Εκπαιδευτικό πρόγραμμα για την τεχνική Ray-tracing (Μέρος Α): Επίδειξη MicroLens (γρήγορη εκκίνηση)

Σε αυτό το εκπαιδευτικό πρόγραμμα, θα χρησιμοποιήσετε τον αλγόριθμο ανίχνευσης ακτίνων (ray tracer) της OghmaNano για να εξερευνήσετε μια διάταξη μικροφακών με ένα διάφραγμα και έναν ανιχνευτή. Αρχικά, θα εκτελέσετε την επίδειξη με τις προεπιλεγμένες ρυθμίσεις και, στη συνέχεια, θα ενεργοποιήσετε τις ανακλάσεις και τις διαδρομές ακτίνων πολλαπλών ανακλάσεων, ώστε να μπορείτε να δείτε τη διάχυτη ακτινοβολία (ανεπιθύμητες ακτίνες που φτάνουν στον ανιχνευτή μέσω έμμεσων διαδρομών) και τις «φασματικές» διαδρομές που προκαλούνται από πολλαπλές ανακλάσεις.

1. Δημιουργήστε μια νέα προσομοίωση MicroLens.

Εκκινήστε το OghmaNano. Στο κύριο παράθυρο, κάντε κλικ στην επιλογή "Νέα προσομοίωση". Αυτό ανοίγει τη βιβλιοθήκη τύπων συσκευών, όπως φαίνεται στην εικόνα ??. Στη λίστα των έργων ιχνηλάτησης ακτίνων, κάντε διπλό κλικ στην επιλογή "Μικροφακός" (??) και, στη συνέχεια, επιλέξτε έναν φάκελο όπου θα αποθηκευτεί η προσομοίωση. Όπως σε όλες τις προσομοιώσεις OghmaNano, είναι καλύτερο να χρησιμοποιείτε έναν τοπικό φάκελο (για παράδειγμα, στον δίσκο C:\) και όχι έναν δικτυακό ή αποθηκευτικό χώρο στο cloud.

2. Ελέγξτε τον ανιχνευτή, το διάφραγμα και τους μικροφακούς.

Αφού φορτωθεί η προσομοίωση, ανοίγει το Optical Workbench και εμφανίζει την τρισδιάστατη σκηνή (??). Η σκηνή περιέχει: (i) έναν ανιχνευτή (μωβ πλέγμα) κοντά στην κορυφή, (ii) ένα διάφραγμα (μπλε τετράγωνη πλάκα με μια κυκλική οπή), (iii) μια συστοιχία μικροφακών (κόκκινοι θόλοι) πάνω σε ένα υπόστρωμα. Το συνολικό μέγεθος της σκηνής είναι περίπου 4 cm × 4 cm × 5 cm: είναι μικροί φακοί, αλλά όχι μικροκλίμακας στην αυστηρή έννοια του όρου.

Μπορείτε να περιηγηθείτε στην τρισδιάστατη προβολή χρησιμοποιώντας το ποντίκι:

• Αριστερό κουμπί του ποντικιού: περιστρέψτε την σκηνή.
• Δεξί κουμπί του ποντικιού: μετακινήστε την προβολή.
• Ροδέλα ποντικιού: μεγέθυνση και σμίκρυνση.

Περιστρέψτε την κάμερα έτσι ώστε να βλέπετε την κάτω πλευρά των θολωτών μικροφακών. Θα δείτε την περιοχή της πηγής φωτός κάτω από την διάταξη (??). Σε αυτή την επίδειξη, το φως εκπέμπεται από κάτω από τους μικροφακούς και διαδίδεται προς τα πάνω, προς το διάφραγμα και τον ανιχνευτή. Μπορείτε να θεωρήσετε τα οπτικά στοιχεία πάνω από την διάταξη ως ένα απλοποιημένο «σύστημα συλλογής» (για παράδειγμα, έναν φακό κάμερας ή μικροσκοπίου συν ένα διάφραγμα), του οποίου η λειτουργία είναι να δέχεται μόνο ένα υποσύνολο των ακτίνων που εκπέμπονται από την διάταξη μικροφακών.

3. Εκτελέστε την προκαθορισμένη προσομοίωση ακτινικής ανίχνευσης.

