Разработка алгоритмов и программных средств моделирования оптических систем на основе технологии рассеивающих микроэлементов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.11, кандидат физико-математических наук Жданов, Дмитрий Дмитриевич

  • Жданов, Дмитрий Дмитриевич
  • кандидат физико-математических науккандидат физико-математических наук
  • 2006, Москва
  • Специальность ВАК РФ05.13.11
  • Количество страниц 138
Жданов, Дмитрий Дмитриевич. Разработка алгоритмов и программных средств моделирования оптических систем на основе технологии рассеивающих микроэлементов: дис. кандидат физико-математических наук: 05.13.11 - Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей. Москва. 2006. 138 с.

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Жданов, Дмитрий Дмитриевич

Содержание.

Введение.

Введение.

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей», 05.13.11 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка алгоритмов и программных средств моделирования оптических систем на основе технологии рассеивающих микроэлементов»

Физически аккуратное моделирование распространения света в оптической системе.11

Цель и основные задачи работы.15

Научная новизна работы.16

Практическая значимость.16

Апробация работы и публикации.17

Структура диссертации.17

Похожие диссертационные работы по специальности «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей», 05.13.11 шифр ВАК

Заключение диссертации по теме «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей», Жданов, Дмитрий Дмитриевич

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Предложена оригинальная концепция моделирования оптических систем, основанная на понятии оптических элементов. Разработан универсальный интерфейс интеграции оптических элементов в системы оптического моделирования.

2. В рамках спроектированного интерфейса разработаны алгоритмические и программные решения для геометрического и волнового подходов к моделированию распространения света в поверхностных и объемных рассеивающих элементах.

3. На основе разработанных алгоритмических и программных средств создан программный комплекс оптического моделирования, который по сравнению с другими реализациями значительно расширяет круг моделируемых реальных оптических систем и обеспечивает более высокие скорости и точности их расчета. 4. Разработанный программный комплекс внедрен в ряде организаций и компаний для расчета осветительных систем жидкокристаллических дисплеев и панелей автомобильных приборов.

Благодарности

Автор выражает благодарность научному руководителю В.А. Галактионову за содействие и помощь в работе, А.Г. Волобою и С.В. Ершову за ценные консультации, а также всему коллективу отдела машинной графики ИПМ им. М.В. Келдыша РАН за плодотворные совместные обсуждения, способствовавшие реализации идей диссертации.

Заключение

В работе разработана оригинальная концепция моделирования сложных оптических систем на основе понятия оптического элемента. Для интеграции оптического элемента в основные системы оптического моделирования был разработан универсальный программный интерфейс. Данный программный интерфейс позволяет реализовывать как лучевые, так и волновые решения для обеспечения высокой эффективности и точности моделирования оптических элементов, как с поверхностным, так и с объемным рассеиванием. На основании разработанных алгоритмов и интерфейсов был создан программный комплекс оптического моделирования, который позволяет осуществлять эффективное и физически аккуратное моделирование реальных сложных светопроводящих систем, содержащих рассеивающие элементы. Разработанный программный комплекс был внедрен в ряде организаций и компаний для моделирования и проектирования осветительных систем жидкокристаллических дисплеев.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Жданов, Дмитрий Дмитриевич, 2006 год

1. Волобой А.Г., Галактионов В.А., Машинная графика в задачах автоматизированного проектирования // «Информационные технологии в проектировании и производстве», № 1, 2006, стр. 64-73.

2. Breault Research Organization (ASAP), http://www.breanlt.com/software/software-overview.php

3. Optical Research Associates (LightTools), http://www.opticalres.com/lt/ltprodds f.html

4. OPTIS (SPEOS), http://www.optis-world.eom/G Q.asp?soft id=l5. 3D textures, SPEOS, OPTIS,http://ntdd211 Q.fm.netbenefit.co.uk/WebData/3dtextures%20v2.pdf

5. Sergey Ershov, Dmitry Zhdanov. Efficient Application of Optical Objects in Light Simulation Software / 15-th International Conference on

6. Computer Graphics and Vision GraphiCon-2005, Novosibirsk, June 21 24, 2005. Conference Proceedings p. 284-288.

7. SPECTER Computer-Based Optical Modeling and Design System. http://www.integra.jp/eng/products/specter/index.htm

8. A.Khodulev, E.Kopylov Physically accurate lighting simulation in computer graphics software / Proc. GraphiCon'96 The 6-th International Conference on Computer Graphics and Visualization, St.Petersburg, 1996, p. 111-119.

