01 - LESS 模型介绍¶

什么是 LESS？¶

LESS 是面向遥感研究的三维辐射传输模型。它使用蒙特卡洛方法描述辐射在地形、植被表面和体介质中的传播，可生成光学、热红外、辐射场、能量平衡、光合作用和太阳诱导叶绿素荧光（SIF）等模拟产品。

当前 LESS 3.x 系列在 LESS 2.x 的基础上重新设计了计算核心和 Python API：

三种计算后端：NVIDIA GPU 可使用 OptiX；支持 Ray Query 的 GPU 可使用 Vulkan；CPU 可使用 Embree。
统一 Python API：场景、属性、光照、传感器和过程都通过 less 包配置。
持久场景：场景构建后可以重复模拟；修改光照或属性时通常不需要重建几何。
两种植被表示：显式三角网格使用 Mesh，连续冠层或树冠体可使用 TurbidBoundary。
联合生理过程：Mesh、Turbid 和地形可以在同一能量平衡与光合作用工作流中求解。

后端只决定使用的硬件和执行方式。相同的场景与过程在不同后端具有一致的物理量、单位和产品字段。

可以模拟什么？¶

应用	主要产品或过程
光学遥感	RGB、多光谱和高光谱影像，BRF 与反照率
冠层辐射	三维辐射场、fPAR、上行与下行辐照度
热红外遥感	固定温度或能量平衡温度驱动的热红外影像
植被生理	叶温、净光合速率、气孔导度、阳叶与阴叶状态
叶绿素荧光	静态或动态 SIF 过程与 SIF 影像
激光雷达	点云与波形产品
大气耦合	大气剖面、6S、太阳—天空和环境贴图光照模型

具体章节会说明每类产品需要的场景属性和过程参数。

基本原理¶

LESS 的光学与热辐射传输由原生后端执行：

传感器或过程在场景中生成采样光路；
光路与地形、Mesh 表面或 Turbid 介质发生相互作用；
依据光学、热学和生理属性计算反射、透射、吸收与发射；
对采样结果统计，得到影像或场景状态产品。

quality、num_photons 等参数控制采样量。教程通常使用较低质量以缩短运行时间；正式实验应增加采样量并检查结果是否收敛。

选择后端¶

默认情况下，LESS 会从当前计算机可用的后端中进行选择。也可以显式指定：

import less

scene = less.Scene(backend="optix")   # NVIDIA GPU
scene = less.Scene(backend="vulkan")  # 支持 Ray Query 的 GPU
scene = less.Scene(backend="embree")  # CPU

如果希望在运行前检查某项功能是否可用，可以使用 Scene.can_use()：

scene = less.Scene()

if scene.can_use("optical_imaging"):
    print("可以执行光学成像")

scene.can_use("energy_balance", explain=True)

10 行代码完成一次模拟¶

import less

scene = less.Scene()
scene.size = 10.0
scene.terrain = less.Terrain(
    property=less.Lambertian(reflectance=0.3)
)
scene.illumination = less.Illumination(source=less.Sun(zenith=30, azimuth=150), atmosphere=less.NoAtmosphere())
image = scene.simulate(less.OpticalImager(
    less.Orthographic(image_size=256),
    bands=[650, 550, 450],
))
image.save("first_image.png")

版本规则¶

LESS 使用标准的预发布标识和语义化版本：

b1 表示 Beta 1：主要功能已经形成，但 API、文件格式或行为仍可能调整。
rc1 表示 Release Candidate 1：计划公开的功能基本完成，API 和科学语义准备冻结。
如果 3.0.0rc1 发现发布阻断问题，下一候选版本为 3.0.0rc2。
通过最终发布检查后，版本为 3.0.0。
正式发布后的兼容性错误修复使用 3.0.1；向后兼容的新功能使用 3.1.0。

Python 发行包名称为 less3d，程序中的导入方式为 import less。

第 05 章会逐步解释场景、光照、传感器和输出产品。