新一代光學工程仿真軟件RED MPC支持的功能

新一代光學工程仿真軟件REDMPC支持的功能分析實體分析表面GPUs不支持并會忽略分析表面。當在GPUs使用光線追跡時，應該使用平面類型探測器實體而不是分析表面。探測器實體如果在模型中存在一個配置正確且支持的探測器實體(DE)類型，GPU光線追跡可以使用它生產分析結果節(jié)點(ARNs)o下表逐條列出了GPUs所支持的探測器實體類型。任意未支持的DE類型或者未支持的參數都會被GPUs忽略。探測器實體類型支持不支持Plane?Cylinder■Sphere?Cone?3DBox?每個探測器實體使用一系列參數來定義其尺寸、像素分辨率以及計算類型等。下面的表格列出了GPU支持的每個參數。.偏振光a.如果支持光源配置，而且激活了偏振標志，光線仍然可以通過TraceGPURays調用生成，但是會忽略偏振信息（即光線會被認為是非偏振，不相干的光源）b.如果光源是在FRED生成的，然后需要用TraceCPURays調用GPU來追跡，那么在GPU上追跡的光線的偏振信息會被忽略，但是當光線回到FRED中時，偏振信息會回到CPU上。這些光線的偏振數據是無效的，不能使用這些光線數據來分析偏振.相干光a.使用TraceGPURays光線追跡模式，在GPU上不會生成相干光b.使用TraceCPURays光線追跡模式，將光線從FRED光線緩沖區(qū)推送到GPU時，在GPU光線追跡之前，相干屬性將從光線中移除，然后在光線返回到FRED時在CPU上被替換。這些在GPU上追跡的光線，不能用來進行輻射度計算光線屬性每條光線都有一組屬性（例如位置，方向，功率，波長等），這些屬性由各種分析功能使用。下表列出了GPU支持的光線屬性1.光“強度”是一種僅適用于TraceRender光線追跡模式以生成渲染圖形的屬性。光線屬性支持不支持Positionvector?Directionvector■Surfacenormalvectoratmostrecentintersectionpoint■Power■Light"strength"(1;Opticalpathlength(OPL)■EntityID(whichsurfacetherayison)■Totalintersectioncount■Consecutiveintersectioncount■Specularancestrydepth■Scatterancestrydepth■Wavelength■Rayimmersionmaterial■Raystatus(2)Allotherattributes(3)2.目前僅支持一組有限的狀態(tài)屬性代碼，支持的狀態(tài)代碼為rayishalted,reasonrayishalted,rayintersected,rayinteracted,rayreflected,raytransmitted,scatterray,specularray,unresolvablematerialerror,TIRerror.請務必注意，盡管可以使用MPCTraceAdvanced選項請求光線追跡路徑數據，但在GPU光線追跡期間，不會更新路徑#的光線屬性。因此，在執(zhí)行GPU光線追跡之后，不支持基于路徑#的光線選擇過濾。基于路徑的分析僅限于RaytracePath表和StrayLightReport表中顯示的信息追跡路徑當模型在適用的光線追跡屬性定義上使用蒙特卡洛父光線說明符時，可以在GPU上追跡光線獲得RaytracePathso當GPU上發(fā)生光線分裂時，將不會追跡RaytracePathso必須在光線追跡之前將用戶提供的用于路徑追跡的最大總事件計數提供給GPU。此選項位于GUI中的MPCTraceAdvanced對話框中。只有總事件計數小于或等于此用戶提供的值（默認值二10個事件）的路徑才能在GPU光線追跡結束時在RaytracePaths表或StrayLightReport中查看。在GPU光線追跡結束時，在輸出窗口中報告超過最大總事件計數限制的光線追跡路徑的數量以及這些路徑中的總功率。目前不支持在CPU上生成重繪光線跟蹤路徑（如果它們已由GPU生成）。目前不支持使用光線執(zhí)行基于路徑的分析（例如，分析路徑#乂的輻照度分布）。光線追跡屬性下表列出了GPU如何處理光線跟蹤屬性的特定屬性。