Методы компьютерного моделирования осветительных установок

Настоящая диссертационная работа посвящена проблемам повышения качества освещения при светотехническом проектировании и методам компьютерного моделирования осветительных установок.

Современная светотехника не мыслима без использования в качестве основного инструмента — компьютера, или вернее светотехнических программ по расчету показателей освещения (освещенность, яркость, блескость, неравномерность и т. п.) В настоящее время на рынке существует огромное количество светотехнических программ, как российского, так и западного производства. Из-за этого появляется ряд проблем:

1. Разработка методики моделирования осветительных установок на основе светотехнических программах;

2. Определение степени точности расчета показателей освещения в программах;

3. Определение области применения той или иной программы и их классификация;

4. Вопросы сопряжения программ между собой, для осуществления комплексного подхода к светотехническому проектированию;

В настоящей работе рассматривается наиболее часто встречаемое в проектной светотехнической практике программное обеспечение, на основе которого формулируются основные методы и подходы светотехнического проектирования. Решаются проблемы использования светотехнических программ в проектировании ОУ такие как:

• Сравнение точности расчета показателей освещения в программах;

• Составление классификации светотехнических программ по 15-ти критериям;

• Формулируются методы выбора светотехнических программ в зависимости от конкретной светотехнической задачи;

• Расчет естественного освещения и инсоляции методом радиосити;

• Описываются методы получения качественных показателей освещения и анализа светового поля;

Так же отдельная часть работы посвящена теоретической обоснованности использования светотехнических программ в проектировании ОУ, основанных на методе глобального освещения т. е. методах радиосити (Radiosity) и трассировки лучей (Ray tracing).

Актуальность проделанной работы подтверждается многочисленными публикациями по этой тематике появившиеся в настоящее время, как в светотехнической литературе, так и в интернете [30,34,41,47,48].

Главной целью настоящей диссертационной работы является разработка методов компьютерного моделирования ОУ на основе современных светотехнических программ. Данные методы позволяют поднять качественный уровень проектирования ОУ, а их использование на практике даст возможность в разы экономить время разработки проекта освещения.

В данной работе формулируются основные математические методырадиосити и трассировка лучей, входящие во все современные светотехнические программы.

Для достижения цели диссертации в работе были решены следующие задачи:

1. Приводится теоретическая обоснованность использования светотехнических программ, на основе метода глобального освещения в проектировании ОУ;

2. Определена точность расчета показателей освещения в светотехнических программах;

3. Разработаны методы моделирования ОУ всех типов с использованием светотехнических программ;

4. Вводятся новые критерии оценки освещения в ОУ;

5. Доказана правомерность использования светотехнических программ при проектировании осветительных установок с наличием естественного света;

6. Разработаны методы и схемы сопряжения светотехнических программ между собой и другими инженерными и дизайнерскими приложениями;

Методы исследований: Решение задачи распределения освещенности в ЗМ сцене, на основе методов глобального освещения. При сравнении точности расчета программ использовались: классический метод расчета, основанный на законе квадрата расстояния [1] и метод расчета распределения освещенности от изотропного источника, находящегося между двумя бесконечными диффузными поверхностями, предложенный Соболевым В. В. [43]. Расчет естественного освещения проводился на основе действующих нормативных документах МГСН 2.06−99 и СНиП 23−05−95.

Достоверность результатов приведенных в диссертационной работе определяется:

• Строгим выводом основных соотношений метода глобального освещения;

• Аналитическим решением уравнения ГО для задачи Соболева;

• Совпадением результатов моделирования ОУ в переделах точности с инженерными методами расчета;

• Выполненными и реализованными проектами ОУ с использованием разработанной методики;

Результаты, полученные в диссертационной работе:

1. Разработаны методы проектирования осветительных установок при помощи светотехнических программ;

2. Определена погрешность расчета светотехнических показателей освещения в исследуемых программах;

3. Обоснована правомерность использования светотехнических программ при расчете естественного света и инсоляции;

4. Определена роль многократных переотражений в условиях естественного освещения жилой застройки;

5. Вводятся новые критерии оценки светового поля в ЗМ сценах- 6.

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения.

Основные выводы из работы:

1. Применение теории ГО к проектированию ОУ позволяют перейти от точечных методов расчета к моделированию ОУ, основанному на расчете распределения световых величин по сцене наблюдения;

2. Основой оценки качества ОУ является оценка яркостной и цветовой композиции в ЗМ сцене освещения по моделированию распределений световых величин. Наиболее эффективна оценка распределений по псевдоцветам с использованием фиктивных плоскостей;

3. Аналитическое решение уравнение ГО позволяет проводить однозначную оценку эффективности и точности моделирования ОУ на компьютере различными программами;

4. При создании ЗМ сцен, используемых для проектирования и анализа ОУ, необходимо использовать объекты простейшей геометрии (параллелепипеды, цилиндры, конусы и т. д.) и объекты стандартных библиотек, заменяя сложные объекты текстурами карт отражения. Это позволяет сократить на порядок время подготовки и расчета сцен, сохраняя точность вычислений;

5. Программы, реализующие теорию ГО, не только применимы для расчета и анализа естественного освещения, но и позволяют включить в расчет многократные переотражения, доля которых составляет порядка 20%;

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В настоящей диссертационной работе разработаны новые методики проектирования осветительных установок при использовании светотехнических программ. Методики реализованы в виде общих положений (шагов) и рекомендаций по проектированию ОУ и претендует на учет в нормативных документах и рекомендациях к проектированию. А так же проведен сравнительный анализ современных светотехнических программ по их точности расчета в сравнении с аналитическими решениями. Рассмотрены актуальные вопросы расчета и моделирования естественного освещения и инсоляции, и аналитически доказана правомерность их использования в данной области светотехники.