tracepro學(xué)習(xí)-2010用于生產(chǎn)實習(xí)

生產(chǎn)實習(xí)之光學(xué)設(shè)計——

TracePro根底

工具：照明設(shè)計軟件TracePro更多資料請登錄：下載儀器學(xué)院郎賢禮2010年7月1常用成像光學(xué)與非成像光學(xué)設(shè)計軟件?Zemax〔主要用于光學(xué)成像設(shè)計〕://?OSLO〔主要用于光學(xué)成像設(shè)計〕?:///?CodeV〔主要用于光學(xué)成像設(shè)計〕://opticalres/products_f.html#codev?LightTools〔成像與非成像光學(xué)〕://opticalres/products_f.html#lighttools?TracePro〔成像與非成像光學(xué)〕:///?ASAP〔成像與非成像光學(xué)〕://breault/software/asap.php2照明設(shè)計包常以光學(xué)成像設(shè)計軟件的輸出作為輸入，以建立更為詳細(xì)地系統(tǒng)性能分析。也可用于分析復(fù)雜的照明分布系統(tǒng)的分析。要求設(shè)計者更加詳細(xì)地理解以及更高級的知識。3ASAP

主要特點:–具有構(gòu)建模型功能:如光學(xué)同機械器件、各種類型的光源、相干系統(tǒng).–轉(zhuǎn)換能力:其集成式的互換可實現(xiàn)CODEV,OSLO,和ZEMAX透鏡設(shè)計光學(xué)模塊的直接讀入.–額外模擬工具/功能:如各種可視化繪圖;FMVSS(FederalMotorVehicleSafetyStandards)照明測試(ELTMModule)4LightToolsOpticalResearchAssociates(ORA?)公司LightTools是一個全新的具有光學(xué)精度的交互式叁維實體建模軟件體系，提供最現(xiàn)代化的手段直接描述光學(xué)系統(tǒng)中的光源、透鏡、反射鏡、分束器、衍射光學(xué)元件、棱鏡、掃描轉(zhuǎn)鼓、機械結(jié)構(gòu)以及光路。主要功能：系統(tǒng)建模

光機一體化設(shè)計

復(fù)雜光路設(shè)置

雜光分析

照明系統(tǒng)設(shè)計分析

應(yīng)用領(lǐng)域：利用LightTools已成功地設(shè)計了多種照明系統(tǒng)，包括投影系統(tǒng)、平板顯示器、儀表盤照明、內(nèi)窺鏡照明、報警燈、汽車前燈、車廂內(nèi)部照明、指示牌照明等等，從而結(jié)束了照明光學(xué)系統(tǒng)沒有可靠的計算機輔助設(shè)計工具的歷史。

5TraceProTracePro是一種具有輸入、輸出、以及內(nèi)部3-D模擬的虛擬建模系統(tǒng)?主要應(yīng)用:–照明系統(tǒng)分析–車燈照明、遠(yuǎn)光燈、尾燈、室內(nèi)或儀器照明的的分析。–照相系統(tǒng)–紅外成像系統(tǒng)6幾種軟件包的價格比較7工欲善其事，必先利其器工欲善其事，必先利其器安裝：從共享/tracepro/下載整個安裝包。在TracePro目錄中點擊setup.exe安裝，請安裝在D盤在目錄中運行tpro322.exe復(fù)制目錄中l(wèi)icense.dat到安裝目錄。從開始菜單中啟動，選擇networklicense,在license.dat所在目錄選擇license.dat，點擊OK，就可以了。在版本選擇中expert，tracepro就可以正常啟動了。8TracePro介紹TracePro是一套能進(jìn)行常規(guī)光學(xué)分析、設(shè)計照明系統(tǒng)、分析輻射度和亮度的軟件。它是第一套以符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的ACIS(固體模型繪圖軟件)為核心所開展出來的光學(xué)軟件，是一個結(jié)合真實固體模型、強大光學(xué)分析功能、信息轉(zhuǎn)換能力強及易上手的使用界面的仿真軟件，它可將真實立體模型及光學(xué)分析緊緊結(jié)合起來，其繪圖界面非常地簡單易學(xué)。TracePro提供四種版本可依照不同的需要與預(yù)算來決定，并可根據(jù)需要來直接升級：RC：只能仿真反射式光學(xué)機構(gòu)。LC：可以分析較少對象數(shù)及光源數(shù)的系統(tǒng)。Standard：標(biāo)準(zhǔn)配備，可分析大局部照明及光學(xué)系統(tǒng)。Expert：增加RepTile功能，方便設(shè)計多且重復(fù)的對象。

