Spektrální optický simulátor

Abstract

Cílem této práce je navrhnout a implementovat systém pro simulaci optických jevu se zamerením na spektrální zdroje svetla a disperzní jevy v optických prvcích vhodný pro didaktické i experimentální použití. Vstupem pro simulaci je definicní soubor scény ve formátu XML popisující zdroje svetla, optické prvky a stínítka, výstupem obraz zachycující jednak svetlo dopadající na stínítko, jednak celkový pohled na scénu obsahující optické prvky i svetlo procházející soustavou. Zdroj svetla muže být bodový s uživatelsky definovaným spektrálním složením nebo rastrový daný vstupním bitmapovým obrázkem. Jako optické prvky v definicním souboru scény je možné použít základní geometrická telesa nebo z nich metodou CSG vytváret složitejší. Definicní soubor scény umožnuje použití aritmetických výrazu a promenných. Simulace je založena na principu distribuce svetla do scény (light-tracing) metodou Monte-Carlo. Chování svetla na rozhraní dvou prostredí o ruzném indexu lomu je rešeno analyticky, nepoužívá se zjednodušení vycházející z chování paraxiálních paprsku.

The aim of this thesis is to design and implement an optical simulator focused on spectral light sources and dispersion effects, suitable for educational and experimental purposes. The input of the simulation is an XML scene definition file describing light sources, optical elements and optical sheets. The result of the simulation is one or more pictures containing incident light footprints collected on optical sheets as well as side sheets observing scene from a distance along with track of light passing through the scene. A light source can be defined as a point light with user-defined spectral distribution or a bitmap light using input bitmap picture as a glowing texture. The shape of any optical element can be defined as a basic solid, or constructed using CSG techniques. The scene definition file specification allows using of arithmetic expressions and user-defined variables. The simulation is based on a distribution of light from light sources toward the scene using a Monte-Carlo algorithm. Behaviour of light incident onto a transparent boundary is computed precisely according to the geometry of an element; a paraxial ray approximation is not used.