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基于三維模型CAD數(shù)據(jù)，Ansys Speos進行人眼視覺分析和人因環(huán)境評估，在產(chǎn)品設(shè)計階段對方案可行性進行驗證，在設(shè)計前期發(fā)現(xiàn)、反饋和處理問題，實現(xiàn)最優(yōu)的產(chǎn)品解決方案。基于此，7月18日，Ansys 系列網(wǎng)絡(luò)研討會將推出「Ansys 光學(xué)在手機背殼立體成像中的應(yīng)用」主題。

Speos仿真結(jié)果深度分析與性能評估通過XMP Viewer、測量工具、光跡分析工具及人眼視覺實驗室，從成像缺陷、核心性能、環(huán)境適應(yīng)性三大維度完成結(jié)果校驗。

圖3 外部燈具仿真模擬結(jié)果 圖4 氛圍燈人眼視覺模擬和諧性驗證- 車載成像系統(tǒng)虛擬驗證SPEOS可以通過數(shù)字化建模為攝像頭、激光雷達傳感器等提供測試環(huán)境，快速直觀地將駕駛環(huán)境中攝像頭、激光雷達的成像結(jié)果模擬出來。

SPEOS中的HUD仿真功能可以仿真DLP經(jīng)過光路投射到前擋風(fēng)玻璃的成像效果，根據(jù)HUD和擋風(fēng)玻璃光學(xué)屬性、構(gòu)型、相對位置等考慮人眼視覺，分析重影等問題，驗證并優(yōu)化光路中膜片對重影的改善效果。

包括但不限于紅外成像鏡頭，在 Ansys Speos中可以實現(xiàn)對人眼追蹤相機和面部捕捉相機的系統(tǒng)級仿真，實現(xiàn)方法與思路類似于上文提到的 6 DOF 環(huán)境仿真例子。用戶可以方便地向 Speos 導(dǎo)入需要仿真的人物模型和眼球模型，并附加相應(yīng)的光學(xué)屬性和紋理。Ansys Speos 支持多種業(yè)界常用的光源文件導(dǎo)入，可以便捷且準(zhǔn)確地實現(xiàn)對于紅外 LED 光源的仿真。

結(jié)束語 本示例采用一個相對簡單的光學(xué)結(jié)構(gòu)，描述了一種基于Ansys OpticStudio與Speos完成3片式LCD投影儀的設(shè)計與仿真方法。在成像與非成像設(shè)計的工作流中，充分發(fā)揮Ansys光學(xué)產(chǎn)品線的優(yōu)勢，可以快速實現(xiàn)整體光學(xué)性能的評估。

當(dāng)然在仿真過程中，Speos支持加入場景環(huán)境光，使得系統(tǒng)的環(huán)境信息和顯示信息全部疊加到用戶的視野上。另外在人眼視覺條件下，激活人眼視覺參數(shù)可以模擬人眼的空間適應(yīng)性，調(diào)節(jié)人眼參數(shù)實現(xiàn)不同的人眼視覺結(jié)果，在可讀可視性分析中，可以分析場景環(huán)境下目標(biāo)信息的可識別性。

Ansys Speos Texture Mapping功能介紹及使用技巧 Ansys Speos是專業(yè)用于光學(xué)設(shè)計、環(huán)境與視覺模擬系統(tǒng)、成像應(yīng)用的光學(xué)仿真軟件，強大的解決方案提供完美的可視化光學(xué)系統(tǒng)，是全球唯一可依據(jù)人眼視覺特征和物體真實物理屬性進行的現(xiàn)實場景仿真的專業(yè)軟件。高逼真的視覺仿真需要真實的物理光學(xué)屬性，以及真實的材料貼圖。

SPEOS Ansys SPEOS是Ansys公司開發(fā)功能強大的專業(yè)用于光學(xué)設(shè)計、環(huán)境與視覺模擬系統(tǒng)、成像應(yīng)用的光學(xué)仿真軟件, 強大的解決方案提供完美的可視化光學(xué)系統(tǒng)，和直觀的人機交互平臺，其仿真技術(shù)已經(jīng)廣泛用于航空, 航天, 軍工，汽車，軌道交通、通用照明等工業(yè)領(lǐng)域的研究機構(gòu)和知名公司，是全球少有的可依據(jù)人眼視覺特征和材料真實光學(xué)屬性進行的場景仿真的專業(yè)軟件。

當(dāng)然在仿真過程中，Speos支持加入場景環(huán)境光，使得系統(tǒng)的環(huán)境信息和顯示信息全部疊加到用戶的視野上。另外在人眼視覺條件下，激活人眼視覺參數(shù)可以模擬人眼的空間適應(yīng)性，調(diào)節(jié)人眼參數(shù)實現(xiàn)不同的人眼視覺結(jié)果，在可讀可視性分析中，可以分析場景環(huán)境下目標(biāo)信息的可識別性。

