导读:本文包含了参与性介质论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:全局光照,参与性介质,单次散射,频率域分析
参与性介质论文文献综述
梁毓麟[1]（2019）在《参与性介质单次散射高效绘制方法》一文中研究指出随着影视产业的发展和理论研究的深入,图形渲染过程中所需处理的场景和材质愈发复杂,对于类似模拟光线散射的各种真实感渲染效果的需求也引起人们广泛关注。其中,关于存在着较多复杂物理现象的参与性介质(如玉石、牛奶、皮肤等材质)的单次散射的绘制便是目前产业界和学术界迫切需要研究解决的问题之一。参与性介质的单次散射模拟中,除相位函数对其散射分布的影响之外,内部折射光线也容易产生难以拟合的局部高频区域,甚至焦散现象。另外,虽然硬件水平已经有了较大的提升,但材质计算的复杂性导致有限的算法效率也是目前此类算法需要解决的一个问题。目前已有一些用于解决此类问题的算法,例如基于点缓存的参与性介质绘制方法被提出。该方法在预处理阶段在介质边界和内部生成采样点,并收集采样信息形成点云到空间层次结构中;在渲染阶段,由摄像机光线生成介质内部着色点,分别计算单次散射、二次散射和多次散射情况下各采样点对着色点的能量贡献和辐射度。该方法在速度上具有良好的收敛性,并且可以得到没有噪声的图像,但其在处理局部高频事件上仍有较大不足。这是因为采样点无法构建符合光线传播频率的能量分布,为了平衡能量缺失,算法以提高采样点的数量为代价,造成了内存开销上的冗余和额外的计算量。为了解决参与性介质单次散射情况下的局部频率问题,本文将全局光照下的频率域分析技术引入到了参与性介质的绘制流程中,提出基于频率域分析的参与性介质绘制方法。该方法大致如下:在预处理阶段,为光线构造4D空间和方向分布的局部光照场,并通过傅里叶变换将时间域信息变换为频率域的频谱信息,以获取光照场在一系列光照操作如直线传输、遮挡、重参数化、反射折射等传输过程中的微观变化规律。本文给出了这些线性转换的以协方差矩阵进行参数化的计算公式和近似方法。由此在每个采样点处使用频谱方差表示频率因子的数值。在渲染阶段,利用采样点的频率参数构建函数映射模型来动态调整其能量分布和密度,这使着色点可以有效区分不同频率大小的采样点并得到出射辐射度。该算法能够有效地对光线传输过程的频率域信息进行追踪分析,且额外矩阵计算的开销可忽略不计。本文提出的算法通过多组场景测试和多个算法的对比实验,算法效率方面具有明显的优势:在总渲染速度上提高了2倍及以上的基础上,内存占用成本是其它算法的20%,而效率的提升主要体现在两方面:预计算阶段使用频率域分析可以减少体内采样点的数量而不会降低质量,从而带来加速;渲染阶段较少数量的采样点使空间层次结构的遍历更高效。本文也通过调整采样数量验证了算法的稳定性。基于理论证明和各项实验数据分析,本文方法可以实现更加快速的收敛和更具真实感的效果。本文对基于点缓存的参与性介质绘制方法进行改进和扩展,对参与性介质这种复杂物理性材质运用频率域分析技术提出了高效绘制方法,且信号处理与真实感渲染的结合对基于物理的渲染理论研究有较大的帮助。(本文来源于《山东大学》期刊2019-05-20）
王存海[2]（2018）在《激光辐照参与性介质内瞬态/偏振辐射传输的数值模拟研究》一文中研究指出激光辐照参与性介质内辐射传输过程普遍存在于日常生活和工程应用中,如激光和材料相互作用、光学成像以及太阳光在大气中的传播等。目前,尽管国内外学者针对参与性介质内辐射传输过程进行了大量的数值模拟和实验研究,但是在很多具体应用中,辐射传输过程仍然存在诸多关键问题亟待解决:如光学复杂介质中的辐射传输问题,考虑辐射传输过程的时间效应和辐射光线偏振效应的辐射传输问题等。本文针对激光辐照参与性介质内辐射传输问题,考虑光学复杂介质,辐射传输过程的时间效应,以及辐射光线的偏振效应,研究了参与性介质内瞬态辐射传输问题和偏振辐射传输问题。