数字城市照明设计方法研究
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对城市照明特定指标进行场景抽象后建模,由此获得 城市照明场景的数字化描述,并可转换成几何图形。
该方法采用了城市照明场景中部分有关信息,在粗糙
级理论基础上,考虑各影响因素的权重,将影响因素抽
象化。 由视觉认知心理学研究成果表明,光不仅仅被看
成是一种刺激,而更应该被看作为一种结构¨1。该结
构的实质是空间画面的平面特点,因为人们的生理构
城市照明是城市功能照明和城市夜间景观照明的 总称。城市照明是一种非常复杂的照明工程,它不仅 涉及到照明技术、艺术、设计理念和节能等问题,而且 还要求能在虚拟仿真空间中,用动态的交互方式对城 市照明设计方案的现在、将来的城市照明真实效果进 行场景漫游,达到三维动态的可视化效果,使城市照明 设计更为科学合理,实现绿色照明工程要求。
Abstract:This paper has introduced a kind of design method for digital urban lighting,it is an application of the illumi— nating engineering in digital city and a kind of measurable,dynamic visualization design method of the effect of digital urban lighting.A kind of new artificial method of scene imitation has been proposed in this paper.After taking pictures by verified digital camera,the luminosity and color information are taken to imitate the effect of urban lighring design,to display the current and future effect of lighting for the scene and thus optimize the urban lighting design plan to meet the demand of energy—-conservation and beautifying the urban night scene. Keywords:digital ciigital lighting;lighting design method;digital camera
数字城市照明的基础数据同样包含城市空间基础 信息和城市基础属性信息,但后者在不同的研究系统 中差别较大。例如,对于数字城市道路照明而言,它的 属性数据所包含的主要信息有三个方面:照明信息方 面、道路信息方面和相关信息方面。
照明信息方面有光源种类、光源功率、流明维持系 数、寿命等;灯具配光曲线、效率、大小、重量、材质、形 状,截光类型,外观颜色等;灯杆材质、厚度,灯杆安装 间距、高度、挑臂长度等;道路固定照明布置方式等;光 源、灯具和灯杆的生产厂家,施工单位质保承诺资料、 负责人,监理情况,安装日期、清洗维护日期等;路面平 均亮度、平均照度,环境亮度,失能眩光,总均匀度和纵 向均匀度,光学和视觉的诱导性等。
自从1998年提出“数字化地球”概念后,世界上 掀起了研究数字地球的高潮。1999年11月于北京召 开了“数字地球国际会议”,并发表了“数字地球”北京 宣言。数字地球是信息技术、多媒体技术、数字技术与 虚拟技术等的结晶,也是数字化、网络化、信息化的产
物,是科学技术不断发展的必然结果。数字城市的概 念源自数字地球,并可以通过简单的类推从数字地球 中就能得到数字城市概念。
第28卷第1期 2006年2月
重庆建筑大学学报 Journal of Chongqing Jianzhu University
数字城市照明设计方法研究4
V01.28 No.1 Feb.2006
陈仲林, 杨春宇, 翁 季, 刘 波, 李 毅, 张晟鹏
(重庆大学建筑城规学院,重庆400045)
摘要:介绍了一种数字城市照明设计方法。它是数字城市在照明工程中的具体应用,也是一种数字城市 照明效果定量化、动态可视化的设计方法。建议了一种新颖的场景仿真方法,即通过已标定好的数码相 机拍摄场景后,提取光度和色度信息,对城市照明设计的效果进行仿真,显示被研究场景的现在、将来的 照明效果,从而可以进一步优化城市照明设计方案,达到节能和美化城市夜景的目的。 关键词:数字城市;回归分析;城市照明;数字照明;照明设计方法;数码相机 中图分类号:TUll3.6+4 文献标识码:A 文章编号:1006—7329(2006)01—0001—03
理论算出相应的色品坐标石7、Y’;如以BM一5A色度亮
度计测得的色品坐标z、Y为准,则除了青色和绿色外,
相对误差均在一5%~+5%范围内,计算结果是较为
满意的。
在正常曝光条件下,数码相机拍摄的数字图像的 灰度D与曝光量日的对数成比例,并可用下式表示:
D=ylgH+m
(5)
式中:Y为数码相机CCD感光特性曲线的直线段斜
目,一iQ:塑坐二Q:Q垫兰2堡!±!Q:!垒垒二Q:!!Q堡!堡:
“一0.939x一0.178z
(3)
或
丹,一!Q:2呈圣兰二Q:Q至Qz2堡!±!Q:!Q2兰二Q.!三Qz2堡!