光線追跡屬性支持不支持Totalintersectioncountcutoff?Consecutiveintersectioncountcutoff?Specularancestrylevelcutoff?Scatterancestrylevelcutoff?Specular+Scatterancestrylevelcutoff?Allowspecularreflectedray?Allowspeculartransmittedray?AllowTIR?Allowscatterreflectedray■Allowscattertransmittedray■Allowabsorbedray?Relativepowercutoffinspecularreflection■Relativepowercutoffinspeculartransmission■Relativepowercutoffinscatterreflection■Relativepowercutoffinscattertransmission?Relativepowercutoffinabsorbedrays?Absolutepowercutoffinspecularreflection■Absolutepowercutoffinspeculartransmission■Absolutepowercutoffinscatterreflection■Absolutepowercutoffinscattertransmission■Absolutepowercutoffinabsorbed「ays■Parentrayspecific1.父光線和光線分裂a.使用蒙特卡羅以外的父光線說明符時，必須注意正確配置GPU緩沖區(qū)，以確保為光線生成保留適當數量的資源。特別是，通過設置GPU設備支持的最大總祖先級別(鏡面反射+散射)，在MPCTraceAdvanced對話框中指定用于光線分割的GPU內存分配。b.當使用蒙特卡羅以外的父光線說明符和TraceCPURays模式時，只有父光線將返回到CPU光線緩沖區(qū)。這限制了在GPU光線追跡期間光線分割處于激活狀態(tài)時可用的光線數據跟蹤后分析。散射散射模型下表列出了對GPU上散射模型的支持。以下行為適用于GPU上的散射模型：如果是不支持的散射模型，那么GPU會忽略它TotalIntegratedScatter(TIS)表在7個入射角處預先計算，作為散射模型表示的一部分，然后在GPU光線追跡期間進行插值。散射類型支持不支持Lambertian?Harvey-Shack?Mie?DiffuseBinomial?DiffusePolynomial?BlackPaint?其他(1)1.如果是不支持的散射模型，那么GPU會忽略它每個散射模型定義都包含進一步描述散射行為的其他屬性。這些屬性在FREDGUI中顯示為散射模型對話框底部的"AdditionalData",或者作為用戶腳本散射模型定義的一部分。散射模型屬性支持不支持Applyontransmission■Applyonreflection■Haltincidentray?Wavelengthdependence?Spatialvariation?重點采樣具有散射模型的表面必須至少具有一個激活的重點采樣（或FRED的GUI中顯示的”ScatterDirectionsRegionsofInterest,以便由曲面生成散射光線。盡管重點采樣不會影響散射光線本身的輻射測量，但它會影響散射光線對給定方向的統(tǒng)計采樣，并最終影響分析平面上的光線統(tǒng)計。下表列出了GPU重點采樣的類型:重點采樣類型支持不支持FullHemisphere(1)Towardanellipsoidalvolume(2)Intothespeculardirection■Intoagivendirection■Towardapoint■Throughaclosedcurve?Towardanentity■.“FullHemispherev是“Intoagivendirection重點采樣類型的特定實例,其中關于散射位置處的局部表面法線將半角設置為90。。.橢圓體重點采樣類型的GPU實現與CPU實現不同。在GPU實現中，重點采樣由矩形定義，該矩形圍繞從散射點看到的橢圓體的投影。采用這種方法是因為在GPU上實現比CPU上的嚴格橢圓更快。在GPU和CPU實現中，輻射度測量是正確的。每個重點采樣規(guī)范都有一組額外的屬性（在FREDGUI中顯示為"OtherData"）,用于進一步優(yōu)化重點采樣的效率。下表列出了對這些屬性的GPU支持重點采樣屬性支持不支持Activeflag■Directiontype(1;Reverseraydirections■Numberofscatterrays(2)Solidanglescalefactor?Solidanglefractionalhole■Scatterancestrycriteria?Scatterancestryvalue■.當散射表面的光線追跡屬性將蒙特卡羅設置為父光線說明符時，方向類型標志將被強制使用GPU上的蒙特卡洛選項。在所有其他情況下，將使用請求的方向類型。此選項在BSDF值最高的位置生成更多的散射光線。.當散射表面的光線追跡屬性將蒙特卡羅設置為父光線說明符時，在GPU光線追跡期間，散射光線的數量將強制為1。在所有其他情況下，將使用所請求的散射光線數量（最多10條光線）腳本GPU上不支持腳本元件（例如材料，曲面，散射等）。有關腳本元件如何在GPU上進行近似的更多信息，請參閱本文檔的相應部分。