蒙特卡羅光線追跡
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
蒙特卡羅光線追跡的實例教程
摘要
VirtualLab不僅能夠進行光線追跡，也可以執行場追跡。各種數值參數的規定可以對數值模擬進行控制。在VirtualLab中，這通常由精度因子的規范來處理。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。
? 可以通過增加采樣精度因子來克服出現的意外人為現象。
2. 傅里葉變換精度
? 在VirtualLab中有幾個傅立葉變換算法。
? 根據場是位于其衍射區域還是幾何區域自動選擇。
? 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”選項卡下的“假設幾何場區域用于檢測器評估”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 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 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 下圖說明了散射光線的父源，因為入射光線在兩個粗糙的鏡面之間反射。藍光為0代，兩面鏡面反射；紅光為1代，M1處散射，M2處鏡面反射；綠光為2代，M1處散射，M2處散射。
光線代系的限制由“光線控制”對話框上的“代系截止等級 Ancestry level cutoff”選項控制。 對于所有“光線追跡”屬性，默認的鏡面反射的代系（截止等級）為2，默認的散射代系（截止等級）為1。此設置允許鏡面射線分裂兩次，并產生一代散射。 在一個實際案例的鏡面代系截止設置中，請考慮以下事實：當由外部光源（例如太陽）照射時，任何透鏡系統都可能在各個表面之間引起反射。 此過程通常稱為鬼像。 為了使這些反射到達像平面，必須在分配給鏡頭表面的光線跟蹤控件上允許偶數次反射（2、4、6，..）。 兩次反射稱為一階鬼像，四個反射稱為二階鬼像，依此類推。 另一個關于光線代系的案例來自于對法布里-珀羅效應的建模。盡管法布里-珀羅的透射率和反射率的表達是通過項的無限求和而得出的，但對光線分裂的限制必然導致累加的終止。 在對應于圖a-c的情況下，代系等級直接確定保留多少累加的項。 另一方面，對應于圖d中的情況，僅要求鏡面反射代系截止值保持其默認值2。當超過“相交計數截止值”或當光線通量低于“光線功率截止閾值”時，則累加將被終止。
展開 SPRAY是一款適用于Windows 7/8/10 操作系統的軟件，用于進行頻率(或波長)分辨的光線追跡模擬仿真。您可以定義：
? 發射光線的光源
? 如鏡子、光散射器、吸收器或改變光線方向或吸收光線的表面等物體
? 屏幕、探測器和探測器陣列來收集關于設置中輻射分布的信息
SPRAY 組件
以下組件在當前版本中可用:
光源
? 點光源(各向同性發射)
? 體積光源(各向同性發射)
? 矩形光源(用戶自定義發射錐)
? 圓形光源(用戶自定義發射錐)
? 組合光源(多個元素發光)
探測器
? 矩形探測器
? 屏幕
? 線性檢測器陣列
? 球形探測器陣列
界面
界面將空間中的區域分開，例如定義從一種材料到另一種材料和/或從非散射區域到光散射體的過渡。界面被定義為層疊或邊界，具有用戶定義的反射率和透過率屬性(規則或漫反射)。
幾何物體
幾何物體可以被用戶定義的界面或理想的鏡子或吸收器覆蓋。以下這些形狀目前可用:
? 矩形
? 三角形
? 球體
? 部分球體
? 圓柱體
? 開柱面
? 錐
? 部分橢球
? 部分拋物面
? 球面聚光透鏡
? 球面色散透鏡
? 棱鏡
? 用戶自定義表面輪廓
? 多個子形狀的組合
SPRAY使用與SCOUT光譜仿真軟件相同的光學常數模型和數據，包括大型數據庫。在接口中使用的層疊定義也是完全相同的。在幾何物體之間，光線可以在吸收、散射或熒光介質中移動。
利用集成的Mie-程序計算多涂層球體的光散射和吸收特性。
聯系我們
展開 
蒙特卡羅光線追跡的相關專題、標簽、搜索
蒙特卡羅光線追跡的最新內容