9Tracepro多變化的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ч夤堋瞝ightpipes〕、背光板(BacklightLight)、前光板等等相機系統(tǒng)、投影顯示系統(tǒng)雜散光分析汽車照明系統(tǒng)〔automotivelighting〕：前頭燈、尾燈、內(nèi)部及儀表照明照明燈具、照明應(yīng)用或LED設(shè)計及應(yīng)用紅外線成像系統(tǒng)〔infraredimagingsystems〕薄膜光學(xué)〔tissueoptics〕10照明系統(tǒng)示意11TracePro功能和版本強大的MonteCarlo描光：光學(xué)仿真軟件的重要性就是要使實際物體與仿真結(jié)果中光線的分布與強度一致。TracePro采用MonteCarlo方法描光，使任何的幾何物體都能正確的分析出來。使用簡單的圖形窗口界面TracePro可以在Windows系列的系統(tǒng)下運行，使用界面與通用窗口界面相似。它的多任務(wù)作業(yè)窗口不僅可以讓使用者在一個程序里編輯多個模型以外，更可以同時看到這些模型。使用者還可利用CAD軟件或是鏡頭設(shè)計軟件來創(chuàng)立模型后轉(zhuǎn)入TracePro來進(jìn)行光學(xué)仿真。ACIS核心提供了多溝通能力：由于TracePro是ACIS的核心，所有由固體模型程序所繪出的形狀都可以在TracePro中進(jìn)行描光，包括NURBSsurfaces。TracePro支持了由ACIS-based開展的應(yīng)用軟件，可允許創(chuàng)立的實體模型，可以至:///查詢利用ACIS或是可支持的應(yīng)用程序，也可以利用IGES、STEP或是VDAFS的信息交換標(biāo)準(zhǔn)格式來讀取non-ACIS-based的固體模型，TracePro亦可以讀取常用的光學(xué)設(shè)計軟件的文件，將透鏡準(zhǔn)確、真實且無誤差的創(chuàng)立出來。版本：3.312參考資料TracePro學(xué)習(xí)秘笈TracePro入門與進(jìn)階TracePro手冊輻射度光度與色度及其測量，北理工出版LampsandLighting(光源與照明),J.R.柯頓等復(fù)旦大學(xué)出版社.13一些有用的網(wǎng)址://://://://://://=597:///14TracePro的光線追跡TracePro是一個實體模型的光學(xué)分析軟件，TracePro用“普適光線追跡”技術(shù)來追跡光線，這種技術(shù)允許你引入光線到一個模型，而在物件和外表相交處并沒有引起額外的損失。在每個每交點，個體光線遵從吸收、反射、折射、衍射和散射定律。當(dāng)光線在實體中沿不同路徑傳播時，TracePro跟蹤每條光線的光通量。TracePro計算光的吸收、鏡面反射及折射、衍射和散射能量。15為何要進(jìn)行實體建模實體建模是用一塊塊的虛擬材料在計算機中構(gòu)造模型，如同你用實際材料建立實際硬件一樣。利用實體建模，你可以確信你建立的物體在實際中可以建立的，而且你可以得到建模的連貫性，防止許多建模的錯誤。實體建模正廣泛地為機械設(shè)計者所應(yīng)用。它被應(yīng)用到所多有限元分析〔FEA〕程序和機械計算機輔助設(shè)計〔CAD〕中。利用實際建模有利于光學(xué)程序的原因基于如下幾個方面：1．它使用已有的技術(shù)來建立有形系統(tǒng)，包括Non-UniformRationalB-Spline(NURBS)外表。2．它可以和其它設(shè)計分析程序共享和交換數(shù)據(jù)。