9. А.Г. Волобой, В.А. Галактионов, К.А. Дмитриев, Э.А. Копылов. Двунаправленная трассировка лучей для интегрирования освещенности методом квази- Монте Карло // "Программирование", № 5, 2004, с. 25-34.

10. Lambda Research Corporation (TracePro), w ww. lamdares. com/products/tracepro.11. (НИО-7) ЗАО "НИИИН МНПО "СПЕКТР", Негатоскопы. http://www.nio7spectr.ru/firstpage.htm

11. Andrei B.Khodulev, E.Kopylov, Dmitry D.Zhdanov. Requirements to the Scene Data Base / The 8-th International Conference on Computer Graphics and Visualization, Moscow, Russia, September 7-11, 1998.

12. А.Г.Волобой, В.А.Галактионов, Д.Д.Жданов Технология оптических элементов в компьютерном моделировании оптико-электронных приборов // "Информационные технологии в проектировании и производстве", № 3, 2006, с. 46-56.

13. Д. С. Волосов, М. В. Цивкин. Теория и расчет светооптических систем проекционных приборов // «Искусство», Москва 1960.

14. Г. Г. Слюсарев. Методы расчета оптических систем // Машиностроение, Ленинградское отделение 1969.

15. С. А. Родионов. Автоматизация проектирования оптических систем // Машиностроение, Ленинградское отделение 1982.

16. А. П. Грамматин, А. Б. Деген. Методика расчета оптических систем с использованием ЭВМ // ОМП, 1974, № 2, с. 66-65.

17. Н. В. Цено. Автоматический метод расчета сложных оптическтих систем // ОМП, 1966, № 9, с. 10.

18. М. Gan, D. Zhdanov, V. Novoselskiy, S. Ustinov, A. Fedorov, I. Potyemin. DEMOS: new possibility for design and modeling of complex optical systems //Proc. SPIE Vol. 1780, p. 517-522, 1993.

19. M. Gan, D. Zhdanov, V. Novoselskiy, S. Ustinov, Fedorov Alexander, 1. Potyemin, S. Bezdidko. Design of optical systems with HOE by DEMOS program //Proc. SPIE Vol. 1574, p. 254-260, 1991.

20. M. Gan, D. Zhdanov, V. Novoselky. New features of DEMOS software for design of optical systems with nonconventional optical elements // Proc. SPIE Vol. 2169, p. 120-125, 1994.

21. Breault, R. P.; Greynolds, A. W.; Lange, S. R. APART/PADE version 7 A deterministic computer program used to calculate scattered and diffracted energy // Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, 1981, p. 50-63.

22. Fender, J. S. Stray radiation analysis programs /GUERAP III -APART/PADE/ A user's viewpoint // Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, 1981, p. 94-103.

23. Goral C.M, Torrance K.E., Greenberg D.P., Battaile B. Modelling the interaction of light between diffuse surfaces / ACM Computer Graphics (SIGGRAPH '84), Vol. 18, № 3, 1984, pp. 213-222.

24. Cohen M.F., Greenberg D.P, Immel D.S, Brock P.J. An efficient radiosity approach for realistic image synthesis // IEEE Computer Graphics and Applications, Vol. 6, № 2, 1986.

25. M.Pharr, G.Humphreys Physically Based Rendering. From theory to implementation // Morgan Kaufmann, 2004.

26. Edward R. Freniere, G. Groot Gregory, and Richard A. Hassler. Edge diffraction in Monte Carlo ray tracing // Proceedings of SPIE, Volume 3780, Denver, 1999.

27. Richard A. Hassler, G. Groot Gregory, Edward R. Freniere. Modeling Birefringence in Opto-Mechanical Design and Analysis Software // Proceedings of SPIE, Volume 4769, Denver, 2002.

28. Банковский Ю.М., Галактионов В. А. О некоторых фундаментальных проблемах компьютерной (машинной) графики // "Информационные технологии и вычислительные системы", № 4, 2004, стр.3-24.

29. Freniere, Е. R. Simulation of stray light in optical systems with the GUERAP III // Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, 1981, p. 78-85.

