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[原創(chuàng)]自由光學(xué)曲面自動設(shè)計與仿真（二）：三維曲面反饋修正 [復(fù)制鏈接]

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只看樓主倒序閱讀樓主發(fā)表于: 2015-06-27

現(xiàn)有的大多數(shù)的方法是基于點光源設(shè)計自由光學(xué)曲面，當(dāng)我們用實際光源文件進行仿真的時候，光學(xué)系統(tǒng)的性能便會偏離預(yù)期，一方面是由于自由光學(xué)曲面本身構(gòu)建過程中存在的法線矢量偏差，另一方面是由于光源偏離理想而引入的偏差。為了改善光學(xué)系統(tǒng)的性能，需要采用優(yōu)化的方法，一種是自動優(yōu)化法，通常需要成百上千次迭代，另一種比較有效的方法是反饋修正法，通常只需要幾次迭代便可以在很大程度上改善光學(xué)系統(tǒng)的照明效果。

考慮給予能量映射網(wǎng)格的自由光學(xué)曲面設(shè)計方法，設(shè)計過程主要分為以下幾個部分：（1）基于能量守恒方程一一對應(yīng)的劃分好光源和目標(biāo)之間的等能映射網(wǎng)格，在這里可以先劃分光源發(fā)光空間網(wǎng)格（uv），再對應(yīng)的劃分目標(biāo)照明平面的網(wǎng)格（xy），即uv-xy劃分，也可以逆向劃分，即xy-uv劃分。（2）基于上述映射關(guān)系，我們就可以基于Snell定律數(shù)值求解自由曲面表面數(shù)據(jù)點。目前常用的是幾何迭代法還有解微分方程的方法。由于映射關(guān)系劃分的隨意性，通常由此獲得的曲面離散點的法線矢量場不滿足曲面連續(xù)性條件，這時候通常需要引入非連續(xù)曲面，如果強制將曲面變光滑就會引入曲面法線矢量誤差，從而影響系統(tǒng)的性能。當(dāng)然，目前已經(jīng)有很多種方式來獲得一種可以滿足曲面連續(xù)性條件的映射關(guān)系，如橢球面拼接優(yōu)化法等，甚至可以直接求解monge-ampere方程。在這里，我們采用反饋修正法來補償這種誤差。（3）構(gòu)建出來曲面數(shù)據(jù)點之后就可以在建模軟件中進行建模，通常采用NURBS曲面都離散點進行插值擬合，為了使得設(shè)計更加自動化，我們用計算軟件MATLAB調(diào)用建模軟件Rhinos直接進行建模并輸出igs模型，進而我們可以用MATLAB調(diào)用光線追跡軟件對模型進行仿真，并用MATLAB調(diào)用仿真產(chǎn)生的照度或光強分布結(jié)果等，并用來對預(yù)設(shè)的映射關(guān)系進行反饋修正。

所有的過程中，MATLAB是核心，兼顧計算、建模、光線追跡以及反饋優(yōu)化。為增強代碼的擴展性，可以考慮將mapping的劃分、surface的構(gòu)建、Simulation和后續(xù)的Feedback進行分塊。所有過程都是自動完成的，只需要設(shè)定一個截止條件即可。

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[ 此帖被maoxianglong在2015-06-28 15:01重新編輯 ]

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崔粵鵬	光幣 +20	-	2015-07-01
yu-xuegang	光幣 +20	優(yōu)秀文章，支持！	2015-06-27
cyqdesign	光幣 +20	原創(chuàng)內(nèi)容，獎勵！	2015-06-27