3．它把相關(guān)的材料屬性如折射率與模型中的實體物件連接起來。4．它防止一些共同的建模錯誤發(fā)生，如用五條邊建立一個立方體。16實體建模方式立體建模使一項用虛擬物質(zhì)建立計算機模型的技術(shù)，它就像你用真實的物質(zhì)建模一樣。一個三維立體模型被定義為由有限的外表組成。通過立體建模你可以防止普通建模的很多錯誤。你可以相信你所建的模型外形上使正確可信的。TracePro擁有許多方法來建模和對模型進(jìn)行操作。?可從其他立體建模程序?qū)?可從鏡頭設(shè)計程序?qū)?TracePro將自動生成立體模型?可用TracePro建立塊，柱，錐，球面和薄紙thinsheets.?Createsolidobjectsneededforoptomechanicalsystems包括光學(xué)元件，反射體，集中體concentrators,菲涅耳透鏡，bafflevanes.?通過布爾運算建立復(fù)雜模型，布爾運算包含：相交，相減，聯(lián)合?通過Sweep和Revolve命令對模型進(jìn)行修改17TracePro如何執(zhí)行實體建模？TracePro是基于一個叫ACIS的特定實體建模引擎的，它由Spatial公司開發(fā)的。利用ACIS，TracePro可以很方便的與其它基于ACIS的軟件共享實體模型數(shù)據(jù)。目前有200多個應(yīng)用程序是基于ACIS的。TracePro也可以與其它非基于ACIS的CAD和分析程序交換IGES和STEP文件，并可以利用可選ACIS轉(zhuǎn)換模塊導(dǎo)入鏡頭(lens)設(shè)計文件。在TracePro建立的任何實體都會被當(dāng)作是一個模型〔model〕，在模型中的每個個體幾何體被稱為物件〔Objects〕。在TracePro中，用實體建模的方法要求物件的外表是相鄰的。物件可是用TracePro來定義，也可以用其它軟件(如CAD)之后再導(dǎo)入TracePro。TracePro實體模型中的物體可以進(jìn)行各種操作，包括把兩個或更多的物件并成一個。18為何要用MonteCarlo光線追跡?在TracePro建模時,運用MonteCarlo算法來模擬光線的散射〔scattering〕和衍射〔diffraction〕.在沒有散射scattering〕和衍射〔diffraction〕的情況下,光線是以離散的方式存在.但是,當(dāng)光線被物體外表散射之后,離散的光線分布會轉(zhuǎn)變成連續(xù)的.這些光線的分布會一直傳播到下一外表,在經(jīng)過又一次散射后又會形成新的分布，如此循環(huán),直到光線的強度到達(dá)可以忽略的程度。按照這樣的方式對光線進(jìn)行建模需要龐大且相當(dāng)復(fù)雜的程序來實現(xiàn)。MonteCarlo算法是一種用于計算隨機過程所產(chǎn)生結(jié)果的一種技術(shù)。它曾用來對只能用統(tǒng)計學(xué)分析的量子力學(xué)過程進(jìn)行描述。MonteCarlo算法應(yīng)用于光線傳播，同樣可以作為一種數(shù)值積分方法來描述它。它被應(yīng)用于傳統(tǒng)的數(shù)值積分方法不能解決的問題。19為何要用MonteCarlo光線追跡?在運用MonteCarlo算法進(jìn)行光線追擊時散射和衍射被做為一種隨機過程。用離散的分布，或者光線試樣傳播來代替連續(xù)的光線分布傳播。這些試樣是以散射的分布作為概率密度隨機采集的。這就使更好的光線追擊技術(shù)被用來模擬光線散射成為可能。在“bruteforce”MonteCarlo光線追擊中，光線的方向是隨機選取的，通過對大量光線的模擬，能夠得到值得信賴的模擬結(jié)果。