点光源小扰动环境空间布局室内优化设计策略探究.pdf

室内绿化设计要考虑光照、温度和空间布局 #生活知识# #家居生活# #室内绿化#

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与 建 材装 饰2016 年 2 月 点光源小扰动环境空间布局室内优化设计策略探究 廖莎莎 （重庆卓创国际工程设计有限公司重庆401147） 摘要：随着人类生活水平的提高,人们对居住环境的舒适性提出了更高要求,因此在现代住宅设计中,对于光环境 的质量也被充分考虑在设计因素当中,一般来说影响住宅光环境质量的因素主要有环境采光系数、环境日照时数、环境空 间冗余度等。 因此,对于点光源小扰动环境空间室内优化设计方法在建筑装潢设计等相关领域中具有的地位越来越明显。 本文首先对现代住宅当中的光环境的基本要求进行了概述；而后对自由曲面的照明进行了分析；最后在此基础上,对点光 源小扰动环境空间布局下的室内优化方案进行了设计。 关键词：点光源；小扰动环境空间；室内优化；空间优化设计 中图分类号： TU113.6+6文献标识码： A 文章编号： 1673-0038 （2016） 08-0087-02 随着居民生活水平的提高， 在点光源小扰动环境下， 我国居 民的传统的室内空间布局设计方法已经不能满足在不同时间 段、 不同天气特性下的光强度动态变化的需求， 对于居住的舒适 性造成了一定的影响。因此需要设计一种改进的点光源小扰动 环境室内空间布局优化方法，充分将单自由曲面的折光能力进 行实现光线准直出射， 从而减小自由曲面光环境的强度， 达到室 内建筑的空间优化设计。 1 光环境的基本要求 在人们的光环境当中，分为自然光源和人工光源两种类型。 在自然光源当中， 主要以昼光为主， 由阳关和天光共同构成， 而 人工光源则是白炽灯、 荧光灯以及高压放电灯等。通过照明， 可 以对周围的事物呈现出不同的状态。 1.1 光源的选择 在光源的选择方面， 不同的光源在室内设计当中会呈现出不 一样的效果， 从光源的输出功率大小、 颜色特性以及寿命长短等 方面各种光源都有着各自特有的特点，选择合适的光源对周围 的环境有着相当重要的作用。光源按照类型的不同可以分为白 炽灯、 荧光灯、 LED 以及光纤系统等。 1.2 配光方式 配光方式也是影响周围光环境的一个重要因素之一， 配光方 式在经过照明设备所发射出来的光束所形成的配光或者通过向 上或者向下的比率来对周围的光环境进行影响。在一般的灯具 当中， 配光方式可以分为直接照明、 半直接照明、 半间接照明、 间 接照明以及扩散照明。 1.3 构成要素 在室内光环境的构成要素当中， 光、 介质以及空间等都是其 中的因素之一。光以辐射的方式将能量进行传递的同时， 也改变 着空间既定的形态方式，在光环境中的介质是光合空间发生作 用的媒介。介质主要分为两大类， 分别是实体介质和虚体介质。 实体介质，即为利用自身所具有的物理属性对光线进行反射和 吸收作用； 虚体介质， 即为半透明的物理性质， 在光经过虚体介 质的时候， 就会产生相对应的折射、 焦散等现象。两种介质相比 而言， 虚体介质比实体介质多光产生的作用是更加丰富多彩的， 产生的效果色彩也是更加明显的1。 2 自由曲面的照明 光属于一种电磁波，在传播的过程中也传播者相应的能量。 在光进行传播的过程中，人们可以根据自身的实际需要来对光 能的传播进行专项调整，以此来实现光能传播的分布情况和传 输效率。在实际生活的应用当中， 通常会通过一些光学曲面来对 光能进行传播， 比如球面、 抛物面、 椭球面以及多项式曲面等， 这 类型的曲面就叫做常规曲面。常规曲面不具有局部操作性、 设计 的自由度是较低以及对光束的控制有限，很容易造成光能的浪 费。因此， 自由曲面便应用而生， 自由曲面可以成为由多个曲面 片连接在一起而且满足一定的连续约束性条件下构成的一种光 学曲面。它本身具有良好的局部操作性能， 对于交互式的曲面造 型是相当容易形成的2。 3 点光源小扰动环境空间布局下的室内优化方案 3.1 室内空间角点检测预处理 以某地区的一幢房子为研究对象， 研究该房子在不同时间段 内客厅、 主卧、 书房、 餐厅等地方的吸光指数， 该房子的点光源小 扰动环境下的室内光强度分布值如表 1 所示。 在居民的居住住宅当中， 住宅当中的客厅是人活动最多的场 所， 因此在进行设计室内空间优化设计的时候， 需要对客厅的设 计进行重点设计， 客厅空间中对于照度的要求较高， 也成为设计 天气以及位置光照强度值 （lx） 晴天阳光直射地面100000 晴天室内中央200 晴天背阴处10000 晴天室内北窗附近2000 晴天室内角落20 月光 （满月）2500 日光灯5000 阴天室外50500 在 50W 白炽灯下 1m 处的30 电视机荧光屏100 阅读书刊所需的5060 晴朗月夜0.2 黑夜0.001 阴天室内550 表 1 点光源小扰动环境下的室内光强度分布值 规划与设计 87 与 建 材装 饰2016 年 2 月 的重点， 一般来说， 在进行室内空间设计的时候对住宅客厅的关 照设计采用图像空间扫描法（如 Ray-Casting 法） ，光线投射法 （Ray-Cast-ing） 等方法进行相关设计。 