光度學pdf

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內容簡介

本書分上、下兩篇，上篇為幾何光學與成像理論，下篇為物理光學。上篇分8章，主要介紹幾何光學的基本定律和成像特性、理想光學系統的光學參數和成像關系、平面與平面鏡成像、光學系統中的光闌與光束限制、光度學和色度學的基本原理、光學系統的光路計算和像差理論、典型光學系統的成像特性和設計要求、光學系統的成像質量評價和像差公差。

『貳』 《工程光學》PDF版 機械工業出版社 By郁道銀編

《工程光學》PDF版 機械工業出版社 By郁道銀編

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內容簡介 · · · · · ·

《工程光學》是普通高等教育「十五」國家級規劃教材，是在第1版的基礎上修訂而成的。《工程光學》分幾何光學和光學設計（上篇）和物理光學（下篇）兩篇，系統地介紹了工程光學的基本原理、方法和應用。上篇共十章，包括幾何光學的基本定律和成像概念、理想光學系統、平面與平面系統、光學系統中的光束限制、光度學和色度學基礎、光線的光路計算及像差理論、典型光學系統、現代光學系統、光學系統的像質評價和像差公差、光學設計，下篇共七章，包括光的電磁理論基礎、光的干涉和干涉系統、光的衍射、傅里葉光學、光的偏振和晶體光學基礎、導波光學基礎、光子學基礎，刪去了光的量子性和激光基礎一章。上篇還增加了光闌、像差特徵曲線及分析、變焦距光學系統、現代光學設計軟體中的各種像質評價方法等內容。下篇增加了光傳播時的吸收、色散和散射，液晶、近場光學、二元光學、光調制、光子通信和光子晶體的內容。

目錄 · · · · · ·

第2版前言第1版前言 上篇 幾何光學與光學設計第一章 幾何光學基本定律與成像概念 第一節 幾何光學的基本定律 第二節 成像的基本概念與完善成像條件 第三節 光路計算與近軸光學系統 第四節 球面光學成像系統 習題第二章 理想光學系統 第一節 理想光學系統與共線成像理論 第二節 理想光學系統的基點與基面 第三節 理想光學系統的物像關系 第四節 理想光學系統的放大率 第五節 理想光學系統的組合 第六節 透鏡 習題第三章 平面與平面系統 第一節 平面鏡成像 第二節 平行平板 第三節 反射棱鏡 第四節 折射棱鏡與光楔 第五節 光學材料 習題第四章 光學系統中的光束限制 第一節 光闌 第二節 照相系統中的光闌 第三節 望遠鏡系統中成像光束的選擇 第四節 顯微鏡系統中的光束限制與分析 第五節 光學系統的景深 習題第五章 光度學和色度學基礎 第一節 輻射量和光學量及其單位 第二節 光傳播過程中光學量的變化規律 第三節 成像系統像面的光照度 第四節 顏色的分類及顏色的表觀特徵 第五節 顏色混合及格拉斯曼顏色混合定律 第六節 顏色匹配 第七節 色度學中的幾個概念 第八節 顏色相加原理及光源色和物體色的三刺激值 第九節 c匝標准色度學系統 第十節 均勻顏色空間及色差公式 習題第六章 光線的光路計算及像差理論……

『叄』 【路徑追蹤】PathTracing2--演算法實現

通過深入學習光度學，我們掌握了基於物理的真實光學表達。繼而，基於對表面反射的分析，我們總結出了一套物理基礎的渲染方程。理論分析至此完備，接下來的任務在於解決渲染方程，路徑追蹤（Path Tracing）演算法就是一種有效求解手段。

文式編程（Literate Programming），由Donald Knuth提出，是一種編程範式。在該模式下，程序以自然語言（如英語）闡述其邏輯，其中穿插宏片段和傳統源代碼，最終生成可編譯的代碼。本文採用類似方法，以避免在敘述中出現大段代碼邏輯，確保閱讀流暢。

利用蒙特卡洛方法求解渲染方程，我們得知當計算 g(x) 在區間 [a, b] 上的定積分時，可通過計算 G(x) 在 n 個隨機變數下的平均值實現，其中 G(x) = g(x) / PDF(x)。接著，我們忽略物體的自發光，將渲染方程表示為一個定義在上半球內對立體角的積分。半球對應的立體角為 2π，採用均勻采樣，從而得出 PDF(x) = 1 / 2π，進而將渲染方程轉換為具體形式。

直接光照概念表明，追蹤光路時僅考慮光源發出的光路，可得到直接光照結果。間接光照則是現實世界中物體表面接收到的光源除直接來源外的其他物體反射的光照，全局光照由直接光照與間接光照構成。根據之前對光度學的分析，P 點接收來自 Q 點的輻射量等於 Q 點發射到 P 點的輻射量，即 P 點接收到的來自 Q 點的輻射量為 Q 點在 QP 方向上的反射，形成遞歸過程。

面對光線數量爆炸問題，Path Tracing 實現雖正確，但存在致命問題：每次遞歸增加使得光線數量呈指數級增長。離線渲染時，這種計算量無法接受。為了避免指數爆炸，N 必須取 1。然而，這會導致樣本數量斷崖式下降，畫面噪點增多。幸運的是，通過在像素上追蹤多條光線可解決此問題。

路徑追蹤過程中，遞歸過程無法中止，只要存在交點，追蹤就不會停止。為解決此問題，我們可採用截斷方案限制遞歸深度，但該方案會導致能量損失。另一種方案為俄羅斯輪盤賭（Russian Roulette），通過概率決定光線的存亡，期望值與真實輻射度相同。這能有效減少計算量，避免指數爆炸。

在 Path Tracing 實現中，當光源較小時，追蹤的光線會大量浪費。蒙特卡洛方法允許任意采樣，通過在光源上采樣可避免光線浪費。需注意的是，采樣對象從微分立體角轉換為光源表面的微面元，積分對象需相應調整，通過簡單三角函數計算實現。

通過輻射度的轉換，可將輻射度分為兩部分處理，進一步優化Path Tracing演算法。

在不考慮陰影問題的前提下，Path Tracing演算法能夠輕松實現光柵化方法難以實現的間接光照、軟陰影等效果。以一個基礎框架為例，只添加了最簡單的均勻漫反射材質，場景顯得單調，但仍然能夠直觀展示Path Tracing演算法的原理與優勢。