TracePro中文使用手册教程

HG0/OPTteam翻译Lottie整理前言在刚开始学习TracePro的时候，很希望有一本中文版本的使用手册，因为原版(英文)太艰涩难懂，且有很多专业术语总把握不到其真正意思。可TracePro相关文章本就很少，中文的就更只有寥寥几篇了。恰好我们这些从事光学设计的同事，都对TracePro有很大的兴趣，因此就决定一起把TracePro的英文手册翻译过来，作学习用。前后花了约半年多的时间，居然真的弄出来了，虽然中间也曾有中断，但幸好没有虎头蛇尾。当最终翻译出来的时候，有一种特别的成就感。该手册中第一章和第二章Neo翻译，第三章Land翻译，第四章Zollo翻译，第五章Michael翻译，第六章Ricky翻译，第七章则是我自己(Lottie)翻译。由于考虑到必要性，第八和第九章就省略了。中间他们未完成的部分，则由我补上。由于水平有限，加之在翻译的过程中对TracePro的了解还不是很深，在一些词句的翻译上把握得不是很好，因此会有很多错误的地方。本想等做一些修正后再抛开来，但想想这项工作量也不小，且以几个人的看法不一定全面；故先公开出来，等收到一些反馈后再作进一步的修正。在使用的时候最好参考英文版本，这样会好理解一些。声明：TracePro手册（英文）著作权由Lambda公司所有，本中文版也仅可参考学习用，任何人不得用于商业用途，更不得把本文买卖或抄袭，否则后果自负。手册中不足之处，还恳请朋友们批评指正。[e-mail]3.0中文版使用手册第一章＆第二章ByHG0/OPT11/23/2004第一章绪论TracePro简介TracePro是一个实体模型的光学分析软件，TracePro用“普适光线追迹”技术来追迹光线，这种技术允许你引入光线到一个模型，而在物件和表面相交处并没有引起额外的损失。在每个每交点，个体光线遵从吸收、反射、折射、衍射和散射定律。当光线在实体中沿不同路径传播时，TracePro跟踪每条光线的光通量。TracePro计算光的吸收、镜面反射及折射、衍射和散射能量。描述TracePro如何工作的昀好方式是简要概括开始一个新的TracePro工程时所要进行的一些步骤，如下如示，这些步骤会在接下来的几章里进行更深入的讨论。1．第二章“创建一个实体模型（CreatingaSolidModel）”---第一步是建立或导入一个几何模型，代表你所希望分析的系统。如果你是从草图中建立一个模型，几何图形通常是刚开始简单而昀终会变得很精确很详细，这表明你的系统也超出了工程的寿命。2．第三章“定义属性(DefiningProperties)”---材料和表面属性代表希望物体所具备的特征，如反射、折射、吸收和散射等。你可以使用TracePro属性库里定义好的材料和表面属性，也可以制定新的属性满足你具体的要求。3．第四章“应用属性(ApplyingProperties)”---－旦属性定义好，你可以应用这些属性到你模型中合适的物件和表面上去。4．第五章“追迹光线(Raytracing)”---通过实体进行光线追迹，需先定义光线起始点，有如下几种定义方式：栅格光源（Gridsources）、表面光源（surfacesources）和导入已有光源(ImportedSources)。如何引入光源到模型以及哪些光线追迹参数会被调用，须根据实际情况来确定。5．第六章“分析(Analysis)”---一系列的分析选项可以用来确定方位、区域和光线追迹后的光能量分布。分析选项有很多种，包括：辉度图(IrradianceMaps)、照度图(IlluminanceMaps)、坎德拉图(CandelaMaps)和通量图(VolumeFluxMaps),还有详细光线历史信息，它们可以保存成数据文件，方便后期处理。如果你是TracePro新手，将会发现用户界面是很容易学习的，你可以在一个很短的时间掌握这些步骤。为何要进行实体建模实体建模是用一块块的虚拟材料在计算机中构造模型，如同你用实际材料建立实际硬件一样。利用实体建模，你可以确信你在建立的物体在实际中可以建立的，而且你可以得到建模的连贯性，避免许多建模的错误。实体建模正广泛地为机械设计者所应用。它被应用到所多有限元分析（FEA）程序和机械计算机辅助设计（CAD）中。利用实际建模有利于光学程序的原因基于如下几个方面：1．它使用已有的技术来建立有形系统，包括Non-UniformRationalB-Spline(NURBS)表面。2．它可以和其它设计分析程序共享和交换数据。3．它把相关的材料属性如折射率与模型中的实体物件连接起来。4．它防止一些共同的建模错误发生，如用五条边建立一个立方体。TracePro如何执行实体建模？TracePro是基于一个叫ACIS的特定实体建模引擎的，它由Spatial公司开发的。利用ACIS，TracePro可以很方便的与其它基于ACIS的软件共享实体模型数据。目前有200多个应用程序是基于ACIS的。TracePro也可以与其它非基于ACIS的CAD和分析程序交换IGES和STEP文件，并可以利TracePro3.0中文版使用手册第一章＆第二章ByHG0/OPT11/23/2004用可选ACIS转换模块导入镜头(lens)设计文件。在TracePro建立的任何实体都会被当作是一个模型（model），在模型中的每个个体几何体被称为物件（Objects）。在TracePro中，用实体建模的方法要求物件的表面是相邻的。物件可是用TracePro来定义，也可以用其它软件(如CAD)之后再导入TracePro。TracePro实体模型中的物体可以进行各种操作，包括把两个或更多的物件并成一个。为何要用MonteCarlo光线追迹?在TracePro建模时,运用MonteCarlo算法来模拟光线的散射（scattering）和衍射（diffraction）.在没有散射（scattering）和衍射（diffraction）的情况下,光线是以离散的方式存在.