Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
docx

Студенческий документ № 058243 из НИУ МЭИ

Лабораторная работа №1. Трассировка и анализ результата расчета в TracePro.

Цель работы- знакомство с интерфейсом и отработка основных навыков работы с резальтатами расчета в программеTracePro:

? открытие и просмотр модели данных,

? трассировка лучей,

? анализ и отображение результата расчета

Подготовительная часть работы (выполняется дома)

Введение

В первой части работы изучается интерфейс программы в объеме необходимом для выполнения лабораторной работы

Во второй части данной работе используется существующая модель TracePro

- EllipticalReflector.oml. Приведенный здесь пошаговый алгоритм работы являются общим при моделировании оптических систем световых приборов с помощью программы TracePro.

В третьей части приводится набор индивидуальных заданий для самостоятельного выполнения обучаемым.

Интерфейс

TracePro имеет простой графический интерфейс для просмотра 3М модели; добавления цельных объектов с применением свойств материалов, поверхности и источника. На панели инструментов для быстрого доступа к командам расположено много кнопок, доступно всплывающее меню с часто используемыми командами, которое открывается щелчком правой кнопки мыши.

Окно, в котором геометрия отображается называется окно модели (Model). При открытии файла TracePro (далее упоминается в качестве модели) в Model геометрия отображается как вид модели сбоку в режиме отображения Silhouette (силуэт). На картинке 1.1 показан вид y-z, ось y направлена вверх, а ось z направлена вправо согласно тому, как принято в оптике.

В View|Profile сечения XY, XZ и YZ дополнены сечениями YX, ZY и ZX. Все они вынесены на отдельную панель в рабочем окне программы.

Несколько моделей в несколько окон

интерфейс TracePro позволяет просматривать одновременно несколько файлов или видов.

Чтобы открыть несколько независимых видов одной и той же модели, просто выберите требуемый окно модели, щелкнув по нему мышью, затем выберите Window|New Window несколько раз или нажав кнопку инструментов несколько раз.

Рисунок 1.2 - кнопки управления окнами на панели инструментов.

A)New Window, B) Каскад Окна, C) расположение окон по горизонтали, D) расположение окон по вертикали

В TracePro используется движок ACIS CAD (ACIS CAD Engine), который используется во многих САПР программах и имеет широкие возможности по импорту/экспорту данных.

OML - это расширение всех файлов TracePro. OML-файл базируется на формате SAT, являющийся стандартным форматом файла типа ACIS.

Окно Model (Model Window)

Глобальная система координат обозначается осями XYZ черного цвета. Все измерения ведутся относительно этого местоположения. Model разделено на две части: окно с видами модели и системное дерево (System Tree )

В Model доступны следующие режимы просмотра:

1. Render (Визуализация)

2. Silhouette (Силуэт)

3. Wireframe (Каркас)

4. Hidden Line (Скрытые Линии)

Как правило, по умолчанию в модели назначен режим просмотра Render (Визуализация). В процессе моделирования оптической системы рекомендуется с использовать режим Silhouettes (Силуэты), так как данный режим значительно облегчает выбор поверхностей и объектов.

Системное дерево (System Tree)

Системное дерево содержит всю информацию об объектах и поверхностях модели. Здесь содержится информация о свойствах и типах поверхностей, а также свойствах материала объекта.

Также отображаются и дополнительные свойства в случае, например: если объект является источником света(source), выходной поверхностью(Exit surface) или к нему присуще какое-то другое свойство.

В системном дереве есть три закладки: Model, Source, Radiance.

Выглядят они так:

В Model содержится вся информация об объектах, поверхностях и их свойствах.

В Source содержится вся информация об источниках света. Здесь ведется управление источниками: как добавление, редактирование их свойств , так и их включение/ выключение.

Radiance - в данной лабораторной работе не рассматривается

Выбор поверхностей и объектов

В TracePro выделить объект или поверхность можно как в окне модели, так и в системном дереве.

1. В окне модели:

Режим выбора объектов - Левой кнопкой мыши нажмите или

Edit|Select|Object

Режим выбора поверхностей - Левой кнопкой мыши нажмите или

Edit|Select|Surface

После нажатия на кнопка активируется. Далее выбор объектов или поверхностей осуществляется путем нажатия на них мышкой. Чтобы выбрать несколько поверхностей и/или объектов используйте клавишу .

Если кнопки неактивны (серые), нажмите сначала на главный экран, чтобы активировать эти кнопки.

2. В системном дереве:

Выберите объект или поверхность, нажав на ярлык объекта или поверхности в системном дереве. В окне модели объект или поверхность будет выделена черным цветом, в системном дереве выбранный объект выделяется синим цветом, как показано на рисунке ниже.

