一种基于Mitsuba的建筑光环境仿真加速方法及系统

本发明涉及建筑光环境数值仿真、gpu光线传输和建筑计算性设计软件，特别是涉及一种基于mitsuba的建筑光环境仿真加速方法及系统。具体涉及一种基于mitsuba 3、dr.jit及cuda_ad_rgb变体，对建筑工作面照度和投影hdr进行加速计算，并通过进程隔离和场景缓存提高连续设计迭代稳定性的仿真方法和系统。

背景技术：

1、建筑光环境设计需要反复改变几何模型、窗体、材料、天空、工作面和观察视点，并比较照度、hdr和眩光结果。传统cpu计算路径在模型和工况重复变化时需要多次构建场景和执行光线传输，设计迭代的等待时间较长。gpu光线传输可以并行处理大量路径，但建筑光环境输入同时包含面级材料、天空辐亮度、工作面法向和投影相机，若这些语义在平台与gpu求解器之间转换不一致，结果就难以复核。

2、mitsuba、dr.jit和optix等原生组件还可能受显卡驱动、编译缓存或原生运行时异常影响。若直接在主程序进程中加载原生运行库，运行时异常可能导致主程序退出；若使用其他引擎结果进行静默回退，用户又无法判断当前结果的真实计算来源。

3、此外，反复执行相同几何、材料和求解设置时，场景加速结构可以复用，天空状态可以变化。若缓存键没有包含材料、bsdf和渲染参数，可能产生错误复用；若缓存没有数量限制，还可能占用过多显存或内存。因此，需要一种具有统一场景适配、严格缓存键、原生进程隔离和明确错误状态的建筑光环境gpu仿真技术。

技术实现思路

1、本发明目的是为了解决现有技术中的问题，提出了一种基于mitsuba的建筑光环境仿真加速方法及系统。

2、本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种基于mitsuba的建筑光环境仿真加速方法，所述方法使平台中的建筑几何、材料、天空、工作面和相机参数能够以统一数据语义进入mitsuba gpu求解器，并使原生gpu运行边界与主程序隔离；所述方法包括：

3、步骤1，接收平台场景数据；包括校验顶点、三角形索引、材料分配状态、工作面传感器点、传感器法向和相机参数；

4、步骤2，建立schema 2场景对象，将平台材料转换为求解器材料，将cie/perez/实测hdr天空转换为解析或图像天空，将工作面和观察相机转换为mitsuba可计算对象；

5、步骤3，依据质量等级读取渲染采样数、网格采样数和最大路径深度，并在边界范围内接收用户显示参数；

6、步骤4，计算场景摘要；摘要包含几何、三角形、材料、bsdf文件和渲染设置；天空更新不改变几何和材料缓存键；

7、步骤5，在隔离工作进程中构建或复用pure gpu场景，分别执行工作面照度或投影hdr求解；

8、步骤6，将照度数组、hdr像素、统计值、耗时、缓存命中和引擎状态写回主程序，按结果类型生成平台可显示和可保存的文件。

9、进一步地，所述schema 2场景对象至少包括几何网格、三角形材料分配、材料库、天空模型、工作面传感器点、传感器法向、相机位置、相机目标点、相机上方向和相机投影参数。

10、进一步地，材料转换支持漫反射、玻璃、镜面、金属、透射和复杂bsdf中的至少一种，并读取反射率、透射率、粗糙度、镜面分量、折射率、玻璃层参数、热发射率和bsdf文件路径中的至少一项；如材料为透明材料，则透明材料转换包括单层透明玻璃、双层透明玻璃和低辐射双层玻璃中的至少一种，并根据法向透射率、前后表面反射率、折射率、厚度和涂层参数形成可用于光传输计算的材料对象；天空转换支持cie均匀天空、cie阴天、cie晴天、perez天空以及经绝对辐亮度标定的半球鱼眼hdr天空；perez天空读取直接法向辐照度和水平漫射辐照度，实测天空读取图像顶部方位和边缘标定信息。

11、进一步地，工作面照度求解对传感器法向进行归一化，并针对每个传感器点输出总照度、漫射照度和直接太阳照度数组，同时输出求解耗时和网格统计结果。

12、进一步地，投影hdr渲染将平台投影标识映射为角度鱼眼、半球鱼眼、立体投影、透视或柱面投影中的一种，并将像素结果编码为rgbe hdr，同时记录投影类型、视场角、采样数和引擎标识。

13、进一步地，场景中的缓存键由几何数据摘要、三角形数据摘要、材料状态摘要、bsdf文件路径及文件内容摘要和渲染设置摘要构成；命中缓存时更新天空对象并复用场景加速结构，未命中时建立新的场景加速结构，并限制缓存条目数量；所述场景加速结构是由几何、材料和求解设置共同决定、可供多个请求复用的求解器内部结构。

14、进一步地，mitsuba原生运行被置于独立子进程中，主进程通过请求文件和响应文件或持久工作进程传递任务；当工作进程异常退出、管道关闭、超时或返回无效响应时，记录错误状态并报告mitsuba失败，不将其他引擎结果标记为mitsuba成功。

15、进一步地，平台可显示的结果元数据至少记录mitsuba schema版本、cuda_ad_rgb变体、质量等级、渲染采样数、网格采样数、最大路径深度、场景缓存命中状态、求解耗时、运行时radiance依赖状态和校准状态。

16、本发明还提出一种基于mitsuba的建筑光环境仿真加速系统，所述系统使平台中的建筑几何、材料、天空、工作面和相机参数能够以统一数据语义进入mitsuba gpu求解器，并使原生gpu运行边界与主程序隔离；所述系统包括：

17、接收模块，接收平台场景数据；包括校验顶点、三角形索引、材料分配状态、工作面传感器点、传感器法向和相机参数；

18、转换模块，建立schema 2场景对象，将平台材料转换为求解器材料，将cie/perez/实测hdr天空转换为解析或图像天空，将工作面和观察相机转换为mitsuba可计算对象；

19、读取模块，依据质量等级读取渲染采样数、网格采样数和最大路径深度，并在边界范围内接收用户显示参数；

20、计算模块，计算场景摘要；摘要包含几何、三角形、材料、bsdf文件和渲染设置；天空更新不改变几何和材料缓存键；

21、隔离工作进程模块，在隔离工作进程中构建或复用pure gpu场景，分别执行工作面照度或投影hdr求解；

22、hdr/照度输出模块，将照度数组、hdr像素、统计值、耗时、缓存命中和引擎状态写回主程序，按结果类型生成平台可显示和可保存的文件。

23、本发明还提出一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述一种基于mitsuba的建筑光环境仿真加速方法的步骤。

24、本发明的有益效果：

25、本发明通过schema 2统一平台输入和mitsuba对象语义；通过缓存复用减少重复场景构建；通过隔离工作进程降低原生运行时异常对主程序的影响；通过明确的引擎和错误状态提高结果可追溯性；通过照度数组和rgbe hdr输出兼容平台现有结果显示和后续眩光分析。