修改FRED文檔的腳本（包括更新前/后腳本）應在將文檔發(fā)送到GPU之前執(zhí)行以下腳本命令用于支持MPC光線追跡:今人叩Verr=MPCRaytrace(mode)這個函數執(zhí)行TraceCPURays:TraceGPURays,或者TraceRender,這取決于提供的參數參數數據類型描述ErrHuge_返回錯誤碼（0二無錯誤）ModeString確定光線追跡是使用TraceCPURays,TraceGPURays,還是TraceRender模式。選項是:“cpu”刪除CPU光線緩沖區(qū)中的所有的現有光線，從所有可追跡光源生成新光線，執(zhí)行GPU光線追跡?！癊xist"如果光線存在于CPU光線緩沖區(qū)中，則使用現有光線執(zhí)行GPU光線追跡。如果CPU光線緩沖區(qū)中不存在光線，生成來自所有可追跡光源的光線，然后在GPU上進行光線追跡。5口生成支持的光源定義中的光線，并在GPU上進行光線追跡。“Render”執(zhí)行當前3D視圖的光線跟蹤渲染。Err=MPCAdvancedRaytrace；tMPC)這個函數調用MPCTraceAdvanced使用TMPCADVANCEDRAYTRACE來酉己置選項。參數數據類型描述ErrHuge_返回錯誤碼（0二無錯誤）tMPCTMPCADVANCEDRAYTRACE在調用MPCTraceAdvanced時配置選項MPCImtAdvancedRaytrace(tMPC)此函數初始化T^MPCADVANCEDRAYTRACE數據結構的成員TMPCADVANCEDRAYTRACE的成員變量和描述參數數據類型描述tMPCTMPCADVANCEDRAYTRACE正在初始化其成員的數據結構。成員數據類型描述ActionString確定光線追跡是使用TraceCPURays,TraceGPURays,還是TraceRender模式。選項是：“CPU”刪除CPU光線緩沖區(qū)中的所:探測器實體參數支持不支持Spatialdimensions?Resolution?計算Irradiance?ColorImage?Illuminance(1)計算時間設置Duringtrace?Attraceend?Onrequest?Sidedness?Absorbrayflag?Rayfilters(2).配置了“iHuminance”分析的探測器實體不會執(zhí)行所要求的分析，但如果“Abosorbrays”標志設置未True則會使GPU上的光線停止。.光線濾波器a.在GPUs上，僅當計算時間設置為“attraceend”模式，才會應用DE上的光線濾波器標準。在“DuringTrace”模式下，光線濾波器會被忽略，并且所有被DE截斷的光線都會包含在結果中。b.在Monte-Carl。模式下，在光線追跡的最后可以獲得所有的光線并進行光線過濾處理。c.在光線分裂模式下，在光線追跡末端僅能夠獲取“母”光線并進行光線過濾處理。這意味著，例如，當GPUs上的光線追跡為光束分裂模式時，其不能使用光線濾波器分理處“子”散射光線。不推薦在光線分裂模式下使用光線濾波器。d.在探測器實體方面，光線過濾應用的基本標準是光線必須被DE攔截。例如，若一個DE的光線過濾為“散射光線”模型，預期只有與DE相交的散射光線才會對結果分析有貢獻。光線:從所有可追跡光源生成執(zhí)行GPU光線追跡?！癊xist”如果光線存在于CPU光線緩;則使用現有光線執(zhí)行GPU光f如果CPU光線緩沖區(qū)中不存彳生成來自所有可追跡光源的3后在GPU上進行光線追跡。“GPU生成支持的光源定義中的光2GPU上進行光線追跡。“Render”執(zhí)行當前3D視圖的光線跟蹤Default="GPLTForceMonteCarloForceMonteCarloForceMonteCarloBoole當True時，RaytraceProperties上的anParentRaySpecifier設置會被忽略，GPUForceMonteCarlo光線追跡會被強制使用蒙特卡洛模式。請注意：這不會修改FRED文檔的光線追跡屬性。在GPU上調試或測試模型時，這非常有用。Default=FalseLogLogLogBoole當True時：LogBoole當True時：MPC活動將記錄到文本輸出an文件中Default二上次使用狀態(tài)。如果是第一次使用，那就是FalseLogfileStringMPC日志文件的完整文件路徑位置Default二與正在操作的FRED文件的位置相同maxEventsPerPathLong累積光線追跡路徑數據時:將不會追跡總事件計數大于此值的路徑。"Overflow”路徑以及總事件計數大于這個值,將無法在光線追跡路徑表或雜散光報告中進行處理。Default=上次使用狀態(tài)。第一次使用是10個事件splitDepthLong通過指定GPU設備支持的總允許的祖先級別（鏡面反射+散射）來分配GPU內存。Default=上次使用狀態(tài)。