email:
пароль: запомнить

Регистрация

Забыли пароль?

             

Компьютерное моделирование освещения

Будак В.П., Макаров Д.Н., МЭИ (ТУ), г. Москва

     Любое промышленное проектирование немыслимо без применения компьютерных технологий и системы автоматизации проектных работ (САПР). Это касается и проектирования систем освещения и осветительных установок (ОУ). Совсем недавно появилось такое понятие, как компьютерное моделирование освещения – это мощный инструмент решения светотехнических задач по повышению эффективности использования электроэнергии и ее экономии.
     Естественно, что без света жить нельзя, но важен правильно спроектированный свет, отвечающий не только количественным, но и качественным требованиям. Качественное освещение на сегодня немыслимо без моделирования его на компьютере – фото-реалистическая визуализация обеспечивает как всестороннюю эстетическую оценку освещения, так и является языком общения проектировщика – светотехника, архитектора (дизайнера) и заказчика.
     Компьютерное моделирование основано на физически адекватном моделировании распределения светового поля по трехмерной сцене (3М) освещения на основе решения уравнения глобального освещения (ГО), строго учитывающего все факторы распространения света в лучевом приближении.
     Уравнение (ГО) решается численно методами радиосити (Radiosity) и трассировки лучей (Ray tracing), которые являются реализацией общего метода конечных элементов (МКЭ). Приход (МКЭ) в практику светотехнических расчетов требует изменения классических методов проектирования (ОУ).
Основным отличием этих методик является то, что светотехнические программы, основанные на МЭК, производят расчет светотехнических величин в пространстве, а точнее в каждой точке пространства проектируемой (ОУ), в отличие от инженерной методики, основа которой точечный расчет.
     Разработанные нами методы моделирования (ОУ) отвечают на следующие важные и актуальные вопросы:
Как правильно моделировать (ОУ) с помощью программ, используя только необходи-мые для светотехнического расчета объекты, что приводит к значительной экономии времени как самого моделирования, так и расчета.


Рисунок 1. Визуальное сравнение моделируемого распределения яркости на поверхности стены от светового прибора использующего КСС в формате IES и её математической модели

     На рис. 1 продемонстрирован один из приемов моделирования КСС в светотехнических программах, использующих средства визуализации распределения яркости в 3М-сцене. В левой части рисунка показано распределение света от светового прибора в случае использования электронной КСС в формате IES. В правой части рисунка показано аналогичное распределение яркости от светового прибора, использующего математическую модель. Моделирование КСС выполняется средствами программы 3М-визуализатора. В результате моделирования сокращается расчетное время на 35% из расчета одного светильника. При этом отклонение освещенности от КСС в формате IES составляет не более 10 %, что соответствует регламентируемому значению. Расчетные данные представлены на рис. 2.


Рисунок 2. Распределение освещенности на стене при использовании IES (слева) и математической модели (справа)

Наибольшую выгоду данный метод позволяет получить при расчетах и моделировании (ОУ), использующих большое количество однотипных световых приборов (к при-меру: торговые и складские помещения, автосалоны и т.д.).
  • Как технически правильно использовать метод радиосити в светотехнических расчетах и находить баланс между точностью расчета и затраченным временем.
  • Как осуществлять взаимодействие светотехнических программ между собой, так как многие из них узко специализированы и рассчитаны на свой круг задач.
А также получен ряд научных результатов, на основе большинства которых формулируются методы моделирования освещения в (ОУ), такие как:
  • Проведен анализ теории (ГО) и показана полная адекватность светотехнического проекта (ОУ) решению уравнения (ГО).
  • Получено точное решение уравнения ГО для случая точечного изотропного источника между двумя бесконечными диффузно-отражающими плоскостями.
  • На базе полученного решения разработана универсальная методика сравнения программного обеспечения (ПО).
  • Проведено исследование влияния точности моделирования (3М) сцены освещения на характеристики распределения световых величин и сформулированы принципы создания (3М) сцен для светотехнических проектов.


Страницы:
1
2


Обсуждение

Дмитрий
Москва
2 сообщения
#521 29 октября 2009 ответ цитата
Красивая статья, но не хватает третьей картинки с реальным видом распределения освещенности от точечного источника. Или считается, что реальным является распределение освещенности с использованием КСС? А может быть самым реальным и точным считать математическую модель ГО? В общем не хватает четкости в описании для понимания цели работы. А так очень красиво изображено и кажется убедительным при упоминании математических терминов.
Denis Makarov
Москва
350 сообщений
#523 29 октября 2009 ответ цитата
Дмитрий,
спасибо, что Вы обратили внимание на мой опус. Отвечаю по порядку:
"не хватает третьей картинки с реальным видом распределения освещенности от точечного источника. Или считается, что реальным является распределение освещенности с использованием КСС?"

