[发明专利]一种表征空间光环境感知亮度的方法

说明书

本发明公开了一种表征空间光环境亮度的方法。通过设计和建立不同典型的光环境空间及其光源类型和主要物体表面材质等，利用亮度计算中所涉及到的各种物理参数和计算方法，根据各种参数之间的关系推导亮度计算方程，并且对亮度计算方程提出计算方法。通过人眼视觉感知分析光线在空间中与物体表面的交互的过程，从光源的光线出发，经过物体表面发生多次反射、折射最终到达人眼的物理过程，并结合亮度计算方程，将建立好的光环境空间明暗感知的亮度计算方法，利用软件程序平台优化实现。因此，本发明提出的方法将有助于光环境设计人员更好设计出舒适合理的光环境，同时有助于科研人员进一步研究人眼视觉亮度与光环境之间的关系。

技术领域

本发明属于光环境中的人眼视觉感知领域，涉及光环境中的亮度与人眼视觉的关系，还涉及空间光环境的设计等。

背景技术

随着现代化飞速发展和人们生活质量不断提升，人们对于健康舒适光环境的需求也不断提高；同时，合理并充分有效表征光环境也一直是科研研究领域的一个重要方向。光环境的表征所需要的参数有很多，如：照度、亮度、色温、颜色以及频闪和眩光等。而表征光环境中明暗的参数照度和亮度，是各类场合对光环境的参数最基本要求，也是反应人们视觉处理各类事务的重要需求，这就要求光环境设计人员在设计时就要利用公式计算、软件模拟等手段将这些参数控制在合理的范围之内。然而，从照度的定义中可以发现照度仅仅表示的是被照面所接受的光的数量，从一定程度上来说只能够间接地反映光环境的明暗，却不能准确地描述光环境被感知到的明暗程度。因为，不同表面反射率的物体拥有相同的表面照度，人眼所看到的亮度是不一样的；所以，照度作为表征光环境明暗的参数并不能满足健康光环境设计的需求，因此需要用亮度进一步表征光环境明暗，才能完全反应人眼对于空间明暗的感知。而用亮度去表征光环境会存在理论计算复杂、测量仪器限制和光环境模拟设计困难等问题，因此本发明从这些问题出发，提出了一种用于表征空间光环境的亮度计算方法，从而更方便的利用亮度去表征光环境。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了针对基于照度的光环境表征方法不能准确地描述光环境被感知到的明暗程度和用亮度去表征光环境会存在理论计算复杂、测量仪器限制与光环境模拟设计困难等问题，提出了一种表征空间光环境亮度的方法。利用亮度计算中所涉及到的各种物理参数和计算方法，根据各种参数之间的关系推导亮度计算方程。通过人眼视觉感知分析光线在空间中与物体表面的交互的过程，从光源的光线出发，经过物体表面发生多次反射、折射最终到达人眼的物理过程，并结合亮度计算方程，将建立好的光环境空间明暗感知的亮度计算方法，并利用软件程序平台优化实现，使得该表征方法方便可行，可以为光环境设计人员提供更能反映人眼视觉特性的设计指导；从而使得在满足各类功能需求的同时，也能实现健康舒适的需求。

技术方案：

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种表征空间光环境感知亮度的方法，包括如下步骤：根据实际场景搭建物理场景，物理场景中有视平面、具有材质信息的物体和用来模拟人眼、采集光线的光探测器模块；确认计算区域；完成光线采样，并确认光源位置；根据亮度计算方程计算人眼在计算点P的感知亮度值；所述亮度计算方程为：

式中，ω_i是第i光线的空间立体角，是空间立体角的角度范围；L_ei(P,ω₀,λ)为入射光谱辐亮度，θ_i为入射光线与法线之间的夹角，f_γ(P,ω_i,ω₀,λ)为描述物体表面对任意方向的入射光线在任意方向的光谱反射率，λ表示波长。

优选的，对于计算点P，沿着法线所在半空间进行光线采样。