第一次使用是4RrandomNumberSeedHuge用戶指定將由GPU使用的隨機數seedo只有當RrandomNumberSeedGeneration成員是User的時候才會應用Default二用戶提供的值randomNumberSeedGenerationString指定GPU上的隨機數seed生成。選項日，“User”randomNumberSeed的值將由用戶手動提供。“Auto”將為每個光線追跡自動生成新的隨機數種子。uPreference0遵循」Preference"對話框的“Miscellaneous”選項卡上的隨機數seed首選項。如果選中該選項，則隨機數seed的行為與“Aut。,相同;如果未選中首選項：則每個光線追跡使用隨機數seed值0Deafult="Preference'RayBufSizeLong同時存儲在GPU光線緩沖區(qū)中的最大光線數。Default二上次使用狀態(tài):第一次使用是2：°光RayPathsBoolean當True時，只要模型的光線追跡屬性使用蒙特卡羅模式，就會在GPU上追跡光線追跡路徑如果光線追跡屬性允許光線分裂，則無論此設置如何：都不會追跡光線追跡路徑。Default;上次使用狀態(tài)。第一次使用是FaultreinitializeBoolean可執(zhí)行覆蓋:強制在執(zhí)行任何請求的操作之前重新初始化GPU在正常操作下，永遠不需要應用此選項。Default=FalsereloadDocBoolean可選覆蓋,強制在執(zhí)行任何光線追跡之前將FRED文檔重新加載到GPU中。在正常操作下，永遠不需要應用此選項。Default=FalserenderFileStringaction="render”時生成的渲染位圖圖像文件的完整文件路徑規(guī)范。Default二相關文檔的文件夾或上次使用狀態(tài)。有三種光線追跡操作模式用于使用GPU執(zhí)行光線追跡,本文檔的光線追跡模式部分對此進行了描述。僅當使用TraceGPURays模式時,本節(jié)中的信息才有意義。使用TraceCPURays模式時，光源功能僅受GPU上光線數據支持的屬性限制（有關詳細信息，請參閱“光線”部分）。使用TraceGPURays模式時，光源定義將加載到GPU中，然后GPU用于生成和追跡光線。為了正確執(zhí)行，GPU實現需要支持源定義的屬性。如果不支持光源的屬性，則GPU不會生成或追跡光線。下表列出了GPU的光源屬性支持：光源屬性支持不支持RayPosition/RayDirectioncombinations?RandomPlane/RandomDirectionintoanangularrange?RandomPlane/SingleDirection?RandomVolume/Randomdirectionsintoasphere?所有其他組合■Wavelengths/SpectrumAsspecifiedbylistRandomlyaccordingtospectrum■Evenlyspaced,weightedaccordingto■spectrumImmersionMaterial(2)Power?PowerUnits(3)Traceable/NeverTraceableFlags??AdditionalPhasetoAddtotheSource?Post-creationRayPropagationSpecification■PositionApodization(alltypes)■DirectionApodization(alltypes)?Coherence(allattributes)■Polarization(allattributes)(4)AcceptanceFilter(allattributes)■LGPU僅使用列表中激活的波長。這也會影響GPU上采樣材料的表示，其折射率值在使用“Asspecifiedbylist”波長選項的每個光源的有效波長下進行評估。.有關GPU如何表示每種材料類型的詳細信息，請參閱本文檔的“材料”部分。.無論光源中的實際設置如何，功率單位始終為瓦特。例如，如果指定50流明的光源，則GPU將產生具有50瓦特總功率的光線。光線將被正確追跡，但50流明光源的輻射測量是不正確的。.如果支持位置/方向組合，仍將生成光線，但光線將不具有與偏振相關的任何屬性。光譜所有Spectra類型都不受支持而會被忽略。波長規(guī)格為“Randomlyaccordingtospectrum”的光源將無法使用TraceGPURays光線追跡模式在GPU上生成光線。在這種情況下，需要在CPU上的FRED中生成光線，然后使用TraceCPURays模式在GPU上推送和追跡光線。但是，因為在將文檔加載到GPU中時預先計算折射率值，所以當折射元素包含在模型中時'這可能會給出不正確的結果。表面粗糙GPU不支持表面粗糙度。如果將SurfaceRoughness屬性分配給FRED模型中的曲面,則在轉換為GPU時將忽略該屬性。