王大川

(重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，重慶 400045）

0 引言

在建筑設(shè)計(jì)中，模擬自然天光與燈光照明是一項(xiàng)復(fù)雜的課題，涉及到許多的相關(guān)參數(shù)，但卻是在建筑設(shè)計(jì)中不可忽視的重要的一項(xiàng)，特別是在主要針對節(jié)能和舒適度要求的綠色或生態(tài)建筑的設(shè)計(jì)中。從20世紀(jì)80年代中期開始，一系列商業(yè)和開源軟件包被開發(fā)出來，用以專門處理建筑自然天光設(shè)計(jì)與燈光照明設(shè)計(jì)的相關(guān)問題，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的技術(shù)發(fā)展，建筑照明設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用日益廣泛。1994年的一項(xiàng)調(diào)查顯示，大約有50%的建筑光環(huán)境設(shè)計(jì)人員在實(shí)踐工程中使用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)和物理模型來輔助設(shè)計(jì)，特別是使用計(jì)算機(jī)模擬來進(jìn)行建筑之間的陰影分析。2004年的一項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)查顯示，參與者(照明設(shè)計(jì)相關(guān)研究人員、教育機(jī)構(gòu)、設(shè)計(jì)人員）完全不使用軟件技術(shù)模擬的降到了21%。

目前市場上已有超過50余種商業(yè)和開源照明設(shè)計(jì)軟件包，這些軟件的功能范圍從簡單的采光系數(shù)圖表分析到復(fù)雜的虛擬場景照片級渲染。筆者主要通過對現(xiàn)有市場上已經(jīng)被廣泛使用，并且具有綜合功能的照明設(shè)計(jì)軟件的特點(diǎn)進(jìn)行對比研究，采集了以下19款照明設(shè)計(jì)軟件的相關(guān)數(shù)據(jù):Radiance(開源軟件包），AGi32，Calculux，Dialux，LD Assistant，LightCalc，Lightscape，Microlux，OptisWorks，OptiWin 3D pro，Rayfront，Relux，SPEOS，Vectorworks Spotlight，Visual，Lighting Reality，TracePro，LightStar 4D，Ecotect。

以上軟件均是由國外相關(guān)公司與研究機(jī)構(gòu)開發(fā)，有的分析準(zhǔn)確但可視化功能不足，有的渲染結(jié)果圖片精細(xì)，但數(shù)據(jù)分析能力欠缺，而且沒有一個(gè)在各個(gè)功能方面都處于技術(shù)領(lǐng)先的主導(dǎo)軟件。筆者從多個(gè)角度對目前使用較為廣泛的照明設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行研究，分析這些軟件在相關(guān)功能上的優(yōu)缺點(diǎn)，以供相關(guān)從業(yè)者與研究者在選擇軟件時(shí)參考或同類型研究的借鑒。

1 研究背景

照明設(shè)計(jì)軟件的性能研究與對比研究很早就有研究者在進(jìn)行，1988年Ubbelohde等人進(jìn)行的一項(xiàng)研究中證明由于現(xiàn)實(shí)自然光的復(fù)雜程度，當(dāng)時(shí)沒有任何一款軟件能夠模擬自然天光的情況。然而在經(jīng)過二十余年的建模與模擬仿真技術(shù)發(fā)展，目前幾乎所有的照明設(shè)計(jì)都要依賴于計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的輔助。

對照明設(shè)計(jì)軟件橫向?qū)Ρ妊芯枯^為著名的是2000年澳大利亞Geoffrey G.Roy的論文［3］，該論文通過對比照明設(shè)計(jì)軟件的光照算法、軟件易用性、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)等方面對十余款照明設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行了自然采光方面的對比研究，但目前此論文中提到的大部分軟件都已被市場淘汰。

類似的研究［6］，［7］，［8］，［9］主要關(guān)注了照明設(shè)計(jì)中的自然采光模擬結(jié)果準(zhǔn)確性，通過真實(shí)情況與模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證對比，所研究的軟件范圍主要關(guān)注了幾款使用范圍最廣的照明設(shè)計(jì)軟件(Lightscape，Radiance，Dialux，AGi32）等等。國內(nèi)的相關(guān)研究［10］，［11］，［12］比較類似，介紹了相關(guān)軟件的功能和使用方法，所涉及的軟件也是使用范圍最為廣泛的幾款(Ecotect，Radiance，AGI32，Lumen micro）。

