光线追踪实验报告
光电跟踪实验报告
光电跟踪实验报告班级：06111101姓名：张秀峰学号：1120111562一．系统概述光电跟踪系统由转台、图像采集设备和激光测距设备三部分组成。
1.转台系统的转台为模拟火炮或雷达跟踪系统运动模块的类工业旋转运动系统。
其组成如下图所示，它包含电控箱、转台本体（电控箱和转台本体为一体）及由运动控制卡和普通PC机组成的控制实验平台等三大部分。
图2.1 系统结构图转台本体主要由以下几个部分组成：1）机械结构件（含PAN和TILT两个转动关节）2）伺服电机（两套）3）限位开关4）图像采集设备（1套）5）激光测距设备（1套）电控箱内安装有如下主要部件：1)伺服驱动器2)I/O接口板3)开关电源控制平台主要由以下部分组成：1)与IBM PC/AT机兼容的PC机（公司不提供），带PCI插槽2)运动控制器3)用户接口软件2.图像采集设备图像采集设备由工业摄像头、镜头、1394接口卡(含数据线)三部分组成。
3.激光测距设备激光测距采用DLS-C30。
二．系统安装1. 安装运动控制卡1)检查运动控制卡的外观有无损坏； 2) 关闭计算机电源；3) 将运动控制卡插入空闲的PCI 槽中； 4) 用螺钉锁紧运动控制卡和转接头；5) 将转接头和卡上的JP2插座用转接电缆连上；2. 连线1) 将电控箱的开关打到关闭的位置2) 将运动控制卡的CN1插口和电控箱的CN1插口用屏蔽电缆连结起来 3) 将转接头CN2的插口和电控箱的CN2插口用屏蔽电缆连结起来 4) 将电源线一端插入电控箱插座，另一端接入220V AC 电源(实验室提供 电源需要保持良好接地。
)3. 安装软件(1)运动控制卡运动控制卡安装完后，系统开机会检测到新硬件，将运动控制卡的配套光盘放入，按提示安装驱动程序。
详情参见运动控制器产品说明书(2) 图像采集设备1)安装1394开发包及驱动2)安装BCAM 1394 Driver三．软件的使用1.界面说明运行REVS150.exe进入光电跟踪系统，系统界面如下图4.1：图4.1 教学实验平台软件界面界面功能区说明：图像和靶标位置显示区：实时将图像采集卡采集到的视频动态显示以及靶标位置跟踪二维曲线的实时显示。
光线追踪实验报告
光线追踪实验报告Ray Tracer---光线跟踪实验报告711064XX XXX一、实验目的在计算机图形学课程作业中，题目要求是做Ray Tracing 或碰撞检测，其中对Ray Tracing 的要求是：(1)多种形状物体，Ball, box等(2)包含多种材质物体：纯镜面反射、透明物体、纯漫反射、半透明物体等(3)Moving in a 3D world(4)environment texture二、实验原理在这次实验中，使用了真正的光线跟踪算法，而不是采用环境纹理来反映周围环境。
1、光线跟踪简介光线跟踪是一种真实地显示物体的方法，该方法由Appel在1968年提出为了生成在三维计算机图形环境中的可见图像，光线跟踪是一个比光线投射或者扫描线渲染更加逼真的实现方法。
这种方法通过逆向跟踪与假象的照相机镜头相交的光路进行工作，由于大量的类似光线横穿场景，所以从照相机角度看到的场景可见信息以及软件特定的光照条件，就可以构建起来。
当光线与场景中的物体或者媒介相交的时候计算光线的反射、折射以及吸收。
由于一个光源发射出的光线的绝大部分不会在观察者看到的光线中占很大比例，这些光线大部分经过多次反射逐渐消失或者至无限小，所以对于构建可见信息来说，逆向跟踪光线要比真实地模拟光线相互作用的效率要高很多倍。
计算机模拟程序从光源发出的光线开始查询与观察点相交的光线从执行与获得正确的图像来说是不现实的。
2由以上经典的光线追踪算法可以发现，在此算法中，环境中的物体等模型，并不是一次性的画好的，而是对整个场景一个像素一个像素的画上去的，光线跟踪算法中的每一根光线要与场景中的每一个物体所含的每一个面求交。
