(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211206468.7 (22)申请日 2022.09.30 (71)申请人 中国科学院长春光学精密机 械与物 理研究所 地址 130033 吉林省长 春市经济技 术开发 区东南湖大路38 88号 (72)发明人 刘铭鑫　张新　 (74)专利代理 机构 深圳市科进知识产权代理事 务所(普通 合伙) 44316 专利代理师 孟洁 (51)Int.Cl. G06T 15/06(2011.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种光学系统杂散光线梯度仿真方法及仿 真系统 (57)摘要 本申请提供的光学系统杂散光线梯度仿真 方法及系统， 对光线进行预处理， 每条所述光线 均由发出点和方向构成的线 段组合而成， 所述光 线包含光线信息， 所述光线信息包括光线梯度， 追迹所述光线梯度最低的光线， 并对 所述最低光 线的线段进行更新和收集， 再将所述线段连成光 线， 通过GPU按照所述光线梯度由低到高遍历追 迹所有光线， 直到所有最大梯度值的光线追迹完 成， 对光线追迹进行分析实现杂散光线梯度仿 真， 实现GP U加速的梯度非序列光线追迹， 速度更 快， 处理大规模光线追迹情况下， 更加节省算力 资源。 权利要求书3页 说明书9页 附图5页 CN 115546382 A 2022.12.30 CN 115546382 A 1.一种光学系统杂散光线梯度仿真方法， 其特 征在于， 包括下述 步骤： 步骤S110： 对光线进行预处理， 每条所述光线均由发出点和方向构成的线段组合而成， 所述光线包含光线信息， 所述 光线信息包括 光线梯度； 步骤S120： 追迹所述光线梯度最低的光线， 并对所述最低光线的线段进行更新和收集， 再将所述线段 连成光线； 步骤S130： 通过GPU按照所述光线梯度由低到高遍历追迹所有光线， 直到所有最大梯度 值的光线追迹 完成； 步骤S140： 对光线追迹进行分析实现杂散光线梯度仿真。 2.如权利要求1所述的光学系统杂散光线梯度仿真方法， 其特征在于， 在步骤S120中， 对追迹所述光线梯度最低的光线， 并对所述最低光线的线段进行更新和收集， 再将所述线 段连成光线， 具体包括： 从光线梯度为0的光源光线开始追迹， 所述光线梯度被用来描述光线分裂时形成子光 线的次数， 即每根由光源产生的光线的梯度为0， 每次产生子光线时， 该 条子光线梯度加1。 3.如权利要求1所述的光学系统杂散光线梯度仿真方法， 其特征在于， 在步骤S120中， 对追迹所述光线梯度最低的光线， 并对所述最低光线的线段进行更新和收集， 再将所述线 段连成光线， 具体包括下述 步骤： 步骤S121： 索引最低光线梯度的光线； 步骤S122： 获取所述光线 的相交平面， 并根据所述相交平面判断是否为接收面， 若是， 返回步骤S121； 若否， 进行 下一步； 步骤S123： 判断是否进行光线分裂， 若是， 返回步骤S121； 若否， 进行 下一步； 步骤S124： 计算出射光线， 并判断所述出射光线是否小于能量阈值， 若是， 返回步骤 S121； 若否， 进行 下一步； 步骤S125： 记录当前节点； 步骤S126： 判断是否所有光线梯度索引完成， 若否， 返回步骤S121； 若是， 进行 下一步。 4.如权利要求3所述的光学系统杂散光线梯度仿真方法， 其特征在于， 在步骤S122， 获 取所述光线的相交平面， 并根据所述相交平面判断是否为接收面的步骤中， 具体包括： 步骤S21： 构建光学系统结构模型； 步骤S22： 将所述 光学系统结构模型进行三角面片化； 步骤S23： 将所述光学系统结构模型进行空间均匀分割， 以八叉树形式进行递归， 直到 达到最大递归深度， 找到结构模型最大尺寸构建第一个立方体； 步骤S24： 依序将所述光学系统结构模型置入未占用单位的立方体 中， 当未达到最大递 归深度时， 继续对所述第一个立方体进行划分； 步骤S25： 重复上述 步骤， 直到 达到最大递归深度； 步骤S26： 当一条光线入射光学系统时， 对八叉树子节点的三角面片进行判断， 完成八 叉树布尔运 算求交， 通过不断缩小子空间， 确定 到达面片得到交点； 步骤S27： 获取 该表面的光学属性。 