2 研究方法與目的

在本研究中，采集了19款被較為廣泛使用的照明軟件的相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源包括軟件官方網(wǎng)站頁面介紹，軟件用戶文檔，軟件幫助文檔和軟件相關(guān)教程。根據(jù)在照明設(shè)計(jì)中需要獲得的數(shù)據(jù)和軟件本身的功能完善性等主要研究了目前使用較為廣泛的照明設(shè)計(jì)軟件的算法精確性、軟件易用性及開放性(導(dǎo)入、建模、導(dǎo)出等）、參數(shù)完整性、數(shù)據(jù)和可視化結(jié)果、渲染能力、用戶支持等方面上的特點(diǎn)與對比分析。在研究中采用的數(shù)據(jù)主要來自每個(gè)軟件的官方網(wǎng)站地址和軟件介紹以及幫助文檔，其他內(nèi)容借鑒了參考文獻(xiàn)中所列的類似研究。本研究可以為相關(guān)人員在選擇軟件時(shí)解決以下幾個(gè)問題:

(1）在進(jìn)行某項(xiàng)具體研究或設(shè)計(jì)時(shí)，例如自然采光設(shè)計(jì)、人工照明設(shè)計(jì)，選用哪類或哪幾款軟件最合適。

(2）哪類軟件適合用于研究型項(xiàng)目，哪類軟件適合用于實(shí)際型項(xiàng)目，哪類軟件適合用于教學(xué)目的。

現(xiàn)有的光照設(shè)計(jì)軟件基于不同的計(jì)算機(jī)算法，其模擬結(jié)果有所差異，適合建筑師和學(xué)生使用的軟件在易用性上也有一定要求，有的軟件可以呈現(xiàn)更好的渲染結(jié)果，有的軟件可以呈現(xiàn)細(xì)致的數(shù)據(jù)表格，因此，對于不同的應(yīng)用目的需要選擇不同的軟件來進(jìn)行。

(3）選用哪類照明設(shè)計(jì)軟件是能支持真實(shí)場景渲染與后期呈現(xiàn)使用。

(4）選用哪類照明設(shè)計(jì)軟件接口方面能否與設(shè)計(jì)者現(xiàn)有的平臺進(jìn)行配合使用。

3 對比研究

3.1 光照算法

光照算法是一款照明設(shè)計(jì)軟件的核心，目前，用于照明軟件的核心算法主要有兩種類型。第一類叫做“擬真著色(photorealistic rendering）”，這是早期發(fā)展而來的非真實(shí)場景渲染，光照類型比較單一，它主要是用來生成產(chǎn)品的藝術(shù)渲染圖像。另一類叫做“基于物理可視化(physically-based visualization）”，此類算法通過真實(shí)模擬自然和人工光源情況、光的折射反射以及材質(zhì)表現(xiàn)情況來進(jìn)行照明模擬，比較優(yōu)秀的照明設(shè)計(jì)軟件都采用這類算法。

在“擬真著色”與“基于物理可視化”兩類算法中有幾種具體的著名算法(圖1），不同的光照算法和它們支持的模擬用途具有不同的層級。一般較為綜合的光照模擬軟件都采用幾種類型的光照算法并用:

(1）直接計(jì)算類算法:該算法的光照計(jì)算過程都是具體的物理公式和簡化公式，往往是國家標(biāo)準(zhǔn)涵蓋的最常用照明情況。

(2）視點(diǎn)相關(guān)算法(View-dependant algorithms）:光照模擬的經(jīng)典算法，基于對光線的跟蹤(Ray Tracing），具體包含以下幾種類型:基于光源的光線跟蹤算法(Forward Raytracing），基于觀察者的光線跟蹤算法(Backward Raytracing），同時(shí)基于光源與觀察者的光線跟蹤算法(Bidirectional Raytracing）?？捎糜诠庹辗治雠c真實(shí)渲染。