对于参与性介质在外界短脉冲激光(持续时间为10-12到10-15秒)辐照作用下的辐射传输问题,由于辐射光线传播时间和脉冲宽度时间基本属于同一数量级,因此需要考虑辐射光线传播过程的时间效应,求解瞬态辐射传输方程以获得时域辐射信号。目前针对瞬态辐射传输问题的研究多侧重于均匀介质,光学参数复杂介质内瞬态辐射传输问题的研究尚不够深入。本文考虑辐射光线在折射率非连续变化界面的反射/透射效应,建立光学参数复杂介质内辐射传输的蒙特卡洛模型。基于超短脉冲辐照非发射介质内辐射传输的线性特征,将时间平移与迭加原理引入到传统的蒙特卡洛计算流程中,发展一种改进的蒙特卡洛法用于求解瞬态辐射传输问题。开展复杂折射率介质在短脉冲激光辐照作用下的瞬态辐射传输问题,研究介质参数对瞬态辐射传输信号的影响。研究结果表明介质折射率分布和界面反射模式对时域辐射传输信号影响显着:折射率单调变化且相互对称的两种介质的透射比曲线完全重合而反射比曲线具有明显区别;镜反射界面对透射比曲线有强化作用,而漫反射界面则对反射比曲线有明显的强化作用。辐射光线本质上是一种横波,因此偏振特性是其自然属性。参与性介质内辐射光线的偏振状态由Stokes矢量I=(I,Q,U,V)T描述,其传播过程的控制方程为矢量辐射传输方程。目前参与性介质内偏振辐射传输问题的研究多集中于一维稳态问题,多维偏振辐射传输以及瞬态偏振辐射传输问题亟待解决。本文基于矢量辐射传输方程,推导其间断有限元离散格式,发展求解偏振辐射传输问题的间断有限元方法。引入分离求解的思想,将介质内的Stokes矢量分解为平行分量和漫射分量并分别求解:平行分量可以直接由布格尔衰减定律获得,漫射分量则通过采用间断有限元方法求解矢量辐射传输方程获得。为了能够获得Stokes矢量有突变方向上的精确解,本文发展一种局部角度加密离散方案,可以在不需要大幅提高计算量的前提下获得关键方向的详细偏振辐射信息。将本文发展的间断有限元方法分别应用于Mie散射介质,Rayleigh散射介质,具有复杂散射特性的气溶胶介质,以及散射特性不同的两层介质内偏振辐射传输问题的求解,结果表明间断有限元方法可以高效、精确地求解不同介质内的偏振辐射传输问题。将间断有限元方法扩展应用于多维偏振辐射传输。首先研究具有不同壁面反射模式的矩形介质在平行光辐照作用下的偏振辐射传输问题以及含有热源介质内偏振辐射传输问题,分析介质壁面上Stokes矢量的分布规律。接着对二维复杂形状介质在平行光辐照作用下的偏振辐射传输问题进行研究,讨论内部遮挡物对矢量辐射信号的影响。最后研究叁维立方体介质受平行光辐照作用以及在自身发射作用下的偏振辐射传输问题,讨论叁维介质不同位置处的Stokes矢量分布规律。结果表明:当叁维介质整个左侧界面受平行光辐照时,介质表面中心点不同的圆周角方向的Stokes矢量分布具有明显区别;当叁维介质左侧界面中心处受圆柱型辐照平行光辐照时,介质壁面中心点的Stokes矢量被局限在某些立体角范围内,大部分立体角空间内的Stokes分量接近于零;当介质底面为热发射(漫射能量)界面时,由于计算区域和边界条件的对称性,界面中心线和中心点上的Stokes分布呈现明显的对称现象。将间断有限元方法扩展应用于同时考虑辐射传输过程时间效应和偏振效应的瞬态偏振辐射传输问题。由于间断有限元方法考虑了离散单元在相邻边界上的非连续性,其对计算区域内未知量的求解是逐元进行的,因此能够准确捕捉到瞬态辐射传输问题中能量传播的波前位置。推导瞬态矢量辐射传输方程的间断有限元离散格式,对其求解瞬态矢量辐射传输问题的正确性进行了验证。开展了参与性介质在外界平行光辐照作用下的瞬态偏振辐射传输问题的研究,对Stokes矢量随时间的变化规律进行分析。研究介质壁面反射模式、入射光偏振态等参数对时域矢量辐射信号的影响。结果表明壁面反射模式对Stokes分量分布具有显着影响,时域辐射信号比稳态辐射信号能够提供更多的信息。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2018-06-01）
