初级品质培训教材2011-2-25(1)

Lighttool（十二）,光源,一、光源类型,1、点光源：点光源没有物理尺寸上的范围；光线从一个单独的点发出，不存在体积的差异。用户可以指定发光的方向分布，默认情况下光线向各个方向均匀发射。,2、面光源,面光源整体为三维几何体，但发光点只分布在几何体的表面。可以指定某个面是否为发光面，以及它的发光角度分布和空间分布。还能指定光线向光源几何体外部还是内部发射。面光源默认属性不会改变其他光线，其面属性可以修改（同前）。注意：面光源不能够与其他三维对象发生重叠，包括其他的面光源。,3、体光源,体光源形状和面光源相同，都具有立体形状，发光点分布在几何体内部。体光源只是一个虚拟几何体，用于限制发光点在空间中的分布，对于光线模拟没有任何影响（光线穿过体光源时径直穿过，完全不受影响）。体光源和其他光学元件在空间上互相重叠，发出的光线在元件表面上受到光学性质影响。,4、光线数据光源,把某些光线参数记录下来作为参考数据，光源。利用接收器记录下某些个关键位置的光线数据，当对这些关键位置做成修改之后，下次模拟时可以直接使用这些光线，无需再次计算。用装在适当位置的接收器来记录光线数据。把某此光线模拟得到的数据作为光源分布，可以直接得到光源的模拟光线分布，可以省略计算过程。常用于在设计过程中间，对某些参数做修改后重新模拟计算。,二、光源属性,三种不同的光源的属性设置有相同的地方，也有不同的地方。,1、显示属性,选择显示标签,设置光源瞄准球的线条颜色,设置光源或其他光学元件所在的图层（总共32层），可以单独设置这一层中的元件为可见或隐藏。不影响实际光线模拟效果。,设置光源瞄准球的线条类型。,2、坐标属性,选择坐标标签,2、设定光源的几何中心的绝对坐标。,3、设定体光源的对称轴在空间中的方向。,圆柱体的方向（面光源或体光源）,3、放射属性,选择放射标签,1、选择放射单位类型：辐射能量单位瓦特；光通量单位流明。,2、选择起始点材料类型。,3、选择角分布均匀分布；自定义分布。,4、设定瞄准方式方向球；目标面。,光源起始点分类,1、起始点：真实的光源发光区域一般不是直接暴露在空气中，而是被介质（空气、玻璃、有机玻璃）包围，起到保护或调节光线方向作用，所以光源的起点所在位置的介质材料需要经过设置。2、选择方式：（1）自动模式（最慢、最准确）；（2）沉浸模式（最快、设定时要求最严格）；（3）半自动模式（速度适中）。3、修改默认值：EditPreferencesDefaultsSoruces,长方体玻璃透镜,圆柱面光源,光线起始点,1、自动方式：系统求出每一个光线起始点的坐标，判断是否在某种介质材料内部，然后计算其光路；,2、浸没方式：不经过计算直接判断所有光线起始点在某种介质中，然后计算其光路。在模拟前要手动将光源浸没在其他元件中，如果光源只是部分浸没，则不适用这种方式。,3、半自动方式：系统判断光源上少数几个起始点（10个以下）所在介质，如果都属于某一种介质内，则判断光源上所有起始点点都在该介质内。,方向球和目标面,方向球和目标面都是为了定义光源发出的光线照射方向。方向球是利用球坐标定义从光源上的发光点出发的光线方向。它的基本方法是以发光点为球心做一个球面，发光点发出的任意一条光线都将穿过该球面，和球面的交点坐标可以用来表示该光线的方向。发光点发出的所有光线和球的交点连起来形成一个连续面，该面可以用两个夹角表示上下边界角。目标面是定义光源上的发光点到目标平面上任一点的方向来定义光线方向。基本方法是在目标平面上任意选取一点，和光源上任意一个发光点联系起来，连线就表示发光方向。,方向球,指定从光源发出的光线的角度范围,做一条通过发光点的直线作为Z轴。从Z轴正方向向下转动上边界角（UpperAngle），继续往下转动到下边界角（LowAngle），上下边界角形成的扇形绕Z轴转动360所形成的区域就是光线所允许的方向。如果上边界角为0，下边界角为180，则为全空间发光。,上边界角,下边界角,允许方向,不允许方向,方向球参数,如果在放射属性窗口选择了方向对准方式为方向球方式，在属性对话框中会出现“方向球”标签。,1、设置光线发射方向的上下边界角。,2、设置方向球的Z轴坐标方向。通过调整Alpha角和Beta角来改变Z轴的指向。,3、设置在工作窗口中是否显示方向球（画出点光源时所附带的球）。,目标面,在对准面上定义一定数量的点，然后使用这些点来决定在方向余弦空间的对准面的范围，这样就可以近似定义一个对准面对应的立体角（PSA）的范围。在这种计算中，使用的点越多，追迹穿过对准面的光线轨迹的时间就越长,目标面参数设置,在这里可以修改目标平面的形状、大小、方向、角度。,说明,无论是方向球还是目标面，都对光源中所有的发光点起作用。对于方向球而言，Z轴正方向默认为光源的几何对称轴方向平行，可以通过修改相对坐标来修改。当上下边界角大于90时，可以将Z轴正向转动180，然后将上下边界角设置为小于90。（例如边界角范围为120至150，将Z轴正向转动180后，设置边界角范围为30至60）。目标面在设置时要注意方向，目标面虽然只有一个平面，但可以分为入射面和出射面，由法线方向决定入射面方向。所以从不同的方向入射时会有不同的结果，如果目标面的法线方向和发光点到目标面的光线方向相反时（即出射面正对光源），则模拟出错，自动模拟终止。