(3）場景相關(guān)算法(Scene-dependent algorithms）:其中最為著名的是輻射著色(Radiosity），可以同時(shí)計(jì)算熱能傳遞與光照分析，通常不用于真實(shí)渲染。

(4）積分算法(Integrative approaches）:這是最為精確的一種光照模擬算法，但計(jì)算耗費(fèi)時(shí)間和消耗計(jì)算機(jī)資源較長，例如Radiance采用的逆向光線跟蹤(backward raytracing）是公認(rèn)的最佳算法。另一種較為常用的是光子貼圖引擎(photon map）。積分算法可用于光照分析與真實(shí)渲染。

(5）經(jīng)驗(yàn)算法(practical implementation）:在不需要如此精度的情況下，為了減少計(jì)算時(shí)間與資源消耗而采用的近似算法，最為著名的是蒙特卡洛算法(Monte Carlo methods），此類算法具有精確度上的限制，但目前是在各個(gè)計(jì)算機(jī)模擬學(xué)科中采用最為廣泛的算法。蒙特卡洛算法可用于光照分析與真實(shí)渲染。

圖1 常見光照算法

表1為部分軟件的光照算法與授權(quán)方式對比，現(xiàn)有的照明設(shè)計(jì)軟件在以上幾種照明設(shè)計(jì)基本框架下采用了多種光照算法，包含公開算法與閉源專利算法。但是在多項(xiàng)研究［1］，［4］，［5］中的對比結(jié)果表明，由伯克利實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的Radiance是最為準(zhǔn)確而且最有影響力的照明設(shè)計(jì)軟件。另一些用于特殊用途的軟件，例如Lighting Reality需要對隧道、夜晚高速公路等進(jìn)行實(shí)時(shí)照明數(shù)據(jù)監(jiān)控，采用計(jì)算速度非?？斓膶?shí)時(shí)引擎算法。

表1 部分照明設(shè)計(jì)軟件光照算法與模擬用途

由于軟件開發(fā)者的開發(fā)用途與技術(shù)實(shí)力差距，作為核心部分的光照算法可分為幾個(gè)層次，例如像AGI32，Lightscape，Dialux，Relux 這類發(fā)展時(shí)間較長，使用非常廣泛的照明設(shè)計(jì)軟件其內(nèi)往往包含了多種算法用以不同的光照模型，或者同時(shí)使用多個(gè)算法對場景進(jìn)行照明計(jì)算再通過因子疊加使結(jié)果更為準(zhǔn)確，這類軟件通常兼具。部分軟件例如Microlux等作者沒有公開其照明算法的技術(shù)細(xì)節(jié)，僅是通過大量模擬與實(shí)測案例來顯示其模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。

按照照明算法的復(fù)雜和準(zhǔn)確性，市場上常見的照明設(shè)計(jì)軟件可以分為復(fù)合多種復(fù)雜算法、單一復(fù)雜算法、簡單公式算法、未知專利算法四種，以上19種軟件樣本的照明算法對比如圖2。目前市場上最為流行的大部分照明設(shè)計(jì)軟件都采用了多種照明算法的復(fù)合，在早期的研究［3］中除Radiance外，大部分照明設(shè)計(jì)軟件使用了單一的光子貼圖引擎(photon map），在隨后的發(fā)展中，由于照明場景的復(fù)雜性逐漸增加，基于積分的光子貼圖引擎算法導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間過長，基于經(jīng)驗(yàn)的蒙特卡洛算法和對視點(diǎn)進(jìn)行跟蹤的算法采用了概率模型以及僅計(jì)算需要部分而縮短了計(jì)算時(shí)間成為現(xiàn)今流行的照明設(shè)計(jì)軟件所采用的最為主要的光照算法。

圖2 19種照明設(shè)計(jì)軟件算法對比

圖3為幾種照明設(shè)計(jì)軟件計(jì)算結(jié)果的光照場景分析圖像。

圖3 部分照明設(shè)計(jì)軟件分析結(jié)果呈現(xiàn)

