光學(xué)元件類(lèi)

平面反射鏡是一種極為簡(jiǎn)單的模型，因?yàn)槲覀冎恍枰紤]一個(gè)平面即可。但是除此之外的其他光學(xué)元件，可能會(huì)變得有些復(fù)雜：我們必須考慮光在入射面和出射面的行為。

這當(dāng)然是一句廢話，而且我們也有了一個(gè)初步的解決方案：將光學(xué)元件拆成前表面和后表面即可。如果光需要在光學(xué)元件中反射多次，那就將光學(xué)元件拆成需要反射次數(shù)的表面?zhèn)€數(shù)即可，完美而無(wú)腦。

這說(shuō)明我們已經(jīng)熟悉了程序員的思維，我們眼中的世界已經(jīng)不再是一個(gè)所見(jiàn)即所得的世界，我們看到的是一個(gè)個(gè)抽象零部件的表現(xiàn)。但是也不要驚慌，程序員和正常人也未必有很大的區(qū)別，因?yàn)槲覀兂丝梢詫⑦@個(gè)世界拆解，也可以將拆解之后的部件重新構(gòu)造回這個(gè)世界。

嘗試著將問(wèn)題想得復(fù)雜一些，光學(xué)系統(tǒng)中有許多光學(xué)元件，光會(huì)透過(guò)每個(gè)光學(xué)元件很多次，而且每次的入射點(diǎn)、出射點(diǎn)都會(huì)有一定的偏差。由于光學(xué)元件可能會(huì)對(duì)光的能量有所吸收，從而引起發(fā)熱。而且每次的入射點(diǎn)、出射點(diǎn)不同，則發(fā)熱位置也不一樣。由于發(fā)熱會(huì)導(dǎo)致光學(xué)元件發(fā)生形變，所以下一次光和光學(xué)元件的作用也會(huì)發(fā)生變化。

也就是說(shuō)，對(duì)于每個(gè)光學(xué)元件來(lái)說(shuō)，除了有固定的前表面、后表面，還有入射點(diǎn)、出射點(diǎn)、發(fā)熱、形變等不斷變化的參數(shù)。這樣的一個(gè)過(guò)于實(shí)際的問(wèn)題促使我們構(gòu)造一種更加貼近現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)類(lèi)型，換句話說(shuō)，我們要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)對(duì)象，這個(gè)對(duì)象能夠封裝各種變量和功能，我們輸入一個(gè)參量，這個(gè)對(duì)象的狀態(tài)也會(huì)跟著發(fā)生變化。

這就是所謂的面向?qū)ο蟆?/p>

class Opti():
 def __init__(self,edge1,edge2):
  self.edge1 = edge1
  self.edge2 = edge2

在上例中，我們定義了一個(gè)光學(xué)元件類(lèi)，這個(gè)光學(xué)元件有兩個(gè)表面，這兩個(gè)表面既可以是平面，也可以說(shuō)弧面。這樣，我們就建立了一個(gè)類(lèi)。其中，__init__為初始化方法，self表示我們所創(chuàng)建的這個(gè)類(lèi)本身。一般來(lái)說(shuō)，如果類(lèi)中的方法不加修飾符的話，就必須將self當(dāng)作第一個(gè)參數(shù)。

self.edge1表示這個(gè)Opti類(lèi)中，有一個(gè)成員的名字叫edge1。當(dāng)這個(gè)類(lèi)被初始化的時(shí)候，我們就可以對(duì)其進(jìn)行賦值了。

有些元件可能只有一個(gè)表面，比如全反鏡；有些可能有多個(gè)表面，比如偏振立方體。而且，我們?cè)谧鰧?shí)驗(yàn)的時(shí)候，也需要對(duì)不同的光學(xué)元件進(jìn)行比較，從而得到最好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。所以，如果我們想改變已經(jīng)建好的光學(xué)元件，應(yīng)該怎么辦呢？

其實(shí)很簡(jiǎn)單，只要增加一個(gè)方法，使得可以插入或者刪除新的表面即可。

#文件Opti.py
class Opti():
 def __init__(self,edges=[[(0,-1),(0,1)],[(0,1),(0,-1),(1/2,0)]]):
  self.edges = [{'index':i,'dots':edges[i]}
 for i in range(len(edges))]
 #edge格式為(dot1,dot2,...)
 def insertEdge(self,edge,albedo=0):
  self.edges.append(
{'index':len(self.edges),'dots':edge})
 #可接受編號(hào)和點(diǎn)集
 def delEdge(self,edge):
  try:
if isinstance(edge,list):#如果edge的類(lèi)型是list
 for edg in self.edges:
  if edg['dots']==edge:edge = edg['index']
del self.edges[edge]
  except:
print("no this edge")

