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第1章 建筑光环境模拟概论1

1.1 建筑光环境模拟1

1.1.1 公式计算1

1.1.2 模型测量1

1.1.3 软件模拟2

1.2 光环境模拟能用来干什么2

1.2.1 建筑设计3

1.2.2 照明设计3

1.2.3 舞台美术设计3

1.2.4 标准评估4

1.2.5 规划和城市设计4

1.2.6 房地产销售和物业管理5

1.3 模拟适用于什么人7

1.3.1 建筑师7

1.3.2 设备工程师7

1.3.3 照明和电气工程师7

1.3.4 可持续建筑顾问8

1.3.5 房地产开发商8

1.4 现状和展望8

1.4.1 基本现状8

1.4.2 应用阶段9

1.4.3 指标与分析9

1.4.4 客户沟通9

1.4.5 展望10

1.5 光环境模拟实例10

1.5.1 项目简介10

1.5.2 改建要求11

1.5.3 改建方案12

1.5.4 模拟条件12

1.5.5 模拟分析13

第2章 光和视觉成像15

2.1 作为电磁波的光15

2.1.1 电磁波15

2.1.2 电磁波的传播规律16

2.1.3 辐射度学的基本概念16

2.2 可见光17

2.2.1 可见光和光度学17

2.2.2 光度学的基本概念17

2.2.3 辐射度学与光度学17

2.3 材料表面的光学性质17

2.3.1 不透明表面18

2.3.2 透明表面18

2.4 视觉成像19

2.4.1 眼睛的结构19

2.4.2 感光细胞19

2.4.3 明视觉和暗视觉20

2.4.4 主观亮度感受20

2.5 视野范围21

2.5.1 视野范围21

2.5.2 光环境模拟中的视野22

2.6 色彩空间22

2.6.1 颜色和色彩空间22

2.6.2 RGB色彩空间23

2.6.3 CIE 1931 xyY色彩空间23

第3章 光环境模拟与自然光24

3.1 自然采光24

3.1.1 自然采光的重要性24

3.1.2 自然采光模拟24

3.2 太阳辐射与日照25

3.2.1 太阳辐射25

3.2.2 日照25

3.2.3 时间26

3.3 大气26

3.3.1 大气的散射26

3.3.2 消光系数27

3.4 天空和天空模型27

3.4.1 天空模型27

3.4.2 天空模型的选择29

3.4.3 天空的颜色29

第4章 光环境模拟与人工照明30

4.1 人工光源的评价指标30

4.1.1 发光效率30

4.1.2 色温30

4.1.3 显色性30

4.1.4 平均寿命30

4.1.5 光通量维持率30

4.2 人工光源31

4.2.1 热辐射光源31

4.2.2 气体放电光源31

4.2.3 半导体光源33

4.3 配光曲线33

4.3.1 灯具33

4.3.2 配光曲线33

4.3.3 配光曲线的表示方法33

4.3.4 配光曲线的格式标准34

4.4 照明控制34

4.4.1 照明控制的类型34

4.4.2 照明控制的实现方式35

4.4.3 照明控制系统和控制策略35

4.4.4 自然光控制36

4.4.5 光传感器的开关控制37

第5章 光环境模拟与计算机图形学38

5.1 几何模型的定义方法38

5.1.1 多边形网格38

5.1.2 构造几何实体38

5.1.3 空间细分39

5.1.4 隐式定义39

5.2 光照模型39

5.2.1 光照模型39

5.2.2 光照模型的分类40

5.3 局部照明模型40

5.3.1 局部照明模型40

5.3.2 Phong模型40

5.3.3 Phong模型的不足40

5.4 渲染方程与全局照明模型40

5.4.1 渲染方程40

5.4.2 全局照明模型41

5.5 光线跟踪41

5.5.1 Whitted光线跟踪模型42

5.5.2 改进的光线跟踪模型42

5.6 光能传递44

5.6.1 光能传递44

5.6.2 光能传递的计算过程44

5.7 光线跟踪与光能传递的比较45

5.7.1 光线跟踪45

5.7.2 光能传递45

5.7.3 结论45

5.8 高动态范围图像45

5.8.1 动态范围45

5.8.2 高动态范围图像46

5.8.3 色调映射46

5.8.4 高动态范围图像格式47

5.8.5 光环境模拟与高动态范围图像47

第6章 建筑光环境模拟软件48

6.1 光环境模拟软件的分类48

6.1.1 静态光环境模拟软件48

6.1.2 动态光环境模拟软件48

6.1.3 综合能耗模拟软件48

6.2 光环境模拟软件综述49

6.2.1 用户界面49

6.2.2 模型49

6.2.3 材质50

6.2.4 光源50

6.2.5 光照模型50

6.2.6 数据后处理50

6.2.7 人员行为和控制策略50

6.3 光环境模拟软件的比较50

6.3.1 Radiance51

6.3.2 Desktop Radiance51

6.3.3 Ecotect51

6.3.4 Dialux51

6.3.5 AGi3251

6.3.6 Daysim51

6.3.7 IES<VE>52

6.3.8 DOE2和EnergyPlus52

6.4 BIM与光环境模拟52

6.4.1 绿色建筑扩展标记语言52