赵方舟[3]（2017）在《参与性介质内辐射传输的有限元法求解及光学成像研究》一文中研究指出随着受激辐射理论的提出和激光器的成功研制,激光被广泛应用于工业应用,生物医学,军事探测,能源及核技术等众多领域及学科中。其中,利用近红外激光入射进行探测的光学层析成像,以其侵略性较小,性价比较高等特点,可应用于胸部肿瘤探测,脑部扫描,含氧量变化探测等方面。通过近红外激光入射参与性介质,模拟其在生物组织内部结构的传输,可以得到生物组织内部结构。考虑到在实际情况中需要处理的通常是不规则形状几何体,而有限元因其对于复杂几何形状的适应性、灵活性,以及计算机实现的高效性等优点,在辐射传输领域的应用在不断地拓展并趋于成熟。然而,运用有限元法进行时域光学参数场重建的问题较少,有待进一步的研究。本课题基于二维辐射传输方程,利用有限元法,研究稳态及时域辐射传输问题以及时域辐射传输光学成像问题,主要研究内容如下:首先,基于二维稳态辐射传输方程,运用有限元法的单元离散思想以及单元内积分的加权余量原理,应用伽略金有限元法和最小二乘有限元法,对规则正方形及不规则方腔进行正确性及适应性的研究,由结果可知有限元法可以很好地处理不规则形状的辐射传输问题,并且最小二乘有限元法结果更加稳定。接下来,基于二维时域辐射传输方程,对各向同性及各向异性散射模型进行正确性验证,计算结果与文献中结果吻合良好。并针对正方形方腔辐射传输模型,进行网格无关性,时间独立性的检验。更改入射脉冲的宽度及强度,背景介质的光学参数,散射因子参数时,分析透反射信号的敏感性。最后,运用并行方法对时域辐射传输方程进行计算,提高求解效率。基于二维时域辐射传输方程,对短脉冲激光束入射二维矩形模型进行了模拟,研究了异质体大小及位置对出射信号的影响。在反问题研究中,运用步长加速法,以背景介质光学参数为假设初始值,选定初始步长进行迭代运算并进行比对,寻求目标函数下降方向,对模型内部参数进行计算和修正,可以有效重建介质内的光学参数场。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2017-07-01）
齐宏,陈琴,任亚涛,阮立明[4]（2016）在《改进微粒群算法反演参与性介质辐射物性》一文中研究指出为了准确、快速地反演参与性介质的辐射物性,本文利用有限体积法(FVM)求解频域辐射传递方程获得的反射及透射信号的振幅信息,结合扩散微粒群(RPSO)、吸引扩散微粒群(ARPSO)以及变异的吸引扩散微粒群(MARPSO)叁种智能优化算法,同时反演了激光辐照下各向同性散射的一维均匀平板介质的衰减系数、单次散射反照率。在其他条件均相同的情况下,吸引扩散微粒群(ARPSO)所需的计算时间相比于其他两种算法有明显的降低。使用ARPSO在存在误差情况下进行了反演,发现即使在测量误差为10%时,其反演参数的最大相对误差不超过5%,说明该算法鲁棒性较好。(本文来源于《哈尔滨工程大学学报》期刊2016年09期）
夏宇,仇性启,惠媛媛[5]（2016）在《伴有参与性介质的开口系统传热研究》一文中研究指出基于(火积)耗散极值原理,综合考虑高温烟气和高温固体壁面间的辐射对流耦合传热过程,推导出适用于伴有参与性介质的等温漫射灰体开口系统传热分析的(火积)平衡方程,并验证该方程的正确性,拓展了(火积)理论应用范围.将该方程应用于现代燃烧单元结构分析,通过Matlab软件编程,理论计算得到再辐射壁面开口宽度、燃烧筒到烟气出口垂直距离、炉灶开口宽度等参数对热效率、锅底和燃烧筒传热量、再辐射壁面温度的影响规律,指出炉灶开口宽度是影响现代燃烧单元传热性能的关键结构参数.(本文来源于《浙江大学学报(工学版)》期刊2016年07期）
