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光学模拟 · Vicena Compute 测试版

模拟光从光源到传感器的全过程。

使用开放科学引擎探索组织光学、光子学、光谱渲染、透镜、滤光片、相机和探测器管线，并检查场分布、假设和设计权衡。

组织光传输

光谱光学系统

传感器与相机管线

MCX / pmcx · 已执行结果
850 nanometre light fluence simulated through layered tissue with GPU Monte Carlo

示例研究

从不可见的光子到可检查的设计。

这条真实工作流从一个日常想法——近红外可穿戴传感器——开始，逐步转化为有边界的物理模型、GPU 计算、可视化证据和可辩护的下一项实验。

1,000,000

光子历史数

有边界的 GPU 蒙特卡洛传输

850 nm

近红外光源

常用的可穿戴感测波长

0.5 mm

体素分辨率

60 × 60 × 40 组织网格

RTX 4090

托管 GPU

通过 pmcx 0.7.1 运行 MCX

01

设计目标

从感测问题开始

研究从一个直观的工程问题开始：850 nm 光能在分层组织中传播多远？可穿戴探测器在哪里可能获得有用信号？

02

物理模型

把解剖结构转化为模型

Vicena 将层厚、吸收、散射、各向异性、折射率、光源位置和体素尺寸转化为明确的 MCX 配置。

03

GPU 计算

在 GPU 上追踪光子

一百万条光子历史在带菲涅耳边界的体素体积中传播。托管作业保留引擎版本、随机种子、网格和光学假设。

04

可视化证据

检查光传播到哪里

三维光通量场被转化为中心平面热图、深度衰减、目标深度摘要和横向扩散曲线，而不是一个难以解释的标量。

05

质量门槛

质疑结果

穿透深度、吸收比例、边界行为、光子数敏感性、体素敏感性和探测器假设与实验验证被清楚区分。

06

下一版设计

迭代传感器几何

在保留同一可复现工作流契约的同时，可以改变光源—探测器间距、波长、组织层、光学性质和光子预算。

真实工作流工件

模拟成为可视化科学记录。

下方每张图都来自已执行的 MCX 笔记本。图表背后的三维结果仍然可用，因此智能体可以回答后续问题，而不必从截图重新构建科学分析。

可追溯输出
Log-scale 850 nanometre Monte Carlo light fluence through layered tissue

让一百万条光子路径变得可见

真实 MCX 结果显示光通量在 30 × 30 × 20 mm 组织体积中的快速变化。光源、皮肤边界和深度标记均与已执行配置保持关联。

Linear and logarithmic depth-dependent light fluence curves through tissue

深度衰减

线性和对数视图同时展示近表面最大值以及对探测器放置至关重要的数量级衰减。

Lateral light-fluence spread at several tissue depths

随深度变化的横向扩散

2、5、10 和 15 mm 深度的曲线显示散射如何扩大照明区域，同时可用光通量逐渐降低。

Log-scale comparison of simulated fluence at selected tissue depths

面向决策的深度比较

结果可以归纳为工程比较，同时保留底层三维数组和笔记本。

科学计算软件包

支撑光传输、光子学与光学设计的科学计算软件包。

  1. MCX / pmcx

    pmcx 0.7.1

    GPU 光子传输

    在体素介质中追踪光子历史，用于组织光学、光通量、吸收和探测器布置研究。

  2. Meep

    1.34

    FDTD 电磁学

    求解光子结构的时域麦克斯韦方程，分析透射、共振、场和器件响应。

  3. MPB

    光子能带结构

    计算周期介电结构和光子晶体的电磁模式与色散关系。

  4. Mitsuba

    3.9

    光谱渲染

    对表面、材料、透镜、滤光片、相机和可微成像系统中的光传输进行建模。

  5. pymoo

    0.6.2

    多目标优化

    探索信号、吸收、几何、稳健性和相互竞争目标之间的光学设计权衡。

  6. SALib

    1.5.2

    敏感性分析

    量化不确定光学性质和设计变量对模拟输出与决策的影响。

科学能力

一个光学工作区，多层建模能力。

Vicena 将问题路由到合适的开放科学引擎，并明确模型边界——从散射组织到光谱表面和传感器管线。

组织光传输

使用 GPU MCX 对吸收、散射、各向异性、折射率边界、光源和体素介质进行建模。

光谱光学系统

使用已注册的 Mitsuba 工作流研究表面、透镜、滤光片、光谱渲染和可微成像。

传感器与相机管线

将模拟光场连接到滤光片、量子效率、成像、标定、噪声、去马赛克和下游分析。

设计探索

比较波长、几何、光学性质、光源—探测器间距、稳健性和多目标权衡。

证据规范

可质疑、可扩展的结果。

价值不只是一张彩色热图，而是问题、物理假设、托管执行、数组、图表、来源记录和下一项设计决策之间的联系。

笔记本记录波长、网格、体素尺寸、光学系数、光子数、随机种子和边界模型。
完整光通量数组仍可用于新的切片、感兴趣区域和敏感性分析。
图表来自已执行的 MCX 输出，而不是绘制的概念插图。
引擎和 GPU 来源信息与托管计算结果保持关联。

科学边界

该结果尚不能证明什么。

! 光学系数是符合文献范围的假设，并非来自特定个体或组织仿体的测量。
! 本演示使用一个固定随机种子和一种体素尺寸；重要设计还需要重复性和空间分辨率研究。
! 某点光通量并不等于校准后的光电二极管信号。还需建模探测器面积、接收角、光谱响应、噪声和电子学。
! MCX 是体素域蒙特卡洛引擎，不能在所有光学几何中替代全波电磁学或基于网格的 MMC。

从你的设计开始

你想照亮什么？

从真实光学设计问题开始。Vicena 可以选择工作流、准备模型、运行有边界的计算并返回可视化证据。