在上面的代碼中，可以看到初始化函數(shù)被預(yù)設(shè)了一些值，這點(diǎn)與普通函數(shù)并無(wú)二致。我們可以看到，默認(rèn)插入的兩個(gè)曲面分別是平面[(0,-1),(0,1)]和弧面[(0,1),(0,-1),(1/2,0)],可見(jiàn)默認(rèn)生成一個(gè)平凸鏡。

成員變量self.edges即光學(xué)表面的列表，每個(gè)光學(xué)表面有兩個(gè)參數(shù)，分別是索引index和點(diǎn)集dots。由此前的光學(xué)抽象可知，當(dāng)點(diǎn)對(duì)中有兩個(gè)點(diǎn)的時(shí)候，代表平面；有三個(gè)點(diǎn)的時(shí)候，代表弧面。

方法insertEdge為插入一個(gè)光學(xué)表面，其中，編號(hào)為這個(gè)光學(xué)表面在self.edges中的索引號(hào)；delEdge顧名思義為刪除某個(gè)光學(xué)表面。如果傳入的edge為一個(gè)列表，則說(shuō)明傳入的是一個(gè)參數(shù)確定的曲面，此時(shí)通過(guò)遍歷self.edges找到這個(gè)表面，并得到其索引。

如果傳入的參數(shù)為一個(gè)單值，那么說(shuō)明傳入的是索引號(hào)，所以直接刪除即可。

在這個(gè)方法中，使用了一種新的代碼塊try:...except...，這是一種異常機(jī)制，即嘗試運(yùn)行try:塊中的代碼，如果運(yùn)行失敗，則執(zhí)行except。如果我們沒(méi)能執(zhí)行成功delEdge，則說(shuō)明我們輸入的表面并不在這個(gè)光學(xué)元件中，所以輸出"no this edge"。

這好像是第一次看到print這個(gè)命令呢，一般來(lái)說(shuō)這應(yīng)該是最先接觸到的函數(shù)，畢竟對(duì)于大多數(shù)程序員來(lái)說(shuō)，敲下的第一行代碼就是

print("hello world")
print('hello world')

同時(shí)，我們除了數(shù)值類(lèi)型之外，又認(rèn)識(shí)了另一種數(shù)據(jù)類(lèi)型，即字符。在python中，可以通過(guò)雙引號(hào)或者單引號(hào)來(lái)表示單個(gè)字符或者字符串。即上述的hello world代碼中，兩行均正確，而且沒(méi)什么區(qū)別。

現(xiàn)在，我們已經(jīng)寫(xiě)了一個(gè)類(lèi)，于是可以創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，在命令行中輸入：

>>> from Opti import Opti
>>> Opti.__name__#這是什么鬼
'Opti'
>>> x = Opti()#創(chuàng)建對(duì)象，由于未輸入?yún)?shù)，故皆為默認(rèn)值
>>> x.edges#現(xiàn)實(shí)類(lèi)成員
[{'index': 0, 'dots': [(0, -1), (0, 1)]}, {'index': 1, 'dots': [(0, 1), (0, -1), (0.5, 0)]}]
>>> x.delEdge(1) #調(diào)用類(lèi)方法
>>> x.edges#果然少了一個(gè)邊
[{'index': 0, 'dots': [(0, -1), (0, 1)]}]
>>> x.delEdge(1) #刪除不存在的邊是不可能的
no this edge
>>>

首先，from Opti import Opti的這兩個(gè)Opti并不相同，前者代表包`Opti.py',后者代表Opti.py中的類(lèi)'Opti',import之后便可以調(diào)用了。

然后出現(xiàn)了一個(gè)比較吊詭的事情，我們?cè)陬?lèi)中并沒(méi)有定義__name__，然而調(diào)用之后卻有值產(chǎn)生。

請(qǐng)勿驚慌，其實(shí)是老熟人了?？梢詫?code>__name__理解為python內(nèi)部的內(nèi)置屬性，當(dāng)我們直接執(zhí)行某一.py文件時(shí)，這個(gè)__name__的值為__main__，否則的話就是類(lèi)的名字。所以，到這個(gè)時(shí)候，我們似乎應(yīng)該能明白入口函數(shù)的真正意義了吧。

繼續(xù)向下，幾乎所有的事情就都不出所料了。

以上就是python光學(xué)仿真面向?qū)ο蠊鈱W(xué)元件類(lèi)的實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于python光學(xué)元件類(lèi)的實(shí)現(xiàn)的資料請(qǐng)關(guān)注本站其它相關(guān)文章！

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