光學(xué)元件類

平面反射鏡是一種極為簡單的模型，因為我們只需要考慮一個平面即可。但是除此之外的其他光學(xué)元件，可能會變得有些復(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，完美而無腦。

這說明我們已經(jīng)熟悉了程序員的思維，我們眼中的世界已經(jīng)不再是一個所見即所得的世界，我們看到的是一個個抽象零部件的表現(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，因為我們除了可以將這個世界拆解，也可以將拆解之后的部件重新構(gòu)造回這個世界。

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

也就是說，對于每個光學(xué)元件來說，除了有固定的前表面、后表面，還有入射點、出射點、發(fā)熱、形變等不斷變化的參數(shù)。這樣的一個過于實際的問題促使我們構(gòu)造一種更加貼近現(xiàn)實的數(shù)據(jù)類型，換句話說，我們要創(chuàng)建一個對象，這個對象能夠封裝各種變量和功能，我們輸入一個參量，這個對象的狀態(tài)也會跟著發(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，我們定義了一個光學(xué)元件類，這個光學(xué)元件有兩個表面，這兩個表面既可以是平面，也可以說弧面。這樣，我們就建立了一個類。其中，__init__為初始化方法，self表示我們所創(chuàng)建的這個類本身。一般來說，如果類中的方法不加修飾符的話，就必須將self當(dāng)作第一個參數(shù)。

self.edge1表示這個Opti類中，有一個成員的名字叫edge1。當(dāng)這個類被初始化的時候，我們就可以對其進(jìn)行賦值了。

有些元件可能只有一個表面，比如全反鏡；有些可能有多個表面，比如偏振立方體。而且，我們在做實驗的時候，也需要對不同的光學(xué)元件進(jìn)行比較，從而得到最好的實驗結(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？

其實很簡單，只要增加一個方法，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})
    #可接受編號和點集
    def delEdge(self,edge):
        try:
            if isinstance(edge,list):   #如果edge的類型是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，這點與普通函數(shù)并無二致。我們可以看到，默認(rèn)插入的兩個曲面分別是平面[(0,-1),(0,1)]和弧面[(0,1),(0,-1),(1/2,0)],可見默認(rèn)生成一個平凸鏡。

成員變量self.edges即光學(xué)表面的列表，每個光學(xué)表面有兩個參數(shù)，分別是索引index和點集dots。由此前的光學(xué)抽象可知，當(dāng)點對中有兩個點的時候，代表平面；有三個點的時候，代表弧面。

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

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

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

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

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

同時，我們除了數(shù)值類型之外，又認(rèn)識了另一種數(shù)據(jù)類型，即字符。在python中，可以通過雙引號或者單引號來表示單個字符或者字符串。即上述的hello world代碼中，兩行均正確，而且沒什么區(qū)別。

現(xiàn)在，我們已經(jīng)寫了一個類，于是可以創(chuàng)建一個對象，在命令行中輸入：

>>> from Opti import Opti
>>> Opti.__name__   #這是什么鬼
'Opti'
>>> x = Opti()      #創(chuàng)建對象，由于未輸入?yún)?shù)，故皆為默認(rèn)值
>>> x.edges         #現(xiàn)實類成員
[{'index': 0, 'dots': [(0, -1), (0, 1)]}, {'index': 1, 'dots': [(0, 1), (0, -1), (0.5, 0)]}]
>>> x.delEdge(1)    #調(diào)用類方法
>>> x.edges         #果然少了一個邊
[{'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Opti并不相同，前者代表包`Opti.py',后者代表Opti.py中的類'Opti',import之后便可以調(diào)用了。

然后出現(xiàn)了一個比較吊詭的事情，我們在類中并沒有定義__name__，然而調(diào)用之后卻有值產(chǎn)生。

請勿驚慌，其實是老熟人了?？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，這個__name__的值為__main__，否則的話就是類的名字。所以，到這個時候，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)元件類的實現(xiàn)的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于python光學(xué)元件類的實現(xiàn)的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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