6.4.2 BIM与光环境模拟52

6.4.3 应用案例53

第7章 光环境模拟的过程54

7.1 规划模拟方案54

7.1.1 模拟指标55

7.1.2 模拟软件55

7.1.3 模拟范围55

7.1.4 时间进度安排55

7.2 建立建筑的三维模型55

7.2.1 模型的简化56

7.2.2 建立和导入模型56

7.3 设置材质和光源56

7.3.1 设置材质56

7.3.2 设置光源56

7.4 设置时间表和气象数据57

7.4.1 设置时间表57

7.4.2 设置气象数据57

7.5 设置参数并执行模拟57

7.5.1 参数设置57

7.5.2 执行模拟58

7.6 分析58

7.6.1 数据后处理58

7.6.2 分析58

7.6.3 撰写报告58

第8章 光环境模拟的定量评价59

8.1 光环境模拟的定量评价59

8.1.1 分类59

8.1.2 评价59

8.1.3 评价指标60

8.2 静态光环境评价指标60

8.2.1 照度60

8.2.2 照度均匀度61

8.2.3 采光系数61

8.2.4 采光权61

8.2.5 室外视野62

8.3 眩光评价指标62

8.3.1 统一眩光值62

8.3.2 眩光值62

8.3.3 自然采光眩光指数63

8.3.4 显示器的反射眩光63

8.4 动态光环境评价指标64

8.4.1 全自然采光时间百分比64

8.4.2 有效全自然釆光时间百分比64

8.4.3 最大全自然采光时间百分比65

8.4.4 连续全自然釆光时间百分比65

8.4.5 全年光暴露量65

8.5 能耗及经济评价指标66

8.5.1 照明功率密度66

8.5.2 照明能耗66

8.5.3 总能耗66

8.5.4 全生命周期照明成本66

第9章 光环境模拟的定性和主观评价68

9.1 亮度图像68

9.1.1 亮度图像68

9.1.2 亮度图像的模拟68

9.1.3 亮度图像的处理69

9.2 亮度图像的定性评价69

9.2.1 亮度对比69

9.2.2 光线和阴影分布69

9.2.3 评价实例70

9.3 亮度图像的主观评价70

9.3.1 完形常性71

9.3.2 直觉常性71

9.3.3 色彩常性72

9.3.4 结论73

第10章 Desktop Radiance74

10.1 概论74

10.1.1 简介74

10.1.2 现状74

10.1.3 安装75

10.2 入门75

10.2.1 界面75

10.2.2 项目76

10.2.3 建模76

10.2.4 天空和地面76

10.2.5 命令的简化76

10.3 不透明材质77

10.3.1 指定材质77

10.3.2 取消材质指定77

10.3.3 显示所有不透明材质物体77

10.3.4 新建材质77

10.4 玻璃材质78

10.4.1 指定玻璃材质78

10.4.2 取消玻璃材质指定78

10.4.3 显示所有玻璃材质物体78

10.4.4 新建玻璃材质78

10.5 光源80

10.5.1 放置光源80

10.5.2 删除光源81

10.5.3 显示光源朝向81

10.5.4 显示所有光源81

10.5.5 新建光源81

10.6 家具82

10.6.1 放置家具82

10.6.2 删除家具82

10.6.3 显示所有家具82

10.6.4 新建家具82

10.7 参考对象和模拟对象82

10.7.1 区域83

10.7.2 方向83

10.7.3 相机83

10.7.4 参考点84

10.7.5 参考网格84

10.8 模拟85

10.8.1 相机图像模拟85

10.8.2 参考网格照度模拟86

10.8.3 参考点照度模拟87

10.8.4 高级计算参数设置88

10.9 辅助工具88

10.9.1 显示所有指定物体88

10.9.2 显示所有未指定物体88

10.9.3 显示属性88

10.9.4 取消所有指定内容89

10.9.5 调整表面法线89

10.9.6 材质映射89

10.9.7 库管理器89

10.9.8 模拟管理器90

10.10 普通住宅采光模拟90

10.10.1 在SketchUp中建立模型91

10.10.2 导出模型91

10.10.3 在DR中导入模型92

10.10.4 指定材质92

10.10.5 定义正常视点相机93

10.10.6 交互式预览94

10.10.7 相机模拟95

10.10.8 正常视点的模拟分析96

10.10.9 裁切平面99

10.10.10 定义俯瞰相机99

10.10.11 俯瞰视点的模拟分析100

10.10.12 定义参考网格101

10.10.13 网格照度模拟102

10.10.14 网格照度分析102

10.10.15 剖面照度分析104

10.11 公寓采光和照明模拟106

10.11.1 自定义材质的方法106

10.11.2 指定材质106

10.11.3 定义相机106

10.11.4 交互式预览106

10.11.5 复制材质107

10.11.6 相机模拟108

10.11.7 正常视点的模拟分析108

10.11.8 鱼眼视角109

10.11.9 鱼眼视角模拟109

10.11.10 放置光源110

10.11.11 相机模拟分析111

