radiosity_progressive_3d — OPTICS radiosity op

• 数据种类:table × signal → table

• 调用: import fullseye as fs; fs.ledger.radiosity_progressive_3d(patches, emission, form_factors=None, albedo=None, tol=1e-06, max_shots=None, n_quad=3)(要直接调用实现,import radiosity3d; radiosity3d.radiosity_progressive_3d(patches, emission, form_factors=None, albedo=None, tol=1e-06, max_shots=None, n_quad=3);从台账取用则 opsoptics.get("radiosity_progressive_3d"))

用法

三维面片组上的渐进细化辐射度(Cohen 等 1988,shooting,式 7–8)及其收敛的证据。

> 以下的详细说明为原文 —— 摘要与标题已翻译。

Solves B = E + diag(ρ) F̃ B (F̃_ji = F_ij A_i/A_j, eq. 8) by shooting: all patches start with B = ΔB = E (the emitted, or first-reflected, radiosity); repeatedly the patch with the largest unshot energy ΔB_i A_i shoots — every patch j gains ΔRad = ρ_j ΔB_i F_ij A_i/A_j in both B_j and ΔB_j — and its ΔB_i is reset to 0. Ties (equal after rounding to 1e-12 relative) go to the lower index; nothing is random.

Stopping rule — our choice, not Cohen's: the paper stops "when the solution converges to within the desired tolerance" without a number. Here the shooting stops when the residual unshot energy Σ ΔB_i A_i falls to tol times the initial energy Σ E_i A_i (a bound on the energy still missing from the solution). max_shots (default 200 × N) caps the work; hitting it returns converged=False.

*emission* E is (N,) or (N, C) (C colour channels), non-negative. *albedo* defaults to the patches' (RGB when *emission* has 3 channels, else the channel mean). *form_factors* defaults to form_factor_matrix (n_quad).

Returns a dict (table) with kind = "rad_solution", radiosity (N, C), unshot_history (the residual energy before each shot), n_shots, converged, tol, residual_energy (relative), initial_energy and the stop_rule text.

Raises ValueError: an empty or unmarked table (not radiosity_patches); emission or albedo of the wrong shape, negative or non-finite; an albedo outside [0, 1]; *tol* not in (0, 1]; a form-factor matrix of the wrong shape. (An albedo of 1 in a closed enclosure never loses energy: the shooting then stops at *max_shots* with converged=False instead of raising.)

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)

• poc_pocket_interreflection — py -3.11 examples/poc_pocket_interreflection.py

类型可衔接的下一个算子(可接受 table 作为输入)

abcd_matrix · wavefront_stats · sfr_from_edge · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd

同类别(radiosity)

form_factor_parallel_rects · form_factor_perpendicular_rects · form_factor_polygons · radiosity_patches · form_factor_matrix · render_optscene_gi


*Provenance: radiosity3d.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)。*

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