30. Appel A. Some Techniques for Shading Machine Renderings of Solids // AFIPS 1968 Spring Joint Computer Conference Proceeding, pp. 37-45.

31. Whitted T. An Improved Illumination Model for Shaded Display // Communication of ACM, Vol. 23, № 6, June 1980, pp. 343-349.

32. Cook R.L., Torrance K.E. A reflectance model for computer graphics // Computer Graphics, Vol. 15, № 3,1981, pp. 307-316.

33. Nishita Т., Okamura I., Nakamae E. Shading model for point and linear sources // ACM Transactions on Graphics, Vol. 4, № 2, 1985, pp. 124146.

34. GSOLVER, http://www.gsolver.com/gsprod.html

35. Michael J. Hayford. Optical Design Tools for Backlight Displays // Optical Engineering, Publication of ROCOES Taiwan, Vol. 82, June 2003, pp. 90-101.

36. Галактионов B.A., Барладян Б.Х., Зуева Е.Ю., Кугушев Е.И. Параметрические модели трехмерных объектов и их использование для реконструкции сцен // "Открытые системы", № 5, 1995.

37. R. John Koshel and Anurag Gupta. Characterization of lightpipes for efficient transfer of light // Proceedings of SPIE, Volume 5942, San Diego 2005

38. G. Groot Gregory, Edward R. Freniere, Richard A. Hassler. Translation and Interchange for Mechanical CAD and Lens Design Data // Proceedings of SPIE, Volume 3780, Denver, 1999.

39. T.L.R.Davenport and W.J.Cassarly. Optimizing Density Patterns to Achieve Desired Light Extraction For Displays / International Optical Design Conference, 2006.

40. Thomas L. R. Davenport, Thomas A. Hougha, William J. Cassarly. Optimization for Illumination Systems: The Next Level of Design // SPIE, Vol. 5456, p. 81-90, September 2004.

41. Gary L. Peterson. There Are Only Two Ways of Dealing With Stray Light // Opto & Laser Europe May 01, 1997.

42. Fender J. S. Stray radiation analysis programs /GUERAP III -APART/PADE/ A user's viewpoint // Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, 1981, p. 94-103.

43. Jee-Gong Chang, Chung-Yi Lin, Chi-Chuan Hwang, Ruey-Jen Yang. Optical Design and Analysis of LCD Backlight Units Using ASAP // Optical Engineering Magazine, Jun 01, 2003

44. Г. Хюльст. Рассеяние света малыми частицами // ИЛ, ~1963.

45. К. Борен, Д. Хафман. Поглощение и рассеяние света малыми частицами // М.: Мир, 1986.

46. Бокс Дональд. Сущность технологии СОМ. Библиотека программиста // СПб: "Питер", 2001.

47. Джон Мюллер. Технология СОМ++, Библиотека программиста //СПб: "Питер",2002.

48. Гради Буч, Объектно-Ориентированный Анализ и Проектирования с примерами приложений на С++, второе издание // Binom Publisher, Невский Диалект.

49. Green S.A., Paddon D.J. Exploiting coherence for multiprocessorray tracing // IEEE Computer Graphics and Applications, Vol. 9, № 6, 1989, pp. 12-26.

50. Green S.A., Paddon D.J. A highly flexible multiprocessor solution for ray tracing // The Visual Computer, Vol. 6, № 2, 1990, pp. 62-73.

51. Notkin I., Gotsman C. Parallel progressive raytracing / Computer Graphics Forum, Vol. 16, № 1,1997, pp. 43-56.

52. Бьерн Страуструп. Язык программирования С++ (третье издание) // Binom Publisher, Москва, Невский Диалект, Санкт-Петербург, 1999.

53. М. Gan, D. Zhdanov, V. Novoselskiy, A. Fedorov , I. Potyemin, S. Ustinov, A. Starkov, S. Smirnov. DEMOS III: new possibilities // Proc. SPIE Vol. 2540, p. 190-196, 1995.

54. Khodulev A. Comparison of two Methods of Global Illumination Analysis / Technical report, 1996,http://www.keldysh.ru/pages/cgrapli/articles/cmgia/index.htm

55. Андрей Александреску. Современное проектирование на С++ // Издательский дом «Вильяме», Москва, Санкт-Петербург, Киев, 2004

56. Edward R. Freniere, G. Groot Gregory, and Richard A. Hassler. Polarization models for Monte Carlo ray tracing // Optical Design and Analysis Software, Proceedings of SPIE, Volume 3780, Denver, 1999.