Рис.1.3. Выделение объекта

Шаг 1. Открытие и просмотр модели оптической системы

Загрузка файла в формате OML

1. Выберите меню File|Open, после чего откроется диалоговое окно выбора файла.

2. Выберете папку с файлом EllipticalReflector.oml.

3. Выберите файл EllipticalReflector.oml, нажмите кнопку открыть, чтобы открыть файл.

TracePro выведет на экран модель эллиптического отражателя с металлогалогенной лампой.

Настройка вида областей

1. Переместите курсор на разделитель и подождите, пока курсор не изменится на курсор с двойной стрелкой , удерживая левую кнопку мыши потяните курсор вправо или влево.

2. Для позиционирования курсора используйте меню Window|Split.

3. Настройте размер вида в соответствии размеру экрана, нажмите на (или выберите команду View|Zoom|All).

Замечание: Часто при первом открытии модели ее вид выходит за пределы области экрана или имеет слишком малый размер.

4. Выберите команду View |Silhouettes, чтобы установить режим Silhouettes.

Использование системного дерева

1. Нажмите на знак " + " перед объектом Reflector , найдите и выберите поверхность Outside surface

2. Нажмите на знак " - " перед раскрытым объектом или поверхностью - эта информация скроется.

Моделирование Surface Sources (поверхностных источников)

В EllipticalReflector.oml используется поверхностный источник.

Surface Sources (Поверхностный источник) - источник определенный на одну из поверхностей объекта.

Изменение свойств поверхностного источника.

Способ 1 вызова диалогового окна Apply Properties

1. Откройте объект Arc и выберите поверхность Cyl.

2. Щелкните правой кнопкой мыши в окне Model. Появится диалоговое окно с несколькими опциями. Нажмите на Properties (Cвойства).

3. В диалоговом окне Apply Properties выберите пункт Surface Source в левой стороне диалогового окна, чтобы открыть страницу параметров Surface Source.

Способ 2 быстрый вызов диалогового окна Apply Properties с помощью системного дерева.

1. Дважды щелкните на соответствующем элементе в системе дерева, например, на пункте Flux=10.00000 lumens - появится диалоговое окно Apply Properties с уже выбранным параметром Surface Source

Вызовите диалоговое окно Apply Properties любым из предложенных способов

1. Измените количество лучей Total Rays от 100000 до 1000 и нажмите на кнопку Apply (Применить). В системном дереве отражается изменение количества лучей 1000 rays.

Шаг 2. Трассировка Лучей

Для получения результата, позволяющего проводить анализ 1000 лучей не достаточно. Поэтому измените количество лучей Total Rays от 1000 до 100000.

Удостоверьтесь, что выбран поверхностный источник Cyl , далее нажмите кнопку . Запустится трассировка.

На первом этапе в TracePro с помощью функции Аудит (Audit function) проводится проверка, которая вычисляет функцию вокселей (Voxels function), далее выполняется проверка геометрии сцены на наличие неполноценных объектов, затем применяются свойства и материалы для каждого объекта и поверхности.

Вокселизация (Voxelization)- это метод разделения модели с целью увеличения скорости трассировки. Чем больше вокселей, тем дольше скорость аудита, но при этом существенно сокращается скорость трассировки.

Количество вокселей регулируется в в диалоговом окне Raytrace|Raytrace Options|Advanced.

Во время работы функции Raytrace отображается прогрессивная шкала, на которой в ходе расчета можно проследить количество запущенных лучей и оценить сколько времени займет трассировка, а также отображается информация о длинах волн для каждого источника, для которого ведется расчет.

Просмотр Raytrace

По завершении трассировки, все лучи отображаются в главном окне просмотра.

Если этого не происходит, проверьте, включена ли опция Display Rays (Отображение лучей) в меню Analysis (Анализ).

В результате трассировки все лучи ранжируются по энергии (световому потоку) от первоначальной(ого), излученной(ого) источником. По умолчанию, цвет каждого луча означает:

? Красные - 66% до 100% энергии.

? Зеленые - от 33% до 66%

? Синие - от 0% до 33%.

Режимы трассировки и графики освещенности

В TracePro доступны два режима трассировки лучей: режим Analysis (анализа) и режим Simulation (симуляции).

В режиме Analysis на любой поверхности в интерактивном режиме доступны расчетные данные такие как: Irradiance/Illuminance Maps (карты облученности/освещенности) и Candela plots (кривые силы света).

Замечание: По умолчанию стоит режим Analysis.

Режим Simulation позволяет посмотреть расчетные данные только на Exit surface (поверхность вывода). Достоинство данного режима в том, что используется гораздо меньше виртуальной памяти благодаря сокращению количества сохраняемой информации и, как правило, трассировка в данном режиме идет быстрее.

Замечание: Exit surface определяются перед началом трассировки

Irradiance/Illuminance Maps

1. Выберите поверхность Front объекта Observation Disk (диск наблюдения).