首先， 要对室内空间的点检检测做预处理， 可以利用 Harris 角点检测算法来对每帧图像中的角点位置进行检测，之后就可 以对这些角点采用 LK 光流法进行跟踪。 如果在动态光照强度感 应没有退化前， 如果在同一光照强度内， 室内空间布局受光照干 扰前后的灰度直方图形状会呈现出上不完全相同的情况， 从图 1 中可以看出， 对第 k 个子带图像 Isk， 其二值化阈值 Tsk通过下式 得到下列公式： Tsk=max （Isk） 其中， 表示在光照背景下的光照强度感应值，此时在光照 背景下室内空间灰度值分布特征定义如下公式： Std= 1 MN M i = 1 N j = 1 I（m， n） -I 2 ， 其中 m=1， ， M； n=1， N。 通过上式可以将对区域的变化求解过程转换成为对结构矩 阵 M （x， y） 的两个特征值进行求解， 进行角点检测， 以来为室内布 局设计提供特征值， 提供给室内布局设计作为特征值， 根据内部 结构矩阵 M 中的两个特征值来对检测点 （x， y） 是否为空间照明 的角点进行相关检测。 通过分析，室内空间布局优化设计设计光程恒定分析结果 为： X （u） = 1-jcot 2 + - x （t） expjt 2 +u 2 2 cotdt 通过这样的方式， 就可以将室内区域 G= （V， E） 分割成不同 区域的子块， 从而对室内空间角点检测预处理进行了实现。 3.2 点光源小扰动环境空间布局室内 在点光源小扰动环境下， 我国传统的室内空间布局设计方法 不能适应不同时间段、 不同天气特性下的光强度动态变化， 对居 民建筑的居住环境舒适性有着相当大的影响。该试验当中在数 学形态学的分割方法的基础上对平移进行特征分割，并且采用 并行处理的分块检测方法， 在同一侧可以形成正立放大的虚像， 图像像素为： RY= P I = 0 iii H+ n N i=p+1 ii H 从上述式子中可以得出在经过 QAM 调制的数据向量 X 分 割为 V 个互不重叠的子序列Xv， v=1， 2， ， V的时候， 就可利用 出射光线单位矢量的子载波调制阶数，从而进行对点光源小扰 动环境室内空间布局，可以对各接收面上的光照强度分布和光 斑尺寸， 在 200m 处接收面光斑直径约为 7m。 如果在点光源小扰 动环境下， 就应该对低频部分进行选取， 来作为不同动态光照强 度感应根据其共享光照的相似性，之后就可以利用单自由曲面 的折光能力实现光线准直出射试验，从而构建固定目标面均匀 照明微分方程。因此， 为了在同一光照强度内， 使得不同光照强 度感应类具有不同的类心，就需要采用切面迭代法对单个自由 曲面上的点坐标进行求解，之后需要通过向量相交法得到室内 亮点模型的纹理特征： M= n i = 1 min （P1（i） ， P2（i） ） n j = 1 max （P1（j） ， P2（j） ） 在上式中， P1和 P2分别是两个长度相同的投影向量， 长度均 为 n。在 M 的取值范围为0-1， 在该区域进行划分后， 就会得到 自相关累积泰勒展开的小邻域内的亮度变化值： I= 1 MN M i = 1 N j = 1 I （m， n） ， m=1， ， M； n=1， ， N 从上式中可以看到想要最大程度地的减少室内空间中的光 污染， 使得人体的生物钟养成一个正常的习惯能够正常工作， 就 需要根据局部结构矩阵 M 当中的两个特征值来对检测点 （x， y） 进行检测3， 在监测的时候需要检测特征值是否为图像的角点， 从而最大限度地实现对点光源的小扰动特征的检测。得到 x= v=1bvxv， 这个时候就可以对 x进行极性分解运算， 如果室内空间 布局的中心矢量 R， k， 可以均匀准直照明轮廓曲的部分离散数据 进行相关计算， 为： Kmin=Kpoly+ （1-） Krbf， （0， 1） 从而得出， 如果在一次适应不同时间段、 不同天气特性下的 光照强度动态变化， 提高居住环境的舒适性。 4 结 语 综上所述， 在点光源小扰动环境的基础上， 对于动态的光照 强度进采用必要的方式进行调节，从而对室内的空间布局实现 优化设计， 可以在不同的时段、 不同的天气特征下实现光强度的 动态变化， 从而提高居民的居住环境的舒适性， ， 给我国居民提 供一个舒适安逸的居住环

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