4. 几何物体创建与编辑：标准几何体、布尔运算与属性控制
各位好，欢迎来到第四章。这一章我们聊聊非序列模式里最基础、也最容易被忽视的东西——几何物体。说白了，你在软件里搭的光路，本质上就是一堆几何体的组合。球体、圆柱、矩形体，再加上布尔运算，就能拼出你想要的任何形状。
我记得刚入行那会儿，总觉得画个透镜嘛，用标准库里的透镜元件拖出来就行了。后来做激光雷达的接收光学系统，才发现很多时候标准库根本不够用。你得自己动手，从零开始搭几何体。嗯，这一章就是帮你打好这个底子。
4.1 标准几何体：球体、圆柱、矩形体
非序列模式里，标准几何体是构建一切复杂结构的基础砖块。我习惯把它们分成三类：旋转对称体（球、圆柱）、棱柱体（矩形体、多边形体）和特殊体（圆锥、环面）。今天先讲最常用的三种。
4.1.1 球体（Sphere）
球体是最简单的几何体。你只需要定义半径和位置。但这里有个坑——球体默认是实心的。如果你只想用球面做反射镜，记得把材质设为“Mirror”或者把内部挖空。
4.1.2 圆柱（Cylinder）
圆柱体有两个关键参数：半径和长度。注意，这里的长度是沿着圆柱轴线的总高度。我见过不少新手把长度设成半径的两倍，结果圆柱变成了一个扁盘。
圆柱体默认也是实心的。如果你想要一个空心管（比如做光纤的包层），需要把“Inside/Outside”属性设为“Inside”，或者用布尔运算挖掉内部。
4.1.3 矩形体（Rectangular Volume）
矩形体就是长方体。三个方向的尺寸：X半宽、Y半宽、Z长度。这里我特别提醒一句：矩形体的定位点默认在几何中心，而不是角点。如果你想把矩形体的一角放在原点，需要手动偏移位置。
| 几何体类型 | 关键参数 | 默认定位点 | 常见用途 |
|---|---|---|---|
| 球体 | 半径 | 球心 | 透镜、反射球、散射体 |
| 圆柱 | 半径、长度 | 底面中心 | 透镜、光阑、光纤 |
| 矩形体 | X半宽、Y半宽、Z长度 | 几何中心 | 探测器、棱镜、基底 |
4.2 布尔运算：合并、相减、相交
布尔运算才是几何体编辑的灵魂。没有布尔运算，你只能做简单的球、柱、方块。有了它，你就能做出任意复杂的结构。
我曾经做过一个项目，需要模拟一个带有微透镜阵列的探测器。每个微透镜是球面凸起的，但基底是平面的。如果用标准透镜元件，根本没法做这种“部分球面+部分平面”的结构。最后就是用布尔运算——一个矩形体和一个球体相减，再和另一个矩形体合并，搞定了。
4.2.1 合并（Union）
合并就是把两个或多个几何体粘在一起。注意，合并后的物体是一个整体，内部没有交界面。光线穿过合并体时，不会在原来的交界面上发生折射或反射。
4.2.2 相减（Subtract）
相减是从一个物体中挖掉另一个物体。这个操作非常实用。比如你想做一个带孔的挡板：先画一个矩形体，再画一个圆柱体（代表孔），然后用矩形体减去圆柱体。
相减的顺序很重要。A减B和B减A，结果完全不同。我习惯先选“被减物体”，再选“减去的物体”。
4.2.3 相交（Intersection）
相交只保留两个物体重叠的部分。这个操作用得相对少一些，但在做特殊形状时很管用。比如你想做一个球冠（球体的一部分），可以用一个球体和一个平面相交。
| 布尔操作 | 结果 | 典型应用 |
|---|---|---|
| 合并（Union） | 两个物体合为一体，内部无交界面 | 复合透镜、多面体 |
| 相减（Subtract） | 从A中挖掉B | 打孔、开槽、挖空 |
| 相交（Intersection） | 只保留A和B重叠的部分 | 球冠、棱镜切角 |
4.3 物体材质与表面属性
几何体搭好了，接下来就是给它“穿衣服”——赋予材质和表面属性。这一步决定了光线遇到物体时会发生什么：折射、反射、吸收，还是散射？
材质和表面属性是两个不同的概念。材质定义的是体属性（折射率、吸收系数），表面属性定义的是面属性（反射率、粗糙度、镀膜）。
4.3.1 材质（Material）
材质决定了光线在物体内部的传播行为。常用的材质参数包括：
- 折射率（Index）：可以是常数，也可以是波长相关的色散公式（如Schott公式）。
- 吸收系数（Absorption）：单位是1/cm。数值越大，光线衰减越快。
- 散射系数（Scattering）：用于模拟体散射，比如毛玻璃、浑浊介质。
关键点：如果你只定义了材质，但没有定义表面属性，软件会默认使用材质的折射率来计算折射和反射。但如果你同时定义了表面属性（比如镀了增透膜），表面属性会覆盖材质默认的界面行为。
4.3.2 表面属性（Surface Properties）
表面属性控制的是光线在物体表面的行为。常用的表面属性包括：
- 反射率（Reflectance）：可以是常数，也可以是角度相关的。
- 透射率（Transmittance）：与反射率互补。
- 粗糙度（Roughness）：模拟表面散射。数值越大，散射越强。
- 镀膜（Coating）：可以调用预设的膜层数据，比如增透膜、高反膜。
我建议你养成一个习惯：每次定义表面属性后，都做一次简单的光线追迹验证。看看反射率、透射率是否符合预期。我曾经因为忘记勾选“Apply Coating”选项，导致模拟结果和实测差了20%。
4.4 物体位置与旋转
最后，我们聊聊物体的位置和旋转。这部分看似简单，但实际操作中很容易出错。
4.4.1 位置（Position）
每个物体都有一个参考点。球体的参考点是球心，圆柱的参考点是底面中心，矩形体的参考点是几何中心。你设置的X、Y、Z坐标，就是参考点在全局坐标系中的位置。
如果你想让物体相对于某个参考点偏移，可以用“Tilt About”功能。比如，你想让一个圆柱绕着它的底面边缘旋转，而不是绕着底面中心旋转。这时候就需要先平移参考点，再旋转。
4.4.2 旋转（Rotation）
旋转有三个轴：X、Y、Z。旋转顺序很重要。软件默认的旋转顺序是：先绕X轴，再绕Y轴，最后绕Z轴。如果你改变了旋转顺序，结果会完全不同。
4.4.3 参考坐标系
非序列模式支持局部坐标系。你可以为每个物体定义一个局部坐标系，然后在这个坐标系下设置子物体。这样，当你移动父物体时，子物体会跟着移动。
这个功能在做复杂装配体时非常有用。比如做一组透镜阵列，你可以先定义一个局部坐标系，然后把所有透镜都放在这个坐标系下。调整阵列位置时，只需要移动父坐标系，所有透镜一起动。
好了，这一章的内容就到这里。几何体的创建和编辑，说白了就是搭积木。标准几何体是积木块，布尔运算是拼接方式，材质和表面属性是积木的颜色和纹理，位置和旋转是积木的摆放位置。把这四步练熟了，你就能搭出任何你想要的光学结构。