布灯方法及计算机可读存储介质与流程

1.本公开涉及计算机技术领域，尤其涉及一种布灯方法及一种计算机可读存储介质。


背景技术：

2.灯光在建筑室内有重要的作用，好的灯光不但可以烘托建筑装饰，营造气氛，还具有很强的功能性，具有照亮室内、激活人的视觉的作用。灯具的排布需要仔细的设计，过于密集的排布会导致室内过亮引起炫光并且增加不必要的电费，稀疏的排布会导致室内过暗，影响人的视觉功能从而影响建筑功能(过暗的室内照度会降低办公建筑内办公人员的公工作效率或者影响商业建筑的销量等)。正确的灯具设计需要专业人士进行反复的灯具排布调试，运行基于物理光学的模拟多种布局后照明的空间分布(包含工作面的平均照度、照度的均匀度、最低照度、最高照度等)，最终选择合理的布局。这个流程需要涉及大量的人工并且耗费工时，例如专利申请cn107491590a设计的一种基于bim技术模拟室内灯光灯具预排布方法，具有如下缺点：
3.1)不是自动流程：已有技术的整个流程，从建筑信息化模型bim(building information modeling)的建立，到室内灯光灯具预排布均为手工完成，没有形成自动。这样一方面不科学严谨，而且不便于提高效率，无法适用于大规模的开发的场景。灯具预排涉及排布后分析，调试再排布再分析这样的反复流程，十分浪费人力时间。
4.2)缺乏物理光学可靠性：已有技术的灯光模拟和排布缺乏基于物理光学的模拟，仅使用简单的数学公式来计算出需要的灯数量。这样有几个问题：a)数学公式计算出来的灯的数量，仅能提供简单的参考，不能作为布灯最终的依据。光的传播和分布是一个复杂的非线性模型，需要使用模拟软件，基于光线追踪ray-tracing或者光能传递radiosity的模型来模拟，并且需要合理假设房间的材料系数，使用数学公式是非常不科学不严谨不精确的做法。b)现有技术即便通过数学计算得到了灯的数量，灯的排布依旧无法确定。上述专利申请并未详细写出如何确定灯的排布。如果按照均匀等分布灯，仅可用于方形房间，是无法适用于真实的包含多种形状可能的房间场景的。如果不按照均匀等分布灯，而是手工选择灯的排布位置，那么就存在某些区域由于灯的密度高而照度高(人感觉有眩光)，某些区域由于灯的密度低而照度低(人看不清)，区域之间不均匀的情况发生。不但影响美观，而且影响整个房间的功能性。c)未考虑灯除光通量外的参数(如图1示出的配光曲线)的影响。灯的光通量如何在空间上分布，比如是否灯360度发光，还是仅沿着一个方向发光，均会影响其所在场景的光分布。原技术仅考虑光通量来排布灯是非常不合理的。
5.3)结果呈现缺乏科学性：已有技术使用建筑设计软件revit渲染来模拟最后布灯的结果，为设计师和工程师提供参考。建筑设计软件revit渲染并不是业内认可的基于物理正确的光学模拟软件，其结果主要是提供一个逼真的图像，即让人看起来视觉好看，但并不符合物理光学分布正确的结果。使用设计软件revit渲染来模拟最后布灯结果无法让人提前明确布灯以后空间的光分布结果，达不到“对光的投射方向、工作面的照度、照度的均匀
性、眩光的限制”提前预判的目的。
6.背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。


技术实现要素：

7.有鉴于现有技术的一个或多个缺陷，本发明设计一种布灯方法，包括：
8.s101：构建或获得场地三维模型；
9.s102：构建虚拟灯具；
10.s103：在所述场地三维模型中自动排布所述虚拟灯具，生成多种虚拟灯具布局；
11.s104：对所述多种虚拟灯具布局进行自动补灯；和
12.s105：从补灯后的所述多种虚拟灯具布局中自动选择一种虚拟灯具布局。
13.根据本发明的一个方面，其中所述步骤s101包括：基于bim技术，根据实际场地信息构建场地三维模型。
14.根据本发明的一个方面，其中所述步骤s102包括：基于虚拟灯具的光通量和光分布曲线构建虚拟灯具。
15.根据本发明的一个方面，所述虚拟灯具的光通量和光分布曲线由灯具标准信息文件自动转换或者手动输入。
16.根据本发明的一个方面，其中所述步骤s103包括：基于所述场地三维模型中的可布灯区域、不可布灯区域、天花板层高以及各虚拟灯具的间距和起始点，自动排布虚拟灯具，生成多种虚拟灯具布局。
17.根据本发明的一个方面，其中所述步骤s103还包括：基于材料光学属性，构建所述虚拟灯具布局的光学模拟空间。
18.根据本发明的一个方面，其中所述步骤s104包括对每一种虚拟灯具布局执行以下操作：
19.s104-1：对所述光学模拟空间进行光线追踪；