附件下載
聯系工作人員獲取附件
簡介
這篇文章會說明如何在 MATLAB 或 Python 中以 Zemax OpticStudio 應用程式界面 (ZOS-API)處理光線數據庫(Ray Database, ZRD)檔案，過程中我們將使用ZRDLoader.dll。本文提供了在 Matlab 中批次處理序列光線追跡(一般、歸一化、偏振或非偏振)，以及在 Matlab 和 Python
寫在前面
仿真、模擬、有限元分析、多物理場……這些術語是不是早已成為每位仿真人的“日常”？大家是否知曉其背后的技術原理和演進趨勢，正深刻地改變著世界？Ansys全新推出【Simulation Topics】系列專題，邀您一起探索仿真世界。本專題將以“一期一會”的形式，攜手各領域專家，圍繞Ansys全產品線的技術優勢，帶您深入解析流體、結構、電子設計及電磁仿真、光學、光子學、半導體、自動駕駛、汽車
什么是光線追跡？3個月前
光線追跡（Ray Tracing）是一種計算方法，用于表示光線與物體相互作用時的行為方式。在光的波長遠小于與之相互作用的物體時，光線追跡可用于仿真光的行為。
光線追跡不僅可追蹤這些光線穿過不同光學及光子系統的路徑，而且還可仿真光線在與不同結構進行物理交互時的折射、反射或散射方式。光線可以通過許多類型的光學系統并與之相互作用，其中許多常見物體，如反射鏡、透鏡或棱鏡，所有這些相互作用都可以仿真
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
增強現實（AR）近眼顯示技術中，衍射光波導因輕薄、大視場角等優勢成為核心組件，但核心仿真工具長期被國外壟斷，制約國內產業發展。近日，國內研究團隊成功研發首套基于混合光線波前追跡法的可視化光波導仿真模塊
附件下載
聯系我們獲取文章附件
概述
這篇文章旨在介紹楊氏雙縫干涉實驗背后的理論知識，并在OpticStudio中用幾何光線追跡模擬該實驗，最后比較理論和模擬的結果。
簡介
楊氏雙縫干涉實驗是物理學中最著名的實驗之一。這個實驗通過展示光從點光源到干涉圖樣的變化，揭示了光的波動特性。楊氏實驗的結果可以定性地解釋為條紋圖，也可以定量地解釋為相干因子（作為為光源寬度的函數
本文介紹了FRED中光線代系的概念，它既適用于鏡面反射事件也適用于散射事件。與代系相關的約定將以圖形方式說明。
光線的代系區分與入射光線（與界面相交時）分散為透射，反射和/或散射有關。 諸如父母，子女，孫子女等或世代[0,1,2，..]等族譜術語通常用于描述此屬性。 可在光線控制(Raytrace Controls)的設置中對此參數進行調整。
并且，如果我們執行另一次蒙特卡羅光線追跡，這些光線（5根散射光線都落在探測器上時）的總能量將始終為0.6W，也就是入射光能量的60%。
附件下載
聯系工作人員獲取附件
概要
照明系統設計者通常需要向客戶提供IES格式的數據。照明工程學會 (Illuminating Engineering Society，IES) 文件格式便于傳輸輝度數據，該格式得到了制造商和設計師的廣泛認可。本文描述了如何生成IES文件并驗證結果。
簡介
復雜的照明系統可以在OpticStudio的非序列模式下進行設計和優化，之后，您可能需要向潛在客戶提供輸出數據
附件下載
聯系工作人員獲取附件
概要
大多數時候，非序列系統中原生本機物體的默認繪圖分辨率足以提供光線和物體在光線追跡期間交點位置的 “初步預測”。然而在某些情況下，光線會錯過它原本要擊中的物體。這個罕見的現象通常只出現在光線入射劇烈彎曲物體時，此時而增加繪圖分辨率能在這種情況下確保光線擊中物體。
簡介
在OpticStudio的非序列模式中，繪圖分辨率設置用于在每個物體周圍生成一個
由于LC透鏡具有體積小、焦距可變等優點，因此被認為是光學系統中一個有前途的研究領域。
由于LC材料的折射率可以通過施加電壓來調整，所以可以在有限的空間內改變焦距。在LC透鏡結構中，可以通過TechWiz Ray 2D和3D計算光程差和焦距，并進行高級LC分析，包括通過施加電壓進行LC指向矢分布。
（a）LC分布和光學路徑分析（關狀態）
（b）LC分布和光學路徑分析
