Samouczek dotyczący śledzenia promieni (część B): edycja źródeł światła

W części Część A załadowano przykład „Refleksja” z demonstracji śledzenia promieni, a następnie przeanalizowano, jak promienie odbijają się od chropowatej powierzchni, której model stworzono na podstawie obrazu uzyskanego za pomocą mikroskopu sił atomowych (AFM). W tej części dowiesz się, jak edytować źródła światła: zmieniać ich położenie, orientację i sposób emisji, a następnie ponownie uruchomić symulację, aby zobaczyć, jak odbite promienie reagują na te zmiany.

Krok 1: Otwórz edytor oświetlenia.

Rozpocznij od symulacji, którą utworzyłeś w części A. Obróć i powiększ widok, aby wyraźnie zobaczyć jeden z znaczników źródła zielonego światła. Następnie kliknij prawym przyciskiem myszy na źródło światła i wybierz opcję „Edytuj obiekt” z menu kontekstowego, jak pokazano na ilustracji ??. Spowoduje to otwarcie okna edytora źródła światła.

Krok 2: Ustaw położenie i rozmiar (zakładka „Obiekt”).

Edytor źródła światła otwiera się na karcie „Obiekt” (??). Ta karta jest wspólna dla wielu typów obiektów w programie Optical Workbench. Służy do sterowania następującymi parametrami:

• Przesunięcie (x, y, z): pozycja obiektu w przestrzeni trójwymiarowej.
• wymiary xyz (dx, dy, dz): fizyczne wymiary obiektu wzdłuż każdej osi.
• Obrót: obrót wokół osi x, y i z.
• Liczba obiektów: ile kopii danego obiektu jest tworzonych w przestrzeni x, y, z.

W przypadku naszego źródła światła istotne są wartości dx i dy, które określają szerokość i wysokość obszaru emitującego światło w płaszczyźnie x–y. Gdy kąt obrotu jest ustawiony na zero, odpowiada to płaskiej, prostokątnej powierzchni, która jest wyrównana do siatki. Następnie powierzchnia ta jest wykorzystywana jako obszar początkowy, z którego emitowane są poszczególne wiązki.

Na razie pozostaw ustawienia dotyczące położenia i rozmiaru bez zmian. W dalszych częściach instrukcji możesz eksperymentować, zmieniając rozmiar źródła światła lub tworząc wiele źródeł, korzystając z pola „Liczba obiektów”.

Krok 3: Regulacja kątów emisji (zakładka Konfiguracja)

Następnie kliknij zakładkę „Konfiguracja” w edytorze. Wyświetli ona ustawienia, które określają sposób, w jaki źródło światła emituje światło, jak pokazano na ilustracji ??.

Najważniejsze obszary to:

• Źródło światła: w tym przykładzie ustawione na xyz, co oznacza, że źródło światła znajduje się w przestrzeni 3D i można je swobodnie przesuwać za pomocą pól przesunięcia na karcie Obiekt.
• Obróć o kąt Theta (θ): kąt w układzie współrzędnych biegunowych, który określa główny kierunek emisji wiązki, mierzony od dodatniej osi z.
• Obróć o kąt Phi (φ): kąt azymutalny względem osi z, mierzony w płaszczyźnie x–y.
• −Δθ, +Δθ i −Δφ, +Δφ: zakresy kątów wokół centralnego kierunku (θ, φ), w których źródło przesuwa się. W tej demonstracji występuje jeden krok w θ i dziesięć kroków w φ, dzięki czemu wiązki tworzą wachlarz w kierunku azymutalnym.
• Liczba wiązek w kierunku x/y: określa, ile niezależnych wiązek jest emitowanych w kierunkach x i y. Na przykład, Number of beams x = 30 oznacza 30 różnych pozycji wiązek wzdłuż osi x.

W przedstawionej konfiguracji wartość θ jest ustawiona na 0°, co oznacza, że główny kierunek emisji jest poziomy, natomiast wartość φ = 30° powoduje obrót wiązki promieni w płaszczyźnie x–y. Kroki skanowania w osi φ powodują, że światło przesuwa się na boki, oświetlając detektor.

Krok 4: Zrozumienie oznaczeń θ i φ w widoku 3D.

Można słusznie zapytać: jak mogę ustalić, w którą stronę skierowane są osie θ i φ? Aby ułatwić to zadanie, program Optical Workbench wyświetla w jednym z rogów okna symulacji małe wskaźniki orientacji, jak pokazano na ilustracji ??. Wskaźniki te przedstawiają osie x, y, z oraz definicje θ i φ.

Jeśli znaczniki nie są od razu widoczne, nieznacznie obróć lub powiększ widok; zawsze znajdują się one w pobliżu jednego z rogów sceny 3D.

Krok 5: Skieruj promienie w dół.

W ramach ćwiczenia, proszę teraz zmienić ustawienie źródła światła tak, aby świeciło ono w dół, na powierzchnię filmu, zamiast na bok.

1. Na karcie „Konfiguracja” dostosuj wartości parametrów „Obrót Theta” i „Obrót Fi” tak, aby główny kierunek wiązki był skierowany w stronę filmu.
2. Na razie pozostawmy bez zmian zakresy (−Δθ, +Δθ, −Δφ, +Δφ) oraz liczbę wiązek.
3. Kliknij przycisk „Odbuduj” na pasku narzędzi edytora oświetlenia, aby zastosować zmiany.
4. Zamknij edytor i kliknij. Uruchom symulację. lub naciśnij F9) ponowne uruchomienie algorytmu śledzenia promieni.

Powinno być widać, że promienie padają teraz na powierzchnię z góry, a nie wpadają z boku. Porównanie nowego układu promieni z pierwotną konfiguracją jest dobrym sposobem na rozwinięcie intuicji dotyczącej kątów θ i φ.

Krok 6: Przesuń źródło światła w przestrzeni trójwymiarowej.

Gdy już ustawisz źródło światła skierowane w dół, możesz również przesuwać je w bok, aby oświetlić różne obszary chropowatej powierzchni. W głównym widoku 3D wybierz źródło światła i przeciągnij je lewym przyciskiem myszy do nowej pozycji w pobliżu środka powierzchni. Przykład przedstawiono na ilustracji ??.

Po przesunięciu źródła uruchom ponownie symulację i obserwuj, jak zmienia się rozkład promieni na detektorze. Możesz również sprawdzić zaktualizowane krzywe wydajności detektora w zakładce „Wyniki”, zgodnie z opisem w części A.