Οδηγός για την τεχνική Ray Tracing (Μέρος Β): Επεξεργασία πηγών φωτός

Στο Μέρος Α, φορτώσατε την προσομοίωση αντανάκλασης από την επίδειξη ιχνηλάτησης ακτίνων και εξετάσατε πώς οι ακτίνες ανακλώνται από μια τραχιά επιφάνεια που προέρχεται από μια εικόνα AFM. Σε αυτό το μέρος, θα μάθετε πώς να επεξεργάζεστε τις πηγές φωτός: αλλάζοντας τη θέση, τον προσανατολισμό και το μοτίβο εκπομπής τους, και στη συνέχεια θα εκτελέσετε ξανά την προσομοίωση για να δείτε πώς αντιδρούν οι ανακλώμενες ακτίνες.

Βήμα 1: Ανοίξτε τον επεξεργαστή φωτισμού.

Ξεκινήστε από την προσομοίωση που δημιουργήσατε στο Μέρος Α. Περιστρέψτε και κάντε ζουμ στην προβολή, ώστε να μπορείτε να δείτε καθαρά έναν από τους δείκτες της πηγής πράσινου φωτός. Στη συνέχεια, κάντε δεξί κλικ στην πηγή φωτός και επιλέξτε «Επεξεργασία αντικειμένου» από το αναδυόμενο μενού, όπως φαίνεται στην εικόνα ??. Αυτό θα ανοίξει το παράθυρο επεξεργασίας της πηγής φωτός.

Βήμα 2: Ορίστε τη θέση και το μέγεθος (καρτέλα Αντικείμενο).

Ο επεξεργαστής πηγής φωτός ανοίγει στην καρτέλα "Αντικείμενο" (??). Αυτή η καρτέλα είναι κοινή για πολλούς τύπους αντικειμένων στο Οπτικό Εργαστήριο. Ελέγχει:

• Μετατόπιση (x, y, z): η θέση του αντικειμένου στον τρισδιάστατο χώρο.
• μέγεθος xyz (dx, dy, dz): οι φυσικές διαστάσεις του αντικειμένου κατά μήκος κάθε άξονα.
• Περιστροφή: περιστροφή γύρω από τους άξονες x, y και z.
• Αριθμός αντικειμένων: πόσα αντίγραφα του αντικειμένου δημιουργούνται στις διαστάσεις x, y, z.

Για την πηγή φωτός μας, οι σημαντικές παράμετροι είναι οι dx και dy, οι οποίες καθορίζουν το πλάτος και το ύψος της περιοχής εκπομπής στο επίπεδο x–y. Όταν οι περιστροφές ορίζονται σε μηδέν, αυτό αντιστοιχεί σε μια επίπεδη, ορθογώνια περιοχή που είναι ευθυγραμμισμένη με το πλέγμα. Αυτή η περιοχή χρησιμοποιείται στη συνέχεια ως η αρχική περιοχή από την οποία εκπέμπονται οι μεμονωμένες ακτίνες.

Προς το παρόν, αφήστε τη θέση και το μέγεθος ως έχουν. Στα επόμενα μέρη του οδηγού, μπορείτε να πειραματιστείτε με την αλλαγή του μεγέθους της πηγής ή τη δημιουργία πολλαπλών πηγών χρησιμοποιώντας τα πεδία "Αριθμός αντικειμένων".

Βήμα 3: Ελέγξτε τις γωνίες εκπομπής (καρτέλα Διαμόρφωση).

Στη συνέχεια, κάντε κλικ στην καρτέλα "Ρυθμίσεις" του επεξεργαστή. Αυτό εμφανίζει τις ρυθμίσεις που καθορίζουν τον τρόπο με τον οποίο η πηγή εκπέμπει φως, όπως φαίνεται στην εικόνα ??.

Τα βασικά πεδία είναι:

• Φωτίστε από: στην παρούσα περίπτωση, έχει οριστεί σε xyz, πράγμα που σημαίνει ότι η πηγή φωτός τοποθετείται στον τρισδιάστατο χώρο και μπορεί να μετακινηθεί ελεύθερα χρησιμοποιώντας τις τιμές μετατόπισης στην καρτέλα "Αντικείμενο".
• Περιστρέψτε το Θήτα (θ): η πολική γωνία που καθορίζει την κύρια κατεύθυνση των ακτίνων, μετρούμενη από τον θετικό άξονα z.
• Περιστρέψτε το Φ: την αζιμουθιακή γωνία γύρω από τον άξονα z, η οποία μετράται στο επίπεδο x–y.
• −Δθ, +Δθ και −Δφ, +Δφ: οι γωνιακές περιοχές γύρω από την κεντρική κατεύθυνση (θ, φ) στις οποίες πραγματοποιείται η σάρωση της πηγής. Σε αυτή την επίδειξη, υπάρχει ένα βήμα στο θ και δέκα βήματα στο φ, επομένως οι δέσμες σαρώνουν σχηματίζοντας ένα πλέγμα στην αζιμουθιακή κατεύθυνση.
• Αριθμός ακτίνων x / y: πόσες ανεξάρτητες ακτίνες εκπέμπονται κατά μήκος της εκπεμπόμενης επιφάνειας στις κατευθύνσεις x και y. Για παράδειγμα, Number of beams x = 30 σημαίνει 30 διακριτές θέσεις ακτίνων κατά μήκος του άξονα x.

