[發(fā)明專利]一種基于局地天空模型的建筑室內(nèi)眩光沉浸式仿真方法

有效

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• 申請日: 2018-11-05
• 公開（公告）號(hào): CN109283855B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫澄;韓昀松;齊軒寧;楊陽;董琪;黃欣鵬;賈永恒;黃茜
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B17/02
• 分類號(hào): G05B17/02
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 孫莉莉

本發(fā)明提出了一種基于局地天空模型的建筑室內(nèi)眩光沉浸式仿真方法。通過局地光氣候數(shù)據(jù)采集，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)建立局地天空模型；基于局地天空模型展開眩光仿真提高建筑室內(nèi)眩光仿真精度；通過虛擬現(xiàn)實(shí)建模與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)建模，根據(jù)光線追蹤計(jì)算數(shù)據(jù)生成三維室內(nèi)光環(huán)境虛擬現(xiàn)實(shí)模型，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔展開沉浸式仿真，強(qiáng)化眩光仿真數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)決策的支持作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于建筑室內(nèi)眩光舒適性能仿真評(píng)價(jià)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于局地天空模型的建筑室內(nèi)眩光沉浸式仿真方法。

背景技術(shù)

建筑眩光不僅會(huì)導(dǎo)致使用者視覺上的不舒適感，還可能損害視覺神經(jīng)，甚至引起失明。建筑師在設(shè)計(jì)過程中需展開建筑室內(nèi)眩光仿真分析，根據(jù)仿真結(jié)果調(diào)整建筑形體、空間、材料設(shè)計(jì)決策，從而減少眩光發(fā)生的可能性。因此，建筑室內(nèi)眩光性能的準(zhǔn)確仿真具有重要意義。

既有建筑室內(nèi)眩光仿真方法多基于標(biāo)準(zhǔn)天空模型和日照輻射統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)展開眩光仿真模擬，缺乏對(duì)霧、霾、粉塵顆粒和云量變化等大氣環(huán)境因素的考慮，也不能客觀反映周邊建筑立面、水體植被紋理對(duì)擬仿真建筑室內(nèi)光環(huán)境的影響，降低了建筑室內(nèi)眩光仿真精度。同時(shí)，建筑眩光仿真不僅需量化計(jì)算室內(nèi)眩光指數(shù)DGI和統(tǒng)一眩光指數(shù)UGR等眩光性能指標(biāo)，還需渲染出室內(nèi)光環(huán)境來協(xié)助建筑師進(jìn)行室內(nèi)眩光的主觀評(píng)價(jià)。既有建筑眩光仿真方法僅能通過光線追蹤計(jì)算，渲染出二維室內(nèi)光環(huán)境圖，以此來輔助建筑師進(jìn)行三維建筑空間眩光評(píng)價(jià)，增大了眩光評(píng)價(jià)難度，制約了眩光仿真數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)決策的支持作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了解決既有建筑室內(nèi)眩光仿真方法的仿真精度低和設(shè)計(jì)決策支持不足兩方面瓶頸問題，提出一種基于局地天空模型的建筑室內(nèi)眩光沉浸式仿真方法。通過局地光氣候數(shù)據(jù)采集，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)建立局地天空模型；基于局地天空模型展開眩光仿真提高建筑室內(nèi)眩光仿真精度；通過虛擬現(xiàn)實(shí)建模與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)建模，根據(jù)光線追蹤計(jì)算數(shù)據(jù)生成三維室內(nèi)光環(huán)境虛擬現(xiàn)實(shí)模型，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔展開沉浸式仿真，強(qiáng)化眩光仿真數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)決策的支持作用。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種基于局地天空模型的建筑室內(nèi)眩光沉浸式仿真方法，包括以下步驟：

步驟1、應(yīng)用全天空亮度掃描儀和全天空成像儀，采集擬仿真建筑局地天空的輻照度、天空亮度和云量分布光環(huán)境氣候數(shù)據(jù)；

步驟2、綜合應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)建模和建筑信息建模技術(shù)，基于實(shí)測采集的局地光環(huán)境氣候數(shù)據(jù)，建立局地天空模型；

步驟3、應(yīng)用建筑信息建模技術(shù)，集成擬仿真建筑的空間形態(tài)和界面材質(zhì)信息，通過參數(shù)化編程，建立上述信息之間的參數(shù)化關(guān)聯(lián)，建立擬仿真建筑空間信息模型；

步驟4、應(yīng)用建筑性能模擬技術(shù)讀取局地天空模型和擬仿真建筑空間信息模型數(shù)據(jù)，計(jì)算擬仿真建筑空間光環(huán)境數(shù)據(jù)；

步驟5、應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)，在虛擬現(xiàn)實(shí)建模平臺(tái)中整合局地天空數(shù)據(jù)、仿真建筑空間信息和擬仿真建筑空間光環(huán)境數(shù)據(jù)，建立擬仿真建筑空間光環(huán)境虛擬現(xiàn)實(shí)模型；

步驟6、應(yīng)用參數(shù)化編程技術(shù)，建立頭戴式顯示器、控制手柄、定位器與擬仿真建筑空間光環(huán)境虛擬現(xiàn)實(shí)模型之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)基于局地天空模型的建筑室內(nèi)眩光沉浸式仿真。

進(jìn)一步地，所述步驟1具體為：根據(jù)建筑室內(nèi)眩光舒適性能仿真目的、擬仿真建筑地理位置和空間周邊環(huán)境特征；應(yīng)用全天空亮度掃描儀，每隔4分鐘采集一組擬仿真建筑所處區(qū)域的局地輻照度和天空亮度數(shù)據(jù)；利用全天空成像儀，通過儀器上方的相機(jī)垂直向下拍攝帶有加熱裝置的半球鏡面，每隔5秒采集一組全天空可見光的波段圖像和擬仿真建筑周邊的日間全天空云量圖像數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，所述步驟2具體為：基于采集到的局地天空亮度和輻照度數(shù)據(jù)，應(yīng)用建筑信息建模技術(shù)建立局地天空模型的天穹網(wǎng)格，并將采集到的局地天空亮度和輻照度數(shù)據(jù)對(duì)位輸入至天穹網(wǎng)格中；應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)，將采集的全天空可見光波段圖和全天空云量圖數(shù)據(jù)對(duì)位融合于天穹網(wǎng)格，完成局地天空模型建構(gòu)。