Моделирование световых полей для расчетов осветительных установок естественного и совмещенного освещения

• Автор: Смирнов, Павел Александрович
• Шифр специальности: 05.09.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 198 с. : ил.

Содержание
Содержание
Введение
1. Текущее состояние теории светового ПОЛЯ
1.1. Анализ развития и применения теории светового поля
1.2. Методы светотехнического расчёта осветительных установок
1.3. Модели распределения яркости небосводов для расчетов естественного освещения
2. Светотехнические модели элементов пространства на основе теории
диффузного светового ПОЛЯ
2.1. Приложение лучевой теории диффузного светового поля к светотехническим расчетам поверхностей
2.2. Методы расчета форм-фактора на основе теории светового поля
2.3. Оценка методов светотехнического расчета на основе задачи Соболева
3. Модель распределения яркости небосвода
3.1. Моделирование распределения яркости небосвода на основе теории переноса излучения через плоский слой
3.2. Точность моделей небосвода
3.3. Выбор параметров и оценка возможностей модели небосвода на основе теории переноса излучения в мутной среде
3.4. Оценка влияния распределения яркости небосвода на освещенность в помещении
Выводы по диссертации в целом
Список литературы
Приложение I. Рисунки
Приложение II. Таблицы
Введение
Вторая половина 20-го века замечательна активным развитием новых информационных технологий, численных методов, компьютерного моделирования, которые нашли себе применение практически во всех сферах повседневной жизни. В светотехническом проектировании компьютерное моделирование осветительных установок активно применяется сравнительно недавно, примерно последние 20 лет. За это время применение компьютерных программ заняло прочную позицию в области производства проектов освещения. Задержка применения компьютерного моделирования в светотехнике объясняется отсутствием прямого развития машинных численных методов для проектирования осветительных установок и решения задач расчета освещения, а заимствование опыта к этому времени уже значительно развитой компьютерной графики. Однако, если рассмотреть историю компьютерной графики и её методов расчета освещения, становится очевидным, что их начало лежит в теории светового поля, но примерно с середины 20-го века пути светотехнической теории светового поля и методов расчета компьютерной графики расходятся. За это время теория светового поля была физически обоснована, определена связь с волновой теорией электромагнитного поля, дано новое определение яркости, выявилась прямая связь с теорией переноса излучения.
В отличие от светотехнической теории светового поля, в теории переноса
излучения наблюдается активное применение и развитие вычислительных ме-

ходов компьютерного моделирования, на этой основе появилось множество эффективных методов решения краевой задачи уравнения переноса излучения (УПИ). Нашли свое применение современные методы численного интегрирования, сферических функций, преобразований Фурье-Бесселя-Ганкеля, матрично-операторный подход, масштабное преобразование и др., появились новые формы представления задачи переноса излучения и определения граничных условий.
Итак, налицо развитие всех трех отмеченных выше теорий и их связь. Каждая из них развивалась индивидуально в рамках направления своего применения, теория светового поля в светотехническом проектировании, компьютерная графика в области моделей визуализации, теория переноса излучения в расчетах мутных сред, атмосферы звезд, планет, моря и океана. В настоящей работе мы рассмотрим и проанализируем историю развития этих теорий для целей применения в светотехническом проектировании и в результате попробуем разработать новые модели расчета освещения.

На основе материалов, рассмотренных в настоящей главе, можно выделить и определить следующие моменты:
Основная цель диссертационной работы:
Разработка и проверка аналитической модели диффузного светового поля искусственных и естественных источников на основе современных физических представлений на природу электромагнитного излучения.
Задачи, решаемые в работе в соответствии с поставленной целью:
1. Определение светового поля и анализ его свойств с точки зрения статистической оптики.
2. Разработка методики вычисления интегральных характеристик светового поля на основе положений статистической оптики.
3. Разработка методов расчета и анализа осветительных установок на основе теории глобального освещения.
4. Применение методов теории диффузного светового поля для решения базовых задач расчета освещенности поверхностей в ЗМ сценах освещения.
5. Разработка физической модели распределения яркости небосвода на основе теории переноса излучения в мутных средах.
6. Анализ возможностей и определение границ применимости, разработанной модели распределения яркости небосвода.