Conception paramétrique et éclairage naturel en architecture – Inter réflexion et détails de la méthode directe

Apres l’étude d’un brevet dans la publication précédente on s’intéresse ici à 2 articles scientifiques:

  • Le premier que l’on pensait centré, à la lecture de l’abstract, sur la lumière inverse mais qui s’est avéré porter sur les inter-reflexions de la lumière, nous le commentons quand même ici car c’est un élément important à prendre en compte dans la simulation inverse de la lumière.
  • Le second qui porte sur les facteurs clés lors simulation directe de la lumière pour compléter le cas particulier du premier article.

1. Simulation des inter-réfléxions

La majorité des algorithmes d’acquisition de lumières ne prennent pas en considération les facteurs d’inter réflexions, ce qui facilite les calculs. Cependant avec la méthode inverse tous ces facteurs seront pris en compte.

Ce document établit les équations mathématiques et les calculs fondamentaux de transport de lumière selon la méthode inverse.Le problème qui se pose c’est que la lumière présente n’est pas acquise uniquement de la source elle-même, il y a aussi les effets de cette lumière sur la scène qui entre en jeu. La lumière peut-être décrite de manière linéaire: la lumière acquise/sortante globale (Iout) s’exprime en fonction de l’opérateur S (matrice d’inter-réflexion) et de l’éclairage direct des surfaces par les sources externes. Ainsi les calculs se font de cette manière (du point de vue de l’obtention de la lumière émise par la source à partir de la quantité de lumière résiduelle en un point, i-e méthode inverse):

S: matrice d’inter-reflexion

I out : la lumière sortante globale

Id : l’éclairage direct émis par la source externe

Mais ce qui complique encore les calculs c’est qu’on ne peut pas trouver directement la matrice S .

Ce tableau récapitulatif met en évidence  l’influence des inter-réfléxions sur tous les calculs :

                                      Figure1.Dualité de lumiére directe et inverse

La démonstration de toutes ces équations mathématiques est détaillée dans l’article [1]. En fait le but de l’invocation de ce tableau est juste pour donner une idée sur quelques calculs fréquemment utilisé pour estimer la lumière acquise en tenant compte des inter-réflexions.

2. Evaluation des logiciels de simulation

On a déjà vu les principes de la méthode inverse pour la simulation de la lumière et quels sont les facteurs qui peuvent  influencer sur la quantité finale de lumière qu’on peut récupérer dans une pièce. On passe souvent par une série de cas-tests pour arriver enfin à trouver la meilleure combinaison de paramètres qu’il faut utiliser, d’où  l’importance des outils de simulation inverse de l’éclairage.

On a parlé dans une de nos publications précédentes des logiciels de simulations de la lumière comme le  DIALuxEVO. La validation de ces logiciels se base sur :

  • La comparaison entre simulations et mesures dans des maquettes expérimentales.
  • La comparaison entre simulations et mesures dans des scènes réelles.
  • La comparaison entre simulations de différents logiciels.

Le rapport de différence entre le résultat souhaité et le résultat trouvé est causé par la variété des sources influençant sur la propagation de la lumière et la complexité des scénarios qui se présentent.

Pour appliquer ces scénarios et trouver le meilleur choix de composants et de leurs caractéristiques on doit passer par ce qu’on appelle la conception de l’éclairage. Ces choix sont faits selon des considérations :

  • Thermiques
  • Acoustiques
  • Energétiques
  • Ergonomiques
  • Esthétiques
  • Architecturales

Et afin d’aboutir à un résultat optimisé il faut prendre en considération les interactions entre les différents paramètres.

Parmi les choses qui influencent sur les choix des paramètres on trouve la géométrie des objets qui présente un élément clé pour le calcul de la propagation de la lumière. On prend en considération les surfaces visibles des matériaux opaques, les surfaces du sol et des masques extérieurs. D’autre part on trouve  les effets des parois vitrées qui influencent énormément sur la quantité de lumière résultante. En effet ces parois présentent le premier filtre pour le flux de lumière entrant. La forme de ces parois influence différemment sur le flux de lumière. Parmi ces formes on trouve :

  • Ouverture simple : l’effet de l’ouverture dépend de ses dimensions et de son épaisseur. Du point de vue de la quantité et de la qualité du flux lumineux ne subit aucune    modification.
  • Vitrage classique : Le flux subit l’influence de la transmission directionnelle du vitrage. Il garde sa direction mais subit une atténuation qui dépend de l’angle d’incidence.
  •  Vitrage à aspect bi-directionnel : Le flux lumineux subira un cheminement dans une direction donnée.
  •  Eléments de protection solaire : Pour bloquer ou réorienter la lumière directe de soleil, exemple : les stores vénitiens, les brises soleil et les stores en toile.
  •  La goniophotométrie réelle et virtuelle des matériaux.

Références

[1] Manmohan Chandraker, Jiamin Bai, Tian-Tsong Ng, and Ravi Ramamoorthi. “On the Duality of Forward and Inverse Light Transport”.IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence,2011.

http://vision.ucsd.edu/~manu/pdf/pami_invlt.pdf

[2] La simulation numérique de l’éclairage, limites et potentialités

http://theses.insa-lyon.fr/publication/2004ISAL0016/these.pdf

Auteurs : KHLIF Wafa et POUCHOULIN Audrey
Sous l’encadrement de Vincent Tourre.

Licence: Licence Creative Commons
“Projet de veille technologique 2013 – Conception paramétriqe et éclairage naturel en architecture” est mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons – Pas d’Utilisation Commerciale – Partage dans les Mêmes Conditions 3.0 non transposé par KHLIF Wafa et POUCHOULIN Audrey

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