Ansys SPEOS 光学系统设计与验证

易于使用的CAD界面和CAD集成，整合到了Siemens NX和PTC Creo Parametric中

• Speos提供一款直观且易于使用的CAD界面，可处理本地创建或从其他CAD软件导入的3D几何结构和其他内容。

• 得益于CAD集成提供的与CAD主机图形用户界面相同的外观和操作方式，Speos可以依靠参数建模，因此，非光学专家用户也能够轻松掌握Speos工作流程。

实验设计与优化

• Speos提供了一款嵌入式解决方案，可根据随机搜索算法设置优化。

○ 变量基于Speos参数以及几何参数。
○ 目标基于在仿真结果中直接测量的值。

• 实验模式的设计实现了从所选变量中归纳出设计表，以研究不同数值集对仿真结果测量的影响。

• 脚本界面允许复制用户界面中完成的所有操作，从光源创建到仿真结果分析。例如，该界面为自动化重复性任务提供了无限的可能性。

Speos直接建模功能

• 直接建模功能使用户能够快速定义和捕获几何结构，而无需像使用传统CAD软件那样进行复杂操作。

• 即使是非CAD专家用户，也只需点击几下鼠标，即可轻松创建几何结构，从而缩短几何结构准备时间。

Ansys Speos高性能计算（HPC）和GPU计算

• 由Nvidia OptiX提供支持的Speos GPU利用最新一代Nvidia GPU中提供的光线追迹硬件加速功能，在不牺牲准确性的情况下实现卓越的仿真性能。在极短的时间内体验相同的Speos工作流程和结果质量。Nvidia RTX6000 Ada Generation可提供相当于300多个CPU内核的Speos仿真性能。

• Speos HPC可将仿真速度提升至以前难以想象的水平。仿真可以部署到Windows或Linux、云端或本地拥有的任何HPC基础架构，可含几个到数千个节点，具有线性性能可扩展性。利用10,000个内核，使运行速度提高10,000倍。

HUD成像系统设计和分析工具

• HUD设计和分析，使用户可以根据挡风玻璃形状和封装约束条件研究HUD的技术可行性。

• 自动工具可帮助设计光学系统，并通过优化布局和形状、生成旋转轴、计算多个驾驶员尺寸的角度以及自动显示所需的光学体积来提高图像的感知质量。

• 客观地鉴别图像质量并比较多种技术选项，对光学和视觉性能进行评分。

• 根据自己的验收标准验证合规性，并创建驾驶员感知的完整仿真。

人眼视觉和实时预览

• Speos Human Vision（人眼视觉），使用户能够调整显示水平，以适应显示器的最强性能和设置对比度，从而使在屏幕上看到的细节与现实生活中看到的细节相匹配。

○ 人眼视觉算法根据结果中的亮度水平约束自动调整。
○ Human Vision和1:1亮度与HDR10显示器兼容，在颜色和对比度方面具有卓越的准确性。此外，还支持立体（3D）显示器和VR-HMD，以提供真实的尺寸和深度感知。

• Speos Live Preview界面使用户能够体验实时仿真结果。由GPU-Compute和Nvidia GPU提供支持的Speos Live Preview使用户能够：

○ 查看仿真开始时的结果，浏览可用传感器的结果，并在Human Vision中查看假色或真实视觉方面的光线强度。
○ 随时保存结果，以便在光度学结果查看器中进一步探索和测量。
○ 随时更改多数光学属性，一键单击即可重新启动仿真。

交互式光线追迹和光线传播

光线追迹

• 即时了解光线行为，并随着光线路径在设计修改时的更新查看建模更改的影响。
• 理论上均匀采样的光源光线可以设计概念照明，并手动将光线导向目标。
• 可视化追迹来自任何光源的光线，以便在运行任何仿真之前检查和调整设计。

光线传播引擎

• 无论选择何种模式，直接和反向传播模式的互易性都可确保结果的准确性。
• 仿真通过让光线穿过光学仿真的关键组件（材料、光源、传感器），来实现光学系统的具体化和测试。