2. Далее нажмите иконку (Irradiance Maps), чтобы увидеть распределение облученности/освещенности.

3. Нажмите иконку Tile Vertical , чтобы увидеть оба окна: Model-View и Irradiance Maps

Опции Irradiance/Illuminance Map

Диалоговое окно Irradiance/Illuminance Map Options показано ниже (рис 1.4). Это диалоговое окно доступно из меню Analysis и используется для установки всех параметров вывода результата в виде распределений облученности/освещенности.

Рис.1.4 Диалоговое окно Irradiance/Illuminance Map Options

По умолчанию в настройках вывод результатов (Plot setting) установлено Absorbed rays (Поглощенные лучи).

Если Вы не видите никаких распределений облученности/освещенности, измените этот параметр на Incident (Падающие) и данные должны будут отобразиться в карте.

По умолчанию эта система установлена в Radiometric units (радиометрических единицах), так что все выходные данные показаны в Вт или Вт/м2.

Чтобы изменить радиометрические единицы на световые, выберите Raytrace|Raytrace Options и измените Radiometric на Photometric (рис 1.5). Обновление всех графиков произойдет автоматически.

Рис1.5

Color Map -устанавиливает вывод цвета переднего плана и фона карт (рис 1.6).

Рис 1.6

No. of Pixels ( Количество пикселей ) - это параметр, который определяет количество пикселей, используемых для отображения карты, на которой собираются лучи.

Значение 20 означает, что детектор имеет сетку 20x20 пикселей. В каждой ячейке сетки подсчитывается количество попадающих в нее лучей и затем суммируется их совместная энергия.

Чем больше количество лучей, тем больше деталей видно и можно увидеть более точную картину того, что происходит на карте. Меньшее значение позволяет проследить меньше лучей и получить более быстрый, приблизительное представление о том, как выглядит система.

Smoothing option (опция Сглаживания) применяет Гауссово сглаживание к пикселям детектора с тем чтобы сгладить прерывистые или несмежные данные. Эта опция используется, чтобы во время отладки системы, когда трассируется малое количество лучей или на ранних стадиях проектирования с целью восполнения отсутствующих данных.

Profiles option (Профили) отображает поперечные сечения участков карты. Щелкнув в любом месте на карте можно просмотреть сечения в горизонтальном и вертикальном разрезе карты. Профили пересекаются в точке, по которой вы щелкнули. Точку пересечения можно перетаскивать, что позволяет динамически просмотреть все интересующие сечения.

Рис.1.7 Profiles option (Профили)

The Normal and Up Vector задает плоскости проекции на которой все лучи будут собираться. Normal Vector (Нормальный вектор)-вектор, который перпендикулярен плоскости, собирающей лучи.

Up Vector (Направленный вверх вектор) - вектор, который направлен вверх и параллелен вертикальной стороне плоскости.

По умолчанию TracePro автоматически рассчитывает The Normal and Up Vector, если стоит соответствующий флажок(рис 1.8). Если требуется ввести другое сочетание The Normal and Up Vector (например, для криволинейной поверхности или поворотом плоскости), просто снимите флажок, введите нужные векторы, и нажмите кнопку Apply (применить).

Рис 1.8 The Normal and Up Vector

Если The Normal and Up Vector определяются неверно, на карте будут отображаться неправильные данные. Эта неправильная карта может выглядеть как сечение поверхности, если выбранная плоскость перпендикулярна к правильному плоскости или результаты вообще могут не отображаться.

3D Irradiance/Illuminance Map

Чтобы отобразить карту 3D Irradiance/Illuminance Map всех поверхностей и предметов, выбранных в системном дереве, выберите Analysis | 3D Irradiance/Illuminance Option.

Для создания 3D Irradiance/Illuminance Map эллиптическкого рефлектора, выполните следующие действия:

1. Отключите режим отображения лучей в Analysis | Display Rays или нажмите .

2. Выберите Observation Disk|Front и Reflector|Inside в системном дереве, как показано на рис. 14.

3. Установите 3D Irradiance/Illuminance Map Options, Analysis | 3D Irradiance/Illuminance Options, как показано ниже на рисунке 1.9

4. Чтобы посмотреть 3D-карту выберите пункт меню Analysis | 3D Irradiance/Illuminance или нажмите кнопку.

Рис.1.9 3D Irradiance/Illuminance Option

Candela plots

Кривые сил света обычно используются в проектировании систем освещения, особенно для проведения расчетов в дальнем поле.

* Кривые сил света (Candela plots) могут быть получены как в виде для набора пропущенных лучей (Missed rays),

* Лучей, проходящих через поверхность измерения (Exit Surface) - (exiting rays)

* лучей, падающих на выбранную поверхность(selected surface) или на поверхности измерения(Exit Surface).

