【学习体会】Lighttools8.4.0：软件基本使用+光度学基本概念+系统初始设置

2024-05-08 13:14:44

*关于Lighttools8.4.0软件的安装教程，详见我的另一篇博文：【软件安装】win10下Lighttools8.4.0(64)光学系统建模软件的安装教程

Lighttools8.4.0是一款简单好用的光学系统建模软件。

在本文中，我们将学习到光度学的基本概念、系统初始设置、物体模型坐标的使用方法、简单光学系统实例、系统浏览器的作用和内容、设置虚拟相机并渲染视图中的图像、仿真结果3D显示等。

如果有其他感兴趣的内容，欢迎在评论区留言！

目录

一、光度学的基本概念

二、软件的基本介绍

三、系统初始设置

四、物体模型的坐标和长宽高

一、光度学的基本概念

光度学研究可见光波段（波长范围在400~780nm之间的电磁波）的能量度量和传播规律。

研究对象为：光源、接收者和观察者，如下图所示，

1）光度学的基本单位

照度是接收者表面的光通量分布，只用于接收者表面的入射光分析。

光强度是光源发光表面的各个出射角度的光通量分布，只用于光源发光表面的分析。

光亮度是给定观察方向上单位透视面积内的单位立体角内的光通量大小，是用于接收者表面的反射光分析。

2）双向反射分布函数BRDF

双向反射分布函数BRDF函数由Fred Nicodemus于1965年提出，用于描述入射光、反射光和接收者表面之间的反射现象，如下图所示为BRDF中入射光和反射光的几何关系，

3）双向散射分布函数BSDF

BSDF是普遍意义上的说法，反映光入射与出射的强度对应关系。
各类BxDF实际上都是这样的对应关系，可以通过BxDF以及入射，出射角度计算光的强度。
BSDF可以认为包含了BRDF和BTDF，BRDF是反射而BTDF是透射。
BSDF = BRDF+BTDF，下图直观上描述了BSDF,BRDF的意义以及二者关系

BSDF模型更加通用，所以在Lighttools软件中的光学属性设置中使用的是BSDF。

作者：Lixs
链接：https://www.zhihu.com/question/26389307/answer/33508392
来源：知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

二、软件的基本介绍

参考博文：https://www.docin.com/p-1891899459.html

打开Lighttools8.4.0软件，可以看到：默认打开项目（untitled.1），

1）3D显示页面

可以看到系统的3D模型（可以看出这是一个右手坐标系）

鼠标滚轮按住，可以拖动物体旋转

鼠标滚轮上滑，可以放大；下滑，可以缩小

2）工具栏

其中，是显示控制按钮，显示单/多窗口显示，显示某个面作为观察平面，比如X-Y平面，

是对模拟光线的控制，为重新模拟和继续模拟（追加新增数据）的按钮

是对象编辑按钮，分别是选择、移动和查看信息，为删除选中对象

为用户坐标系控制按钮，为设置深度（暂时不会用），为光线追迹（暂时不会用）

3）核心模块

提供广泛的光学模块选择方案，比如：元件、二维物体、机械物体、查看、光线追迹、修改。

这里面的模块是比较丰富的，具体用法就先不一一介绍了。我们在实例中选择一两个进行介绍就好了，其他的留给大家去自行挖掘吧！

举个例子：在系统中添加一个球体，

点击：机械->MCtrSphere，点击3D显示页面，随意滑动再次点击，

4）保存

点击工具栏的或者点击“文件->保存”，可以保存为lts格式的LightTools System File文件，

最后保存下来的文件是，

再次按保存，会保存为

再再次按保存，会保存为hello.3

这好像是Lighttools软件的保存机制吧，每一次保存都会再次保存并打开副本文件，所以序号会不断变大，这对于我这种经常按ctrl+s的人来说，可能会产生大量冗余的数据。

另外，第一次保存的项目为hello.1_1，当你关闭模型，然后重新打开hello.1.lts文件时，项目名称显示为hello.1_2，

这就说明Lighttools软件对文件保护机制非常严格，不仅是同一个文件多次备份副本，而且显示在Lighttools软件中的文件还是一个二次副本，

所以一般的项目号都是A.x_y，其中，A是文件的名字，x是第几次保存，y是第几个显示副本编号。可以说是双重保护了！

三、系统初始设置

项目hello.1_3的首选项浏览器的页面为：

我们可以修改hello.1文件的一些系统属性，比如系统的半径模式、材料属性、光源属性、接收器属性等等

保存的时候，如果是设置了hello.2，那么副本hello.3、hello.4……等都会是和hello.2同样的属性，

并且，在hello.2的属性设置，不会影响到hello.1，本质上就是不同的文件嘛~

系统半径模式：

材料的光学属性、机械属性等：

可以选择塑料或者Schott（玻璃）或者其他的材料

这里的材料是指物体的体材料不是表面属性，因为光无法透过铝，所以不用设置为金属材料（好像也找不到，比如铝铁这类的），直接根据金属的表面反射模型BSDF，来设置物体表面的光学属性就好了，比如亮面就设置为简单反射镜，雾面就设置为简单散射。

光源的单位：

接收器的单位：

四、物体模型的坐标和长宽高

新建一个物体，

点击物体，右键属性：

可以看到一个立方体cube类有多个属性，比如坐标、光线追踪、材料、浸没、光学属性和显示

且包含其他子类CubePrimitive，CubePrimitive还包含各个面子类

设置绝对坐标：（0，0，0，0，0，0）

其中，alpha对应x轴，beta对应y轴，gamma对应z轴

alpha和beta的转向符合左手螺旋，gamma符合右手螺旋（我也不知道为啥？一般不都是同一个法则吗？❀鸡）

比如，（0，0，0，45，0，0）绕x轴旋转45°

比如，（0，0，0，0，0，45）绕z轴旋转45°

另外，长宽高的设置为：

其中，长度对应z轴，宽度对应x轴，高度对应y轴

比如：长度为10，宽度为1，高度为1

比如：长度为1，宽度为10，高度为1

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