20.s104-2：构建虚拟工作面，获取虚拟工作面的照度；
21.s104-3：扫描所述虚拟工作面，在照度低于阈值的区域补灯；
22.s104-4：对补灯后的光学模拟空间进行光线追踪，更新所述虚拟灯具布局。
23.根据本发明的一个方面，其中所述步骤s104-3包括：基于所述虚拟灯具的照度辐射半径窗口，自动扫描所述虚拟工作面，在照度低于阈值的窗口内补灯。
24.根据本发明的一个方面，还包括重复执行步骤s104直至整个虚拟工作面的照度高于阈值。
25.根据本发明的一个方面，其中所述步骤s105包括：基于自动优选算法，对补灯后的多种虚拟灯具布局进行排序，选择最优的虚拟灯具布局。
26.根据本发明的一个方面，所述自动选优算法包括基于数据集和排序算法确定评估指标的排序和权重。
27.根据本发明的一个方面，所述评估指标包括全场平均照度、照度标准差、照度大于300lux的比例以及照度大于500lux的比例。
28.根据本发明的一个方面，其中所述步骤s105还包括：将所述最优的虚拟灯具布局
集成回所述场地三维模型，输出光空间分布图和补灯后的场地三维模型。
29.根据本发明的一个方面，还包括：
30.s106：根据所述自动选择出的虚拟灯具布局进行布灯。
31.本发明还设计一种计算机可读存储介质,包括存储于其上的计算机可执行指令，所述可执行指令在被处理器执行时实施如上所述的布灯方法。
32.本发明设计一种照明的自动模拟优化布灯算法，可以实现从bim模型中自动读取天花板，按照不同的起始点和间距进行天花板多种方案的自动布灯，然后运转radiance光学模拟引擎，根据灯的物理参数模拟不同自动灯具布局后的照明空间真实效果，在局部暗区域进行自动布灯，最终在所有方案中根据工作平面照度，照度均匀度等量化标准，选择最优方案进行输出。整个流程完全自动不需要人工参与，而且灯光排布基于物理模拟引擎，结果科学可靠，设计师/电气工程师可以通过模拟结果预览真实的现场光效果，选出的灯具布局图可直接用作施工。
附图说明
33.构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
34.图1示出了灯具配光曲线参数示意图；
35.图2示出了本发明一个实施例的布灯方法流程图；
36.图3示出了本发明一个实施例的布灯方法之步骤s104的流程图；
37.图4示出了本发明一个实施例的自动布灯流程图；
38.图5示出了本发明一个实施例的自动布灯示意图；
39.图6示出了本发明一个实施例的自动补灯示意图。
具体实施方式
40.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
41.在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
42.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术
人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
44.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
45.本发明设计的布灯方法，基于物理模拟的自动布灯以及局部补灯，并从多个灯具排布方案中自动量化优选，整个流程完全自动，不需要人工参与，而且灯光排布结果科学可靠，设计师/电气工程师可以通过模拟结果预览真实的现场光效果。
46.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
47.图2示出了本发明一个实施例的布灯方法，所述布灯方法100包括：
48.在步骤s101构建或获得场地三维模型，即虚拟化的三维空间模型。可以调取已经建好的模型，或者通过建模方法新建模型，例如利用三维软件建模、通过仪器设备测量建模、利用图像或者视频建模等。根据本发明的一个优选实施例，可以基于bim技术根据实际场地信息构建场地三维模型。具体地，可以使用建筑设计软件，例如revit、archicad、microstation或tekla，构建场地bim模型。
49.在步骤s102构建虚拟灯具。根据照明方案的关键信息构建虚拟灯具，标准的光学物理模拟灯具包含虚拟灯具的光通量和光分布曲线等重要参数，优选地，这些参数可由灯具标准信息文件转换或者由人工提供。其中，灯具标准信息文件例如国际iec灯具标准或国家gb灯具标准。