Рис.1.10

Missed rays - это коллекция всех лучей, которые "испускаются" в модели и "уходят в бесконечность."

Exiting rays набор лучей - пересекающихся с поверхностью Exit Surface (данный режим выбирается только в режиме Analysis)

Замечание: Для режима Use Missed rays... поверхности выбирать не требуется Для остальных режимов требуется.

Нормальный Вектор (Normal vector)

Нормальный Вектор - это вектор в 3М-пространстве, который используется для ориентации полярной оси КСС. Осевая сила света устанавливается в этом направлении.

Вектор, направленный вверх(Up Vector)

Вектор, направленный вверх -это вектор в 3М-пространстве, который используется для ориентации направления "вверх" для участков КСС.

Чтобы отобразить кривые силы света Candela Plots (Analysis -> Candela Plots)

Отображение графиков возможно в следующем виде:

Polar Iso-Candela - изоканделы в полярной системе координат. Чтобы отобразить изоканделы в полярной системе координат нажмите или Analysis -> Candela Plots -> Polar Iso-Candela

Рис.1.11

Rectangular Iso-Candela - изоканделы в декартовой системе координат Чтобы отобразить изоканделы в декартовой системе координат нажмите или Analysis -> Candela Plots -> Rectangular Iso-Candela

Рис.1.12

Polar Candela Distribution - КСС в полярных координатах.

Чтобы отобразить КСС в полярной системе координат нажмите или Analysis -> Candela Plots -> Polar Candela Distribution

Рис.1.13 Rectangular Candela Distribution - КСС в декартовых координатах

Чтобы отобразить КСС в декартовых координатах нажмите или Analysis -> Candela Plots -> Rectangular Candela Distribution

Рис.1.14

1. Откройте Analisis/Candela Options

2. Установите Normal vector X=0, Y=0, Z=1

3. Установите Up vector X=0, Y=1, Z=0

4. Установите параметры указанные на рис.1.15-1.17

5. Посмотрите 2 варианта графиков КСС и изокандел

6. Оцените полученные результаты

Рис 1.15

Рис 1.16

Рис 1.17 Единицы измерения радиометрические (Radiometric) или фотометрические (Photometric) выставляется в Raytrace|Raytrace Options. Обновление всех графиков происходит автоматически.

Индивидуальное задание

a) Провести расчет для 1К, 10K, 1M лучей и сравнить результаты расчета Сandela Plots с заданными настройками вывода результата

b) Провести расчет для 1К, 10K, 1M лучей и сравнить результаты расчета Irradiance/Illuminance Map с заданными настройками вывода результата

c) Провести расчет для 1М лучей сравнить результаты Сandela Plots с различными настройками вывода результата (не менее 3-х различных настроек)

d) Провести расчет для 1М лучей сравнить результаты Irradiance/Illuminance Map с различными настройками вывода результата (не менее 3-х различных настроек)

e) Провести расчет для 1К, 10K, 1M и сравнить 3D Irradiance/Illuminance Map для поверхностей Observation Disk|Front и Reflector|Inside

f) Проанализировать ход лучей на поверхностях Observation Disk|Front и Reflector|Inside (провести сортировку лучей)

g) Обменяться результатами сравнений и создать единый отчет по проделанной работе.

Замечание: группа сдает ЕДИНЫЙ СВОДНЫЙ ОТЧЕТ по лабораторной работе.

Вопросы к защите :

1. Напишите формулу эллиптического отражателя. Какие еще виды отражателей вы знаете?

2. Напишите основные узлы конструкции металлогалогенной лампы, их свойства и материалы.

3. Метод Монте Карло

4. Что такое Voxel?

5. Какие режимы трассировки используются в TracePro?

6. Какие опции трассировки актуальны для расчета световых приборов? При каких настройках следует считать модель с 10М лучей? Со 100К лучей?

7. Для чего нужна опция Сглаживания (Smoothing option)? При каких настройках сглаживания следует считать модель с 10М лучей? Со 100К лучей?

8. Перечислите основные опции 3D Irradiance/Illuminance Map. Какую опцию необходимо выставить при освещении прозрачной пластинки, чтобы увидеть освещенность ее поверхности?

9. Основные настройки Candela options. Какую опцию необходимо выставить при освещении диффузной пластинки, чтобы увидеть КСС одной выбранной её поверхности?

10. Основные настройки Candela plots. Параметры векторов в расчетах световых приборов. Объясните, почему выбраны именно эти направления векторов.

Литература:

1. (r) TRACEPRO TUTORIAL Raytrace and Analysis

2. (r) TRACEPRO User's Manual, Release 7.0, Revised 16-Aug-2010

Показать полностью…
3 Мб, 22 февраля 2017 в 15:26 - Россия, Москва, НИУ МЭИ, 2017 г., docx
Рекомендуемые документы в приложении