Сравнение программ компьютерного моделирования осветительных установок на примере освещения офисного пространства

Материал от компании Кафедра светотехники МЭИ(ТУ)

Будак В.П, Груздев П.Е, Калакуцкий Т.К, Мешкова Т.В., МЭИ (ТУ), г. Москва

Офисные пространства делятся по своим функциональным назначениям - зонам в зависимости от бизнес-процессов внутри компании. Для каждой зоны согласно ёё функциональному назначению проектируется своя осветительная установка. На сегодняшний день существует множество решений (рис. 1.) по «зональной» планировке офиса (комната для конференций, открытое пространство, рабочие зоны, зоны отдыха) и множество решений по «зональным» ОУ для них. При этом учитывается одно из главных требований заказчика – мобильность рабочих мест: заказчик должен сам располагать мебель по своему усмотрению. Этот факт предъявляет особые требования к осветительной установке: при любой расстановке рабочих поверхностей в пространстве нормы должны быть выполнены. Добиться выполнения этого требования можно несколькими путями: заданием горизонтальной освещённости для рабочей поверхности на нужной высоте – равномерным расположением потолочных (или подвесных) светильников (СНиП), локальным освещением рабочих мест - привязкой световых приборов к рабочему месту сотрудника (EN-12464-1) или комбинацией этих двух способов.


Из анализа зарубежных норм, которые оказывают наибольшее воздействие на продукцию компаний, например, EN 12464-1, а также позиционирования своей продукции большими компаниями-производителями световых приборов, мы можем представить основные направления развития офисного освещения в ближайшем будущем.

Основные направления позиционирования кампаний-производителей сводится к следующему: энергоэффективность и экономичность (как за счёт новых технологий, так и за счёт локализации освещения над рабочей поверхностью), управляемость офисного света (возможно благодаря сильному акценту на локальное освещение) и, конечно, зрительный комфорт сотрудников (уменьшение блёсткости). Мы считаем, что сегодня и в будущем при проектировании офисных осветительных установок (ОУ) нас ожидает сильный крен в сторону локализации освещения, эффективности ОУ, повышения уровня качественных показателей ОУ.

Инженерные методы проектирования ОУ, основанные на несложных математических выражениях в качестве ответа, выдают конечному пользователю – проектировщику некоторое количество чисел, анализируя которые он принимает решение по подбору и расстановке светильников. Повсеместное внедрение компьютеров, сменивших на столах проектировщиков калькуляторы, дало возможность полностью автоматизировать эти методы и выдавать решение в течение нескольких секунд. Но при автоматизации инженерных методов конечным пользователем остаётся проектировщик, и заказчику ничего не остаётся кроме как довериться решению проектировщика, вынесенному на основании отобразившихся на дисплее цифр.

Инженерные методы расчёта помогают сформировать в голове у проектировщика образ будущей ОУ, но они не конкурентоспособны по сравнению с программами моделирования и визуализации ОУ, которые построены на физически адекватном расчете распределения яркости по освещаемой сцене с учетом всех факторов в лучевом приближении.

Современные программы моделирования ОУ основаны на численном решении интегрального уравнения глобального освещения и визуализации полученных расчетов, что позволяют мощности процессоров и графические возможности современных компьютеров. Метод численного решения уравнения глобального освещения называется методом излучательности: вначале считая все поверхности диффузными (для сокращения времени вычислений на первом этапе) и заменяя интеграл конечной суммой, переходят к численным методам решения на основе метода конечных элементов. Прямая и обратная трассировки лучей в программах моделирования ОУ используются для определения зеркальных отражений сцены.

Благодаря методу излучательности ЭВМ рассчитывает яркость всех точек сцены, что позволяет свободно перемещать камеру после визуализации. Мощность процессоров современных ЭВМ позволяет точно рассчитать распределение яркости по сцене с любым количеством мебели, так что перемещение стула из одной точки в другую приведёт к необходимости перерасчёта – ведь он создавал множество затенений и переотражений. В итоге проектировщик ОУ имеет точный расчет светового поля с учетом всех физических факторов и может показать изображение проектируемой ОУ заказчику и получить его мнение, что при других методах расчета невозможно.

В качестве основных программ для экспериментов были выбраны наиболее часто встречающиеся у российских проектировщиков - DIALux 4.5, Lightscape, Relux 2007-7; каждая из этих программ или несколько одновременно могут быть использованы проектировщиком при моделировании ОУ проектов интерьеров. Причём для светотехнических расчётов и редактирования интерьеров целесообразно использовать DIALux и Relux, а для визуализации фотореалистичного изображения - Lightscape.

Lightscape – приложение для профессионалов, имеет множество настроек, и не очень сильную CAD составляющую, что компенсируется за счёт возможности импорта файлов в формате *.3DS. Результаты работы программы приведены на рис. 2 и рис. 3.


DIALux и Relux – программы, ориентированные на простого пользователя, в обеих программах есть несколько вариантов настроек светотехнического расчёта, не сравнимых по количеству с Lightscape. Relux имеет возможность совместной работы с Autocad, что сильно повышает удобство его использования.

Для проверки реализации метода радиосити в выбранных программах используем задачу Соболева реализованную сотрудниками кафедры светотехники МЭИ в программе Mathlab 7.6.