张勇[6]（2016）在《参与性介质热辐射传输的自然元数值研究》一文中研究指出辐射光束在半透明参与性介质中的传递过程由辐射传递方程描述。在不同的应用场合,辐射传递方程形式不同,具体包括稳态、瞬态标量辐射传递方程以及稳态、瞬态矢量辐射传递方程。目前发展了许多基于辐射传递方程离散的辐射换热数值求解方法,不同的方法各有其特点及适用场合。许多学者一直致力于探索一个计算精度高、求解速度快,能方便的与流体流动、燃烧反应等物理现象的模拟方便融合的辐射换热计算方法。自然单元法是基于自然邻近插值的无网格法,不依赖于网格,自然邻近插值计算得到的形函数满足插值性质,可以直接施加本质边界条件。因此自然元法兼具有限元法和无网格法的优点,又克服了两者的不足,是一种发展前景广阔的偏微分方程的数值求解方法。本文将自然元法应用于热辐射传输的数值模拟,建立了稳态、瞬态标量辐射传递方程,稳态、瞬态矢量辐射传递方程的自然元数值求解模型,对多维非均匀半透明介质内标量辐射传输、矢量辐射传输开展了系统深入的研究。自然元法基于自然邻近插值近似函数空间,自然邻近插值包括两类：Sibson插值和Laplace插值。本文采用自然邻近插值近似辐射强度场,分段常数积分格式离散立体角空间,伽辽金或最小二乘加权余量法离散辐射传递方程,建立了多维辐射传递方程的自然元求解方案。研究了自然元法的数值稳定性,数值实验表明,相较于伽辽金自然元法,最小二乘自然元法具有更强的数值稳定性。引入分离计算的思想,将辐射强度分为“壁面发射”和“介质漫射”两部分求解,有效的消除了壁面热负荷不均匀引起的辐射传递“射线效应”开展了二维折射率多层半透明介质内纯辐射换热的自然元数值研究。研究发现,由于界面两侧折射率不同,界面处的投射辐射力不连续。建立了漫反射半透明和漫反射不透明表面非线性传热边界条件的自然元离散模型,对二维复杂几何形状参与性介质内辐射-导热耦合换热开展研究。研究发现,两种界面特性下,温度场差异显着,在漫反射半透明界面条件下,由于环境辐射透射作用,靠近边界附近区域将出现温度峰值或谷值。将自然元法拓展应用于叁维参与性介质内辐射换热的数值求解。自然元法计算结果与文献数据吻合很好,可以有效的应用于叁维复杂形状参与性介质内热辐射传输的数值求解。建立了脉冲激光作用下,非均匀参与性介质内瞬态辐射传输的自然元数值求解方案。给出了漫射光辐射强度Fresnel界面关系式,发展了瞬态过程平行光辐射强度分布的数值求解方案,实现了具有Fresnel界面多层折射率介质内瞬态辐射传输的高效、高精度数值求解。在此基础上,对一维两层折射率介质内瞬态辐射传递开展研究。研究发现：由于界面对平行光的反射作用,反射信号出现周期性阶跃增强。研究了脉冲激光平行、漫射辐照下,二维均匀折射率介质内瞬态辐射传递。对脉冲激光漫射辐照下,二维梯度折射率介质内的瞬态辐射传递开展研究。研究发现：折射率的单调特性对时域反射信号影响显着。建立了多维非均匀介质内稳态矢量辐射传输的自然元求解模型。求解了不同粒子散射特性条件下一维均匀介质内矢量辐射传输问题。自然元法计算结果与文献数据吻合很好,可以有效的应用于求解不同散射条件下的矢量辐射传递问题。给出了漫射光Stokes矢量Fresnel界面线性插值格式,发展了任意多层折射率介质内平行光Stokes矢量分布的数值求解策略,实现了具有Fresnel界面的多层折射率介质内稳态矢量辐射传递问题的准确、高效自然元数值求解。在任意多层折射率模型基础上,通过设置层数足够多逼近梯度折射率介质,对梯射折射率介质内的稳态矢量辐射传输过程开展研究。研究发现,折射率分布的单调性对Stokes矢量分布特征影响显着。进一步将自然元法拓展应用于二维散射性介质内稳态矢量辐射传递的数值求解,对不同粒径下乳胶球悬浊水溶液的矢量辐射传输开展研究。建立了脉冲激光辐照下,非均匀介质内矢量辐射传输的自然元数值求解模型。通过对Mie散射介质内瞬态矢量辐射传输进行数值计算,并与文献蒙特卡洛法结果对比,验证了模型可靠性。在此基础上,对矩形脉冲激光作用下,Rayleigh散射、Mie散射、气溶胶粒子散射大气以及“大气一海洋”瞬态矢量辐射传输开展研究,并对时域透反射信号、偏振特性的时变特性进行分析。研究发现,不同散射条件下,时域透反射信号差异较大。研究了二维矩形介质内的瞬态矢量辐射传递问题,分析了时域透反射Stokes矢量信号以及边界处Stoke矢量热流密度随时间变化规律。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2016-06-01）