三、光线跟踪算法实现1、计算观察光线首先需要确定光线的数学表达式。
一条光线实际上只是一个起点和一个传播方向，假设起点为O（x1，y1，z1），屏幕上一点为D（x2，y2，z2），则光线的方向dir（x3，y3，z3）为：dir=O–D；即在程序中，光线的起点定义为：方向为：由此可以确定一条光线然后就需要求出与该光线相交的物体中的最近的交点2、光线与球体相交球体由方程(x-a)2+(y-b)2+(z-c)2=r2确定，求光线是否与方程相交，只需计算方程组(x-x1)2+(y-y1)2+(z-z1)2=R2e+ d t = 0有无实数解即可。
运动光线跟踪实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解运动光线跟踪的基本原理和方法。
2. 掌握运动光线跟踪在计算机图形学中的应用。
3. 通过实验，提高对光线跟踪算法的理解和实际操作能力。
二、实验原理运动光线跟踪是一种用于模拟光线在动态场景中传播的算法。
在计算机图形学中，运动光线跟踪广泛应用于动画制作、实时渲染等领域。
其基本原理是：根据物体表面的运动情况，实时更新光线路径，从而实现动态场景的光线跟踪。
三、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 开发环境：Visual Studio 20193. 图形库：OpenGL四、实验步骤1. 创建场景：首先，创建一个包含多个物体的动态场景，物体表面具有不同的材质和运动轨迹。
2. 初始化参数：设置光线跟踪的参数，如光线精度、采样数等。
3. 运动光线跟踪算法实现：（1）确定初始光线：根据摄像机位置和朝向，确定初始光线路径。
（2）遍历物体：按照物体表面的运动轨迹，实时更新光线路径。
（3）计算光线与物体的交点：根据光线与物体表面的交点，计算光线在物体表面的反射、折射、散射等效果。
（4）跟踪光线：根据光线在物体表面的传播情况，继续跟踪光线路径，直至达到终止条件。
4. 渲染场景：将运动光线跟踪的结果进行渲染，展示动态场景的光线效果。
五、实验结果与分析1. 实验结果：通过运动光线跟踪算法，成功实现了动态场景的光线跟踪，展示了场景中物体表面的光线效果。
2. 分析：（1）实验结果表明，运动光线跟踪算法能够较好地模拟动态场景中的光线传播过程。
（2）通过调整光线跟踪参数，可以优化渲染效果，提高渲染速度。
（3）在实际应用中，运动光线跟踪算法可以应用于动画制作、实时渲染等领域，为计算机图形学的发展提供有力支持。
六、实验总结1. 通过本次实验，深入了解了运动光线跟踪的基本原理和方法。
2. 掌握了运动光线跟踪在计算机图形学中的应用，提高了实际操作能力。
3. 在实验过程中，遇到了一些问题，如光线跟踪速度较慢等。
光学追踪算法实验报告
一、实验目的1. 了解光学追踪算法的基本原理和流程；2. 掌握光学追踪算法在实验中的应用；3. 分析实验结果，验证光学追踪算法的有效性。
二、实验原理光学追踪算法是一种利用光学原理，对光线传播路径进行追踪的方法。
通过追踪光线的传播，可以获取物体的形状、大小、位置等信息。
实验中，我们采用光学追踪算法对物体进行成像，并分析成像结果。
三、实验仪器与设备1. 光源：激光器；2. 透镜：凸透镜；3. 物体：实验样品；4. 成像设备：摄像头；5. 光具座：用于固定实验器材；6. 软件工具：光学追踪算法实现软件。
四、实验步骤1. 将激光器、凸透镜、物体、摄像头依次安装在光具座上，确保光路畅通；2. 调整光源、透镜和物体之间的距离，使物体成像在摄像头感光元件上；3. 启动光学追踪算法实现软件，设置追踪参数；4. 观察摄像头成像，分析成像结果；5. 根据成像结果，调整实验参数，优化追踪效果。