5.如权利要求4所述的光学系统杂散光线梯度仿真方法， 其特征在于， 在步骤S123中， 判断是否进行光线分裂的步骤中， 具体包括下述 步骤： 若所述光学属性中若存在透射和反射并存时， 会发生 光线分裂。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115546382 A 26.如权利要求5所述的光学系统杂散光线梯度仿真方法， 其特征在于， 在步骤S124中， 在计算出射 光线， 并判断所述出射 光线是否小于能量阈值的步骤中， 包括下述 步骤： 步骤S41： 根据所述 光线到达位置的表面属性计算所述 光线的方向和能量； 步骤S42： 根据所述 光线的方向和能量获取新的出射 光线； 步骤S43： 根据所述新的出射光线进行阈值判断， 确认该光线是否能继续追迹， 最后达 到控制低量级光线传播。 7.如权利要求6所述的光学系统杂散光线梯度仿真方法， 其特征在于， 在步骤S41中， 根 据所述光线到达位置的表面属性计算所述 光线的方向和能量， 具体包括下述 步骤： 步骤S411： 所述表面属性包括散射属性， 所述散射属性中光线和物体表面的交互作用 可以用双向反射分布函数BRDF来描述， 其中BRDF的函数表达形式如下述公式： 步骤S412： 当光线到达散射表面时， 根据预设表面散射数ns， 随机生成ns条光线的方向 向量， 并根据BRDF和总 累积散射TIS分配相应光线能量 值。 8.如权利要求6所述的光学系统杂散光线梯度仿真方法， 其特征在于， 在步骤S42中， 根 据所述光线的方向和能量获取新的出射 光线， 具体包括下述 步骤： 步骤S421： 若交点的表面属性存在散射时， 其中生成的散射 光线为子光线； 步骤S422： 若交点的表面属性中存在透射和反射并存时， 会发生光线分裂， 其中， 生成 的光线包括主光线及子光线， 每生 成子光线时， 会生成新的光线， 此条新光线的光线路径与 主光线在当前 交点前路径相同， 在交点后则需要继续追迹， 其中： 所述主光线 是可以被优先 完成追迹的光线， 所述子光线则是梯度大于所述主光线因光线分裂而生成的新光线， 子光 线会在主光线追迹 完成后再追迹 。 9.如权利要求6所述的光学系统杂散光线梯度仿真方法， 其特征在于， 在步骤S43 中， 根 据所述新的出射光线进行阈值判断， 确认该光线是否能继续追迹， 最后达到控制低量级光 线传播， 具体包括下述 步骤： 步骤S431： 预 先设置阈值， 所述阈值包括： 能量阈值、 最大梯度值； 步骤S432： 判断出射光线能量是否小于能量阈值， 若是， 则此类光线能量过低， 为不关 注光线， 此时该光线泯灭， 不继续追迹； 若否， 进行 下一步； 步骤S433： 判断光线梯度是否等于最大梯度值， 若是， 子光线置零； 若否， 存储子光线， 并记录当前节点。 10.如权利要求8所述的光学系统杂散光线梯度仿真方法， 其特征在于， 在步骤S140中： 对光线追迹进行分析实现杂散光线梯度仿真， 包括下述 步骤： 步骤S141： 将接收面进行网格划分成多个单元格， 计算所述单元格的面积区域， 而后 计 算单元格区域中的光线， 累加得到每 个单元格的光线数； 步骤S142： 累加每 个格子光线的能量， 除以初始光线数， 得到每 个格子的光 通量； 步骤S143： 每 个单元格的光 通量除于对应的单 元格区域， 得到每 个格子的照度； 步骤S144： 通过查询不同光线梯度， 可实现光线来源分析。 11.一种光学系统杂散光线梯度仿真系统， 其特 征在于， 包括：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115546382 A 3