孙杰,易红亮,谈和平[7]（2016）在《求解参与性介质内辐射传递问题的无网格有限差分法》一文中研究指出本文应用无网格有限差分法求解参与性介质内辐射传递问题。无网格有限差分法源于广义有限差分法,利用局域泰勒多项式展开和具有插值特性的移动最小二乘,直接构造任意计算点待求函数的近似值及其各阶导数的差分格式,计算效率高,满足插值特性。本文检验了该算法求解辐射传输方程的稳定性;分别求解一维和二维参与性介质内辐射换热问题,算例结果与已有文献对比,表明了无网格有限差分法求解辐射传递问题的有效性和高精度。(本文来源于《工程热物理学报》期刊2016年03期）
李义[8]（2015）在《基于自然单元法的高温参与性介质表面光场成像模拟》一文中研究指出高温参与性介质的表面成像一直是燃烧和能源动力的重要研究课题,然而目前的成像方法往往只能对某一特定角度进行成像,光场相机可以通过一次曝光采集和记录多角度的光场强度信息。本文利用自然单元法(NEM)求解高温参与性介质火焰模型辐射传输问题,利用模型表面方向辐射强度进行光场成像仿真。本文对圆柱模型各向同性散射、各向异性散射均匀温度场、非均匀温度场黑冷壁面情况的辐射强度进行了求解,得到了圆柱模型内介质和边界上任一点的方向辐射强度,分析了圆柱模型母线上的固定方向辐射强度,并与广义多流法、反向蒙特卡洛方法和DRESOR方法进行了比较,以反向蒙特卡洛方法结果为标准,分析了自然单元法计算结果的误差,可以得出结论自然单元法在求解辐射传输方程时具有较高的精度。本文建立了圆柱形均匀温度场各向同性、各向异性散射圆柱火焰模型和各向同向非均匀温度场非均匀物性的魔方火焰模型,利用光场相机的成像原理将高温参与性介质的表面多角度的辐射强度信息进行采集,并对其进行积分成像。分析了30×30、60×60和90×90空间分辨率对成像结果的影响。高分辨率成像亮度更高,图像更清晰光滑,不同温度之间的分界线也更清晰光滑。研究了不同的立体角方向分辨率对成像结果的影响,10×10和20×20的方向分辨率的光场成像的积分能量成像结果相差不大,相机可以分辨的最小角度越小,对于本课题的后续火焰温度的重建具有更重要的意义。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2015-07-01）
姚禹辰[9]（2015）在《基于改进神经网络算法的参与性介质辐射特性反演研究》一文中研究指出伴随着科技水平的深入发展,在国民科技生产的诸多方面,如生物制药、污染防治、红外探测、卫星遥感等众多领域中对参与性介质辐射物性的研究正日益密切。参与性介质本身的辐射物性如粒径分布情况、入射激光光学常数、散射系数和吸收系数等,都直接影响着辐射传输的基本过程。颗粒物粒子系广泛分布于各种参与性介质中,无论是气相、液相还是固相。大气中的气溶胶粒子系的存在对于气候变化和太阳辐射有着重要影响,而工业生产中产品粒子系的粒径大小和分布情况直接关系着产品的质量和性能。现代工业上用到的颗粒材料的尺寸已经达到纳米级,这些超细颗粒材料的运用能力,直接体现了高科技发展状况和国防建设的科研实力。而参与性介质的光学常数也是其重要的物性参数之一,它是求解参与性介质辐射传输问题的必要条件,对于研究飞行器红外隐身和军事探测红外目标都具有特别重要的意义。目前,对于参与性介质粒子系物性的反演手段有很多,对于参与性介质粒子系粒径分布的反演主要使用的是消光法和光全散射法;而对于参与性介质粒子系光学常数的反演手段则主要有反射法、散射法、投射法等,再结合K-K关系式来求得。本文中对于参与性介质粒径分布和光学常数的反演主要运用的是透射-反射结合的方法,该方法的使用避免了求解K-K关系式。