五、实验结果与分析1. 实验过程中，通过调整光源、透镜和物体之间的距离，成功获取了物体的成像；2. 利用光学追踪算法实现软件，对成像结果进行追踪分析，得到物体的形状、大小、位置等信息；3. 通过对比实验前后的成像结果，验证了光学追踪算法的有效性。
六、实验总结1. 光学追踪算法在实验中表现出良好的追踪效果，能够有效获取物体的形状、大小、位置等信息；2. 通过实验，掌握了光学追踪算法的基本原理和流程，为后续研究提供了基础；3. 实验过程中，遇到了一些问题，如成像效果不稳定、追踪精度不足等。
这些问题可以通过优化实验参数、改进算法等方法进行解决。
七、实验展望1. 进一步研究光学追踪算法在不同场景下的应用，如医学成像、工业检测等领域；2. 优化光学追踪算法，提高追踪精度和稳定性；3. 探索光学追踪算法与其他技术的结合，如机器视觉、人工智能等，拓展光学追踪算法的应用范围。
本实验通过对光学追踪算法的实验验证，展示了其在实际应用中的可行性和有效性。
追踪仪测试实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 熟悉追踪仪的基本原理和操作方法。
2. 通过实验，验证追踪仪在实际情况中的应用效果。
3. 掌握追踪仪在数据采集、处理和分析方面的能力。
二、实验原理追踪仪是一种用于实时监测目标物体运动轨迹的设备。
它通过接收目标物体发出的信号，计算出目标物体的位置、速度和方向等信息，并将其传输到控制中心或终端设备上，实现对目标物体的实时追踪。
三、实验设备1. 追踪仪一台2. 接收模块一台3. 发射模块一台4. 数据线若干5. 计算机一台6. 实验场地四、实验步骤1. 准备工作（1）将追踪仪、接收模块、发射模块连接好，确保各设备工作正常。
（2）在实验场地设置发射模块和接收模块，距离约为50米。
（3）将追踪仪与计算机连接，打开追踪仪软件。
2. 实验开始（1）启动追踪仪软件，设置追踪仪参数，如采样频率、数据传输方式等。
（2）将发射模块放置在目标物体上，启动发射模块，使其开始发射信号。
（3）接收模块接收发射模块发出的信号，并将信号传输到追踪仪软件。
（4）追踪仪软件根据接收到的信号，计算出目标物体的位置、速度和方向等信息。
3. 数据采集（1）在追踪仪软件中，设置采集时间，开始采集数据。
（2）观察追踪仪软件中的实时轨迹图，记录目标物体的运动轨迹。
4. 数据处理（1）将采集到的数据保存到计算机中，以便后续分析。
（2）利用追踪仪软件对采集到的数据进行处理，如滤波、平滑等。
5. 结果分析（1）分析目标物体的运动轨迹，判断其运动规律。
（2）计算目标物体的平均速度、最大速度、加速度等参数。
（3）对比实验前后的数据，评估追踪仪的性能。
五、实验结果与分析1. 追踪仪性能评估（1）追踪精度：通过对比实验前后的数据，追踪仪在短时间内对目标物体的追踪精度较高，误差在可接受范围内。
（2）实时性：追踪仪实时传输目标物体的位置、速度和方向等信息，满足实时追踪需求。
（3）抗干扰能力：在实验过程中，追踪仪能够有效抑制干扰信号，保证数据传输的稳定性。
追逐灯光控制实验报告(3篇)
第1篇一、实验背景随着科技的不断进步，智能化控制系统在各个领域得到了广泛应用。
灯光控制作为其中重要的一环，对于提升生活品质、节约能源等方面具有重要意义。
本实验旨在通过设计和实现追逐灯光控制系统，探讨其工作原理、设计方法及实际应用。
二、实验目的1. 理解追逐灯光控制系统的基本原理；2. 掌握追逐灯光控制系统的设计方法；3. 实现追逐灯光控制系统，并进行性能测试；4. 分析实验结果，总结实验经验。
三、实验原理追逐灯光控制系统主要由以下几个部分组成：1. 传感器：用于检测周围环境的变化，如光线、距离等；2. 控制器：根据传感器采集到的信息，对灯光进行控制；3. 执行器：根据控制器的指令，驱动灯光进行动作。