Κάντε κλικ Εκτέλεση προσομοίωσης. (μπλε εικονίδιο αναπαραγωγής) ή πατήστε F9Θα πρέπει να βλέπετε τις ακτίνες να εκπέμπονται από την πηγή, να διαθλώνται από τον μικροφακό, να περνούν μέσα από το διάφραγμα και στη συνέχεια να συλλαμβάνονται από την επιφάνεια του ανιχνευτή.??). Στις προεπιλεγμένες ρυθμίσεις, η μηχανή ακτίνων μπορεί να τερματίσει τις ακτίνες πρόωρα ή να αγνοήσει ορισμένες αλληλεπιδράσεις, προκειμένου να διατηρήσει την καθαρότητα και την ταχύτητα της σκηνής. Στο επόμενο βήμα, θα αυξήσουμε σκόπιμα την ποσότητα της φυσικής των ακτίνων που εμφανίζεται, ώστε να μπορέσουμε να μελετήσουμε τις έμμεσες διαδρομές.

Βήμα 5: Ενεργοποιήστε τις ανακλάσεις και τις ακτίνες πολλαπλών ανακλάσεων (διασκορπισμένο φως / διαδρομές φαντασμάτων).

Στα πρακτικά οπτικά συστήματα, το ανεπιθύμητο φως μπορεί να φτάσει στον ανιχνευτή μέσω έμμεσων διαδρομών: πολλαπλές ανακλάσεις, «αναπηδήσεις» σε λοξές γωνίες στις επιφάνειες και διαδρομές που τέμνουν το διάφραγμα και επανεισέρχονται στο σύστημα. Συνολικά, αυτές οι επιδράσεις συμβάλλουν στο φαινόμενο του περιπλανώμενου φωτός και, όταν η ίδια δέσμη φτάνει στον ανιχνευτή μέσω περισσότερων από μιας ακολουθίας ανακλάσεων, συχνά περιγράφεται ως μια «φασματική διαδρομή». Αυτά τα φαινόμενα σχετίζονται στενά με το οπτικό φλας και την οπτική θολότητα στα συστήματα απεικόνισης.

Για να δείτε αυτά τα εφέ στην επίδειξη, ανοίξτε την καρτέλα "Οπτικά" (??) και κάντε κλικ στο "Επεξεργαστής ακτίνων". Αυτό θα ανοίξει το παράθυρο διαμόρφωσης (??). Ορίστε τις παραμέτρους ως εξής:

• Ελάχιστη ένταση ακτίνας: ορίζεται σε 0.01. Οι ακτίνες τερματίζονται όταν η έντασή τους πέσει κάτω από το 1% της αρχικής έντασης· αυτό αποτρέπει την εμφάνιση υπερβολικά πολλών ακτίνων με πολύ χαμηλή ένταση.
• Μέγιστος αριθμός ανακλάσεων: ορίζεται σε 15. Αυτό επιτρέπει στις ακτίνες να υφίστανται πολλαπλές ανακλάσεις/διαθλάσεις, κάτι που είναι απαραίτητο για την απεικόνιση της συμπεριφοράς της διασκορπισμένης φωτεινής ακτινοβολίας και των «φανταστικών» διαδρομών.
• Ενεργοποιήστε τις επιλογές «Προσομοίωση ανακλώμενων ακτίνων» και «Προσομοίωση διαπερατών ακτίνων». Η ενεργοποίηση και των δύο αυξάνει το υπολογιστικό κόστος, αλλά είναι απαραίτητη εδώ, επειδή θέλουμε να δούμε τόσο τις προβλεπόμενες διαδρομές μετάδοσης όσο και τις ανεπιθύμητες ανακλώμενες διαδρομές.

Εκτελέστε ξανά την προσομοίωση.F9). Με τις ενεργοποιημένες τις ανακλάσεις και τις πρόσθετες αναπηδήσεις, θα δείτε ένα πολύ πιο πλούσιο σύνολο διαδρομών ακτίνων, συμπεριλαμβανομένων των έμμεσων ακτίνων που κανονικά θα καταστέλλονταν. Η σκηνή θα πρέπει να μοιάζει με ?? και ??