Ray-tracing 튜토리얼 (파트 C): 표면 변경하기

🎯 학습 목표

표면 객체에 대해 Object Editor를 열고 사용합니다.
Mesh Editor와 형상 데이터베이스를 사용하여 표면의 3D 형상을 변경합니다.
표면의 광학 재료를 갱신합니다(예: Si에서 ITO로).
시뮬레이션을 다시 실행하고 서로 다른 표면 및 재료에 대한 검출기 출력을 비교합니다.

📦 사전 준비

파트 A: 거친 박막에서의 반사 (빠른 시작)를 완료할 것.
파트 B: 광원 편집을 완료할 것.

⏱ 예상 시간

단계를 읽고 따라 하기: 10–15분
대체 형상 및 재료로 추가 실험: 10–20분

📺 YouTube 예제

Reflection from film 데모에서 표면 형상과 재료를 변경하기 (동영상 곧 제공 예정).

파트 A에서는 Reflection from film ray-tracing 데모를 불러왔고, 파트 B에서는 광원을 편집하고 이동했습니다. 이 마지막 파트에서는 표면 자체를 변경합니다. 원래 데모는 AFM 이미지에서 유도된 거친 표면을 사용하지만, OghmaNano에서는 이를 데이터베이스의 다른 형상으로 교체하고 객체의 광학 재료도 변경할 수 있습니다. 이는 서로 다른 텍스처와 굴절률이 반사와 산란에 어떤 영향을 미치는지 탐색하는 데 유용합니다.

1단계: 표면 객체 편집기 열기

파트 A와 B에서 구성한 시뮬레이션에서 시작합니다. 빨간 AFM 표면이 명확히 보이도록 뷰를 확대하고 회전합니다. 표면을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 문맥 메뉴에서 Edit object를 선택합니다. 이는 ??에 표시되어 있습니다. 그러면 선택한 표면 객체에 대한 Object Editor 창이 열립니다 (??).

Edit object가 강조 표시된 상태로 AFM 표면 객체 위에서 열린 오른쪽 클릭 메뉴. — AFM 표면 객체를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 **Edit object**를 선택하여 Object Editor를 엽니다.

AFM 이미지 표면의 속성을 보여주는 Object Editor 창. — AFM 표면에 대한 **Object Editor**. 이 창에는 객체 유형, 위치, 회전, 광학 재료 및 현재 *object shape* 항목이 표시됩니다.

Object Editor에는 표면의 일반 매개변수가 나열됩니다:

Offset (x, y, z): 장면 내 표면의 위치.
Rotate: x, y, z축 주위의 회전 각도.
Optical material: 사용되는 재료 모델(예: 실리콘).
Object shape: 실제 표면 프로파일을 정의하는 3D 기하학.

이 튜토리얼에서는 위치와 회전은 고정한 채 object shape와 optical material만 수정합니다.

2단계: Mesh Editor를 열고 새 형상 선택하기

표면 기하를 변경하려면 Object Editor의 Object shape 필드 오른쪽에 있는 점 세 개를 클릭합니다. 그러면 객체의 기하가 어떻게 생성되는지를 제어하는 Mesh Editor가 열립니다 (??).

형상 데이터베이스 항목 afm_image에서 형상을 가져오도록 설정된 Mesh Editor. — 형상 데이터베이스에서 AFM 표면을 불러온 **Mesh Editor**. 여기에서 데이터베이스 항목과 객체의 물리적 크기(dx, dy, dz)를 모두 변경할 수 있습니다.

afm_image, saw_wave 및 기타 형상을 나열하는 형상 데이터베이스 창. — **형상 데이터베이스**. `saw_wave`와 같은 항목을 더블클릭하여 표면 객체의 새 기하로 사용합니다.

Mesh Editor에서 Shape Database 탭이 선택되어 있는지 확인합니다. 현재 형상은 AFM 이미지입니다(텍스트 필드에 표시됨). 필요하다면 xyz size 값을 조정하여 객체 크기를 스케일링할 수도 있지만, 이 튜토리얼에서는 기본 치수를 유지합니다.

형상 필드 옆의 점 세 개 버튼을 클릭합니다. 그러면 형상 데이터베이스 창이 열리고 (??), 사용 가능한 모든 형상이 나열됩니다. saw_wave (또는 saw_wave)를 더블클릭하여 선택합니다. 이제 Mesh Editor는 AFM 이미지 대신 saw-wave 프로파일을 참조하게 됩니다.

Mesh Editor를 닫고 메인 Optical Workbench 창으로 돌아갑니다. 이제 3D 보기의 표면은 원래 AFM 기반 거칠기 대신 saw-wave 구조로 나타나야 하며, 이는 ??에 표시되어 있습니다.

표면이 saw-wave 형상으로 교체된 메인 시뮬레이션 창. — 데이터베이스의 `saw_wave` 형상으로 AFM 표면을 교체한 후의 시뮬레이션. 이제 입사 광선은 주기적인 톱니형 구조와 상호작용합니다.

3단계: 시뮬레이션을 다시 실행하고 출력 확인하기

Run simulation을 클릭하거나 F9를 눌러 새 표면을 ray trace합니다. 시뮬레이션이 완료되면 파트 A와 같이 Output 탭을 열고 검출기 출력으로 이동합니다. detector_efficiency0.csv 파일을 더블클릭하여 파장의 함수로서 검출기 효율을 확인합니다.

이 스펙트럼을 원래 AFM 표면에서 얻은 스펙트럼과 비교합니다. 산란과 탈출 확률이 이제 AFM 거칠기가 아니라 saw-wave 기하에 의존하므로 효율 곡선의 세부 형상이 변하는 것을 볼 수 있습니다.

4단계: 광학 재료 변경하기 (Si → ITO)

동일한 객체에 서로 다른 광학 재료를 할당할 수도 있습니다. 이를 통해 기하 효과와 굴절률 및 흡수 효과를 분리할 수 있습니다.

표면의 Object Editor를 다시 엽니다(표면을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 Edit object 선택).
Optical material 필드를 찾습니다. 현재 예제에서는 실리콘 항목(예: inorganic/si)으로 설정되어 있습니다.
광학 재료 필드 옆의 점 세 개를 클릭하여 광학 재료 데이터베이스를 엽니다.
적절한 ITO 항목(예: inorganic/ito)을 선택하고 선택을 확인합니다.
데이터베이스 창을 닫고 Object Editor에 새 ITO 재료가 표시되는지 확인한 다음 편집기를 닫습니다.
시뮬레이션을 다시 실행하고 이전과 같이 detector_efficiency0.csv를 확인합니다.

(i) 실리콘을 사용한 AFM 표면, (ii) 실리콘을 사용한 saw-wave 표면, 그리고 (iii) ITO를 사용한 saw-wave 표면에 대한 검출기 효율을 비교하면, 표면 형태와 굴절률이 수집된 빛에 어떤 영향을 미치는지 분리해서 이해하기 시작할 수 있습니다.

👉 다음은? 이제 파트 A–C의 모든 내용을 결합하여 자신만의 맞춤형 ray-tracing 장면을 구축할 수 있습니다: 데이터베이스로 새 형상을 가져오고, 적절한 광학 재료를 정의하고, 광원을 조정하며, 서로 다른 파장과 구성에 대한 검출기 출력을 분석할 수 있습니다.