Дело в том, что моделирование распределения освещенности/яркости c помощью КСС - дело достаточно давнее. Есть масса статей, тезисов, докладов и научных и не совсем работ по сравнению и расчетам РЕАЛЬНОГО распределения освещенности от светового прибора и его математической модели на основе КСС. Если вам интересно, то могу предложить ознакомится с трудами Светосервиса (автор Коробко) или многочисленных статей и исследовательских работ студентов кафедры Светотехники, или работ ВНИСИ, есть и немного об этом в Справочной книге Ю.Б. Айзенберга. К сожалению все эти работы в большинстве находятся или на руках авторов, или печатаются в журнале Светотехника, так, что дать прямую ссылку мне затруднительно, но со своей стороны, я попытаюсь что-то найти и предложу материал, в скором будущем. Вывод из всех данных работ можно заключить следующий: Разброс значений (различия) распределения освещенности от реального светового прибора и моделируемого с помощью КСС - примерено находится в районе 10-15%. Что объясняется: точностью проводимых измерений КСС, индивидуальными (конструктивными) особенностями каждого конкретного СП, точностью аппроксимации КСС при расчетах, точностью расчета в программах (имеется в виду шаг разбиения расчетной сетки) и т.д. Все это в сумме дает погрешность в 10-15%. Плохо это или хорошо - вопрос спорный, т.к. по нормам расчет осветительных установок является удовлетворительным в диапазоне +20 - 10% от нормируемого значения. Таким образом погрешность в 15% - выглядит не так плохо. С другой стороны, в нашей с В.П. Будаком статье - этот момент не рассматривается вовсе, т.к. не имеет смысла повторятся. Но ваше замечание верно на 100%, нам бы следовало дать 1-2 пояснительных предложения и ссылки на статьи или работы. Будем исправляться в дальнейшем. Суть данных картинок в статье в том, что автор обращает внимание читателя, на то, что можно КСС заменить на математическую модель (см. текст статьи) и это позволит значительно экономить время расчета при большом (сотни) световых приборах. В результате полученный расчет будет отличаться от расчета с использованием реальных КСС не более чем на 10% (можно и точнее сделать, но тогда время расчета будет увеличено) при экономии времени от 35%. Естественно, использовать данный подход (метод) в моделировании интерьеров с 3-5 светильниками - не советую. А вот при расчете магазина АШАН, МЕТРО, МЕГА и т.д. где светильников 1000-чи - это может быть весьма полезным. Т.е. метод рассчитан на оптимизацию расчета при получении результата в допустимых нормируемых значениях. По поводу ГО: Правильно ли я понимаю, что ГО - это Глобальное Освещение. Если правильно, то отвечу так. реальным можно считать только РЕАЛЬНЫЙ световой прибор - все остальное - модели виртуальные и с жизнью имеют мало общего. Для анализа, для светотехнических расчетов, для концепций и т.д. математические модели подходят на 100% - это удобно, просто и быстро. Но считать, модель - реальной или ее сравнивать с реалиями - смысла нет. Единственное, чтобы отличия модели от реального образца укладывались в "доверительный интервал".

"В общем не хватает четкости в описании для понимания цели работы"

- да, к сожалению это так. Сложно на 1-2 страницах с картинками написать такой текст, чтобы четко и понятно, отсюда и цель не ясна, если не понятно...короче круговорот. что могу сказать, писать хорошие тексты - это искусство, которому я только обучаюсь и буду обучаться, вероятно, всю жизнь. Спасибо еще раз за правильные вопросы.
Дмитрий
гость
#529 29 октября 2009 ответ цитата
Да, Вы правильно поняли мой комментарий. Четко и ясно излагать важно для понимания сути статьи. Сам страдал такой болезнью и теперь стараюсь четче доносить своим мысли. Я понимаю, что был элемент спешки при написании, тогда вопрос в том, а надо ли было такое выпускать на свой сайт? Очень нравится Ваш энтузиазм в создании материалов по светотехнике в пространстве интернета. Очень не хватает профессионального подхода и заинтересованных, болеющих за дело людей, готовых потратить силы на общее благо. Успехов в Вашем начинании.
Denis Makarov
Москва
350 сообщений
#534 29 октября 2009 ответ цитата
Спасибо, Дмитрий. Присоединяйтесь к нам. Выложите свои стаьи по свету. Нам нужны понимающие люди.

