Tutorial de ray-tracing (Parte B): Editando fontes de luz

Na Parte A você carregou a demonstração de ray-tracing Reflection from film e inspecionou como os raios refletem em uma superfície rugosa derivada de uma imagem AFM. Nesta parte você aprenderá como editar as fontes de luz: alterando sua posição, orientação e padrão de emissão, e então executando novamente a simulação para ver como os raios refletidos respondem.

Passo 1: Abrir o editor de luz

Comece a partir da simulação que você criou na Parte A. Gire e aproxime a visualização para que você possa ver claramente um dos marcadores verdes de fonte de luz. Em seguida, clique com o botão direito na fonte de luz e escolha Edit object no menu de contexto, como mostrado em ??. Isso abre a janela do editor da fonte de luz.

Passo 2: Definir a posição e o tamanho (aba Object)

O editor da fonte de luz abre na aba Object (??). Esta aba é comum a muitos tipos de objeto no Optical Workbench. Ela controla:

• Offset (x, y, z): a posição do objeto no espaço 3D.
• xyz size (dx, dy, dz): o tamanho físico do objeto ao longo de cada eixo.
• Rotate: rotação em torno dos eixos x, y e z.
• Number of objects: quantas cópias do objeto são criadas em x, y, z.

Para nossa fonte de luz, os valores importantes são dx e dy, que especificam a largura e a altura da região emissora no plano x–y. Quando as rotações são definidas como zero, isso corresponde a uma região retangular plana alinhada com a grade. Essa região é então usada como área inicial a partir da qual feixes individuais são lançados.

Por enquanto, deixe a posição e o tamanho inalterados. Em partes posteriores do tutorial você pode experimentar tornar a fonte maior ou menor, ou criar múltiplas fontes usando os campos Number of objects.

Passo 3: Controlar os ângulos de emissão (aba Configure)

Em seguida, clique na aba Configure do editor. Isso exibe configurações que determinam como a fonte emite luz, como mostrado em ??.

Os campos principais são:

• Illuminate from: definido como xyz neste exemplo, significando que a fonte de luz está posicionada no espaço 3D e pode ser movida livremente usando as entradas Offset na aba Object.
• Rotate Theta (θ): o ângulo polar que define a direção principal de apontamento dos feixes, medido a partir do eixo z positivo.
• Rotate Phi (φ): o ângulo azimutal em torno do eixo z, medido no plano x–y.
• −Δθ, +Δθ e −Δφ, +Δφ: as faixas angulares em torno da direção central (θ, φ) ao longo das quais a fonte realiza a varredura. Nesta demonstração há um passo em θ e dez passos em φ, de modo que os feixes descrevem um leque na direção azimutal.
• Number of beams x / y: quantos raios independentes são lançados ao longo da região emissora nas direções x e y. Por exemplo, Number of beams x = 30 significa 30 posições distintas de feixe ao longo do eixo x.

Na configuração mostrada, θ está definido como 0°, então a direção principal de emissão é horizontal, enquanto φ = 30° significa que o leque de feixes está girado no plano x–y. Os passos de varredura em φ fazem a luz varrer lateralmente ao longo do detector.

Passo 4: Entendendo θ e φ na visualização 3D

Você pode razoavelmente perguntar: como eu sei para que lado apontam θ e φ? Para ajudar nisso, o Optical Workbench exibe pequenos marcadores de orientação em um canto da janela de simulação, como ilustrado em ??. Eles mostram os eixos x, y, z e as definições de θ e φ.

Se os marcadores não estiverem imediatamente visíveis, gire ou aproxime ligeiramente a visualização; eles estão sempre localizados perto de um dos cantos da cena 3D.

Passo 5: Apontar os feixes para baixo

Como exercício, você agora reorientará a fonte de luz para que ela aponte para baixo sobre o filme rugoso em vez de lateralmente.

1. Na aba Configure, ajuste Rotate Theta e Rotate Phi para que a direção principal do feixe seja em direção ao filme.
2. Mantenha as faixas (−Δθ, +Δθ, −Δφ, +Δφ) e o número de feixes inalterados por enquanto.
3. Clique em Rebuild na barra de ferramentas do editor de luz para aplicar as alterações.
4. Feche o editor e clique em Run simulation (ou pressione F9) para executar novamente o ray tracing.

Agora você deverá ver os raios atingirem a superfície a partir de cima, em vez de entrarem varrendo pela lateral. Comparar o novo padrão de raios com a configuração original é uma boa maneira de desenvolver intuição para os ângulos θ e φ.

Passo 6: Mover a fonte de luz em 3D

Depois de obter uma fonte apontando para baixo, você também pode movê-la lateralmente para iluminar diferentes regiões do filme rugoso. Na visualização 3D principal, selecione a fonte de luz e arraste-a com o botão esquerdo do mouse para uma nova posição próxima ao centro da superfície. Um exemplo é mostrado em ??.

Depois de mover a fonte, execute a simulação novamente e observe como a distribuição de raios no detector muda. Você também pode inspecionar as curvas atualizadas de eficiência do detector na aba Output, conforme descrito na Parte A.