50.在步骤s103，首先基于在步骤s101构建或获得的场地三维模型识别天花板信息，其中，天花板信息包括可布灯区域、不可布灯区域以及层高，然后结合材料光学属性，构建光学模拟空间，最后结合在步骤s102构建的虚拟灯具生成多种虚拟灯具布局。所述材料光学属性包括但不限于材料的颜色、对灯光的吸收率、反射率等属性。具体地，自动识别bim模型中天花板区域形状(即天花板边界)以及层高信息，结合房间光学材料假设，构建光学模拟房间；然后根据bim模型自动识别天花板区域不能放置灯具的位置，比如通高的柜子或者喷淋等设备；最后，基于天花板信息、各灯具间距和各灯具起始点，自动生成多种虚拟灯具布局。根据灯具排布的专业规则，基于天花板的形状以及不同灯具间距和不同灯具起始点进行多种灯具排布布局，将虚拟灯具放置在不同布局中灯具的位置上并且自动避开不能放置灯具的位置或区域。
51.在步骤s104对生成的多种虚拟灯具布局进行自动补灯。建筑物中的环境较为复
杂，而且不同的场所可能对于照明环境具有不同的要求，因此对于生成的虚拟灯具布局，需要根据其照明效果来进行相应的补灯。根据本发明的一个优选实施例，如图3中所示的流程图，对每一种虚拟灯具布局执行以下操作：
52.在步骤s104-1对光学模拟空间进行光线追踪，例如通过建筑光环境模拟软件radiance进行物理光线追踪，radiance是采用了蒙特卡洛算法优化的反向光线追踪引擎，广泛应用于建筑采光模拟和分析中，生成的图像效果非常接近真实物理光环境。也可以根据需求使用其他光环境模拟软件，例如ecotect和sunshine等，它们都能对建筑的自然采光和人工照明等条件下的建筑光环境进行全面的模拟分析计算。更进一步地，还可以将radiance与最新加速算法结合，进一步加速以缩短计算时间。
53.在步骤s104-2构建虚拟工作面，获取各个虚拟灯具布局的照明分布结果，例如虚拟工作面的照度。照度指物体被照亮的程度，采用单位面积所接受的光通量来表示。利用软件进行照度的模拟，获得的照度值为光源最优状况下的理论值，由于灯具的反射器和光源等原因，理论值和实际值有一定区别。
54.在步骤s104-3对构建的虚拟工作面进行扫描，将各区域的照度分别与阈值相比对，发现暗区域(一定面积占比低于照度标准的区域)，然后补加虚拟灯具以增大该按区域的照度；或者发现过亮区域，删减虚拟灯具以降低该过量区域的照度。根据本发明的一个优选实施例，可以基于虚拟灯具的照度辐射半径窗口，自动扫描虚拟工作面，在照度低于阈值的窗口内补灯。
55.在步骤s104-4对补灯后的光学模拟空间再次进行光线追踪，更新虚拟灯具布局。具体地，使用第一次的虚拟灯具位置以及后期补加或删减后的虚拟灯具位置，运转radiance第二次物理模拟，更新灯光布局的照明分布结果。如果有必要，可以重复上述步骤，多次更改布灯位置、进行光线追踪然后更新虚拟灯具布局，以获得较为理想的方案。
56.通过步骤s104-1至s104-4对多种虚拟灯具布局进行补灯，根据本发明的一个优选实施例，还包括重复执行步骤s104直至整个虚拟工作面的照度高于阈值。然后在步骤s105，根据预设标准，从补灯后的多种虚拟灯具布局中选择一种虚拟灯具布局。具体地，按照预设的空间灯光评估标准(例如工作面平均照度、照明均匀度、炫光比例等)进行多维度评估，对补灯后的每一个布局方案进行评估，选择最符合理想灯光空间分布的灯具布局方案。将最终方案的模拟灯具集成回bim模型，输出光空间分布图和包含优化后灯具布局信息的场地三维模型。根据本发明的一个优选实施例，基于自动优选算法，对补灯后的多种虚拟灯具布局进行排序，选择最优的虚拟灯具布局。生成天花板照明布置图，可直接用作施工。
57.自动选优算法包括基于数据集和排序算法确定评估指标的排序和权重。具体地，自动选优算法目标于从生成的所有可能的虚拟灯具布局中选择最优的布局进行输出，这个过程最重要的是对方案进行排序。根据本发明的一个优选实施例，首先，按照照明审核标准确定4个评估照明方案优劣的最重要的评估指标，这四个评估指标分别是：全场平均照度meanlux，照度标准差stdlux，照度大于300lux的比例ratioluxlt300以及照度大于500lux的比例ratioluxlt500。这四个评估指标可以分别被诠释为：1)目标空间整体是否足够亮；2)目标空间的照度是否均匀，是否虽然平均照度高但有过亮和过暗的情况同时存在；3)目标空间是否有非常暗(影响视觉功能)的区域；4)目标空间是否有照度较低(不影响视觉功能，但影响观感)的区域。
