近日，中國科學院軟件研究所天基綜合信息系統重點實驗室光學智能計算研究團隊的論文?Mathematical modelling for high precision ray tracing in optical design?被數學跨學科應用知名期刊?Appl. Math. Model.(JCR Q1,IF:5.0)?錄用。第一作者是吳長茂副研究員，通訊作者是夏媛媛工程師。論文提出了一種新穎的形式化光線追跡誤差模型，從理論上揭示了光線追跡的誤差構成、追跡誤差的理論上下界及表達式。并進一步依據誤差模型指導，提出了一種高精度光線追跡算法。測試表明，論文算法比市售光學設計軟件Zemax和CODE V的算法計算精度更高，殘差更小。

光線追跡是光學設計的基礎，其計算誤差對光學設計精度影響極大，微小的擾動就會引起像質的大幅退化。光線追跡的浮點計算誤差影響因素、作用機理一直是光學設計領域未解決的難題。為解決上述挑戰，論文給出了光線追跡標準公式集，并基于浮點計算理論，推導出光線追跡誤差模型，從理論上推理出光線追跡誤差構成、誤差上下界及其表達式。同時，依據光線追跡誤差模型，提出了提升光線追跡精度的五大措施，即虛切面、重投影、惡性相消避免、單位化和坐標局部化。

論文算法已集成進光學設計軟件SeeOD中，并與光學設計軟件Zemax和CODE V的光線追跡算法相比較。結果表明，該算法對子午面光線和空間光線均具有更好的數值穩定性和追跡精度，光線追跡交點平均殘差比Zemax和CODE V分別小4和6個數量級，光線方向向量平均殘差比Zemax和CODE V分別小5和8個數量級。

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論文地址：https://doi.org/10.1016/j.apm.2024.01.012

模型地址：https://github.com/iscaswcm/raytracing-model.git