Конкурсный проект

[ConcursusMMX 4]

1. Описание задачи

Необходимо разработать алгоритм расчета освещенности для последующего написания программы, а также отработка алгоритма на тестовой задаче.

Программа может применяться на этапе проектирования помещений с учетом расположения окон и светильников.

В задаче использовались габаритные размеры реального офисного помещения с известными коэффициентами отражения для разных материалов (потолок, стены, пол, материалы столов).

Элементы комната (пол, стены, окна, светильники, столы, и т.д.) описываются набором треугольников.

Каркас комнаты , а также программная реализация были выполнена в программе трехмерного моделирования САПР «Сударушка» и в пакете разработчика (САПР «Сударушка») соответственно.

Рис.1. Макет комнаты

Рис.2. Макет комнаты с разбиением панелей на треугольниками

Рис.3. Макет комнаты с закраской поверхностей для проверки правильности разбиения и отображения направлений нормалей

С учетом некоторых допущений была получена формула, учитывающая сумму по всем треугольникам, видимым из данного треугольника.

Задача интересна разработкой алгоритма расчета (включая формулу),

применением различных типов сеток (грубой и точной) для расчета светимости (и яркости) треугольников, а также учета теней от различных предметов (расчет пересечений луча с треугольниками).

Визуализация была организована программно, а также в известной программе трассировки лучей POV-Ray.

2. Краткое описание работы

- Трудности и сложные места.

Для данной задачи(и для данной сетки) расчет с тенями и крупными треугольниками занимает около до 30 сек, расчет без учета теней с разбивкой входных крупных треугольников на мелкие занимает от 10 мин (в зависимости от разбиения).

Общее быстродействие будет равно О( N * N * M ) – для расчета с тенями (грубая и подробная сетки), и О(N*N) – без теней (только подробная сетка),

где N – число треугольников подробной сетки; M – число треугольников грубой стеки.

Основаная трудность была в том, чтобы ускорить работу алгоритма и довести ее хотябы до ограничения по быстродействию равному O( N * ln(N) * ln(M) ). Эта задача остается на данный момент нерешенной.

- Интересные элементы конструкции и решения.

В нулевом приближении была реализована программа (рис.4.) для случая излучающих и принимающих центров треугольников (каждый треугольник излучает из своего центра в центры всех остальных треугольников). Из-за этого могла возникнуть проблема с нулевыми расстояними между излучаетелем и приёмником, и как следствие, возникнуть белесые углы. Поэтому программа была улучшена таким образом, что излучают центры треугольников, а принимают углы. В этом случае дефектов из-за касания центров и углов(излучателя и приемника) можно избежать.

Рис.4. Предварительный расчет для оценки правильности алгоритма. Результаты представлены в виде векторов, величины которых пропорциональны освещенности в расчетных точках.

3. Окончательная конструкция/модель

Окончательные результаты получены добавлением в программу возможности вывода результатов в файл .pov. Далее была произведена трассировка для двух вариантов расчета (рис.5., рис.6.)

[

Рис.5. Расчет без теней

Рис.6. Расчет с тенями

4. Изготовление изделия (если было).

5. Выводы по изделию, какие результаты достигнуты, какие еще доработки вы считаете нужным сделать.

Разработана программа расчета и визуализации освещенности для любого помещения, которое можно представить в виде набора треугольников.

Итерационным метод Зейделя рассчитана система линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) и получены результаты для визуализации, как в программном пакете разработчика, так и в формате для программы трассировки, доступном широкому кругу пользователей.

Планируется дальнейшее проведение работ по следующим направлениям:

- включение в программу возможности проектирования каркаса помещения с учетом внутреннего интерьера.

- для проведения анализа расчетов необходимо записывать результат ещё и в виде грубой сетки с усреднением по освещенности (или яркости в зависимости от режима работы программы);

- доработка программы так, чтобы расчет освещения был произведен на точках, а не на треугольниках (излучают треугольники, а принимают точки). В этом случае результат получится плавным без артефактов;

- применить адаптивное разбиение: разбивать большие треугольники не везде, а там, где свет меняется резко;

- сравнение с известными светотехническими программами для расчета освещения;

- добавить и учитывать цвет (голубоватый цвет из окон, белый – из ламп, коричневый – от столов и т.п.).

ConcursusMMX, одобрено.

[GOLF_stream 293]

Работа на мой взгляд интересная, хотя, опять же на мой взгляд, перенасыщена "задачами". Конечно, можно учитывать отражение от матовых стен и других матовых предметов, например от резиновых подошв обуви. Но мне кажется, эта добавка будет незначительная. Кстати, подсчитывалось какова доля отражённого света? Да и нет смысла учитывать эту добавку, поскольку при расчёте освещённости интересует минимальная освещённость рабочей зоны, причём именно от источника света. Свет обычно включают, когда за окном темно. Поэтому, на мой взгляд, достаточно определить освещённость только от источников света, если будет больше, то это только плюс. Важно чтобы не было меньше. Зато задача становится довольно банальной.

