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使用LightTools的光线路径功能进行仿真诊断

撰写人:思渤科技应用工程师 郑至翔


LightTools的光线路径功能提供可视化光线的最佳方法,并可分析光路对于接收器的影响。单一光线路径收集仿真过程中所遇到表面区域的列表。依相同顺序经过相同表面区域的所有光线,将会收集至单一光线路径中。您可以使用分析工具按特定条件过滤这些光线路径。此过滤功能有助于识别出不需要的光线(例如,杂散光)并可诊断模型中的潜在问题,例如:几何或建模错误。下图为LCOS投影机系统收集的光线路径范例,其中LCOS装置被切割为3x3特定色彩信道的数组。光线路径功能允许您各别分析每个色彩信道的路径,因为各个相同色彩通道中的光线经历相同的光线路径。

 

 


光线路径功能亦可应用于分析此模型的杂散光。例如:我们可以利用过滤路径功能,显示特定入射表面序列之光线,分析多次入射最后一片投影镜片的光线之影响。

 


此外,此篇文章将聚焦于如何使用光线路径功能诊断模型错误,例如:汇入较差质量的外部几何体,可能造成的位置错误与几何体错误。
对于向前模拟结果,您可于模拟输入的对话框中,启用光线报告(光线追迹>模拟输入),光线报告可以协助您评估所有终止与泄漏的光线,光线路径工具则可以协助您诊断造成问题的实际原因。


光线报告的信息

光线终止的种类

原因

终止光线

由于光学表面或材料特性的能量损耗,光线能量减弱至光线功率门坎

泄漏光线

由于模型错误,造成光线追迹引擎对于对象的交界点求解失败,因此光线终止,此类型的光线在模型中会失去能量

 

光线路径一般由指定的接收器进行收集。此范例中,我们关注于收集所有可能的表面,无关模型中的接收器。 


 


模拟过程中,光线可能因为多种原因造成错误情况,例如:
- 光线可能因为低于功率门坎而终止
- 光线可能因为模型错误而泄漏
- 其他各种原因,如非正确的模型几何体
 当在模拟中发现错误时,将会于控制面板窗口中显示错误或警告讯息。 


 


此处只有简短的讯息,未能直接显示具错误情况的光线,因此可使用光线路径功能来协助诊断此类型的问题。我们将利用简单的模型,说明基本的概念。


模型位置错误
以下简单的范例模型中,两块状物相邻放置并存在微小的空气间隙。因为一项建模的错误,第二个立方体稍微向后倾斜,此模型的小错误将在仿真时产生错误讯息。注意此讯息指出表面Cube_2.TopSurface 与Cube_2.RightSurface可能与其他几何体重迭。
然而,预览光线并未能指出任何显着的问题。预设预览光线为模拟中的前100条光线,而这些光线可能并没有经过模型中的重叠区域。

 


由启用所有光线的光线路径收集,并重新仿真,我们可以得到以下的结果。每个颜色对应到不同路径的光线。


 


在光线路径对话框中(分析>光线路径),我们可以看到所有的光线路径在仿真过程中被收集。若以最终表面字段进行排序,将可观察模拟中发生错误形况的光线。我们看到有两个路径的最终表面和仿真过程中产生错误讯息的表面相同:Cube_2.TopSurface 与 Cube_2.RightSurface,但于此模型中,我们不预期有任何的光线在通过两个块状体至远场接收器前会终止。 


 


而利用显示这两个光线路径并关闭所有其他光线路径,我们可以在模型中观察所对应的光线路径。 



此例中,模型的错误情况可以透过移除第二个块状物的倾斜角来修正。



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