blender-optics-simulator

Blender 光学模拟器

在 Blender 中搭建光学平台，用真实光学原理追迹，还可以交由 AI Agent 操作。

在 3-D 空间中放置激光器、反射镜、透镜、波片、光栅、晶体和探测器。实时引擎会追迹光束经过这些元件的路径——包括光线、高斯光束、偏振和色散——将所有元件安装到真实光机组件上，并在 Cycles 中渲染。整个光学状态都可以通过本地主机 MCP 桥接读取和写入，因此 Agent 能基于测量得到的几何数据工作，而非凭空猜测。

这段 16 秒的视频由插件搭建的场景渲染而成。高清 MP4。

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安装

需要 Blender 4.2 LTS 或更高版本（4.2+ / 5.x）。

一键安装并自动更新。 打开**安装页面**，将 “⤓ Drag this into Blender to install” 按钮拖到打开的 Blender 窗口中。只需一次操作，即可安装插件并订阅更新。请先启用 Edit ▸ Preferences ▸ System ▸ Network ▸ Allow Online Access。

从 zip 文件安装。 从 Releases 下载 optical_alignment_sim-<version>.zip，然后使用 Edit ▸ Preferences ▸ Add-ons ▸ Install from Disk…。之后可通过插件自带的 Updates 面板获取更新。

在 3-D 视口侧边栏中打开 Optics 选项卡（按 N）。

快速开始

1. Setup ▸ Browse Examples… — 选择 Michelson，即可载入完整光学平台。
2. Simulate ▸ Trace — 按 Live。移动任意元件，光束都会随之变化。
3. Setup ▸ Element — 选择一个光学元件并更改其属性：焦距、玻璃、镀膜和波长。展开 More 可查看更多选项。
4. Place ▸ Mount & Adjustment — 将元件安装到真实镜架上，并通过 − / + 步进调节旋钮。
5. Inspect ▸ Optical Report — 查看每个探测器的功率、偏振、光程和对准误差；Align All 会逐个调节镜架，直到光束落在正确位置。

在无界面模式下，也可以通过 Python 执行相同操作：

import optics_api                                  # inside Blender: blender -b --python your.py
optics_api.build_example("michelson")              # a full bench in one call
optics_api.set_mount("MI_M_fixed", "KM100")        # put a mirror on a kinematic mount
optics_api.set_dof("MI_M_fixed", "TIP", steps=40)  # turn a knob: the beam walks off
optics_api.align_element("MI_M_fixed")             # and back: 2.51 -> 0.0012 mrad
print(optics_api.inspect_beam("MI_D"))             # power, w(z), polarization, coherence

examples/ 中包含可运行的脚本：michelson.py、 mach_zehnder.py、agent_align.py、 bell_entanglement.py、 hong_ou_mandel.py。

功能

• 追踪真实光束。 光线轨迹与高斯光束传播、Jones/Stokes 偏振、Fresnel 损耗、色散、非线性转换、干涉和波前误差。 → 模拟内容与不模拟内容
• 35 种元件类型，26 个一键光学平台。 从反射镜到 OPA、棱镜、光栅、晶体、光谱仪、自适应光学。→ 元件参考 · 完整功能列表
• 安装在真实硬件上。 运动学镜架、立柱、笼式系统、镜筒和导轨，并支持机械限位和碰撞检查。→ 硬件
• 像光学平台一样测量。 探测器功率和偏振、光束剖面、光程、群延迟和 GDD、光谱、波前传感器。 → 色散、柱面镜和光谱
• 自动对准。 影响矩阵求解器可移动镜架：重新居中光束、消除倾斜误差、闭合自适应光学回路。
• 渲染搭建好的光学系统。 Cycles/EEVEE，包含精细的光机结构、动画渲染和 SVG 示意图。→ 光束的绘制方式

反射镜偏离对准位置 2°，然后调用一次 align_element()：指向残差从 7.02 降至 0.0008 mrad。examples/agent_align.py 可在无界面模式下复现。

使用 AI Agent 驱动

此插件通过本地主机桥接以 JSON 格式公开完整状态，并附带 MCP 服务，因此 Agent 可以读取光学平台并对其进行操作：

get_state()   → every element's pose, ports, mount limits, beam path, detector readings
    ↓ decide
set_param() · place_relative() · set_dof() · align_element() · ao_close_loop() · render()
    ↓ the beam re-traces
get_state()   → read the result, not a guess

从 Present ▸ Tools & Integration ▸ Start MCP Bridge 启动。 → Agent 指南 · MCP 服务 · 工具列表

如实说明物理模型

每次提交都会运行物理测试：341 项教科书定律检查（Malus 定律、Fresnel 定律、Snell 定律、光栅方程、高斯 ABCD、Zernike 正交性、能量守恒），以及一套覆盖 Blender 4.2 和 5.x 的 618 项回归测试。核心公式还通过外部符号与数值校验工具进行了验证；尚未完成验证的地方，代码和文档都会明确说明。每次测试都会在毫米和米为单位的场景中搭建相同的光学平台，并要求读数一致。

同样重要的是，哪些内容不在承诺范围内：这是带有波动光学叠加功能的主光线引擎，而不是全波求解器。薄元件不考虑厚度，光栅没有闪耀效率模型，任何现象学模型都会在相应位置注明。每项功能旁都标明了模型限制。

→ 适用范围与限制 · 逐个元件的来源说明 · 数据来源

文档

功能、示例、发布历史	本页面的详细版本
功能清单	所有面板、API 调用和 MCP 工具
光学元件	各元件的模型、参数和来源说明
适用范围	引擎会模拟和不会模拟的内容
色散、柱面透镜、光谱	光栅、白光、群延迟、光谱仪
真实硬件	镜架、笼式系统、导轨和渲染细节
光束渲染	烘焙后的光束如何绘制，以及这不代表什么
数据来源	产品目录和材料的来源说明
Agent 指南 · MCP 服务	从外部驱动光学平台
CHANGELOG	各版本的变更内容

如何引用

项目中包含机器可读的 CITATION.cff，因此 GitHub 会显示一个引用此仓库按钮，并提供可直接粘贴的 APA / BibTeX。

@software{cobanoglu_blender_optics_simulator,
  author  = {Çobanoğlu, Muhammet Emir},
  title   = {Blender Optics Simulator},
  year    = {2026},
  version = {0.31.0},
  doi     = {10.5281/zenodo.20778997},
  license = {GPL-3.0-or-later},
  url     = {https://github.com/emircbngl/blender-optics-simulator}
}

上方的 DOI 是概念 DOI，始终指向最新版本；每次发布也会生成各自的版本 DOI（列于 CITATION.cff 中）。

许可证与致谢

GPL-3.0-or-later — 请参阅 LICENSE。不包含供应商的 CAD 文件和网格，它们仍归其所有者所有；本项目提供原创元数据、程序化几何和工具。

贡献者

• Tengfei Ma — 上海科技大学 · ORCID 0009-0008-4556-4682 · @Harca-Yita。来自 #1 中实际光学平台的反馈，推动了波长准确的光束颜色和快门、单位尺度相关工作、成形孔径、镀膜镜面的反射、Porro 棱镜和抛光镜面基底、OPA 和群延迟相关工作，以及面向光栅刻线的光栅、柱面透镜和光谱探测器。

本项目秉承《Robots》（2005）中 Bigweld 的格言而构建——“发现需求，满足需求。”