这时可以修改目标面的角度，使其转动180，入射面和光源相对。,练习,1、做点光源，发光上下边界角为45到120，球体Z轴正向为坐标轴Y轴正方向。2、做一个球形面光源，发光上下边界角为60到120，球体Z轴正向为坐标轴X轴正方向。3、做一个点光源，发光效果如下页。角度范围从120到160。,方向球范例,可以在这里放置一个直径5mm左右的平面透镜，而光线不会穿过透镜。,目标面练习,1、有一个直径20mm的平面透镜，在透镜主轴上距离透镜表面40mm处有一个直径5mm的球光源，设置让球光源发出的光线照射在透镜中心一个15*15mm2的区域内。在透镜表面添加一个表面接收器（选择透镜，右击鼠标，在弹出窗口中选择命令“AddReceiver”。执行蒙特卡洛光线模拟。2、一个边长为20mm的方形平面透镜，由一个球形面光源发光，照射在透镜左上角一个直径4mm的原型区域内。球形面光源在透镜正上方50mm处，球心在透镜主轴上。,面光源发光面设置,对面光源，虽然具有三维立体结构，但发光点只分布在面上。可以单独设置每个面是否发光，以及发光方向是向外还是向内。,1、设置光强分布（朗伯分布、均匀分布、自定义分布）。,2、设置空间分布（均匀分布、自定义分布）。,3、设置发光方向（向外、向内、两边）。,练习：圆柱体发光面设置,（c）,（b）,（a）,圆柱体面光源一共有三个面：两个底面和一个柱面（侧面），分别设置它们的发光属性使得符合下面的效果。,4、光谱分布,在Lighttools系统中，每条光线只能代表一个波长的光线。而实际的光源都是由很多波长的光线组成，每个波长的光的辐射强度都不同，以波长为横坐标，辐射强度为纵坐标就是光谱分布图。Lighttools系统可以设定某个光源能够发出不同波长的光，不同的波长可以有不同的权重（比例）和显示颜色。在表格中直接点击后或者直接输入或者用下拉列表修改。条。,光源波长系数权重系数,可任意定义离散或连续的光谱分布，以及辐射量或光通量在光谱分布中的比例。默认模式：单一波长550nm，比例100%。可以设置波长、波长比例以及颜色。例如设置三个波长分别为650nm，550nm，400nm。波长比例分别为6,3,1。颜色分布为红、绿、紫。光线模拟线条为10000条。那么就分别画出红色约6000条，绿色约3000条，紫色约1000条。,用表格设置波长,1、设置不同波长。,2、设置不同权重。,3、设置光路颜色。,表示显示模式,练习：三棱镜,设置一个点光源，光谱仅含两个波长：400nm和700nm，经过抛物面反射镜后变成两束平行光，穿过三棱镜后变成两束方向有区别的平行光，再经过一个抛物面反射镜后形成两个不同的焦点。,练习：螺旋灯丝,一、做一个超环面光源。修改其参数为180度，其中角度为15度，其中两个底面不发光。,修改为180,针对Y轴,复制一个半环面光源，并旋转180度。,3、调整角度距离，使得两个环首尾相连。（使用MoveSnapObject命令，需要准确点击选中环的截面）,错误选择：如图所示，如果选择侧面（红色显示部分），则无法将两个截面正式对齐。,4、重复复制粘贴上面的部件，得到螺旋灯丝。,可以逐个添加，也可以在建立第一对模型后，使用“阵列复制”命令，一次操作就完成整个灯丝模型建立。,RectArrayXYZ180,0,01XYZ180,0,010XYZ180,0,33,说明,在真实的灯丝中，灯丝的端面比灯丝的中心温度要低并且发出的光也少；在这个灯丝模型中可以通过设置灯丝的外部比内部的总功率小来仿真实际的光源。另外，螺旋面的表面属性可以通过一个被指定的矩形区域指定为reflectingLambertianscatters,可以指定一个值，如50。这可以允许从灯丝一部分辐射出的光线到达灯丝其它部分时发生反射，这就模拟了真实的灯丝。,五、光源功率（光通量）,光源总功率是光源所发出的所有功率。可以指定其发射方向或发射平面（可以选择是否显示发射区域）。,显示光线角度，不表示光线位置,范例：弧光灯光强分布,组成方法,用七个圆柱体体光源组成，互相嵌套形成一个整体灯。,体积与功率,将整个灯具的光通量视为100，每个光源的光通量和体积成正比。所以发光功率和体积成正比。发光强度和体积成反比。Pi=P*（Vi/V),1、制作一个最大的圆柱体体光源（20%的等光度面）,2、点击圆柱体的侧面，使用移动命令，移动到中心和坐标轴原点重合。,3、复制得到40%体光源,点击第一个体光源侧面，保证标志点在圆柱体中心位置，然后使用拷贝命令：CopyXYZ0,0,0点击第二个体光源，将直径修改为0.70（半径0.35）。,效果图,4、建立60%体光源,点击体光源侧面，使用拷贝命令建立第三个体光源。,设置第三个体光源的直径为0.35（半径0.175），长度1。,使用移动命令（Move）将体光源移动到位置-1处。,5、建立第四个体光源,点击第三个体光源侧面，使得标志点在中心。使用复制命令直接将第四个体光源复制在位置0.95处（两个光源形状体积都相同）。,6、用类似的方法建立剩下三个体光源。,7、设定各个光源的光通量,六、Apodization(分布函数/切趾法)（略）,分布函数法:在发光范围内,用角或空间的定义方式割成一个一个小区块,每个区块可以定义同的能,如此可得