Отвечаю: Дело в том, что мой опус - это не статья - это тезисы к докладу. А доклад должен быть на конференции, проходящей в июне, но кризис привел к тому, что конференция проводилась в Интернет и можно было только выложить тезисы.
А они как говорится всегда и всеми в спешке делаются. А так чтобы было понятно по сути, можете почитать (если хотите) мою кандидатскую. Там тоже не все гладко изложено - везде ограничения по объему. А что делать?
А отвечая на вопрос ЗАЧЕМ? Да хотя бы за тем, чтобы люди, вот так вот, как мы с вами могли пообсуждать проблемы моделирования освещения - проблем много, а вот людей мало.

Спасибо, еще раз за теплые слова. Будем ждать от Вас статей и материалов.
Дмитрий
гость
#1685 15 октября 2010 ответ цитата
Ну диссертацию я прочитал. Конечно она не тянет на кандидатскую, скорее похожа на на диплом. Принципиально что стоящего в вашей работе????? Анализ программ это не показатель !!! Нужен двигатель а у вас всего лишь запчасти из которых нужно его собрать, плохой у Вас сборщик был.
Denis Makarov
Москва
350 сообщений
#1686 16 октября 2010 ответ цитата
Дмитрий, Дмитрий, спасибо, что уделили время на прочтение моей работы и за критику. Вам же вероятно известно, что написание такого рода работ - это определенный жанр и в нем много недостатков. Покажите свой уровень, пришлите свою работу, так сказать в качестве образчика? Возможно, именно ваша работа достойнее и во много раз сильнее. Сборщик не "был" - он есть и весьма не плохой.
Дмитрий
гость
#1687 16 октября 2010 ответ цитата
Я ВАС не критикую, зачем мне это. "Сборщик" это не то что Вы подумали. Просто хотел найти изюминку, корень дерева жизни но вот к сожалению, читал вот работу Муханова, вроде написано красиво а все равно не верю. Вроде и расписал и картинок накидал ну самого интересного "своего(автора)" не нашел, а задумка интересная была, если не ошибаюсь Желтова? Ну да Бог с ним.
П.С. Еще раз извиняюсь если обидел ВАС, с уважением Дмитрий.
Denis Makarov
Москва
350 сообщений
#1688 16 октября 2010 ответ цитата
Дмитрий, да бог с вами, какие обиды. А что за "корень"? Что-то, чтобы за душу взяло? Или что? К примеру, тем что написано у Муханова - пользуются ряд компаний и весьма успешно (писалось 1-2 года назад), тем что написано у Макарова (писалось почти 5 лет назад), пользуются все в той или иной степени компании и частные лица в светотехнике, хотя большая часть всего написанного уже из разряда "очевидно и как иначе". Работа Желтова - идея классная, но имеется продолжение и это не конец (писалось 2-3 года назад) и т.д. Весьма сложно (да и зачем?) уложить в 120-130 листов то, что хотелось бы написать по настоящему. Напомню - жанр такой. За душу не берет :-) Да и как всегда сроки...
Дмитрий
гость
#1690 17 октября 2010 ответ цитата
Ну в принципе сроки то могут быть и 4 и 5 лет лишь бы красиво было, а получается как на кухне новый повар новый блин и все комом! Довели бы все вместе и сделали "супер - диссер" чтобы всем на зависть, а не штамповка не законченных работ. Дело не в вас самих а в системе...
Denis Makarov
Москва
350 сообщений
#1691 17 октября 2010 ответ цитата
Дмитрий, "супер - диссер" - это уже докторская. Она как раз 5 лет и пишется. :-) Так что ждем.
Дмитрий
гость
#1692 17 октября 2010 ответ цитата
Удачи буду с нетерпением ждать вашу докторскую! Главное чтобы - это не было "определенным жанром в котором много недостатков". Пишите не забывайте!
Алексей
гость
#1826 4 апреля 2011 ответ цитата
Да диссертация на самом деле чушь. И как такие диссеры выпускают в совете???? Разогнать совет надо если такие же диссеры будут выпускать. Моя оценка за диссертацию 2 балла. К тому же орфография хромает.
Алексей Крымов
Томск
18 сообщений
#1827 4 апреля 2011 ответ цитата
Хаить труды других людей всегда было легко. Покажите ваше творение, а мы обсудим!
П.С. У вас с русским языком тоже не все так гладко =)

Добавить комментарий

Ваше имя *  email (не обязательно)
Сообщение * 
Антиспам *
впишите эти буквы сюда   или войдите чтобы не переписывать буквы
  предпросмотр