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辐射传热与应用光学中的蒙特卡罗光线追迹方法 || 光线追?；?
摘要： 光线被定义为能量束从发射点到吸收点所经过的直线路径段的集合。该定义包含了中间可能发生的反射、散射、折射甚至衍射事件。光线追踪涉及运用基础数学来确定光线段与表面的交点。大多数工程和科学专业的学生在进入大学之前很久就已掌握了所需的数学工具。本章回顾了控制光线追踪的数学原理以及相关的网格划分和索引问题。
关键词： 蒙特卡罗方法、辐射传热、应用光学、数学原理、光线追踪
更新于2025-09-04 15:30:14
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DukeSim：一种在计算机断层扫描中具有高真实性、快速且针对特定扫描仪的模拟框架
摘要： 本研究的目的是开发一个CT模拟平台，该平台需满足以下要求：1）兼容基于体素的计算模体；2）能够模拟商用CT扫描仪的几何结构与物理特性；3）具备高效计算能力。该模拟平台旨在实现对CT扫描协议和参数的虚拟评估与优化，在降低辐射剂量的同时达到目标图像质量。给定体素化计算模体及描述目标扫描仪与协议的参数文件后，开发的DukeSim平台通过结合光线追踪与蒙特卡罗技术计算投影图像。DukeSim包含探测器量子效率、量子与电子噪声、探测器串扰、探测器与焦点区域降采样、焦点摆动以及蝴蝶结滤过器的详细模型。该平台采用GPU计算进行加速。通过商用CT扫描仪（西门子医疗Somatom Definition Flash）获取物理版与计算版模体（Mercury模体）在不同剂量水平下的临床与模拟CT扫描数据，从图像对比度、噪声强度、噪声纹理及空间分辨率四个维度对真实与模拟图像进行对比。临床与模拟图像在各指标上的相对误差分别为：图像对比度1.4%、噪声强度0.5%、噪声纹理2.6%、空间分辨率3%，证实了DukeSim的高度真实性。根据成像任务与硬件配置，本研究使用配备4块GPU的计算机时单圈旋转运算时间约2-3分钟。当结合真实人体模体时，DukeSim为开展大规模、符合实际的虚拟临床试验提供了必要工具集，可实现患者与扫描仪特异化的精准模拟。
关键词： 模拟、光线追踪、蒙特卡罗方法、计算人体模型、计算机断层扫描、虚拟临床试验、计算机建模、CT模拟器
更新于2025-09-04 15:30:14
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基于矩形波束的GO/PO方法用于复杂目标RCS仿真
摘要： 基于矩形波束的几何光学（GO）与物理光学（PO）混合方法被应用于复杂目标的雷达散射截面（RCS）仿真。实施过程中，入射波束被划分为多个规则矩形波束，目标RCS通过各矩形波束贡献量叠加获得。采用开放图形库（OpenGL）加速GO/PO方法的射线追踪：每个像素对应一个矩形波束，改进了常规OpenGL-GO/PO方法中像素数需大于模型面片数的缺陷并提升效率。此外，本方法的面片尺寸可任意设定，只要能准确描述模型即可。仿真结果验证了该方法的可行性——在低像素数条件下仍能保持高计算精度与效率。
关键词： 光线追踪、几何光学、OpenGL、矩形波束、雷达散射截面、物理光学
更新于2025-09-04 15:30:14