本实验采用红外传感器作为距离检测元件，当检测到物体时，触发灯光追逐动作。
控制器采用单片机，执行器为LED灯。
四、实验设计1. 传感器选择：红外传感器具有非接触、抗干扰能力强等优点，适用于追逐灯光控制系统。
2. 控制器设计：选用AT89C51单片机作为控制器，其具有成本低、功耗低、易于编程等特点。
3. 执行器设计：采用LED灯作为执行器，通过单片机控制其亮灭，实现灯光追逐效果。
4. 电路设计：设计红外传感器与单片机的接口电路，以及单片机与LED灯的驱动电路。
1. 搭建实验平台：按照电路图搭建红外传感器与单片机的接口电路，以及单片机与LED灯的驱动电路；2. 编写程序：编写单片机程序，实现红外传感器信号的采集、处理及灯光控制；3. 调试程序：通过调试程序，确保系统运行稳定；4. 测试性能：测试灯光追逐速度、距离范围等性能指标。
六、实验结果与分析1. 灯光追逐速度：实验结果表明，灯光追逐速度可调，通过调整单片机程序中的延时时间，可实现不同速度的追逐效果；2. 距离范围：实验结果表明，红外传感器检测距离范围为5-10米，满足实际应用需求；3. 稳定性：实验过程中，系统运行稳定，无异常情况发生。
七、实验总结1. 本实验成功实现了追逐灯光控制系统，验证了其可行性；2. 通过实验，掌握了追逐灯光控制系统的设计方法，提高了实际应用能力；3. 实验过程中，遇到了一些问题，如红外传感器信号干扰等，通过分析和解决这些问题，提高了实验水平。
灯光追逐器超完整实验报告
上海电机学院证券实验室实验报告三实验课程名称工业流程设计开课系部国际贸易班级学号姓名指导教师2012 年月日工艺流程实验指导书实验一：工艺程序分析一、实验目的1．学会正确使用工艺程序分析的符号。
2．掌握工艺程序分析的方法。
3. 掌握工艺程序图的绘制方法。
二、实验内容及步骤本实验通过了解灯光追逐器的工作原理，熟悉其结构组成。
通过观看录像或图片以及阅读灯光追逐器的装配资料，全面掌握灯光追逐器的装配工艺过程。
最后画出它的现行工艺程序分析图。
实验步骤如下：1．选择灯光追逐器为研究对象，通过组装熟悉它的组成，掌握各部件的名称。
2．观看装配过程的录像或图片，并结合装配资料进行实际的装配。
3.从第一道工序到最后一道工序，将安装过程的每一道工序的工艺内容都要记录清楚。
4．按照工艺程序图的画图规则，在已准备好的工艺程序表格上绘制其工艺程序图。
5．详细分析“加工”、“检查”所花的时间、顺序等情况，发现影响效率的原因和存在的问题。
6．提出改善方案、措施，并对其进行反复修正，得出最终的改进方案。
三、实验报告要求1．画出所设计的灯光追逐器组装工艺程序图。
2．提出改进方案，绘制出改进后的工艺程序图。
3．对改进前后的工艺程序图进行比较并写出分析报告（报告要包括：从那些方面进行改进，例如加工时间、操作者体力、经济效益等；改进前后的效果分别时怎样的）。
工艺程序表34秒49秒23秒37秒10秒2、改进后的工艺程序图83、分析报告改进的步骤：1.在改进前的版本中，由我小组一位成员来打开箱盖，检查内部有无损坏，零件有无缺损3秒，准备四个橡皮脚，螺丝螺母等零件180秒, 戳穿橡皮脚12秒，将四个螺钉插入橡皮脚内20秒，在箱底安装四个橡皮脚24秒，用螺丝帽将线路板，橡皮胶固定6m。
但是后来我们发现这样太耗时间，总共耗去10分钟。
于是在改进后的版本中，例如有一人检查内部损坏。
另一人去拿零件。
两个人同时手拿橡皮脚，每人戳穿两个，每人固定两个，通力合作以后，节约了很多时间。
太阳能追踪与调试实验报告
太阳能追踪与调试实训报告实训目的：了解和学习光伏设备的结构及其功能，看懂接线图，知道其工作原理，达到可以正确安装和调试使之正常运行的目的。
