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 Radiance 51
6.3.2 Desktop Radiance 51
6.3.3 Ecotect 51
6.3.4 Dialux 51
6.3.5 AGi32 51
6.3.6 Daysim 51
6.3.7 IES<VE> 52
6.3.8 DOE2和EnergyPlus 52
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 Radiance 74
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 Ecotect 113
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 AGi32 133
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AutoCAD 138
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 Daysim 157
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 Lightswitch 162
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 RadiancelES 174
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 Radiance 190
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 colorfunc 205
15.7.2 colordata 206
15.7.3 colorpict 206
15.7.4 brighffunc和brightdata 206
15.8 纹理 206
15.8.1 texfunc 206
15.8.2 texdata 207
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rvu 210
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rpict 211
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