57. M. Борн, Э. Вольф. Основы оптики (второе издание) // Москва, «Наука», 1973.

58. Н. Mueller. The foundations of optics // J. Opt. Soc. Am. 38, p. 661,1948.

59. W. S. Bickel and W. M. Bailey. Stokes vectors, Mueller matrices, and polarized scattered light //Am. J. Phys. 53, p. 468-478, 1985.

60. Волобой А.Г., Вьюкова Н.И., Галактионов В.А., Ершов С.В., Летунов А.А., Потемин И.С. Аппаратно-программный комплекс для измерения светорассеивающих свойств поверхностей /Препринт ИПМ им. М.В. Келдыша РАН, № 108, 2005, с.31

61. М. Mujat and A. Dogariu. Real-time measurement of the polarization transfer function // Appl. Opt. 40, 34 44 , 2001.

62. R. Anderson. Measurement of Mueller matrices // Appl. Opt. 31, p. 11-13, 1992.

63. D. Clarke, J.F. Grainger. Polarized Light and Optical Measurement // Pergamon Press, Oxford, 1971.

64. P. Beckmann and A. Spizzichino. Scattering of Electromagnetic Waves from Rough Surfaces // Pergamon, New York, 1963.

65. J.Stam. Diffraction Shaders / Proc. of International Conference on Computer Graphics SIGGRAPH'99, pp. 101-110, 1999.

66. Jay S. Gondek and Gary W. Meyer and Jonathan G. Newman, Wavelength Dependent Reflectance Functions / Proceedings of SIGGRAPH'94, p. 213, 1994.

67. Joseph. Cychosz (1991). Intersection a Ray with an Elliptical Torus // Graphics Gems II, p.251-256.

68. Cashwell, E.D., and Everett, C. J. Intersection of a Ray with a Surface of Third or Fourth Degree // Los Alamos Scientific Laboratory Report1.-4299 UC-32 Mathematics and Computers TID-4500, Los Alamos, New Mexico, 1969.

69. Didier Badoul. An efficient Ray-Poligon Intersection // Graphics Gems II, p.390-393.

70. Cleary J.G., Wyvill G. Analysis of and Algorithm for Fast Ray Tracing Using Uniform Space Subdivision \\ The Visual Computer, № 4, 1988, pp. 65-83.

71. Meagner D. Geometric modeling using oct-tree encoding // Computer Graphics & Image Processing, Vol. 18, № 2, 1982, pp. 129-147.

72. Ingo Wald, Carsten Benthin, and Philipp Slusallek. A Simple and Practical Method for Interactive Ray Tracing of Dynamic Scenes / report, Saarland University, 2002, http://graphics.cs.uni-sb.de/Publications

73. Ingo Wald, Philipp Slusallek, and Carsten Benthin. Interactive Distributed Ray-Tracing of Highly Complex Models / Proceedings of the EUROGRAPHICS Workshop on Rendering 2001, pp 274 -285, London, June 2001.

74. Akihiro Tagaya, Yasuhiro Koike. Highly scattering optical transmission polymers for bright display / Macromol. Symp. 154, pp. 73-82, 2000.

75. A.B. Васильев, JI.C. Ивлев. Универсальный алгоритм расчёта оптических характеристик двухслойных сферических частиц с однородным ядром и оболочкой // Оптика Атмосферы и Океана, 9, №12, 1552—1561, 1996.

76. W. Press, S. Teukolsy, W. Vetterling, В. Flattery. Numerical Recipes in C. 2nd Edition // Cambridge Univ. Press 1992.

77. INSPIRER Computer-Based Optical Modeling and Design System. http://www.integra.ip/eng/products/inspirer/index.htm

78. Волобой А.Г., Галактионов B.A., Ершов C.B., Летунов А.А., Потемин И.С. Аппаратно-программный комплекс для измерениясветорассеивающих свойств поверхностей // "Информационные технологии и вычислительные системы", № 3, 2006.

79. SCATMECH: Polarized Light Scattering С++ Class Library http://physics.nist.gov/Divisions/Div844/facilities/scatmech/html/index.htm

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.