10.11.12 定义参考网格111

10.11.13 网格照度模拟分析111

第11章 Ecotect113

11.1 Ecotect中的光环境模拟113

11.1.1 分类113

11.1.2 安装和使用113

11.2 模型的建立和导入114

11.2.1 表面方向114

11.2.2 零面积平面114

11.2.3 区域设置114

11.2.4 导入模型114

11.3 指定材质115

11.3.1 指定材质115

11.3.2 材质属性115

11.3.3 预设材质115

11.4 设置时间、地点和方位116

11.4.1 设置时间116

11.4.2 设置地点116

11.4.3 设置方位116

11.5 设置相机116

11.5.1 建立相机116

11.5.2 相机属性117

11.6 设置分析网格117

11.6.1 设置分析网格117

11.6.2 建立分析网格118

11.7 放置灯具118

11.7.1 放置灯具118

11.7.2 灯具属性118

11.8 输出模型118

11.8.1 输出模型118

11.8.2 输出选项119

11.9 RadianceCP与图像模拟120

11.9.1 RadianceCP的界面120

11.9.2 设置RadianceCP的运行环境121

11.9.3 使用RadianceCP执行模拟121

11.10 巴塞罗那德国馆采光模拟123

11.10.1 密斯与巴塞罗那德国馆123

11.10.2 打开模型124

11.10.3 复制预设材质文件124

11.10.4 设置时间125

11.10.5 建立相机125

11.10.6 输出模型125

11.10.7 调整天空和地面125

11.10.8 建立新相机126

11.10.9 设置参数127

11.10.10 晴天的模拟和分析127

11.10.11 全阴天的模拟和分析130

11.10.12 网格照度的模拟和分析132

第12章 AGi32133

12.1 AGi32入门133

12.1.1 简介133

12.1.2 设置133

12.1.3 界面134

12.2 AGi32中的模拟要点135

12.2.1 建立和导入模型135

12.2.2 指定表面类型和光学参数135

12.2.3 放置光源135

12.2.4 设置时间、地点和天空模型135

12.2.5 放置计算点135

12.2.6 执行模拟136

12.2.7 撰写模拟报告136

12.3 AGi32中的实体136

12.3.1 项目实体136

12.3.2 表面模型实体137

12.3.3 绘图实体137

12.3.4 光源137

12.3.5 计算对象138

12.4 导入AutoCAD模型138

12.4.1 AGi32与AutoCAD138

12.4.2 AutoCAD对象的导入139

12.4.3 AutoCAD中的块和图层139

12.5 表面的设置139

12.5.1 表面方向139

12.5.2 表面类型140

12.5.3 表面的光学性质141

12.6 模拟算法141

12.6.1 AGi32中的算法141

12.6.2 算法选择141

12.7 AGi32中的光能传递计算141

12.7.1 计算过程141

12.7.2 收敛的判断142

12.7.3 面片和元素尺寸142

12.7.4 适应性细分142

12.7.5 缝隙漏光问题143

12.7.6 总结143

12.8 自然光模拟144

12.8.1 自然光模拟144

12.8.2 自然光的模拟过程144

12.8.3 表面类型的选择145

12.9 图像后处理145

12.9.1 光线跟踪145

12.9.2 抗锯齿146

12.9.3 柔化阴影146

12.9.4 色调映射146

12.10 音乐厅照明模拟146

12.10.1 隐藏射灯146

12.10.2 初步模拟147

12.10.3 调整设置147

12.10.4 亮度模拟和分析148

12.10.5 照度分析148

12.10.6 眩光分析150

12.10.7 调整照明150

12.10.8 亮度分析151

12.10.9 舞台照度分析151

12.11 办公室自然采光模拟152

12.11.1 导入模型152

12.11.2 管理项目154

12.11.3 定义网格154

12.11.4 执行模拟154

12.11.5 照度分析154

12.11.6 亮度分析155

第13章 Daysim157

13.1 自然光系数157

13.1.1 自然光系数157

13.1.2 自然光系数的特点158

13.1.3 Daysim中对于自然光系数的处理159

13.2 Daysim与气象数据159

13.2.1 EnergyPlus气象数据159

13.2.2 气象数据的处理流程160

13.3 材质160

13.3.1 Radiance和Daysim在材质上的区别160

13.3.2 指定材质属性161

13.3.3 添加材质161

13.4 用户行为模型162

13.4.1 用户行为模型162

13.4.2 Lightswitch162

13.5 办公室动态采光模拟163

13.5.1 建筑模型的简化163

