MATLAB实现光散射蒙特卡罗路径追踪模拟器

资 源 简 介

本项目通过蒙特卡罗方法模拟光子在粒子介质中的散射过程。程序生成随机粒子分布，追踪光子路径并记录散射事件，最终分析能量分布与散射方向，适用于研究浑浊介质的光学特性。

详 情 说 明

光散射蒙特卡罗路径追踪模拟器 (Scattering MC Path Tracer)

项目介绍

本项目基于蒙特卡罗随机抽样方法，开发了一个用于模拟光子与粒子散射过程的路径追踪模拟器。程序能够在三维空间中模拟大量光子在浑浊介质中的传播轨迹，通过统计光子与粒子的散射事件（如米氏散射或各向异性散射），分析光在介质中的能量分布、透射反射特性及传播方向。该工具可用于光学成像、大气传播、生物组织光学特性等领域的仿真研究。

功能特性

• 物理模型完整：支持米氏散射模型与各向异性散射（Henyey-Greenstein相位函数），可设定介质的吸收系数、散射系数及各向异性因子。
• 参数灵活可调：用户可自定义光子数量、粒子密度与尺寸分布、介质光学属性、光源初始条件及模拟区域边界。
• 路径追踪精确：在三维空间中精确模拟光子的自由程、散射事件及能量衰减过程。
• 数据输出全面：生成光子完整的运动轨迹坐标、能量分布数据、散射次数统计以及透射/反射比例。
• 可视化结果丰富：提供光子路径的动态演示、最终能量分布云图、散射角度分布的极坐标图等多种可视化图表。
• 性能分析辅助：输出模拟计算时间与收敛情况分析报告，辅助评估模拟结果的可靠性。

使用方法

1. 配置模拟参数：在运行主程序前，根据需要修改源代码中的输入参数部分，设定光子数量、粒子参数、介质属性、光源设置和模拟边界。
2. 运行主程序：启动主程序文件，程序将开始蒙特卡罗模拟计算。
3. 查看输出结果：模拟完成后，程序将在指定目录生成包含光子轨迹、能量分布等数据的文件。
4. 进行可视化分析：运行配套的可视化脚本，查看光子路径动画、能量云图等图形化结果，并可进一步进行统计分析。

系统要求

• 操作系统：Windows / Linux / macOS
• 软件环境：MATLAB (推荐 R2018a 或更高版本)
• 硬件建议：至少 4GB 内存。对于大规模模拟（如光子数超过 10^6），建议使用 8GB 或以上内存以获得较好性能。

文件说明

主程序文件是项目的核心入口，负责协调整个模拟流程。它主要负责初始化模拟环境，包括读取用户定义的物理参数和设置计算空间；控制光子发射与追踪的蒙特卡罗主循环，在此过程中处理光子的运动、与介质的相互作用（散射与吸收）以及边界条件；最后，它对所有光子的轨迹和状态进行统计汇总，并调用相关模块生成数据文件和可视化结果。