refract_rays — OPTICS `glassbody` op

• データ種: points × points → points

• 呼び出し: import glassmirror; glassmirror.refract_rays(directions, normals, n1=1.0, n2=1.5) (または opsoptics.get("refract_rays"))

使い方

Snell 屈折のベクトル版。光線ごとに全反射を判定して (方向, TIR マスク) を返す。

directions: (..., 3) 入射方向(面へ向かう)。normals: (..., 3) 入射側の外向き法線。

n1 / n2: 入射側 / 透過側の屈折率。

返り値: (refracted (...,3), tir (...,)) —— TIR の光線は方向を鏡面反射で埋め、

マスクを True にする(NaN を返さない: 下流のレンダが黙って穴を開けるより、

物理的に正しい「全反射した」方向を返す方が使える)。

★ match3d.refract との違い: あちらは「1 本でも TIR ならバッチ全体が None」。

画像サイズのバッチでは 1 画素の全反射で全部が消えるので、per-ray に直した。

ファミリ共通の入力契約(fail-closed)

optics の全 op は入力を検証してから計算する(黙って通さない):

• 単位は引数名に埋め込む — _mm / _um / _deg / _mrad。mm と µm の取り違えは crash ではなく「もっともらしく間違った答え」なので、名前で防ぐ。大きさから単位を推測する処理は一切しない。

• **文字列は ValueError** — float('50') は成功してしまうため、未パースの設定値が長さとして通り抜ける(実測: thin_lens('50', '200') がもっともらしい 66.667 mm を返していた)。bool も True == 1 の暗黙昇格として拒否。

• **complex / masked array は ValueError(実数枠のみ。虚部の無言切り捨て・マスク剥がしを拒否)。NaN/Inf は全入力で ValueError**。

• 0 除算とその親戚を名指しで拒否: 焦点距離 0・曲率半径 0・屈折率 <= 0・不透明な開口(全 0 なので正規化が 0/0)・総和 <= 0 の PSF・S0 = 0 の Stokes ベクトル・物体が前側焦点にある(像が無限遠)。

• 非有限を返すのは 2 op だけ、しかも契約として明記: depth_of_field の過焦点距離以遠の far_mm = inf(それが過焦点距離の定義)と gaussian_beam のウエストでの wavefront_radius_mm = inf(平面波面の曲率半径)。どちらも有限の相棒(far_is_infinite / curvature_per_mm)を併せて返す。**それ以外の無言 NaN/Inf は内部で検出して ValueError** —「float64 が溢れた」と「答えが無限大」は別の主張なので、後者の顔で前者を返さない。

• サイズ上限: 生成格子は optics.MAX_GRID(4096)、供給された場/PSF/開口は optics.MAX_FIELD_ELEMENTS(2^24)、ABCD 素子列は optics.MAX_SYSTEM_ELEMENTS(1024)、Zernike は MAX_ZERNIKE_TERMS(512)/ MAX_ZERNIKE_ORDER(40)/ MAX_ZERNIKE_BASIS(2^25)。小さな引数から巨大な内部確保が起きる経路(実測: n_max=40 × 4096² で 108 GB)を fail-closed で塞ぐ。

• 物理的に不可能な状態も拒否: 偏光度 > 1 の Stokes ベクトル、負の透過率、負の強度、n-|m| が奇数などの不正な Zernike 添字。

詳しい使い方ガイド

• optics_imaging ファミリガイド

参考(サンプルデータ・文献)

• サンプルデータカタログ(DL URL / ライセンス) — 2-D は skimage.data(BSD/public)+ 合成、3-D は実データ源(Stanford/PDS 等)の DL URL。

• 演算子の来歴・参考文献 — この op 族の元になった研究/手法の出典。

• アルゴリズムの正典(著者・年)と用途は上記ファミリ使い方ガイドに記載。

実行できる例(この op を実際に呼ぶ検証済みサンプル)

• glass_and_mirror_optics — py -3.11 examples/glass_and_mirror_optics.py

型が繋がる次の op(`points` を入力に取れる)

reflect_rays · trace_rays · illumination_visibility · env_studio · env_lightbox

同カテゴリ(`glassbody`)

beer_lambert_transmittance · slab_transmittance · prism_min_deviation_deg

*Provenance: glassmirror.py — OPTICS operator registry. この per-op ノートは tools/opdocs.py md が自動生成(手編集しない)。*

refract_rays — OPTICS glassbody op

使い方