Light Expert、杂散光分析和结果分层

• Light Expert提供可视化光线与光学系统不同几何结构之间的相互作用的可能性，以识别杂散光、鬼影图像和反射的潜在原因。

• Speos的杂散光分析功能使设计人员能够在光线到达传感器之前了解光线的行为：光线遵循的所有路径以及每个序列的作用。

• 结果分层：不同传感器集成的光线可以通过分离仿真结果的单元来进行分析。

○ 传播过程中涉及的不同光源的影响，例如识别哪个光源会对热点产生影响。
○ 在传播过程中涉及的几何结构特定面的影响，可优化设计表面的效率。
○ 不同光学序列在传播过程中跟随光线的影响，可识别杂散光的原因。

光源建模
Speos可提供不同的光源建模方法。

• 大多数LED制造商提供的Speos格式的Ray测量光线文件，可以定义光源，与灯具供应商提供的IESNA LM-63和Eulumdat文件类似。

• 在LED芯片级可以考虑复杂的光源发射，在计算过程中考虑周围的光学。

• 对于基于物理的渲染，可以对环境光源进行建模以增加场景的逼真度，也可以对汽车内部仿真的显示光源进行建模。

• 在红外全光谱带宽中进行仿真时，还可以考虑不同几何结构的热发射率。

光分布设计工具

• 利用反射或折射属性，Speos可提供易于使用的界面来设计具有可变网格定义（矩形、圆形、条纹、蜂窝、自由形状类型）的反射器或镜头。

• 从几何角度定义每个枕形光束，或者通过嵌入式优化来设置特定光学光束扩展目标。

• Speos提供业界领先的光导设计工具，可平稳控制棱镜参数变化，并确保高效均匀的光分布。

• 与Speos GPU结合使用，用户可以即时检查其设计的分面光度或整个反射器的光度.

光学属性管理

• 材料的体积行为包括光谱吸收、散射、荧光、折射率、梯度指数和复杂折射率，可以作为模型或表格输入。

• 表面特性描述从简单的高斯/镜面模型扩展到测量的光谱3D BxDF、各向异性、逆反射、虹彩、偏振特性等。

• 通过空间变化实现复杂的行为，通过属性混合实现多层纹理，或通过LSWM等专用插件使用来自Lumerical仿真的光学光栅。

摄像头和激光雷达

• Speos可提供在驾驶环境中仿真和评估摄像头和激光雷达原始信号的专用功能。

• 从数字模型开始，包括相关几何结构、传感器布局和相关目标、摄像头和激光雷达系统都可以进行物理建模。

• 将传感器系统采集的数据集成到CAD平台中，然后根据其特性和约束条件对其进行仿真。

• 可以对不同场景下的不同传感器配置进行完整分析。

Ansys产品组合互操作性

• Speos支持STOP分析，以评估因温度变化导致的机械变形对光度性能的影响。

• 利用Workbench集成、Speos和Mechanical连接自动更新原始设计和来自Mechanical仿真的变形几何结构。

Ansys Zemax和Ansys Lumerical互操作性

Speos是Ansys Optics系列产品的一部分，可提供与OpticStudio和Lumerical的互操作性和设计工作流程解决方案。

• OpticStudio可以将光学镜头系统导出为称为Speos镜头系统的简化模型（.optdistortion文件），以实现准确、快速的摄像头仿真。

• Lumerical仿真使用SubWavelength Lumerical插件进行光栅仿真。此外，将Lumerical与Speos结合使用还可用于精确的CMOS仿真。

Speos Light Box

• Speos Light Box允许导出和导入几何结构数据以及相关的光学数据：

○ 光源
○ 光学属性（材料、表面属性）
○ 网格划分属性（存储为网格的几何结构）

• Light Box可以处理供应商和客户之间的数据交换。其与集成了Ansys软件的多CAD平台（SpaceClaim、用于NX的Speos、用于Creo Parametric的Speos）兼容。

• 文件格式已加密，因此无法在Speos外部编辑内容。其安全性也可以通过密码来增强。