TracePro通過運用縮減變量技術(shù)〔variancereduction〕來減少得到可信結(jié)果所需的光線數(shù)量。20圖形化用戶界面TracePro運用易于使用的圖形化界面對模型進(jìn)行觀察，添加，運用材料屬性，外表屬性以及光源屬性。界面中有許多快捷工具按鈕和常用命令彈出菜單。通過單擊鼠標(biāo)右鍵可以將其翻開。模型的幾何形狀將顯示于窗口之中。當(dāng)你翻開一個TracePro文件(指的是模型文件)，模型將會以側(cè)視輪廓的形式顯示于窗口之中。此時的坐標(biāo)系為y-z坐標(biāo)系，y軸指向上，z軸指向右。多窗口顯示TracePro擁有多文檔都圖示的用戶界面。這就意味著你可以同時翻開多個文件機模型文件，而且你可以將一個模型的不同視圖同時翻開。要翻開同一模型的多個視圖，只需鼠標(biāo)選擇你需要的模型窗口，然后選擇Window|NewWindow菜單.。一旦多模型窗口建立，你就可以在各個窗口中進(jìn)行獨立的視角控制。同普通窗口一樣，各窗口可以平鋪，層疊，最小化。21系統(tǒng)樹〔1〕系統(tǒng)樹位于模型窗口的旁邊，它用分級結(jié)構(gòu)顯示模型的物體和外表。在復(fù)雜的模型中，它提供一種方便快捷的方式來對物體和外表進(jìn)行選取。通過拖動窗口的邊框，可以將系統(tǒng)樹顯示出來。系統(tǒng)默認(rèn)的系統(tǒng)樹位于窗口的左邊。不過，你可以用View|Customize對話框來進(jìn)行改變。同樣你可以通過Windows|Split菜單來翻開系統(tǒng)樹。22系統(tǒng)樹〔2〕當(dāng)物件1展開后，你會看到：?相互獨立的外表?材料屬性目錄?材料屬性名稱將外表項展開后，你同樣會看到：?外表屬性?可選光源屬性〔Optionalsourceproperty〕建議將系統(tǒng)樹一直翻開，它將有助于你：?使你的工作可視化?選取目標(biāo)23交互菜單TracePro提供對于當(dāng)前激活的窗口敏感的環(huán)境交互式菜單。建模窗口式經(jīng)常顯示的窗口，它的擁有主菜單〔文件，編輯，視圖等等〕。主菜單在屬性編輯器或分析窗口翻開或被激活后會發(fā)生變化。手冊后面會介紹這些窗口，但需要注意的是活動窗口控制菜單工具欄。要返回一個特定的菜單，點擊所希望的窗口或從窗口(Window)菜單列表中選擇。另外，每個窗口會擁有一個活兩個彈出窗口。通過右鍵單擊可以激活它們。24物件與外表更改名稱，對于用“Object1”and“Surface1.”作為物體名稱，對物體命名是比較明智的。它可以使你對物體細(xì)節(jié)有較多直觀的了解。只需在系統(tǒng)樹中點擊物件名稱即可修改。注意，物件名稱不是唯一識別物件的方式，因為不同物件可以擁有相同的名稱。選擇物件，外表和邊緣通過系統(tǒng)樹進(jìn)行物件選擇只需點擊與之相應(yīng)的物件名稱即可。要選擇位于物件上的特定外表，首先先確認(rèn)改外表所屬的物件工程展開，然后單擊所需物件外表的名稱。記住這些在系統(tǒng)樹中的物件名稱是可以更改的。相應(yīng)的物件會高亮顯示于模型視窗中。一條邊沿在系統(tǒng)樹中是不能被選取的。你可以Shift或Ctrl鍵來進(jìn)行多個物體的選取。通過Shift鍵，你先選擇第一個物件，按住Shift不放，然后在選擇第二個物件，兩個物件中的所有物體都將會被選中。如果用Ctrl鍵選擇，那么只有點擊的兩個物件會北選中。25法線和向上方向NormalandUpVectorsTracePro采用X，Y，Z相互垂直的3維直角坐標(biāo)系。