本文旨在向潜在的和新的OAS用户介绍非序列光线追迹的功能。本文讨论了非序列追迹的优点。

简介

在序列光线追迹模式中，光线仅限于从一个物体传播到下一个物体。这种特性使得序列模式成为对成像系统和无焦系统进行分析的理想选择。如果您使用的系统需要更高的灵活性，那么您将需要使用非序列光线追迹模式。非序列光线追迹功能允许光线以任意的次序通过光学元件，并允许光线被分裂、散射并反射回已经经过的物体。这种特性使得非序列模式能够分析任何系统类型中的杂散光、散射和照明问题等。只要一个光学系统能够用使用光线追迹来描述，我们就能够在OAS中使用非序列追迹进行仿真。

什么是非序列光线追迹?

非序列光线追迹意味着在光线追迹过程中，不存在预先定义好的一系列表面。光线与物体表面的接触点仅由它的物理位置、物体属性和光线方向来决定。光线可以入射到非序列物体的任意部位，也可以多次入射到相同的物体或一次也不接触。
在很多光学应用中，简单的序列表面模型不能很好的描述一些光学元件，我们需要使用实际的三维模型来更好地描述它们的光学性质。
在OAS中，您可以用以下两种模式来进行非序列光线追迹模拟：
非序列追迹
序列追迹
当您使用纯非序列模式时，所有光学元件都处在同一个非序列元件组中。除此之外，光源和探测器均在元件组中进行设置，用来发射和记录光线。在OAS的非序列追迹模式中，光源的设置比序列光线追迹模式中更加多样。在序列模式中只能创建视场光线。非序列模式使得您可以更加灵活的定义系统。使用非序列光线追迹，光源可以设置于非序列组中的任意位置和方向，甚至可以被放置在其他物体的内部。光源的类型可以为简单的点光源或者为具有复杂三维分布的光源。
在非序列光线追迹时，您可以评估探测器上的辐射强度数据或者查看光线数据对系统进行分析。探测器可以指定任意面型。
探测器的数据支持多种显示类型，其中包括：分布、颜色、相干、光线、其他、组合以及光场。这些类型的探测器中光线数据库中储存着每条光线的历史追迹数据，您可以通过字符串过滤的方式，在布局图窗口中只展示入射到特定探测器的部分光线。高级路径分析还提供了按特定标准（例如总的光通量）保存光线路径的功能。上述功能极大的扩展了非序列光线追迹在鬼像分析、杂散光分析和照明分析等需求中的应用。

混合模式

序列追迹是非序列光线追迹和序列光线追迹的混合体。与普通的序列式光线追迹一样，用户定义了物理物体的序列及其伴随的交互类型，所有追迹的光线都需要遵循这个序列。
混合光线追迹能够准确且无噪音地计算辐照度或图像平面上的投射强度分布，而光线数量相对较少。它与混合光源配合使用，发出混合光线。混合光线携带有关其当前位置和方向对其初始位置和方向的依赖性的信息。这些信息对于辐射测量至关重要。在序列设置中可以单独设置每个表面上光线的传输形式。
在这个示例中，我们将通过示例文件展示非序列光线追迹中的序列追迹。打开OAS软件后，点开示例文件中的VR pancake序列追迹.OASF，再选择主菜单栏中的追迹，找到非序列光线追迹中的序列追击，点击后，实体模型窗口将会显示光线追迹的结果。

打开序列设置我们可以看到对每个表面光线传输形式的设置。

光源建模

现在让我们查看另一个使用OAS非序列光线追迹模式的示例。打开示例文件中的椭圆式弧灯.OASF。该示例文件展示了从椭圆体光源发出的光线入射到探测器上的情况。在实体窗口中对模型进行放大，您可以看到光线从椭圆体的随机点发出，然后通过集中器反射出去。

实体模型图窗口能够显示分析光线追迹后的结果。

您可以在窗口对应的设置选项中更改探测器的显示模式、坐标类型、色谱等等。

例如下图为将显示模式改为表面。

OAS的光源类型支持简单的几何体、朗伯光源、辐射光源、图片光源以及自定义光源等等。

创建复杂的几何体

现在我们来介绍如何在OAS中创建复杂的几何体。
OAS内置了许多种物体类型，您可以根据这些类型创建各种几何结构。
模型导入
OAS的数据交互模块支持导入、导出其它仿真软件的文件格式数据，当前已支持读取导入CAD、ZEMAX、CODE V格式文件。 
当您想要的结构无法使用OAS内置的物体类型进行创建时，其中一个解决方案是在CAD软件中绘制您所需的几何结构，再导入到OAS中。您可以在OAS中导入IGES格式与STEP格式的文件，并设置相应的光学性质然后进行模拟。
下图展示了一个导入到OAS中的IGES格式的CAD文件。

布尔运算
另一个方案是利用布尔物体来创建。物体之间可以进行一系列的布尔运算，通过这些布尔运算操作，可以灵活地组合和分析多个原物体的光学特性。
布尔运算的参数包括以下：
运算符：与(&) 计算两个几何体的交集；或( | ) 计算两个几何体的并集。只有增加多个布尔运算时，运算符才起作用。
几何体名称：与该物体做布尔运算的几何体。
位置：
正 以几何体所在位置为参考的Z轴正半轴方向，若几何体为球体，则 正 为球体的外部。
负 以几何体所在位置为参考的Z轴负半轴方向，若几何体为球体，则 负 为球体的内部。
您也可以多次使用这些运算，最终创建所需实体模型。OAS支持所有布尔运算以及各种布尔运算的组合运算。
接下来通过一个示例文件Boolean Example 3.OASF展示了如何使用布尔运算来构建复杂的几何结构。

光线的分裂和散射

光线分裂
现在我们来展示光线分裂功能。打开示例文件分束.OASF。

该示例文件展示了如何用两个斜面重叠的棱镜（使用多边形物体类型创建）来模拟一个立方体分束镜。在默认情况下，光线入射到多边形物体时会直接透射穿过多边形物体。我们可以通过在物体表面上设置一个部分反射/透射的膜层，来同时得到反射光线和透射光线。膜层的性质在物体属性对话框的膜层选项卡下进行设置。在树状列表的几何体中双击“右”这个物体，点击物体属性设置菜单中的膜层选项卡。所有关于膜层性质的设置都是在这个界面下完成。

在该示例中，分束器的所有表面都设置了膜层。其中，所有的立方体外侧的表面都设置了抗反射膜层，而中间的分束面则设置了50%透射/50%反射的膜层。在2D视图中可以看到入射到立方体的光线分成了两束。

在分析光线追迹过程中同样也可以考虑光线分裂。在设置中必须将传播模式改为分裂。
光线散射
OAS默认提供了8个散射模型，包括ABg示例、Harvey示例、White示例、Glue示例、BareSteel示例、PolishedSteel示例、Titan示例和BlackPaint示例。此外，OAS还支持ABg、Harvey-Shack、Lambertian和表格等多种散射模型参数类型，这些模型可以应用于表面上。可以为表面分配多个不同类型的散射模型。在几何体属性窗口中的散射选项卡中可以看到，该物体使用了ABg散射模型。