但要注意的是，任何增進NIR人眼追跡系統(tǒng)影像質(zhì)量的改變，都將對顯示器系統(tǒng)的成像造成負面的影響。此時，改以TrueFreeForm面進行設(shè)計便成了一個更好的選項。如果用戶想在不犧牲顯示器成像質(zhì)量的情況下改善人眼追跡系統(tǒng)，可以由S3 （即棱鏡最上方的面）的子孔徑優(yōu)化著手。

■ 利用Ansys平臺連接Ansys SPEOS及其他旗艦類求解器，可進行實驗設(shè)計 (DOE)，設(shè)計優(yōu)化和多物理場分析（例如光熱與光學(xué)機械）。 Ansys SPEOS特點Ansys SPEOS是全球唯一的與主流CAD軟件平臺結(jié)合的光學(xué)模擬分析軟件, 也是全球唯一可依據(jù)人眼視覺特征和材料真實光學(xué)屬性進行仿真的專業(yè)軟件。

使用到的產(chǎn)品Ansys Speos 2022 R2或更高版本，license為Enterprise版本能激活人眼視覺效果。

在本例中，我們介紹了一個仿真工作流程，用于在具有不同照明條件的特定環(huán)境中，從光學(xué)系統(tǒng)和CMOS成像器的組合中分析相機系統(tǒng)的圖像質(zhì)量。此示例主要涵蓋整個工作流程中的Ansys Speos部分。該光學(xué)系統(tǒng)采用Ansys Zemax OpticStudio設(shè)計，并導(dǎo)出到Ansys Speos進行系統(tǒng)級分析。CMOS成像器采用Ansys Lumerical設(shè)計，并導(dǎo)出至Ansys Speos。

在HUD系統(tǒng)內(nèi)，我們按照雜散光來源分為內(nèi)部雜散光和外部雜散光，其中內(nèi)部雜散光多是由HUD的成相單元（PGU）的部分光線打到結(jié)構(gòu)件上通過風(fēng)擋玻璃反光進入到人眼引起，或者是漏光照射到風(fēng)擋玻璃反光引起；外部雜散光則是由于太陽光照射引起， 一種照射到防塵罩引起反光，一種進入到HUD內(nèi)部，在成像單元上形成太陽灼燒。

產(chǎn)品概述 Speos 是Ansys 公司開發(fā)的專業(yè)用于光學(xué)設(shè)計、環(huán)境與視覺模擬系統(tǒng)、成像應(yīng)用的光學(xué)仿真軟件,已經(jīng)廣泛用于航空, 航天, 軍工，汽車，軌道交通、通用照明等領(lǐng)域，也可依據(jù)人眼視覺特征和材料真實光學(xué)屬性進行的場景仿真。

在轉(zhuǎn)換后的RGB堆層數(shù)據(jù)，在Speos中以光強分布的形式定義，在Speos中需要做的就是使用紅色、綠色和藍色的強度分布來定義顯示的RGB白色源，屬于整個系統(tǒng)的降階模型，因為不再需要具體的堆層信息，因為RGB光強數(shù)據(jù)已經(jīng)包含正確顏色和正確光分布信息，再通過Speos的texture功能在顯示器上生成圖像，以獲得更好的人眼視覺體驗。

傳統(tǒng)設(shè)計方式 對于人眼而言，存在一個虛擬的“遠點”，這個點代表了我們可以清楚看到物體的極限距離。在這個點之外的景物，將會成像于視網(wǎng)膜前方。當(dāng)眼球轉(zhuǎn)動時遠點的距離不會改變，因此會以這個距離為半徑形成一個“遠點球”。此外，遠點會是視網(wǎng)膜的光學(xué)共軛，因此眼鏡鏡片的功能就是把偏離的影像修正到遠點球上。人眼的瞳孔在此系統(tǒng)中充當(dāng)光圈的角色，且當(dāng)視線移動時，瞳孔將同步的以眼球為中心轉(zhuǎn)動。

模擬使用Speos GPU運行，得到完整的相機系統(tǒng)在相機成像sensor上的雜散光結(jié)果為四個太陽位置分別的成像效果。第四步：分析雜散光路徑序列，對一個太陽位置的雜散光進行抑制在第4步中，將通過利用Speos LXP和“序列檢測”功能，識別最關(guān)鍵的光線路徑序列(根據(jù)傳感器的照度)和導(dǎo)致5°太陽位置的成像儀上雜散光的物體相互作用。

概述 基于Ansys Speos軟件，可以準(zhǔn)確建立光學(xué)系統(tǒng)模型并進行成像效果仿真。在使用Speos進行光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計過程中，當(dāng)完成初始光學(xué)系統(tǒng)建模后，還需要進一步結(jié)合仿真結(jié)果，調(diào)整出滿足設(shè)計要求的系統(tǒng)參數(shù)，如果采用手動調(diào)整參數(shù)并執(zhí)行多次仿真的方式，會大大影響設(shè)計效率。