但是,当光线被物体表面散射之后,离散的光线分布会转变成连续的.这些光线的分布会一直传播到下一表面,在经过又一次散射后又会形成新的分布，如此循环,直到光线的强度达到可以忽略的程度。按照这样的方式对光线进行建模需要庞大且相当复杂的程序来实现。MonteCarlo算法是一种用于计算随机过程所产生结果的一种技术。它曾用来对只能用统计学分析的量子力学过程进行描述。MonteCarlo算法应用于光线传播，同样可以作为一种数值积分方法来描述它。它被应用于传统的数值积分方法不能解决的问题。在运用MonteCarlo算法进行光线追击时散射和衍射被做为一种随机过程。用离散的分布，或者光线试样传播来代替连续的光线分布传播。这些试样是以散射的分布作为概率密度随机采集的。这就使更好的光线追击技术被用来模拟光线散射成为可能。在“bruteforce”MonteCarlo光线追击中，光线的方向是随机选取的，通过对大量光线的模拟，能够得到值得信赖的模拟结果。TracePro通过运用缩减变量技术（variancereduction）来减少得到可信结果所需的光线数量。图形化用户界面TracePro运用易于使用的图形化界面对模型进行观察，添加，运用材料属性，表面属性以及光源属性。界面中有许多快捷工具按钮和常用命令弹出菜单。通过单击鼠标右键可以将其打开。模型的几何形状将显示于窗口之中。当你打开一个TracePro文件(指的是模型文件)，模型将会以侧视轮廓的形式显示于窗口之中。此时的坐标系为y-z坐标系，y轴指向上，z轴指向右。多窗口显示TracePro拥有多文档都图示的用户界面。这就意味着你可以同时打开多个文件机模型文件，而且你可以将一个模型的不同视图同时打开。要打开同一模型的多个视图，只需鼠标选择你需要的模型窗口，然后选择Window|NewWindow菜单.。你也可以点击工具栏上的快捷按钮NewWindow来实现FIGURE1.1-WindowcontrolToolbarbuttons:A)NewWindow,B)CascadeWindows,C)TileWindowsHorizontally,D)TileWindowsVertically一旦多模型窗口建立，你就可以在各个窗口中进行独立的视角控制。同普通窗口一样，各窗口可以平铺，层叠，昀小化。同样可以用图1.1中的快捷按钮来进行操作TracePro3.0中文版使用手册第一章＆第二章ByHG0/OPT11/23/2004FIGURE1.2-Asinglemodelviewedindifferentorientationsinmultiplemodelwindows如果你需要同时打开不同的模型，只需要从File/Open菜单中将其打开即可，同样可以使用Open按钮。需要打开的模型将会在新窗口中打开。一旦所需的模型被打开，你就可以独立的对模型进行操作。正如图1.2所示。留下对当前窗口进行过的操作记录是非常重要的。任何操作（如光线追击，应用属性）都将被应用到但前选择的窗口中。当运行在多窗口模式下时，你应该记住要先选择要进行操作的窗口，然后在进行功能操作。系统树系统树位于模型窗口的旁边，它用分级结构显示模型的物体和表面。在复杂的模型中，它提供一种方便快捷的方式来对物体和表面进行选取。通过拖动窗口的边框，可以将系统树显示出来。系统默认的系统树位于窗口的左边。不过，你可以用View|Customize对话框来进行改变。同样你可以通过Windows|Split菜单来打开系统树。FIGURE1.3-TheSystemTreeSplitterBaratthedefaultlocation如同图1.4，在你打开系统树后，你可以看到“+”符号，它表示该项是可以被展开的。FIGURE1.4-TheSystemTreemadevisiblebythesplitterbar如果你在系统树中选取了一个物件或一个表面，该物件或表面将会变为黑色来表示被选中。同TracePro3.0中文版使用手册第一章＆第二章ByHG0/OPT11/23/2004样的，当你在窗口中选中物体后，系统数中的相应项也会被突出显示出来。FIGURE1.5-TheSystemTreewindowafterexpandingObject1当物件1展开后，你会看到：•相互独立的表面•材料属性目录•材料属性名称将表面项展开后，你同样会看到：•表面属性•可选光源属性（Optionalsourceproperty）建议将系统树一直打开，它将有助于你：•使你的工作可视化•选取目标交互菜单TracePro提供对于当前激活的窗口敏感的环境交互式菜单。建模窗口式经常显示的窗口，它的拥有主菜单（文件，编辑，视图等等）。主菜单在属性编辑器或分析窗口打开或被激活后会发生变化。手册后面会介绍这些窗口，但需要注意的是活动窗口控制菜单工具栏。要返回一个特定的菜单，点击所希望的窗口或从窗口(Window)菜单列表中选择。另外，每个窗口会拥有一个活两个弹出窗口。通过右键单击可以激活它们。图1.6所示的是三个根据当前不同选取对象自动生成的弹出菜单。参看“选择物体，表面和边沿”在1.7页TracePro3.0中文版使用手册第一章＆第二章ByHG0/OPT11/23/2004FIGURE1.6-ModelwindowpopupmenusforNoSelection,ObjectSelection,SurfaceSelection.用户默认值用户默认值将初始对话目录存储在tpdefs.ini文件中。光线追击与分析对话框有设置默认值按钮。按下SetDefaults等同于按下Apply按钮。一旦默认值被更新，TracePro将会在下次启动时运用该值。删除位于TracePro安装盘上的tpdefs.ini文件，就可以返回工厂默认值。物件与表面更改名称对于用“Object1”and“Surface1.”作为物体名称，对物体命名是比较明智的。它可以使你对物体细节有较多直观的了解。只需