对于参与性介质粒子系散射系数和吸收系数而言,一般采用Mie理论进行求解,但这是以球形粒子为前提,其本身具有相对的局限性。本文先介绍了参与性介质物性广泛研究的时代背景、意义及参与性介质物性研究的发展历程和现实状况。然后在介绍了BP神经网络算法和微粒群优化算法(PSO)理论的基础上,针对微粒群优化算法自身存在的局域范围内搜索精度不够和种群寻优过程多样性易降低的问题,提出了相应的改进模型。并且将多策略改进的PSO算法用来优化BP神经网络的阈值系数和权系数,建立了一种多策略改进微粒群优化的BP神经网络算法(MPOPSO-BP)模型。再通过测试函数的验证发现,该算法在受到多策略微粒群训练完成后,算法收敛精确度和速率均有提高。最后,本文中将这一多策略改进微粒群优化的BP神经网络算法用于参与性介质辐射物性的反演中,反演了参与性介质粒子系的粒径分布、散射系数、吸收系数和光学常数,并且提出了一种粒径分布和光学常数联合反演方法。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2015-06-01）
张旭升,郭亮,刘春龙,陈立恒[10]（2015）在《参与性介质中脉冲激光回波信号的角度特性》一文中研究指出为了进一步提高主动探测系统的回波信噪比和时空分辨率,采用蒙特卡罗法建立了参与性介质中超短脉冲激光的双程瞬态辐射传输模型。基于该模型,分析了各向同性散射介质中介质物性参数和目标反射特性对高斯脉冲激光回波信号角度特性的影响。研究表明,光学厚介质中,目标回波信号的入射天顶角已达到稳定状态,峰值角度区间为30°~40°,能量集中范围为30°~50°,且其时间展宽特性与所处角度区间无关;光谱衰减系数对回波信号的能量衰减和脉冲宽度均存在强烈影响,散射反照率则着重体现在后期回波信号的能量衰减上;镜反射引起的高强度前期回波信号减弱,镜-漫反射间目标回波信号的绝对差值极其微小,呈现弱关联性。可为选通摄像机的设计选型及脉冲激光器的波长选取提供参考借鉴。(本文来源于《中国激光》期刊2015年02期）
参与性介质论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
激光辐照参与性介质内辐射传输过程普遍存在于日常生活和工程应用中,如激光和材料相互作用、光学成像以及太阳光在大气中的传播等。目前,尽管国内外学者针对参与性介质内辐射传输过程进行了大量的数值模拟和实验研究,但是在很多具体应用中,辐射传输过程仍然存在诸多关键问题亟待解决:如光学复杂介质中的辐射传输问题,考虑辐射传输过程的时间效应和辐射光线偏振效应的辐射传输问题等。本文针对激光辐照参与性介质内辐射传输问题,考虑光学复杂介质,辐射传输过程的时间效应,以及辐射光线的偏振效应,研究了参与性介质内瞬态辐射传输问题和偏振辐射传输问题。对于参与性介质在外界短脉冲激光(持续时间为10-12到10-15秒)辐照作用下的辐射传输问题,由于辐射光线传播时间和脉冲宽度时间基本属于同一数量级,因此需要考虑辐射光线传播过程的时间效应,求解瞬态辐射传输方程以获得时域辐射信号。目前针对瞬态辐射传输问题的研究多侧重于均匀介质,光学参数复杂介质内瞬态辐射传输问题的研究尚不够深入。本文考虑辐射光线在折射率非连续变化界面的反射/透射效应,建立光学参数复杂介质内辐射传输的蒙特卡洛模型。基于超短脉冲辐照非发射介质内辐射传输的线性特征,将时间平移与迭加原理引入到传统的蒙特卡洛计算流程中,发展一种改进的蒙特卡洛法用于求解瞬态辐射传输问题。开展复杂折射率介质在短脉冲激光辐照作用下的瞬态辐射传输问题,研究介质参数对瞬态辐射传输信号的影响。研究结果表明介质折射率分布和界面反射模式对时域辐射传输信号影响显着:折射率单调变化且相互对称的两种介质的透射比曲线完全重合而反射比曲线具有明显区别;镜反射界面对透射比曲线有强化作用,而漫反射界面则对反射比曲线有明显的强化作用。辐射光线本质上是一种横波,因此偏振特性是其自然属性。参与性介质内辐射光线的偏振状态由Stokes矢量I=(I,Q,U,V)T描述,其传播过程的控制方程为矢量辐射传输方程。