e.光線過濾對每條光線進行屬性操作。通過對GPU光線追跡模式使用如下規(guī)則，以進行光線屬性測試并與光線關聯(lián)：追跡CPU光線模式i.光線通過CPU光線緩沖區(qū)進行創(chuàng)建并初始化所有光線屬性.光線復制到GPU光線并用于追跡.光線在GPU上進行追跡.光線從GPU中復制回到其在CPU光線緩沖區(qū)的原始光線.GPU不支持的任意的CPU光線屬性都跟初始值意義.相應地，使用GPU不支持的屬性的任意過濾操作都將在原始不變的CPU光線數據上進行測試追跡GPU光線模式.GPU上創(chuàng)建的光線具有GPU支持的屬性.光線在GPU進行追跡.光線從GPU復制到一個臨時默認的CPU光線.相應地，任何使用GPU不支持的屬性的過濾操作都將測試默認光線的設置方向分析實體方向分析實體(DAEs)將會在一個GPU光線追跡的最后自動生成一個分析結果節(jié)點(ARN)。一個DAE光線選擇的標準會在光線追跡結束時使用，這樣計算時間等同于一個探測器實體構造的“追跡終止”模式。請參考探測器實體部分文檔以獲得GPUs光線評價標準更完整的描述。分析結果節(jié)點如果在模式中激活了一個正確配置的探測器實體(DE)或者方向分析實體(DAE),則GPUs可以生成分析結果。如果一個正確配置的DE或者DAE出現在GPU光線追跡中，在GPU光線追跡結束時，分析結果節(jié)點將會添加到FRED文檔對象樹。膜層.下方的表格逐條列出了如何指定膜層類型以使用GPUs進行處理。在GPUs上的膜層不會有透射或者反射相位系數，空間相關性或者偏振相關性。透射和反射功率系數將會作為S和P偏振的平均值進行計算。膜層類型支持不支持Sampledcoating(1)General(2)Uncoated(baresubstrate)Scriptedcoating(3)ThinfilmandQuarterWaveCoating■Polarizer/WaveplateiJonesMatrix)(4).反射和透射會忽略相位條件。.簡單表格搜尋（最近鄰值）不包含角度插值。透射和反射是S和P分量的平均值。.近似為一種入射材料為空氣，基板材料為簡單玻璃的一般采樣膜層類型。對于所有激活的光源的每個激活的波長，膜層將會在方向余弦0到0.9999之間采樣8個角度。.對于所有的偏振態(tài)，將會100%傳播。分布計算當使用FRED的分布式計算功能時，可以使用遠程節(jié)點進行GPU光線追跡。幾何體表面當在GPUs上描述一個表面時，既可以進行精確描述，也可以進行近似描述。對于一個精確描述的給定表面，需要滿足以下要求：表面類型具有一個GPU實現表面可追跡沒有應用表面修剪參數沒有使用點乘表面修建參數表面不是布爾實體單元當上述條件不符合一個給定的表面，在GPUs上使用三角網格來近似的描述表面（此處可認為是CAD的*.OBJ或者*.STL格式）。將一個表面網格化一般會降低表面描述精度（除了網格化平面表面的情況），且跟CPU追跡結果相比，在GPU追跡中會成為錯誤的來源。當一個表面使用三角網格近似時，用于近似表面的三角塊是從兩種不同的來源并根據表面類型來進行采集的。隱式表面是由一個函數形式，f(x,y,z)來進行定義的。例如，球體、圓錐和柱體都是隱式表面。顯式表面是由參數化形式，f(u,v)來定義的。例如，直紋表面、拉伸表面和朗伯面都是顯式表面。對于三角網格近似：隱式表面使用內部算法，最終用戶不能獲得其控制的參數。用戶無法訪問提高網格質量的控鍵。顯式表面使用FRED的3D查看器中的三角塊。使用FRED的可視化屬性對話框增加曲面細分會在GPUs上生成更高質量的近似表面。下面表格指出了哪些表面類型具有精確的GPU實現，哪些使用三角網格近似。表面類型GPU實現近似Plane■Conic■Conicfoci■Cylinder(Tube)(1)GeneralAsphere■StandardAsphere?XYPolynomialAsphere■Qbfssurface.Qconsurface■ToroidalAsphere■XYToroidalAsphere?ZernikeSurface■Trianglesurf(facetedsurfaces)?所有其它的表面(2)L僅當前端和后端的半孔徑是理想（例如，柱脊沿Z軸為常數）情況下，則可完全支持柱面類型。如果柱脊是傾斜的，則在GPUs上使用三角網格來近似描述表面。2.在上述表格中未指定的表面類型將會在GPUs上使用三角網格來進行近似。表面屬性在FRED模型中每個表面都有一系列屬性以描述幾何體性質。這些屬性可以是物理屬性,FRED特定屬性需耍用于光線追跡或者FRED的可視化屬性要用于渲染。下方的表格指出了GPUs是否支持，部分支持或者忽略一個給定表面性質。一個受支持屬性并不意味著在GPU上的實現和在FRED中CPU光線追跡的本來的實現是意義的。請參考此文檔關于每個受支持或者部分受支持屬性相應的部分以獲得更多的信息。表面屬性支拉不支持Traceableflag