前期准备：精通该设备的人员先给我们大致演示了光伏设备的运行，并讲解了各个部分在该设备中的作用。
我们大致观看了个小部分线路的走向并了解其运行原理然后准备自己动手画出线路图并将其拆卸和安装。
经过前期的讲解我所学到的东西如下：光伏发电系统包括五个部分：一：光源模拟跟踪装置（a）二：光源模拟跟踪控制系统(b)三：能量转换控制存储系统(c)四：离网逆变负载系统(d)五：监控系统(e)（a）（b）（c）（d）（e）1.光源模拟跟踪装置光源模拟系统有四块太阳能电池板、三盏模拟太阳早、中、晚的300W的投射灯，追日跟踪传感器、双轴电动机（直流）和支架组成。
其中太阳能电池由串联（增大电流）、并联（增大电压）组成。
传感器是光敏传感器，光照射在上面产生光敏电压或电流。
2.光源模拟跟踪控制系统光源模拟跟踪系统由母线单元、电源组件、按钮单元、测试单元、继电器、PLC、端子排组成。
其中光源模拟跟踪装置和光源模拟跟踪控制系统组成追日系统。
投射灯模拟太阳光源，太阳电池板上的传感器通过采集光照信息（光照强度和位置）,控制电动机转动，是太阳电池板正对光源以接受最大的光照强度，提高太阳电池的发电效率。
3．能量转换控制存储系统能量转换控制存储系统由母线单元、光伏直流单元、断路器、蓄电池直流单元、汇流箱、可调电阻、电源组件、LCD人机对话模块、通讯模块、CPU模块、控制主电路模块、温度采集模块、继电器驱动模块、直流电压采集模块、直流电流采集模块、IGBT驱动模块、直流电风扇、端子排、蓄电池。
其原理为：太阳电池产生的电流一部分提供给负载，一部分存储到蓄电池中。
并输送到逆变器中。
4.离网逆变负载系统离网逆变负载系统由母线单元、直流单元、断路器、交流单元、交流互感器、变压器单元、电源组件、LCD人机对话模块、通讯模块、PLC模块、逆变主电路对话模块、继电器驱动模块、交流电压采集模块、交流电流采集模块、直流电压采集模块、IGBT驱动模块、IGBT驱动模块、端子排组成。
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Ray Tracer---光线跟踪实验报告
711064XX XXX
一、实验目的
在计算机图形学课程作业中，题目要求是做Ray Tracing 或碰撞检测，其中对Ray Tracing 的要求是：
(1)多种形状物体，Ball, box等
(2)包含多种材质物体：纯镜面反射、透明物体、纯漫反射、半透明物体等
(3)Moving in a 3D world
(4)environment texture
二、实验原理
在这次实验中，使用了真正的光线跟踪算法，而不是采用环境纹理来反映周围环境。
1、光线跟踪简介
光线跟踪是一种真实地显示物体的方法，该方法由Appel在1968年提出为了
生成在三维计算机图形环境中的可见图像，光线跟踪是一个比光线投射或者
扫描线渲染更加逼真的实现方法。
这种方法通过逆向跟踪与假象的照相机镜
头相交的光路进行工作，由于大量的类似光线横穿场景，所以从照相机角度
看到的场景可见信息以及软件特定的光照条件，就可以构建起来。
当光线与
场景中的物体或者媒介相交的时候计算光线的反射、折射以及吸收。
由于一
个光源发射出的光线的绝大部分不会在观察者看到的光线中占很大比例，这
些光线大部分经过多次反射逐渐消失或者至无限小，所以对于构建可见信息
来说，逆向跟踪光线要比真实地模拟光线相互作用的效率要高很多倍。
计算
机模拟程序从光源发出的光线开始查询与观察点相交的光线从执行与获得正
确的图像来说是不现实的。
2
由以上经典的光线追踪算法可以发现，在此算法中，环境中的物体等模型，并不是
一次性的画好的，而是对整个场景一个像素一个像素的画上去的，光线跟踪算法中
的每一根光线要与场景中的每一个物体所含的每一个面求交。
