refract_rays — OPTICS `glassbody` op

• 数据种类:points × points → points

• 调用: import fullseye as fs; fs.ledger.refract_rays(directions, normals, n1=1.0, n2=1.5)(要直接调用实现,import glassmirror; glassmirror.refract_rays(directions, normals, n1=1.0, n2=1.5);从台账取用则 opsoptics.get("refract_rays"))

• 经台账调用的返回值: fullseye.ledger.refract_rays(...) 只返回声明的 out 类型 points 的值(底层函数还会返回辅助信息)。需要被丢弃的部分时,使用 fullseye.ledger.refract_rays.raw(...),或直接调用 glassmirror.refract_rays。

用法

Snell 折射的向量形式。逐条光线判定全反射,返回(方向, TIR 掩码)。

directions：(..., 3) 入射方向(朝向面)。normals：(..., 3) 入射侧的外向法线。n1 / n2：入射侧 / 透射侧的折射率。

返回值：(refracted (...,3), tir (...,)) —— TIR 光线的方向用镜面反射填充，并把掩模设为 True(不返回 NaN：与其让下游渲染默默开洞，不如返回物理上正确的“全反射后”方向更有用)。

★ 与 match3d.refract 的区别：那边是“只要有 1 条 TIR 整个批次就为 None”。在图像尺寸的批次中，1 个像素的全反射就会让全部消失，所以改成了 per-ray。

该族通用的输入契约(fail-closed)

optics 的每个算子都先校验输入再计算(不让任何东西无声通过):

• 单位写进参数名 —— _mm / _um / _deg / _mrad。把 mm 和 µm 弄混不会崩溃,而是给出「看着合理却是错的答案」,所以用命名来防。这里绝不从数值大小去猜单位。

• 字符串一律 ValueError —— float('50') 会成功,于是未解析的配置值会被当成长度混进来(实测:thin_lens('50', '200') 曾返回看着合理的 66.667 mm)。bool 也按 True == 1 的隐式提升拒绝。

• complex / masked array 一律 ValueError(仅接受实数槽位;拒绝无声丢弃虚部或剥掉掩码)。所有输入中的 NaN/Inf 一律 ValueError。

• 逐项点名拒绝除零及其近亲:焦距 0、曲率半径 0、折射率 <= 0、全不透明光阑(全为 0,归一化变成 0/0)、总和 <= 0 的 PSF、S0 = 0 的 Stokes 矢量、物体位于前焦点(像在无穷远)。

• 只有两个算子会返回非有限值,而且都写进了契约:depth_of_field 在超焦距以外返回 far_mm = inf(这正是超焦距的定义),gaussian_beam 在束腰处返回 wavefront_radius_mm = inf(平面波前的曲率半径)。两者都同时返回一个有限的搭档(far_is_infinite / curvature_per_mm)。除此之外的无声 NaN/Inf 都在内部检出并 ValueError ——「float64 溢出了」和「答案是无穷大」是两种不同的主张,不能拿后者的脸去交付前者。

• 尺寸上限:生成网格受 optics.MAX_GRID(4096)限制,传入的场/PSF/光阑受 optics.MAX_FIELD_ELEMENTS(2^24),ABCD 元件序列受 optics.MAX_SYSTEM_ELEMENTS(1024),Zernike 受 MAX_ZERNIKE_TERMS(512)/ MAX_ZERNIKE_ORDER(40)/ MAX_ZERNIKE_BASIS(2^25)。以 fail-closed 堵住「小参数引发巨大内部分配」的路径(实测:n_max=40 × 4096² 需要 108 GB)。

• 物理上不可能的状态同样拒绝:偏振度 > 1 的 Stokes 矢量、负透过率、负强度、n-|m| 为奇数等非法 Zernike 指标。

详细使用指南

• optics_imaging 族使用指南

参考(示例数据、文献)

• 示例数据目录(下载 URL / 许可证) —— 2-D 用 skimage.data(BSD/公有领域)加合成图,3-D 给出真实数据源(Stanford/PDS 等)的下载 URL。

• 算子来历与参考文献 —— 该算子族所依据的研究/方法出处。

• 算法的正典(作者、年份)与用途见上面的族使用指南。

可运行的示例(实际调用该算子并已验证的样例)

• glass_and_mirror_optics — py -3.11 examples/glass_and_mirror_optics.py

类型可衔接的下一个算子(可接受 `points` 作为输入)

reflect_rays · trace_rays · illumination_visibility · env_studio · env_lightbox

同类别(`glassbody`)

beer_lambert_transmittance · slab_transmittance · prism_min_deviation_deg

*Provenance: glassmirror.py — OPTICS 算子登记表。本条目由 tools/opdocs.py md 自动生成(请勿手工编辑)。*

refract_rays — OPTICS glassbody op

用法