“一0.939y一0.071z
(4)
现由(1)式、(2)式和(3)式或(4)式与PhotoShop 读出的灰度值,计算出口’,再根据色度学系统的基本
上式整理后求得被测目标的亮度
£。:一4 F,210(宁)
(7)
7r7_1
数码相机拍摄的数字图像的灰度D可用相应的
三刺激值R 7、G’、B 7表示
D=0.299R’+0.587 G’+0.1 14 B’
的光度量和色度量,也可获得真实的数字纹理图。因
为数码相机毕竟不是一种测光、测色仪器,所以应对数
码相机进行标定,也就是将数码相机光学特性化∞·。 用数码相机测量道路照明的路面亮度分布的关键
是将摄取的数字图像的象素灰度值,,、,。、,。转换成对
应的刺激值R 7,G 7、B’,即将数码相机光学特性化。当
数码相机的曝光程序选择自动模式时,在实验室里对
造决定了人眼所接受的空间信息只能以二维的、平面
的形式成像在视网膜上,所以,图像是三维物体的二维
视网膜上投影;静止的图像按时间序列连在一起就是 运动图像,这种含有时间分量的图像序列形成了物体
的三维空间的视觉特性H J。数码相机是当今数字化、 信息化时代的产物,这是由CCD获得场景的亮度和色
度信息,并将信息以数字图像的形式储存在内存中,可
影响的信息,然后利用道路照明计算软件定量计算出
亮度数据,再将对应的亮度等叠加后就可以获得道路
照明有关信息;并可以获得模拟的数字纹理图,使数字
城市道路照明达到逼真的视觉效果。这里所谓用数码
相机按一定规律拍照,即应严格按规定时间在一个标 高和轴线上对目标物拍照,即采用观察点按时间变化
而变化,目标物不动,最后就可以获得背景光环境影响
2数字城市照明虚拟仿真
在解决好有关的数字城市照明的关键技术基础 上,根据数字城市照明的基础数据,采用国内已有的技 术先进、功能完善的城市建模与三维景观可视化系统, 以及采用国内外优秀的照明方面定量计算软件,自编 必需的软件,然后将它们合理地链接起来,使之具有城 市照明量化分析和虚拟仿真的功能。数字城市照明虚 拟仿真的第一步是合理的城市三维建模,可采用造型 软件建模方法,它实质上是在城市空间的基础数据上,
率,也称为反差系数;m为系数。
在正常曝光条件下,数码相机的CCD输出也遵循
曝光量的定义,即曝光量日等于数码相机CCD面阵上 照度E和曝光时间T的乘积;并由光度测量系统中镜 头成像研究表明:相机镜头后的像面照度由被测目标
的亮度厶、相机镜头的光透射比7-和拍摄时光圈F大
小确定,
D="lg(器厶)+m
(6)
进行数字城市照明设计时,不但要解决好数字城 市照明的关键技术¨J,而且还要确定数字城市照明的
属性数据,并能对数字城市照明的海量数据进行有效 管理和开发等。
1 数字城市照明的基础数据
城市空间的基础数据是数字城市建设的重要内 容,它是表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特 征方面信息的数据怛J。城市空问的基础数据包含城 市空间基础信息和城市基础属性信息。城市空间基础 信息用于空间对象的定位,以表示空间的位置、距离和 空间关系(拓朴关系),它反映了在一定尺度下能完整 描述城市自然和社会形态的地物地貌信息和管理境界 信息,常采用空间坐标、图形和图像等表示,需要建立 数字矢量线划数据库(DLG数据库)、数字正射影像数 据库(DOM数据库)、数字高程模型数据库(DEM数据 库)、数字栅格线划数据库(DRG数据库),即需要建立 4个图形数据库;城市基础属性信息是空间目标的属 性,用来表示与空间对象相关的特征和特性,常采用数
通过数据接口将信息传输到计算机内,最后利用Pho—
toShop数字图像处理软件获取客观物体的光度和色度 信息。对于城市照明工程项目来说,除了采用造型软
件建模方法外,还可以采用数码相机、激光扫描仪获取
的三维数据建模,并与城市照明的定量计算软件获得
的数据叠加后实现。例如对于拟建的道路照明来说,
可利用数码相机按一定规律拍摄该道路的背景光环境
道路信息方面有道路类型、车辆限速和相应的照 明等级,交通流量、车辆种类和行人状况,路宽、坡度、 走向、车道数和道路复杂程度,道路分隔状况,交通信 号灯等交通控制设施状况,交会口情况;路面铺装分 类,修建和养护情况,施工单位及负责人,主管单位和 业主负责人,监理和验收情况等;行道树情况;路旁建 (构)筑物情况;道路附近的广告和景标照明的位置和 形状及其光色、亮度等情况。
标准灰板、色板进行测试,且在实验结果中去掉使回归