入研究矢量效應。
建模任務
概述
?案例系統(tǒng)已預先設置了高數(shù)值孔徑物鏡。
?接下來，我們演示如何按照VirtualLab中建議的工作流程在示例系統(tǒng)上執(zhí)行仿真。
光線追跡仿真
?首先選擇“光線追跡系統(tǒng)分析器”作為模擬引擎。
?單擊go！
?獲得了3D光線追跡結果。
光線追跡仿真
?然后，選擇“光線追跡”作為模擬引擎。
?單擊go！
?結果得到點圖（二維光線追跡結果）。
場追跡仿真
?切換到場追跡，然后選擇“第二代場追跡”作為模擬引擎。
?單擊go！
場追跡仿真（相機探測器）
?上圖僅顯示Ex和Ey場分量積分的強度。
?下圖顯示Ex、Ey和Ez分量積分的強度：由于在高數(shù)值孔徑情況下Ez分量相對較大，因此可見明顯的不對稱性。
場追跡仿真（電磁場探測器）
?使用電磁場探測器可獲得所有電磁場分量。
場追跡仿真（電磁場探測器）
?使用電磁場探測器可獲得所有電磁場分量。
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場追跡仿真的最新內(nèi)容
在光場傳輸計算中，如果直接在實空間進行逐點積分，往往需要對源面上每一個采樣點與目標面上每一個采樣點建立耦合關系，本質(zhì)上屬于大規(guī)模卷積或積分運算。隨著采樣精度提高，網(wǎng)格數(shù)量迅速增長，計算量通常會呈平方級甚至更高速度上升，導致仿真時間和存儲開銷都非常大。為提高效率，通常需要借助傅里葉算法，將光場從實空間變換到空間頻率域，也就是k空間。
原文信息
原文標題：“基于混合光線波前追跡法的可視化二維光柵光波導設計研究”
第一作者：葉川東
作者：宋強，覃嘉佳，張善文，王津，劉祥彪，周常河
增強現(xiàn)實（AR）近眼顯示技術中，衍射光波導因輕薄、大視場角等優(yōu)勢成為核心組件，但核心仿真工具長期被國外壟斷，制約國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。近日，國內(nèi)研究團隊成功研發(fā)首套基于混合光線波前追跡法的可視化光波導仿真模塊
- 在第2代場追跡引擎的仿真設置中，通過提高傅里葉變換的精度，可以再次增加衍射的包含。
6. 文件信息
場追跡仿真（電磁場探測器）
?使用電磁場探測器可獲得所有電磁場分量。
場追跡仿真（電磁場探測器）
?使用電磁場探測器可獲得所有電磁場分量。
場追跡仿真
? 轉(zhuǎn)換到場追跡，并選擇“Field Tracing 2nd Generation”作為仿真引擎。
? 點擊“Go!”。
6. 場追跡結果(相機探測器)
? 上圖所示為僅通過疊加Ex和Ey場分量得到的強度分布。
研究基于該模塊設計二維出瞳擴展衍射光波導，通過確定光柵矢量、劃分功能區(qū)域并精細調(diào)控光柵參數(shù)，結合光線場追跡完成仿真，并與國外商業(yè)軟件結果對比，驗證了模塊的有效性與實用性，為我國 AR 產(chǎn)業(yè)自主發(fā)展提供技術支撐。
SSTF中的脈沖傾斜–設置8個月前
在VirtualLab Fusion中構建系統(tǒng)
場景1：系統(tǒng)構建塊-光源
場景1：系統(tǒng)構建塊-組件
場景1：系統(tǒng)構建塊-探測器
場景2：系統(tǒng)構建塊-組件
具有啁啾補償?shù)南到y(tǒng)的其他系統(tǒng)構建塊：
總結-組件…
仿真結果
場景1：場追跡仿真結果
中構建系統(tǒng)
場景1：系統(tǒng)構建塊-光源
場景1：系統(tǒng)構建塊-組件
場景1：系統(tǒng)構建塊-探測器
場景2：系統(tǒng)構建塊-組件
具有啁啾補償?shù)南到y(tǒng)的其他系統(tǒng)構建塊：
總結-組件…
仿真結果
場景1：場追跡仿真結果
用于3D成像顯微鏡的雙螺旋PSF8個月前
VirtualLab Fusion中構建系統(tǒng)
系統(tǒng)構建塊
元件解算器
利用光線追跡進行幾何光學仿真
結果：幾何光線追跡
利用場追跡進行物理光學仿真
用于3D成像顯微鏡的雙螺旋PSF8個月前
建模任務
在VirtualLab Fusion中構建系統(tǒng)
系統(tǒng)構建塊
元件解算器
利用光線追跡進行幾何光學仿真
結果：幾何光線追跡
利用場追跡進行物理光學仿真
不同離焦像面的雙螺旋PSF
文件信息
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