Ray Optics Simulation

Ray Optics Simulation是什么？

Ray Optics Simulation是由Yi-Ting Tu（Rick Tu）于2016年发起的开源免费2D几何光学在线模拟Web应用，无需下载安装，通过浏览器即可交互式搭建光学场景、实时模拟光线行为，源代码公开于GitHub，适配学生、教师、科研人员及工程师的光学学习、教学与研发需求。

Ray Optics Simulation有哪些功能?

• 完备光学组件库：有单根光线、单根平行光线束、单根散射光线束、点光源等各种光线的光学光源（光线可均匀调整）；有平面镜、曲面镜(支持自定义的镜面函数)、理想透镜、衍射光栅、可变折射率的透过物等各种透镜类，测角器、侦测器、遮光物等各种元器件，能搭建丰富的光学光学环境。
• 精准光学现象模拟：模拟光线的反射、折射、色散、颜色混合、颜色过滤效果、光的延长线等，可以标示出实像(黄色点)、虚像(橘色点)的位置；侦测器可以测量能量流流率，动量流流率等。
• 灵活自定义与拓展：可提供自定义方程定义反射或折射的界面对例，制作自定义参数光学元件的组合；又可作节点模块加入自定义例，可以用与其他编程语言互相调用。
• 便捷结果导出：可以将仿真结果输出为CSV格式方便分析，SVG格式用于展示和分享，方便教学与报告。

适用场景

• 光学教学：老师们演示抽象问题透镜成像、光的反射/折射等等，将光学知识形象起来；学生们可以自由搭构建模场景进行研究实践，深入理解知识。
• 科研验证：科研人员对奇特光学材料的光线传播情况进行模拟，快速验证光学原理。
• 工业设计：工程师在设计摄像头、激光器之类的元件的时候，可以模拟设备光学系统的性质，进行光学元件的设计和优化，减少建制作实物的成本。
• 兴趣探究：光学爱好者可以自由架设光学景物，研究光线走向，个性化地自我进行学习。

Ray Optics Simulation怎么在线使用？

Ray Optics Simulation官网网址入口：https://phydemo.app/ray-optics/

一、基础场景搭建

打开 Ray Optics Simulation 官网，屏幕上方是功能工具栏，光源、光学元件、辅助工具等的列表都在这里，例如 “Sources” 栏子中的点光源、平行光束等，点开对应的图标，在画布的某个位置单击一下就能放置；“Optics” 栏中的平面镜、球面镜等元件单击都可放置，拖拽到正确位置即可完成最基本的放置等工作。

放置好这些东西以后可以做一些元件的基本参数的快速调节，例如点光源的光密度，可以在线位滑杆处拖动滑动条调节光线密度；透镜、平面镜等元件可以直接用鼠标拖动边框调整大小，拖动元件本身移动元件位置。

二、进阶模拟设置

自定义元件参数：如果调整无法满足需要，可以自己设置光学元件属性。例如选择“曲线镜”后，可以在设置界面中输入自定义函数设定曲面形状；自己输入对应透光物的折射率函数，自定义某种特殊物质的光学效果；可以自己定义反射、折射界面方程，处理复杂的光学模拟案例等。

还可以制作自定义模块：如果希望相同某个元件的组合多次使用，可以自己制作自定义元件模块。例如一些点光源复制多个按圆形排布组合得到环形光源，有些参数的菲涅尔透镜复制设置后当作自己的模块等等。做好的自定义模块都可以通过“tools->other->import module”导入使用，也可以将自己的模块上传到网站供其他用户导入模块列表。

三、模拟运行与结果查看

完成场景搭建和参数设置后，无需额外点击启动按钮，光线就会自动传播，例如反射、折射、色散都能看到，实像标为黄点，虚像标为橘点。

若需量化数据，先点击工具栏上的探测器选取其中一个放置在想要的地点，工具会自动量出光线的能量、动量之通量大小等，方便观察。

四、结果导出与分享

模拟结束以后，如果想查看模拟数据，可导出仿真结果为 CSV 格式；如果是用于做演示、汇报，则导出仿真结果为 SVG 格式的图形，便于不同场合使用。

对于构建好的特殊场景，也能通过导出JSON代码的形式分享出去，别人导入代码后就可直接构造对应的模拟场景，省掉再行构造这些场景的工序。