[发明专利]基于辐射传输模型的杂散辐射光线追迹方法及装置

说明书

本发明一种基于辐射传输模型的杂散辐射光线追迹方法及装置，包括：在均匀温度场的元件范围内采用传统光线追迹方法；在非均匀温度场内采用辐射传输追迹方法，使用辐射传输模型计算微元面的能束传输过程；其中传统光线追迹与辐射传输追迹过程独立，每条光线的追迹过程独立，每个微元面的能束传输过程独立。本发明结合传统的非序列光线追迹方法，将热辐射传输过程与杂散光分析过程结合，在均匀温度场的元件范围内采用传统光线追迹方法，在非均匀温度场内引入辐射传递因子，采用辐射传输模型计算微元面的能束传输过程，热辐射杂散光集成分析仿真结果具有实时性和直观性，适用于非均匀温度场及温度梯度系统的仿真应用。

技术领域

本发明涉及计算机仿真领域，具体而言，涉及一种基于辐射传输模型的杂散辐射光线追迹方法及装置。

背景技术

随着光学系统指标需求的提高，光学系统外部杂散光仿真和分析也被广泛的应用在各类高像质、高杂散抑制比的光学系统当中。光学系统外部杂散光仿真和分析主要通过非序列光线追迹技术，将杂散光转化为带有方向、能量的光线，追迹所有外部杂散光光线，并在像面处进行统计最后得到杂散光的路径和结果。

目前，传统的非序列光线追迹技术较多针对的是以图形渲染为目的的光线追迹技术，以几何光学作为计算模型，且现有的非序列光线追迹直接遍历所有光线从而完成光源到接收器的计算。以渲染方程为核心的技术以视觉效果和逼真程度为主要目的，不适用于高精度、高效分析光学系统杂散光。传统的非序列光线遍历追迹方法在速度上和分析能力上，受到遍历法的影响，每条光线均需追迹完成才能进行下一条光线追迹。因此，存在着追迹过程不能打断，追迹结果来源不易分析，追迹速度收到光线数量和能量阈值影响大的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于辐射传输模型的杂散辐射光线追迹方法及装置，以至少解决现有方法光线追迹的速度低和结果准确度低的技术问题。

根据本发明的一实施例，提供了一种基于辐射传输模型的杂散辐射光线追迹方法，包括以下步骤：

在均匀温度场的元件范围内采用传统光线追迹方法；

在非均匀温度场内采用辐射传输追迹方法，使用辐射传输模型计算微元面的能束传输过程；

其中传统光线追迹与辐射传输追迹过程独立，每条光线的追迹过程独立，每个微元面的能束传输过程独立。

进一步地，在均匀温度场的元件范围内采用传统光线追迹方法包括：

在均匀温度场的元件范围内采用杂散光光线追迹蒙特卡罗方法进行仿真。

进一步地，在均匀温度场的元件范围内采用杂散光光线追迹蒙特卡罗方法进行仿真包括：

获取光线初始信息：从光源发出的光线起始坐标(x₀,y₀,z₀)、方向向量(l₀,m₀,n₀)、光线携带能量E₀、波长λ；

确定光线交点：找到与光线相交的第一个表面，若无交点，则此条光线停止追迹，若存在交点时，确定交点坐标(x₁,y₁,z₁)、法线方向向量(l_n1,m_n1,n_n1)，并获取该表面的光学属性；

出射光线方向：光线传递方向的空间分布有镜面反射、折射、散射；若光学表面为镜面反射或折射，通过反射或折射公式计算光线的出射方向及能量；若光学表面为镜面散射，通过双向反射分布函数BRDF分配出射方向与能量；