通常需要定義一個平面來對模型進(jìn)行觀察或者對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。該平面按照兩各方向相互垂直來定義，即法線矢量和向上矢量〔theNormalandUpvectors〕。法線矢量是垂直于平面的光線，你可以將你的屏幕想象成一張放在桌子上的紙，于屏幕或紙面向垂直的方向就是法線矢量。向上矢量〔Upvector〕通常是用來指定向上的或者是Y方向的任意參考方向。一個矩形平面擁有不一樣的長和寬，沿長軸定義向上矢量將會定義高是長的而寬是短的，反之亦然。26TracePro對于建模空間沒有進(jìn)行設(shè)定，因此需要你定義一個矢量組來進(jìn)行建模。對于光學(xué)工程師和鏡頭設(shè)計者來說像面應(yīng)該有一個X＝0、Y＝0和Z＝1的法線矢量，以及一個X＝0、Y＝1和Z＝0的向上矢量。.照明工程師和燈光設(shè)計師通常認(rèn)為目標(biāo)平面對應(yīng)于法線矢量為X＝0、Y＝－1和Z＝0，向上矢量為依賴于模型方位的XZ平面0方位角的方向。法線矢量和向上矢量確定的平面提供一個靈活的環(huán)境以用來建模和分析模型，使得一些約定在TracePro中有很好的兼容性。27建模屬性ModelingPropertiesTracePro包含有一個關(guān)于光學(xué)建模，機械材料建模和物體外表材質(zhì)屬性的數(shù)據(jù)庫。材料屬性可以應(yīng)用于某一物體也可以用于整個系列的物件。這些屬性包含折射率，吸收系數(shù)，溫度及散射。定義物體外表邊界，通過參數(shù)可以精確定義為吸收體，鏡面反射體，speculartransmittance,BRDF，BTDF和外表溫度。光源屬性是特殊的外表屬性，用來定義外表是如何發(fā)光的。另外的屬性用來定義外表和物件的特殊性質(zhì)。28非模態(tài)對話框ModelessDialogBoxes很多TracePro的操作是通過對話框來完成的。同時有很多TracePro的對話框是modeless.一個modeless對話框意味著你可以在對話框翻開的情況下進(jìn)行操作。Modeless對話框使你可以將幾個對話框同時翻開。比方說，你翻開了ApplyProperties對話框，同樣你可以選擇工具欄上的SelectSurface按鈕。然后有可以回到ApplyProperties對話框來進(jìn)行外表屬性的選擇。接下來到建模窗口中選取你想進(jìn)行屬性操作的外表。在回到對話框選擇應(yīng)用屬性按鈕來將屬性應(yīng)用于外表。29例子1MetalHalideLampwithEllipticalReflector1、FromtheFilemenuselectOpen.NavigatetotheDemosfolderandopenfolder.Selecteliprefl.omlandpressOpen.30四個設(shè)計實例通過幾個根底應(yīng)用實例更好的將光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計理論與軟件結(jié)合，熟悉TracePro的使用。首先是燈泡與反光罩設(shè)計31例子1MetalHalideLampwithEllipticalReflector2、Raytracing.Fromthemenu,selectAnalysis|TraceRays.SelectTraceSourceusingdiscretewavelengths.InSourcestoTrace,selectNoneforGrid;selectCheckedOnlyforSource;selectNoneforFile.32例子1〔3〕3、BelowisanIrradianceMapo