13.5.2 在SketchUp中建模164

13.5.3 在SketchUp中指定材质164

13.5.4 导出3ds格式164

13.5.5 制作传感器点阵列文件164

13.5.6 建立新的Daysim项目165

13.5.7 加载气象数据165

13.5.8 导入模型165

13.5.9 导入传感器点阵列文件166

13.5.10 设置遮阳装置模式166

13.5.11 执行模拟166

13.5.12 分析设置168

13.5.13 指定工作平面传感器169

13.5.14 生成报告170

13.5.15 采光系数分析170

13.5.16 全自然采光时间百分比分析170

13.5.17 人工照明能耗分析171

第14章 IES<VE>173

14.1 IES<VE>简介173

14.1.1 界面173

14.1.2 模块简介173

14.2 RadiancelES174

14.2.1 数据结构174

14.2.2 模拟执行流程175

14.3 与其他模块的协同175

14.3.1 光源175

14.3.2 组件175

14.3.3 光热耦合模拟176

14.4 乡村别墅采光模拟176

14.4.1 在SketchUp中建立和导出模型176

14.4.2 检查模型177

14.4.3 设置地点178

14.4.4 设置材质178

14.4.5 设置天空模型和时间180

14.4.6 设置模拟参数180

14.4.7 设置视角并模拟180

14.4.8 亮度图像模拟分析181

14.4.9 工作平面照度模拟分析183

14.5 乡村别墅照明和能耗模拟184

14.5.1 计算照度数据184

14.5.2 计算日照遮挡186

14.5.3 设置热环境模板186

14.5.4 指定热环境模板187

14.5.5 指定构造188

14.5.6 执行模拟188

14.5.7 数据后处理和分析188

第15章 Radiance190

15.1 Radiance简介190

15.1.1 历史190

15.1.2 特点191

15.1.3 交流平台191

15.1.4 安装192

15.2 Radiance的算法和特点192

15.2.1 混合式光线跟踪192

15.2.2 辐照度缓存技术193

15.2.3 结论194

15.3 场景定义194

15.3.1 注释195

15.3.2 基元195

15.3.3 嵌入式命令196

15.4 建模196

15.4.1 建模的途径196

15.4.2 几何规则196

15.5 几何体197

15.5.1 多边形197

15.5.2 球和泡198

15.5.3 圆柱和管198

15.5.4 源198

15.6 材质199

15.6.1 普通材质199

15.6.2 光源201

15.6.3 折射材质203

15.6.4 可编程材质204

15.7 图案205

15.7.1 colorfunc205

15.7.2 colordata206

15.7.3 colorpict206

15.7.4 brighffunc和brightdata206

15.8 纹理206

15.8.1 texfunc206

15.8.2 texdata207

15.9 天空生成207

15.9.1 gensky简介207

15.9.2 gensky的执行格式207

15.9.3 gensky的例子208

15.10 人工照明208

15.10.1 光源颜色与白平衡208

15.10.2 计算辐亮度数值208

15.10.3 转换配光曲线数据209

15.11 八叉树结构210

15.11.1 八叉树的作用210

15.11.2 oconv程序210

15.11.3 oconv的执行格式210

15.12 交互式预览210

15.12.1 交互式预览程序rvu210

15.12.2 rvu的执行格式211

15.12.3 内嵌式命令和选项211

15.13 图像生成211

15.13.1 图像生成程序rpict211

15.13.2 rpict的执行格式211

15.13.3 视角和图像选项211

15.13.4 直接照明选项212

15.13.5 环境光选项213

15.13.6 rpict选项参数的典型值214

15.14 定点计算214

15.14.1 定点计算214

15.14.2 rtrace的执行格式214

15.15 数据处理和图像转换215

15.15.1 数据处理215

15.15.2 图像转换215

15.16 自动批处理215

15.16.1 自动批处理215

15.16.2 项目控制文件216

15.16.3 rad的使用216

15.17 简单场景的照明模拟217

15.17.1 建立基本模型217

15.17.2 添加房间218

15.17.3 添加底座和吊杆219

15.17.4 调整材质219

15.17.5 执行模拟220

15.17.6 人眼主观效果处理221

15.17.7 伪彩色处理222

15.18 自然采光眩光分析222

15.18.1 查找眩光源222

15.18.2 计算眩光指标223

15.18.3 绘制眩光源223

15.18.4 伪彩色处理223

附录 建筑光环境模拟教学大纲225

参考文献226

后记228