三、光线跟踪算法实现
1、计算观察光线
首先需要确定光线的数学表达式。
一条光线实际上只是一个起点和一个传播方向，
假设起点为O（x1，y1，z1），屏幕上一点为D（x2，y2，z2），则光线的方向dir（x3，y3，z3）为：
dir=O–D；
即
在程序中，光线的起点定义为：
方向为：
由此可以确定一条光线
然后就需要求出与该光线相交的物体中的最近的交点
2、光线与球体相交
球体由方程(x-a)2+(y-b)2+(z-c)2=r2确定，求光线是否与方程相交，只需计算方程组
(x-x1)2+(y-y1)2+(z-z1)2=R2
e+ d t = 0
有无实数解即可。
若令c(x1,y1,z1)为圆心，将二式带入一式整理可得，
(d﹒d)t2 + 2d﹒(e - c)t + (e - c)﹒(e - c) - R2=0 这里，除了参数t外所有的都是已知的，所以也就是标准的一元二次方程，即
At2 + Bt + C=0
二次解下中根号下的项B2-4AC为判别式，它可以说明有多少实数解。
如果判别式为负，球和直线没有交点。
如果判别式为正，则有两个解；一个解是光线进入球的位置，另一个是离开的位置。
如果判别式为零，光线与球相切并只有一个交点。
代入球的方程中，并消除公共因子得
在实际实现中，在计算其他项之前应该首先检查判别式的值。
在程序中的具体实现如下：
3、与平面相交
假设平面方程为Ax + By + Cz +d=0 ，同理，将平面的法向量与直线的方向向量做差乘运算，若结果为零，则说明光线平行于平面没有交点。
在程序中的实现如下：
4、颜色的确定
一旦我们知道了光线在传播的过程中与哪些物体相交了，我们就可以这一点的颜色，而单纯的使用物体颜色，会使图像看起来很不自然，所以我们将会计算由两个光源产生的散射的阴影效果，两个光源都会对物体的颜色起作用
下面这段代码还计算了从交点 ('pi') 到光源('L')的向量,
并且通过计算这个向量和物体表面的法向量的点乘积来确定该点的光照强度。
这样的计算会产生这样的效果：那些面对光源的点要比其他的点要更加明亮，背对光源的点将不会被照亮。
5、 反射的计算
计算一个已知法向量的点的反射光线，可以使用以下公式 R = V - 2(V ﹒N )N
其中R 是反射光线的方向向量，V 是入射光线的方向向量，N 是该点的法向量 计算反射光线并递归跟踪的关键代码如下：
6、 折射的计算
光线跟踪同样可以构造经折射的光线并继续递归跟踪，并最后将遇到的颜色信息加到最近的交点上。
折射时可根据折射定律进行计算，可以使用以下式子
T = (n * V ) + (n * (- N ﹒V ) - SQRT (1.0 - ( n * (N ﹒V ) )2 ) ) * N ;
其中，T是折射光线的方向向量，V是入射光线的方向向量，N是该点的法向量，n是两种材料的折射率的比值
计算折射光线并递归跟踪的关键代码如下：
7、Phong 明暗处理
当物体表面被光源照亮时，会形成一个高亮的光斑。
这个光斑会随着视点的移动而移动，而不是固定的。
Phong 提出的光照模型，实际上就是把反射光的方向向量考虑了进来。
上式中的L是从交点到光源的向量，N是平面的法向量，V是观察方向，R是L在平面上的反射向量，可以发现这个公式同时包含了漫反射和镜面反射光，实现的代码如下：
8、 阴影效果
为了计算阴影，需要在算法中判断点是否在阴影中，对于场景中的每个光源都创建
一条阴影光线，再判断对场景中的所有物体是否相交，若相交，则说明物体在阴影
中而光源是不可见的，并置shade = 0；否则，说明物体不再阴影中，光线可以照射到该点，置shade = 1；而shade 最终的值在0和1之间的话表示该点对部分光源是可见的，其他的是不可见的。
四、 程序效果截图。