Москва, Россия
BISAC SCI040000 Physics / Mathematical & Computational
В настоящее время все чаще используются виртуальные испытания оптических систем с голографическими элементами. Несмотря на то, что голографические оптические элементы существуют уже несколько десятилетий, и большинство программ для проектирования оптических систем включают модули трассировки лучей в оптических системах, содержащих голографические элементы, синтез реалистичных изображений, сформированных этими системами, отсутствует в большинстве этих программ. В статье представлены результаты исследования возможности реализации эффективного и физически точного стохастического отслеживания лучей через оптические элементы голограммы. Рассмотрены теоретические основы распространения света через оптические элементы голограммы и представлен подробный алгоритм трассировки лучей для его реализации в прямых, обратных и двунаправленных методах стохастической трассировки лучей. Представлены результаты моделирования распространения лучей и синтеза реалистичного изображения, сформированного двухголограммной системой дополненной реальности. Также мы провели исследование влияния положения зрачка глаза наблюдателя на качество формируемого изображения.
трассировка лучей, оптический элемент голограммы, дифракция, рендеринг, дифракционная эффективность
1. Bernard C. Kress, Patrick Meyrueis, Applied digital optics : from micro-optics to nanophotonics, John Wiley & Sons, Ltd, 2009
2. CODE V Optical Design Software // Synopsys, Inc., URL: https://www.synopsys.com/optical-solutions/codev.html (date of call 06.04.2020)
3. OpticStudio // ZEMAX LLC, URL: https://www.zemax.com/products/opticstudio (date of call 06.04.2020)
4. Wood R.W. Phase-Reversal Zone Plates, and Diffraction-Telescopes, Phil. Magazine, 1898, Vol.45, Ser.5, p.511-522
5. Miyamoto K. The Phase Fresnel Lens. - JOSA, 1961, vol.51, No.1, p.21-24
6. Meier R. Magnification and third-order aberration in holography. - JOSA, 1965. Vol.55, No 8, p987-992
7. Champagne E.B. Nonparaxial Imaging, magnification and aberration properties in holography. -JOSA, 1967, vol.57, No 1, p.51-55
8. P.C. Mehta (1974) Fifth-order Aberrations in in-line Holograms, Optica Acta: International Journal of Optics, 21:12, 1005-1008, DOI:https://doi.org/10.1080/713818870
9. Mikhail A. Gan, Dmitriy D. Zhdanov, Vadim V. Novoselskiy, Sergey I. Ustinov, Alexander O. Fedorov, Igor S. Potyemin, and Sergey N. Bezdidko "Design of optical systems with HOE by DEMOS program", Proc. SPIE 1574, Intl Colloquium on Diffractive Optical Elements, (1 October 1991); https://doi.org/10.1117/12.50131
10. Mikhail A. Gan, Dmitriy D. Zhdanov, Vadim V. Novoselskiy, Sergey I. Ustinov, Alexander O. Fedorov, and Igor S. Potyemin "DEMOS: state-of-the-art application software for design, evaluation, and modeling of optical systems," Optical Engineering 31(4), (1 April 1992). https://doi.org/10.1117/12.56130
11. Mikhail A. Gan, Dmitriy D. Zhdanov, Vadim V. Novoselskiy, Sergey I. Ustinov, Alexander O. Fedorov, and Igor S. Potyemin "DEMOS: new possibility for design and modeling of complex optical systems", Proc. SPIE 1780, Lens and Optical Systems Design, 17802F (15 April 1993); https://doi.org/10.1117/12.142804
12. Mikhail A. Gan, Dmitriy D. Zhdanov, Vadim V. Novoselskiy, Sergey I. Ustinov, Alexander O. Fedorov, and Igor S. Potyemin "DEMOS: tool for design and modeling of IR optical systems", Proc. SPIE 2106, CIS Selected Papers: Iconics and Thermovision Systems, (11 November 1993); https://doi.org/10.1117/12.163677
13. US Patent: US 9,372,347 B1
14. Matsuda, N., Fix, A. and Lanman, D., “Focal Surface Displays,” ACM Trans. Graph. 36, 4, Article 86, July, 14 pages (2017)
15. Potemin, I.S., Livshits, I., Zhdanov, D., Zhdanov, A. and Bogdanov N., "An application of the virtual prototyping approach to design of VR, AR, and MR devices free from the vergence-accommodation conflict," Proc. SPIE 10694, 28 May 2018, Computational Optics II, 1069404 (2018).
16. Igor S. Potemin, Andrey Zhdanov, Nikolay Bogdanov, Dmitry Zhdanov, Irina Livshits, Yan Wang, "Analysis of the visual perception conflicts in designing mixed reality systems," Proc. SPIE 10815, Optical Design and Testing VIII, 108150U (5 November 2018); doi:https://doi.org/10.1117/12.2503397
17. Frank Wyrowski, Efficiency of quantized diffractive phase elements, Optics Communications 92 (1992), p,119-126
18. F. Wyrowski and C. Hellmann, ’Geometrical Optics Reloaded - Physical optics modelling with smart rays’, Optik&Photonik, 43-47, 5/2015
19. Wyrowski VirtualLab Fusion, unified optical design software developed by Wyrowski Photonics UG, distributed and supported by LightTrans GmbH, Jena, Germany, URL: http://www.wyrowski-photonics.com/virtuallab/news.html (date of call 12.04.2020)
20. Hybrid Light Simulation Software Lumicept // Integra.jp. URL: https://integra.jp/en/products/lumicept (date of call 10.03.2020)