Στη διαμόρφωση που παρουσιάζεται, η γωνία θ έχει ρυθμιστεί στις 0°, επομένως η κύρια κατεύθυνση εκπομπής είναι οριζόντια, ενώ η φ = 30° σημαίνει ότι η δέσμη ακτίνων περιστρέφεται στο επίπεδο x–y. Τα βήματα σάρωσης στην γωνία φ προκαλούν την πλευρική σάρωση του φωτός πάνω στον ανιχνευτή.

Βήμα 4: Κατανόηση των γωνιών θ και φ στην τρισδιάστατη προβολή.

Είναι λογικό να αναρωτηθείτε: πώς μπορώ να καταλάβω ποια είναι η φορά των θ και φ; Για να σας βοηθήσουμε σε αυτό, το Optical Workbench εμφανίζει μικρούς δείκτες προσανατολισμού σε μια από τις γωνίες του παραθύρου προσομοίωσης, όπως απεικονίζεται στην εικόνα ??. Αυτοί δείχνουν τους άξονες x, y, z και τους ορισμούς των θ και φ.

Εάν οι δείκτες δεν είναι άμεσα ορατοί, περιστρέψτε ή κάντε ζουμ στην προβολή ελαφρώς· βρίσκονται πάντα κοντά σε μία από τις γωνίες της τρισδιάστατης σκηνής.

Βήμα 5: Στρέψτε τις δοκούς προς τα κάτω.

Ως άσκηση, θα επανατοποθετήσετε τώρα την πηγή φωτός, έτσι ώστε να φωτίζει την τραχιά επιφάνεια της ταινίας από κάτω και όχι πλάγια.

1. Στην καρτέλα «Ρυθμίσεις», ρυθμίστε τις παραμέτρους «Περιστροφή Θήτα» και «Περιστροφή Φι» έτσι ώστε η κύρια κατεύθυνση της δέσμης να είναι προς την ταινία.
2. Για την ώρα, διατηρήστε τις ίδιες τιμές για τα εύρη (−Δθ, +Δθ, −Δφ, +Δφ) και τον αριθμό των ακτίνων.
3. Κάντε κλικ στην επιλογή "Ανακατασκευή" στη γραμμή εργαλείων του επεξεργαστή φωτισμού για να εφαρμόσετε τις αλλαγές.
4. Κλείστε τον επεξεργαστή και κάντε κλικ. Εκτέλεση προσομοίωσης. (ή πατήστε) F9) για να εκτελέσετε ξανά την ακτινογραφική προσομοίωση.

Θα πρέπει να βλέπετε τώρα τις ακτίνες να προσκρούουν στην επιφάνεια από πάνω, αντί να εισέρχονται από το πλάι. Η σύγκριση του νέου μοτίβου ακτίνων με την αρχική διαμόρφωση είναι ένας καλός τρόπος για να αποκτήσετε μια καλύτερη αίσθηση των γωνιών θ και φ.

Βήμα 6: Μετακινήστε την πηγή φωτός σε τρεις διαστάσεις.

Αφού έχετε μια πηγή φωτός που εκπέμπει προς τα κάτω, μπορείτε επίσης να τη μετακινήσετε πλευρικά για να φωτίσετε διαφορετικές περιοχές της τραχιάς επιφάνειας. Στην κύρια τρισδιάστατη προβολή, επιλέξτε την πηγή φωτός και σύρετέ την με το αριστερό κουμπί του ποντικιού σε μια νέα θέση κοντά στο κέντρο της επιφάνειας. Ένα παράδειγμα φαίνεται στην εικόνα ??.

Αφού μετακινήσετε την πηγή, εκτελέστε ξανά την προσομοίωση και παρατηρήστε πώς αλλάζει η κατανομή των ακτίνων στον ανιχνευτή. Μπορείτε επίσης να ελέγξετε τις ενημερωμένες καμπύλες απόδοσης του ανιχνευτή στην καρτέλα "Έξοδος", όπως περιγράφεται στο Μέρος Α.