第三章 几何实体建模基础

各位同学，今天我们来聊聊ASAP里最基础也最核心的内容——几何实体建模。说实话，我见过不少新手一上来就急着跑光线追迹，结果模型建得歪七扭八，追出来的结果根本没法看。嗯，这章我们就把地基打牢。

3.1 基本几何体：从球体到圆锥

ASAP里的几何体，说白了就是光线的「舞台」。光线怎么走、在哪反射、在哪折射，全看你怎么搭这个舞台。

3.1.1 球体（SPHERE）

球体是最简单的三维实体。我个人的习惯是，但凡涉及点光源或朗伯体散射，优先用球体做验证。

! 创建一个半径为5的球体，中心在原点
SPHERE Z 0 5
OBJECT 'my_sphere'

这里要注意，Z 0表示球心在Z=0的平面上，5是半径。你可能会问：「为什么是Z方向？」因为ASAP默认光轴沿Z轴，这是约定俗成的规矩。

3.1.2 圆柱（CYLINDER）

圆柱在光学系统里太常见了——镜筒、支架、光纤，哪哪都有它。

! 创建一个半径为3、长度为10的圆柱，沿Z轴放置
CYLINDER Z 0 3 10
OBJECT 'tube'

参数含义：Z 0是起始位置，3是半径，10是长度。我曾经犯过一个低级错误——把长度设成负数，结果圆柱朝反方向长，找了半天bug。

3.1.3 平面（PLANE）

平面是最简单的实体，但也是最容易被忽视的。我见过有人用无限大平面做探测器，结果光线追迹跑了一整天——因为光线在无限大平面上来回反射，永远停不下来。

! 创建一个位于Z=10的矩形平面，尺寸20x20
PLANE Z 10 RECTANGLE 20 20
OBJECT 'detector'

记住：平面一定要限定尺寸。除非你明确需要无限大反射面，否则别偷懒。

3.1.4 圆锥（CONE）

圆锥在照明系统里很常用，比如反光杯、聚光器。

! 创建一个圆锥，底部半径5，顶部半径2，高度8
CONE Z 0 5 2 8
OBJECT 'reflector'

参数顺序：起始位置、底部半径、顶部半径、高度。嗯，这里有个坑——如果顶部半径比底部半径大，那就变成倒锥了，光线走向完全不一样。

3.2 布尔运算：把简单几何体拼成复杂结构

单个几何体能做的事有限。真正的光学系统，比如手机镜头、车载激光雷达，都是几十个几何体拼出来的。布尔运算就是干这个的。

3.2.1 并集（UNION）

把两个实体合并成一个。我做过一个项目，需要把两个圆柱并起来做异形镜筒，用并集一步搞定。

! 合并两个圆柱
CYLINDER Z 0 3 5
OBJECT 'cyl1'
CYLINDER Z 5 2 5
OBJECT 'cyl2'
UNION 'cyl1' 'cyl2' 'combined'

3.2.2 交集（INTERSECT）

取两个实体重叠的部分。这个用得少，但一旦用上就是神来之笔。比如你要切出一个六边形透镜，用平面和球体做交集就行。

! 球体和立方体的交集
SPHERE Z 0 10
OBJECT 'sphere'
BOX Z 0 10 10 10
OBJECT 'cube'
INTERSECT 'sphere' 'cube' 'lens'

3.2.3 差集（SUBTRACT）

从一个实体里挖掉另一个。这是我最常用的操作——做透镜的凹面、挖孔、开槽，全用它。

! 从圆柱里挖掉一个球体，做成凹面镜
CYLINDER Z 0 5 10
OBJECT 'base'
SPHERE Z 5 3
OBJECT 'tool'
SUBTRACT 'base' 'tool' 'concave_mirror'

3.3 坐标系与变换：让实体动起来

实体建好了，但位置不对怎么办？别急着删了重建，用变换。

3.3.1 平移（SHIFT）

! 把球体沿X轴移动5个单位
SHIFT OBJECT 'my_sphere' X 5

3.3.2 旋转（ROTATE）

! 把圆柱绕Y轴旋转45度
ROTATE OBJECT 'tube' Y 45

我记得有一次，客户要求把探测器倾斜30度放置。我直接用ROTATE搞定，省了重新建模的功夫。

3.3.3 局部坐标系

复杂系统里，我强烈建议用局部坐标系。比如你要在镜筒的不同位置放多个透镜，每个透镜用独立的坐标系，改起来方便得多。

! 创建局部坐标系并放置透镜
SHIFT OBJECT 'lens1' Z 10
SHIFT OBJECT 'lens2' Z 20
SHIFT OBJECT 'lens3' Z 30

3.4 实体属性：材料、颜色、透明度

几何体建好了，但ASAP不知道它是玻璃还是空气。你得告诉它。

3.4.1 材料属性

材料决定了光线怎么和实体交互。反射、折射、吸收，全看材料。

! 给透镜设置玻璃材料
MEDIA
  1.5 'BK7'  ! 折射率1.5，材料名BK7
OBJECT 'lens1'
  INTERFACE 0 1  ! 0表示外部空气，1表示内部BK7

这里INTERFACE 0 1的意思是：光线从外部（介质0，空气）进入内部（介质1，BK7）。顺序反了，光线就出不来了。

3.4.2 颜色与透明度

颜色和透明度不影响光线追迹，但影响你调试时的视觉体验。我习惯把不同功能的实体设成不同颜色——透镜用蓝色，反射镜用红色，探测器用绿色。

! 设置实体颜色和透明度
OBJECT 'lens1'
  COLOR 0 0 1  ! RGB颜色，蓝色
  TRANSPARENCY 0.5  ! 半透明，方便看内部结构

3.5 知识体系总览

下面这张图是我自己整理的，把本章的核心逻辑串起来了。你保存下来，建模时对照着看，不容易漏步骤。

这张图从左到右，从上到下，就是建模的完整流程。你先选基本几何体，然后用布尔运算拼出复杂形状，接着用变换摆好位置，最后赋予材料和颜色。每一步都别跳，跳了后面追迹就会出问题。

好了，这一章的内容就这些。几何实体建模看着简单，但真正用好需要大量练习。我建议你从最简单的球体开始，一步步加圆柱、做布尔运算、调位置，直到能搭出一个完整的透镜系统。嗯，动手试试吧。

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