А что будет если стены перекрасят или оклеят обоями? Снова пересчитывать? Как в 1С?

Ну и естественно, эта работа вовсе не о дизайне. Это чисто расчётная работа - формулы, уравнения, циферки...

[UgAr0FF 2]

Ну и естественно, эта работа вовсе не о дизайне. Это чисто расчётная работа - формулы, уравнения, циферки...

Полностью согласен, и вот что не понятно:

Каркас комнаты , а также программная реализация были выполнена в программе трехмерного моделирования САПР «Сударушка» и в пакете разработчика (САПР «Сударушка») соответственно.

- сравнение с известными светотехническими программами для расчета освещения;

Вопрос: Почиму бы сразу не считать в "известных светотехнических программах"?

P.S. В универе был такой предмет, как охрана труда, там были лабы, одна из которых - данная задача.

Для ручного расчета - все формулы известны, габариты комнаты вам дали. Зачем подбирать наугад количество овещающих элементов, если это очень быстро считается на листике (за одну пару, даже время естается покурить)...

[MAvlyudov 0]

Ну и естественно, эта работа вовсе не о дизайне. Это чисто расчётная работа - формулы, уравнения, циферки...

Почему не о дизайне? при проектировании помещения важно знать, как оно будет освещено.

А от отсвещения зависит планировка помещения и все что с этим связано. Так что расчеты помогают в этом.

[GOLF_stream 293]

Почему не о дизайне?

Потому что в этой работе нет дизайна. Здесь голый инженерный расчёт.

Дизайн - это придумать как будет освещено, какой формы будут источники света, как будут падать тени. Здесь этого ничего нет.

[MAvlyudov 0]

Так бы и сказали, что никакого места работа не займет

[GOLF_stream 293]

Так бы и сказали, что никакого места работа не займет

При чём здесь ЭТО? Во-первых, места определяю не я :)

Во-вторых, ты только ради места в конкурсе участвуешь?

[SHURINEX 0]

Под окнами, что за ящики?

Если это рабочие столы. То как сидят люди и падает тень предметов на рабочие столы от света потолочных светильников?

И главный вопрос: Какова цель исследования?

а то по описанию задачи, выходит целью было написание программы

1. Описание задачи

Необходимо разработать алгоритм расчета освещенности для последующего написания программы, а также отработка алгоритма на тестовой задаче.

[MAvlyudov 0]

Во-вторых, ты только ради места в конкурсе участвуешь?

Это я должен спросить: ради ли только места проводится этот конкурс?

Зачем вообще какие-то денежные призы.

Нет, не ради денег, не ради места. Но ведь ученые подают на гранты не ради участия.

А подают хорошие научные работы (заявки).

Под окнами, что за ящики?

Если это рабочие столы. То как сидят люди и падает тень предметов на рабочие столы от света потолочных светильников?

И главный вопрос: Какова цель исследования?

а то по описанию задачи, выходит целью было написание программы

Да, это столы. Подробная модель не делалась. Это тестовая задача.

Тени от предметов нету, т.к. пока что предметов этих нету. Есть еще рассчитанная модель

для параллелепипеда, висящего посреди комнаты. Вот там тени видны от самого объекта.

А некоторые цели описаны в пункте о том, что хотелось бы доделать.

Вообще цель была сравнить результат с ручными расчетами по СНиП. Делались также попытки

оценить коэффициенты отражения с помощью цифрового фотоаппарата, дабы потом учесть их в

расчетах и в программе.

Изменено 4 февраля 2011 пользователем MAvlyudov

[GOLF_stream 293]

Вообще цель была сравнить результат с ручными расчетами по СНиП.

Сравнили? Какие выводы?

[MAvlyudov 0]

Сравнили? Какие выводы?

Пока еще нет. Надо доделывать программу.

[Idol 0]

А разве афтор не знает о существовании программы Dialux? Она распространяется бесплатно, и делать со светом там можно всё что угодно и как угодно!

[Солнцеворот 207]

Я и не думал что кто-то работает в Сударушке... представить себе не мог

[GOLF_stream 293]

Решил всё-таки, проставить оценки. Дабы поддержать администрацию в этом неблагодарном деле.

Оценивать буду по категориям. Все оценки субъективны и самодурны. Общая оценка также субъективна и самодурна, алгебраической связи с оценками по категориям не имеет.

Общее впечатление: 1

Комментарий: не понятно ЗАЧЕМ городить всё это.

Оригинальность идеи: -3

Комментарий: усложнить расчёт освещенности - это не оригинально.

Объём проделанной конкурсантом работы / сложность построений: 3

Комментарий: работа проделана, но смысл её не ясен.

Общая оценка: 0

Комментарий: бессмысленно

[st03 0]

Заморочек очень много, но так и не понял какой результат. Может не совсем внимательно ознакомился.