ZEMAX | 室内照明案例分享2 —— 室内场景模拟

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摘要

本文介绍室内照明（天花板顶灯），在室内人眼所看到的情况的模拟示例。

上一篇文章中，我们创建了照亮房间的照明部分。

我们将从创建家具开始。

 

家具制作

使用Part Desginer功能创建房间家具。

下面是沙发的示例。 同样，创建（带电视支架）电视、窗帘、桌子和椅子。

各自创建膜层数据。

反射率可以自由设置。

下面是用于沙发的示例。

 

同样，创建多个膜层。

这里创建的膜层，分配如下。

Sofa：沙发和椅子的座位部分。
WOOD：桌子、椅子和电视支架。
Curtain：窗帘。

 

各波长对应的反射率如下图所示。

◆Sofa

 

◆WOOD

 

 
◆Curtain

对物体表面进行分组

在“分析”选项卡的物体编辑器中打开物体。

将使用同一膜层的表面转换为同一面组。

通过为每个面组设置膜层属性，可以省去为每个表面设置的麻烦。

 

 

通过如上的设置，椅子的面0使用WOOD膜层，Lambertian 散射。

模拟人眼在室内所见

人眼所见的模拟方法如下：

使用镜头。
使用RayRotator。

 

但是，如果使用透镜，由于景深较浅的缘故，整个房间因为离焦无法反射成清晰像。要实现模拟是困难的。 另外，使用 RayRotator 时，需要将光源放在相机内部，无法显示安装在室内的光源照亮室内的亮度情况。

 

因此，像针孔照相机那样景深深，光源可以放置在相机外部的方式进行模拟。

下图是非序列元件编辑器中的信息。

 

Object１：光源。　　　　

Object２：通过（颜色）探测器探测图像。　　　　

Object３：针孔相机的外壳。　　　

Object 4：0.2mm×0.2mm 物体。使用重点采样，因此十分重要。　　

Object 5- 10　：房间四周的墙壁。

Object 12-16：设置的家具。

相机部分的设定如下所示。

 

物体2是探测器物体。

物体 4 设置为非常小的矩形。

然后，在“重点采样”中，光线指向该物体后汇集，并记录在探测器中。
只有通过物体4光线才能到物体3（物体3是相机外壳），为设置光线不直接进入探测器，物体3属性为吸收。
该方法与针孔相机原理相同，它就像在探测器上投射室内图像一样。

从物体 3 到探测器的距离会影响透视。 越短，透视就越突出。

在此示例中设置为 50mm，在此情况下，透视感自然。

物体４作为散射表面，设置重点采样。

这样，被照射的物体上散射的所有光线都可以指向物体 4。

然而，这种情况下，墙壁和地板上反射的光不能再次照亮房间。

因此，我们将散射在墙壁和天花板上的光线分成两条。

两条中的一条定向到物体 4，剩下的一条不指定方向。

这样的光线成为散射光，再次照亮房间。

 

在系统选项中将非序列设置进行更改。理由如下：

到达探测器的光的能量很小，因此调整最小相对光强度。
散射在房间的墙壁、物体上的光线很多，需要加以限制。

 

将光线的最大相交限制为 15 。 当来自光源的光与物体相交超过 15 次时，光线追迹将中断。

 

光源→墙面→墙面→墙面→墙面→墙面→墙面→墙面→墙面→墙面→墙面→墙面→墙面→物体4→探测器

墙壁最多反射13 次。

 
由于墙面的反射率设置为 65%，因此强度比约为 (0.65) ^ 13 = 0.3%。

也就是说，在该模拟中，对于到达探测器的光线，强度小于 0.3% 的那些光线将被忽略。

 

设置现已完成。

下图显示了来自光源的一根光线在房间内的传播。可以看到，其中一根被split到相机上，另一根在房间里散射。

 

光线数为 1 亿条，用于光线跟踪。

运行追迹的电脑规格

CPU：11th Gen Intel(R) Core(TM) i7-11850H @ 2.50GHz   2.50 GHz

RAM：32.0 GB　光线追迹要2小时。

测试2 (OpticStudio 22.2)

CPU: 11th Gen Intel(R) Core(TM) i7-11850H @ 2.50GHz   2.50 GHz

RAM: 64.0 GB  光线追迹11.878 min 。

由于阈值的设置导致能量损失几乎不存在，我认为模拟还算准确。

检查探测器后，可以看到房间如何被天花板顶灯照亮。

电视和沙发下面有阴影，墙壁和地板的中心很亮。

我认为这与查看照度分布时是一样的。

此外，室内和家具定义了光谱反射率。 因此，也反映光源光谱的准确颜色表示。

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