Основні поняття про системи автоматизованого проектування освітлення

 

 

 

 

Рис. 17 – Оптичні характеристики поверхні відбивача

 

 

Підготовка розрахункової моделі.  Геометрична  модель  виконується  в SolidWorks у вигляді зборки й транслюється в TracePro у форматі Step. Варіанти відбивача будемо створювати в SolidWorks як конфігурації, обумовлені параметрами – змінними проектування, і передавати в TracePro. Змінювати положення джерела світла й патрона будемо безпосередньо в програмі оптичного аналізу, використовуючи наявні в ній функції.

 

Джерело світла – газорозрядна лампа з розсіюючою колбою. Її імітація в програмі не є тривіальним кроком. На відміну від ламп розжарення, де джерелом світла є нитка, поверхня якої і є випромінювач, тут світло випромінюється люмінофором від джерела всередині колби. Відтворити цей процес у деталях непросто, тому призначимо зовнішній поверхні лампи поза патроном випромінюючу здатність із розподілом світлового потоку в півпросторі по ламбертівському типу. Для цього в панелі Properties  Surface Source (Властивості  Поверхневе джерело) полю Angular Distribution (Кутовий розподіл) привласнюємо значення Lambertian (Ламбертове). Окреме питання – про те, як розподіляється інтенсивність світлового потоку по поверхні лампи. Якщо експериментальні дані відсутні, то іншого варіанту, крім як припустити однорідний розподіл по площі, немає. Проте, з огляду на те,    що    критерій    якості    для    конструкції    не    є    наслідком    строгих

 

закономірностей, у розрахунку приймемо саме це допущення. Випромінюючу зовнішню поверхню лампи програма розбиває на чотири частини. Тому загальний світловий потік розподіляємо по цим поверхням пропорційно їхній площі. Абсолютна величина світлового потоку в даному завданні незначима, оскільки   нас   цікавить   тільки   розподіл  світлового   потоку.   На   рис.   18 показаний Source Editor (Редактор джерел) – таблиця з даними про джерела світла. Загальний світловий потік становить 20000 лм. Ці параметри будуть використовуватися в подальших розрахунках, коли нас цікавить   абсолютна величина сили світла. Тут же припустимо, що інтегральний світловий потік

дорівнює 1 лм.

 

 

 

 

Рис. 18 – Оптичні характеристики поверхні відбивача

 

 

Ще одне питання, що вимагає прийняття рішення, формулюється так: що відбувається, якщо промінь світла, будучи випущеним з поверхні лампи, відіб'ється від рефлектора так, що потрапить назад на лампу, а, взаємодіючи з колбою, виявиться усередині її? Відповідь на нього є темою окремого розгляду. Ми ж домовимося, що якщо промінь світла потрапить усередину колби, то він повністю поглинеться. Залишається реалізувати це рішення. Якщо внутрішній поверхні колби призначити властивість абсолютного поглинання,   то,   окрім   променів,   що   потрапили   усередину   колби,   це торкнеться й тих, які можуть відбитися від внутрішньої поверхні колби, вийшовши  потім  назовні.  Як  показує  обчислювальний  експеримент,  їхнє число становить тільки відсотки від загального числа випущених джерелом

 

променів. Але рішення проблеми не вимагає істотних зусиль – досить усередину колби помістити поглинаючий світло об'єкт. Утворимо його еквідантисою до внутрішньої поверхні колби, зміщеною усередину на малу величину. Беручи до уваги, що цей об'єкт повинен «супроводжувати» колбу в ході   переміщень,   що   супроводжують   пошук   оптимуму,   зробимо   його частиною патрона (рис. 19). Його поверхні, як було зазначено вище, є абсолютними поглиначами.

 

Оскільки ефект переломлення й об'ємного поглинання світла враховується тільки для колби, інші об'єкти можуть мати як твердотільний, так і поверхневий вид. Виходячи з міркувань мінімізації трудомісткості підготовки вихідної  геометрії,  а  також  її  модифікації,  відбивач  будемо  описувати

поверхнею, а патрон разом з «внутрішністю» лампи – твердим тілом.

 

 

 

 

 

Рис. 19 – Об'єднання об'єкта усередині колби з патроном

 

 

Налаштування обчислювального процесу. Отримання оптимального проекту вимагає великої кількості ітерацій. Відносно висока точність розрахунків необхідна  по  двом  причинам.  Перша  –  очевидна:  точніше  розрахунок кожного  кроку,  точніше  рішення.  Друга  пов'язана  зі  стійкістю оптимізаційного алгоритму. Ухвалення рішення про те, яким повинен бути

 

наступний крок базується на результатах попередніх (залежно від типу алгоритму – всіх або якого-небудь числа останніх). На якомусь етапі різниця в результатах розрахунків стає порівнянна з точністю окремого кроку. Однак, з огляду на те, що реалізація алгоритму оптимізації припускає втручання оператора, не будемо занадто вибагливі до точності кожного окремого етапу. Обсяг обчислень може бути радикально скорочений, якщо при відображенні результатів урахувати осьову симетрію, активувавши опцію Symmetry  Rotational (Симетрія  Осьова) у вікні, що визначає налаштування для діаграм. Ще один фактор – точність всіх етапів повинна бути однакова. Практичні розрахунки показали, що 25 – 30 тисяч променів у даному завданні цілком достатньо для одержання точності достатньої для роботи алгоритму оптимізації.

 

Вирішуючи завдання про взаємодію променя світла з поверхнею, TracePro аналізує геометричні параметри в точці входу/виходу променя. Ця процедура супроводжується тригонометричними обчисленнями. Для прискорення процесу програма (без участі користувача) ділить поверхні на дві групи: ті, для  яких  існує  аналітичне  вираження  (площини,  сфери,  циліндри, параболоїди, і т.д.), а також сплайнові поверхні. В останньому