目前参与性介质内偏振辐射传输问题的研究多集中于一维稳态问题,多维偏振辐射传输以及瞬态偏振辐射传输问题亟待解决。本文基于矢量辐射传输方程,推导其间断有限元离散格式,发展求解偏振辐射传输问题的间断有限元方法。引入分离求解的思想,将介质内的Stokes矢量分解为平行分量和漫射分量并分别求解:平行分量可以直接由布格尔衰减定律获得,漫射分量则通过采用间断有限元方法求解矢量辐射传输方程获得。为了能够获得Stokes矢量有突变方向上的精确解,本文发展一种局部角度加密离散方案,可以在不需要大幅提高计算量的前提下获得关键方向的详细偏振辐射信息。将本文发展的间断有限元方法分别应用于Mie散射介质,Rayleigh散射介质,具有复杂散射特性的气溶胶介质,以及散射特性不同的两层介质内偏振辐射传输问题的求解,结果表明间断有限元方法可以高效、精确地求解不同介质内的偏振辐射传输问题。将间断有限元方法扩展应用于多维偏振辐射传输。首先研究具有不同壁面反射模式的矩形介质在平行光辐照作用下的偏振辐射传输问题以及含有热源介质内偏振辐射传输问题,分析介质壁面上Stokes矢量的分布规律。接着对二维复杂形状介质在平行光辐照作用下的偏振辐射传输问题进行研究,讨论内部遮挡物对矢量辐射信号的影响。最后研究叁维立方体介质受平行光辐照作用以及在自身发射作用下的偏振辐射传输问题,讨论叁维介质不同位置处的Stokes矢量分布规律。结果表明:当叁维介质整个左侧界面受平行光辐照时,介质表面中心点不同的圆周角方向的Stokes矢量分布具有明显区别;当叁维介质左侧界面中心处受圆柱型辐照平行光辐照时,介质壁面中心点的Stokes矢量被局限在某些立体角范围内,大部分立体角空间内的Stokes分量接近于零;当介质底面为热发射(漫射能量)界面时,由于计算区域和边界条件的对称性,界面中心线和中心点上的Stokes分布呈现明显的对称现象。将间断有限元方法扩展应用于同时考虑辐射传输过程时间效应和偏振效应的瞬态偏振辐射传输问题。由于间断有限元方法考虑了离散单元在相邻边界上的非连续性,其对计算区域内未知量的求解是逐元进行的,因此能够准确捕捉到瞬态辐射传输问题中能量传播的波前位置。推导瞬态矢量辐射传输方程的间断有限元离散格式,对其求解瞬态矢量辐射传输问题的正确性进行了验证。开展了参与性介质在外界平行光辐照作用下的瞬态偏振辐射传输问题的研究,对Stokes矢量随时间的变化规律进行分析。研究介质壁面反射模式、入射光偏振态等参数对时域矢量辐射信号的影响。结果表明壁面反射模式对Stokes分量分布具有显着影响,时域辐射信号比稳态辐射信号能够提供更多的信息。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
参与性介质论文参考文献
[1].梁毓麟.参与性介质单次散射高效绘制方法[D].山东大学.2019
[2].王存海.激光辐照参与性介质内瞬态/偏振辐射传输的数值模拟研究[D].哈尔滨工业大学.2018
[3].赵方舟.参与性介质内辐射传输的有限元法求解及光学成像研究[D].哈尔滨工业大学.2017
[4].齐宏,陈琴,任亚涛,阮立明.改进微粒群算法反演参与性介质辐射物性[J].哈尔滨工程大学学报.2016
[5].夏宇,仇性启,惠媛媛.伴有参与性介质的开口系统传热研究[J].浙江大学学报(工学版).2016
[6].张勇.参与性介质热辐射传输的自然元数值研究[D].哈尔滨工业大学.2016
[7].孙杰,易红亮,谈和平.求解参与性介质内辐射传递问题的无网格有限差分法[J].工程热物理学报.2016
[8].李义.基于自然单元法的高温参与性介质表面光场成像模拟[D].哈尔滨工业大学.2015
[9].姚禹辰.基于改进神经网络算法的参与性介质辐射特性反演研究[D].哈尔滨工业大学.2015
[10].张旭升,郭亮,刘春龙,陈立恒.参与性介质中脉冲激光回波信号的角度特性[J].中国激光.2015