Компьютерные методы моделирования оптических приборов кафедра прикладной и компьютерной оптики Объектно-ориентированная модель конструктивных параметров оптической системы

2 Требования к структуре данных при автоматизации проектирования ОС Требования разработчиков оптического прибора внешнее представление Требования программистов внутреннее представление внутреннее представление должно быть как можно ближе к внешнему

3 Уровни проектирования ОП Информационно-логический Системотехнический Внешняя функциональная модель Передаточные и присоединительные характеристики Схемотехнический Синтез, анализ, оптимизация Конструкторский Технологический

4 Синтез, анализ, оптимизация Синтез: определяется структура оптической системы и основные параметры, ее оптических элементов оптические элементы с известными аберрационными свойствами (апланатическая линза) абстрактные элементы с требуемыми оптическими характеристиками (тонкий компонент, обладающий оптической силой) информация о конкретных оптических элементах и абстрактных оптических элементах

5 Синтез, анализ, оптимизация Анализ: оптическая система описывается конструктивными параметрами в приближении достаточном для математического моделирования ее работы параметры оптических сред и оптических элементов световые размеры оптических элементов и апертурной диафрагмы параметры взаимного расположения оптических элементов многократно выполняется большое количество вычислительных операций оптимальное расходование оперативной и дисковой памяти

6 Синтез, анализ, оптимизация Оптимизация: использование объектно-инвариантных методов параметры оптимизации оптимизируемые функции критерии оптимизации ограничения и т.д. Необходимо преобразование структуры данных в оптимизационную модель Внешние представления конструктивных параметров: электронной таблицы графические представления оптической схемы документальное представление (оптического выпуска)

7 Уровни проектирования ОП Информационно-логический Системотехнический Внешняя функциональная модель: Передаточные и присоединительные характеристики Схемотехнический Синтез, анализ, оптимизация Конструкторский Технологический оптические детали расположенные в пространстве посредством закрепления их в оправах

8 Требования к структуре данных Полиморфизм Близость внутреннего представления к внешнему Простота использования и реализации Высокая скорость доступа к любому параметру Экономичность в расходовании аппаратных и программных ресурсов Расширяемость

9 Традиционный подход R(NS) массив кривизны сферических поверхностей С(NS) массив эксцентриситетоыв поверхностей D(NS-1) массив осевых расстояний H(NS) массив световых высот поверхностей N(NS, NL) двумерный массив показателей преломления на разных длинах волн NS – количество поверхностей в системе NL – количество длин волн на которых будет производиться расчет

10 Объектно-ориентированный подход Что представляет собой базовый объект в структуре данных оптической системы? Как организовать хранение набора объектов и их взаимного расположения?

11 Объект типа Оптическая поверхность Оптическая поверхность – это регулярная гладкая поверхность раздела двух сред, определенным образом расположенная и ориентированная в пространстве r – радиус поверхности n – показатель преломления до поверхности n – показатель преломления после поверхности h – световая высота d – расстояние до следующей поверхности h d r nn

12 Диаграмма наследования для базового объекта поверхность

13 Объект типа «Оптическая деталь» Оптическая деталь – это материально реализуемый объект, выполняющий преобразование проходящего оптического излучения, определенным образом расположенный и ориентированный в пространстве (x,y) – положение детали r1 – радиус 1-й поверхности r2 – радиус 2-й поверхности n – показатель преломления материала D – световой диаметр d – толщина вдоль оптической оси D d n r1 r2 (x,y)

14 Диаграмма наследования для базового объекта «деталь»

15 Объект типа «Оптический преобразователь» Оптический преобразователь – это абстрактный объект, выполняющий преобразование проходящего оптического излучения Элемент – это объект, который осуществляет такие преобразование оптического излучения как преломление, отражение и тому подобные. Направляющая – это объект, который осуществляет перенос оптического излучения в среде и описывает взаимное положение элементов П

16 Диаграмма наследования для базового объекта «преобразователь»

17 Хранение объектов Массивы и очереди (vector, queue) простота и высокая скорость доступа к элементам, возможность изменения его размеров в процессе выполнения неоптимальное выполнение вставки элементов в начало и в средину контейнера Двустороннюю очередь (deque) более эффективно выполняет операции вставки в начало контейнера и обхода элементов в обратном порядке. Списки (list) оптимальны для вставки элементов в произвольной позиции при последовательном обходе списки уступают по эффективности массивам Многосвязные списки или деревья (set, map) для систем с переменными характеристиками и много конфигурационных оптических систем

Компьютерные методы моделирования оптических приборов кафедра прикладной и компьютерной оптики Лабораторная работа 2

19 Задание к лабораторной работе 2 Создать приложение на основе диалогового окна, вычисляющее параксиальные характеристики линзы. Для выполнения задания создать классы, представленные на диаграмме. Последовательность вычислений указана на диаграмме последовательности.

20

21