58.这四个评估指标的重要性排序很关键，相关的权重也很关键。关于四个评估指标的排序和权重的获得，根据本发明的一个优选实施例，可以创建一个由照明专家人工进行多个方案(例如50个)排序得到的最优结果的一个数据集，基于这个数据集将四个评估指标通过pair-wise排序算法获取重要性权重，从而得到了最后的矫正后的排序选优算法。使用这个算法，可以自动识别方案中每个感应器位置计算出的照度，然后计算出来四个参数的数值，最后自动排序选出最优结果。
59.综上所述，通过步骤s101-s105实现自动布灯，根据本发明的一个优选实施例，布灯方法100可以集成到radiance光学模拟引擎中自动执行，整个流程不需要人工参与，而且灯光排布基于物理模拟引擎，结果科学可靠。优选地，还可以将最优的虚拟灯具布局集成回场地三维模型，输出光空间分布图和补灯后的场地三维模型。最后，在步骤s106，根据自动选择出的虚拟灯具布局进行布灯。
60.图4示出了本发明一个实施例的自动布灯流程图，首先通过revit软件构建场景的bim模型，然后构建模拟灯具，接着获取天花板边界和房间光学材料属性，以获取不能布灯区域和构建光学模拟房间。然后，根据天花板的可布灯区域、不同灯具间距和不同起始点进行多种灯具排布，自动生成灯具布局1、灯具布局2
……
灯具布局n，对每一种灯具布局进行物理光线追踪、暗区域补灯及二次物理模拟，得到最终的灯具布局。最后根据专业照明评估标准，在多维度评估后选择最优照明布局，并输出基于物理模拟的光空间分布预览图，以及包含优化后灯具布局信息的bim模型。
61.以下对自动布灯和布灯的策略详细描述。
62.图5示出了本发明一个实施例的自动布灯示意图，首先根据房间天花板形状大小，算法按照不同起始点、不同灯具间距，给出多个灯具布局。图5中示出了六个灯具布局的工作面照度评估结果，灯具按照x方向间隔一个矿棉板，y方向间隔两个矿棉板，或者x方向间隔两个矿棉板，y方向间隔一个矿棉板的规律排布，共有六种规则排布方式。本发明的布灯方法可以自动避开所需的规避物并生成按照上述六个规则排布原则的灯具布局，之后自动启动radiance模拟引擎对每一种布局进行模拟计算，输出的工作面照度falsecolor评估结果。其中纵横排布的橘黄色方块代表模拟灯具位置，上方偏右侧的浅黄色长方体代表自动识别的天花板障碍物(即不可布灯区域，灯具布置会自动避开此区域)，工作平面各点的照度高低由颜色代表(照度和颜色关联见最右侧的颜色条)，蓝色代表较暗区域，黄色代表较亮区域，红色代表过亮区域。在实际项目中，房间布局大多是复杂的形体，简单灯具排布方式经常会忽略一些边界和角落情况从而造成暗区(这也是人工布灯会出错的地方)。暗区的存在会导致此区域人的视觉功能受局限，从而影响空间的功能性(比如商业空间货架的商品顾客看不清，从而损失销量)，甚至发生安全问题(比如区域过暗导致看不清摔跤)。
63.为了规避暗区，图6示出了自动补灯示意图，在工作平面照度模拟完成后，基于窗口扫描法，按照一个灯的照度辐射半径窗口(如图6左下图中的方框)，自动扫描所有可放置灯的位置(如图6左上图和右上图中红点代表灯具的位置)，发现暗区(例如低于照度标准的区域)，在暗区自动加灯。图6中左上图和右上图中黑框代表房间平面轮廓，圆点代表灯具位置；其中左上图为补灯前灯具位置，右上图为一处补灯后灯具位置；左下图和右下图代表布灯方法自动生成的照度分布的量化评估falsecolor结果。其中，蓝色区域代表暗区域，黄色区域代表亮区域，绿色区域代表亮度适中的区域。如果窗口扫描在亮区域，则不会加灯；窗
口扫描在暗区域，则会进行补灯。补灯后会重新更新照度分布图(如图6中右下图所示)。经过完全扫描不停迭代以后，所有的暗区均会被补充上灯，确保没有暗区的存在，整个目标区域均匀照亮。
64.本发明的技术方案为整个端到端的流程，直接读取从场地可获取的bim3d模型，最终输出排布好最优灯具布局的模型(模型中已经放置好虚拟灯具，并且所有灯具的参数已经自动设置好)。其中，自动布灯并且选优的算法为revit api代码开发，主要包含三个部分：自动布灯算法(如图5)、自动补灯算法(如图6)和自动选优算法。上文对每个算法都进行了详细的描述。整个流程完全自动不需要人工参与，而且灯光排布基于物理模拟引擎，结果科学可靠，设计师/电气工程师可以通过模拟结果预览真实的现场光效果，选出的灯具布局图可直接用作布灯施工。
65.本发明还提供一种计算机可读存储介质,包括存储于其上的计算机可执行指令，所述可执行指令在被处理器执行时实施如上所述的自动布灯方法。
66.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。