基于实测与仿真对比的照明模拟工具的性能评估

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每个人都知道工业上采用电脑来设计其概念。更多人关注照明技术,实际上,照明模拟工具对工程师和专家来说都是主要元素。照明模拟工具在一个工程的起始阶段或者任何一个领域比如航空,汽车建筑等受到青睐。其次,这些模型工具最大的显著特征是使任何照明模拟设计应用上不必重现物理原型。实际上,物理模型(PMU)在经常被用作一种常用的方法来验证运输系统的照明设计。然而,物理模型被用来验证照明设计有几个缺点:建物理模型需要消耗大量时间;不同的设计属性会使建造物理模型耗资巨大;相比数字模型(DMU)能应用数字图书馆,不同照明设置和参数在数字模型中更有优势,而且物理模型也不能在同一时间呈现所有可能的条件。由于以上几点,数字模型(DMU)经常用照明模型工具来取代PMU。在市场上,有不同种类的模型工具能用做照明模型和照明设计。尽管那些工具有不同的外表和接口,这些工具的目的是为了提供准确的物理上的模拟结果以及产生光度现实的模拟。因此,本论文提出以下方法来验证各种工具的性能和提供一个配置来整合这些照明模拟工具到照明设计:因此,首先物理模型被建来是表现在运输系统中存在的实际物体,它们被用作基本参考来测量实际尺寸和实际样式。相同的照明模拟配置被装置在不同的模拟工具中。为了评价照明模拟工具在最相关方式下的性能,我们设计了4中不同的案例。由于不同案例中包含了不同的模型与不同种类的光,所以关于照明模拟工具的每一个方面问题都会得到解决。照明模拟工具将会提供三种不同的结果:亮度分布结果,照度分布结果,逼真照片渲染结果。关于亮度与照度结果,模拟结果进行了取自真实照明环境的对比测量,他们是定量分析。关于逼真照片渲染结果,模拟图像与与数码相机照的图片进行了比较,实际操作上是采用问卷调查,定性地得到主观的看法。除了定量评价(客观)和定性评价(主观),模拟工具的其他方面也进行了评价,如CAD集成和易用性。通过调查后,三个模拟工具都会在之后的研究中做深入的评估,它们是:SPEOSOPTIS,DIALux和Radiance。所有的模拟工具都会在以下两个方面进行深入分析:功能比较和易用性。已经选定了三种拥有截然不同背景的照明设计应用软件。事实上,DIALux是免费软件而Radiance需要用户有一定的编程技巧。SPEOS是照明设计领域的佼佼者,所以非常贵而且需要CAD方面的知识。照明模拟工具分为不同的类别。这两后者被用于科学目的而DIALux只能用于商业用途。在第一类中,输出功能,渲染错误,被用作关键术语来与理想组合进行比较,是评价一个模拟工具的主要特点。在研究中采取这些比较,以评估所选的三种不同不同模拟工具的属性。在第二类中,用户友好性可能是软件的最主要特点。考虑的主要问题包括:需要时间去组织和设置参数定义CAD模型,当然还有数码环境中的光学特性;需要时间去建立模型。当用这些工具来验证灯光模拟的时候,这些方面都要进行评估。但问题是如何配置灯光模拟工具。其实电源的配置如下三个步骤:首先,我们需要制定或转换CAD模型,以最可信的方式呈现物理场景。此后,此CAD模型必须获得每个表面精确的光学特性:墙纸,地毯,金属等。这个任务多亏了作为光学表面属性的BRDF模型实现的可能性。事实上,后者是一种收集所有事件,反射角度,以及分配到一个CAD模型电子文件中的波长的功能。此外,我们还需要设置在这个阶段的光源;包括它们的强度、流动和分布。同时要感谢光学工程学会,该组织设计IES光度数据文件。事实上,后者定义了分配和一种光可以在一个电子文件中定义的所有特征。最后,我们可以使数据环境有一张照片。这张照片可以在很多方面对功能要求进行分析。当然这个过程是一个需要反复的过程,专家和工程师可能重新设定或修改参数直到满意为止。最后,模型工具的结果会和测量结果从两个方面进行比较:客观和主观。在客观评价方面,评价结果与测量结果进行比较,以及与相对差异进行计算与分析。在主观评价方面,我们对实验物进行了间于逼真照片渲染结果和从照相机中取得的CAD图像间的相似性的评价。我们安排了不同的类别来评价差异。A类表示0-10%的差异,B类表示10-20%的差异,C类表示20-30%的差异。除了相对差异,我们还计算了所有参考点的标准偏差计算,以及显示不同测量点之间的整体波动的计算。首先,在比较了模拟工具的定量性能和质量性能后,很容易得出这样的结论,SPEOS在两方面都有很好的表现。在这些模拟照明场景中采用不同的计算决定了这些软件工具的不同表现。在SPEOS中的蒙特卡罗方法已经展示了其用于模拟不同情况下的最高容量。其次,应该指出的是,其他两个软件工具在某些情况下也可以有很好的功能。在LED等下照度模拟机舱场景中,Radiance和DIALux也有相对好的表现。这意味着两种软件工具在评估照度的时候都是可用的。第三,有几点在比较的时候可能有着比较显著的差异,而这几点对生成的最终结果有着很大的影响。同时,在报告终没有绝对错误,但是我们可以发现相对差异是非常大的,但是在照度中绝对误差低于10或者某些点低于10-cd·,通常在相对黑暗的地区。在模拟中得到了很多错误的数据影响最终的精度,它们是几何错误,发光强度的错误,BRDF错误,定位错误等。这些错误应该被限制或者严格控制以实现高度精准的结果.
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