3.2 軟件模擬用途

建筑照明設(shè)計(jì)軟件通常用來預(yù)測照明設(shè)計(jì)環(huán)境的照度及亮度是否達(dá)到要求，以及時(shí)更正設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤;虛擬將來建成環(huán)境的照明及采光的真實(shí)可視化三維效果;用以評價(jià)光照設(shè)計(jì)方案在節(jié)能方面的效果以配合節(jié)省建筑物的整體能耗。

表2為部分照明設(shè)計(jì)軟件的模擬用途。Radiance，AGI32，Dialux，Rayfront，Relux，Lightscape 等軟件在模擬用途上具有通用功能，能夠同時(shí)模擬室內(nèi)、室外的自然采光與人工光源的照明。另一部分軟件如Microlux，LD Assistant，OptisWorks僅能模擬人工光源照明。Calculux，Lighting Reality等軟件主要是道路與隧道照明設(shè)計(jì)的輔助軟件。

表2 部分照明設(shè)計(jì)軟件模擬用途

續(xù)表

3.3 軟件易用性

照明設(shè)計(jì)軟件的易用性對于建筑師這類使用者來說格外重要，例如Radiance具有優(yōu)秀的光照算法和強(qiáng)大的分析能力，但在易用性上卻大打折扣，使用者需要具備一定的編程知識，導(dǎo)致該軟件一直以來都被專業(yè)照明設(shè)計(jì)師使用。Rayfront，Ecotect等軟件為此專門開發(fā)了以Radiance為計(jì)算核心的外殼程序或?qū)С龀绦颉?/p>

在照明設(shè)計(jì)類軟件的使用難度上主要有兩個(gè)因素，其一是軟件是否具有圖形化界面，Radiacne原版所有操作幾乎都基于命令形式的輸入方式，大大降低了工作效率。其二是從模型建立到模擬參數(shù)設(shè)定完成的整個(gè)過程的復(fù)雜性。本節(jié)研究主要基于軟件的使用手冊，從以下幾個(gè)方面來進(jìn)行評價(jià):

(1）是否具有圖形化的用戶界面;

(2）建模界面與相機(jī)瀏覽的方式是否與3D建模類軟件類似;

(3）材質(zhì)賦予方式是否簡便并且能夠容易被用戶理解;

(4）渲染場景的建立步驟是否簡便;

(5）計(jì)算過程是否有明確的進(jìn)度條提示用戶;

(6）輸出結(jié)果有專門程序進(jìn)行查看，無需導(dǎo)入到另外的軟件進(jìn)行;

(7）結(jié)果能否導(dǎo)出高分辨率圖像或矢量圖像。

以上幾個(gè)方面軟件每具備一項(xiàng)獲得一分，根據(jù)軟件獲得的分值，對以上照明設(shè)計(jì)軟件分為容易使用(6分及以上）、較好易用性(4～5分）、一般易用性(3分）、不易使用(2分及以下）。19種樣本軟件在易用性上得分對比見圖4?？傮w而言目前使用較為廣泛的照明設(shè)計(jì)軟件大部分不具有很好的易用性(57.9%）。由伯克利實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的免費(fèi)開源照明設(shè)計(jì)軟件Radiance始終沒有太大關(guān)注用戶的體驗(yàn)，是所有樣本軟件中易用性得分最低的一款照明設(shè)計(jì)軟件。由于照明設(shè)計(jì)市場并不廣闊，照明設(shè)計(jì)軟件開發(fā)周期較長，軟件界面布局復(fù)雜，建立渲染場景參數(shù)設(shè)置普遍較為繁瑣，上手基本上都比較困難。

圖4 照明設(shè)計(jì)軟件易用性對比

使用最為廣泛，由技術(shù)實(shí)力較強(qiáng)公司開發(fā)的幾款商 用 軟 件 AGi32，Dialux，Lightscape，OptisWorks，SPEOS，Ecotect，TracePro，Vectorworks Spotlight是目前市場上較為適合非專業(yè)照明設(shè)計(jì)師使用的幾款照明設(shè)計(jì)軟件，其中較為新興的Vectorworks Spotlight與該公司其他Vectorworks系列CAD軟件結(jié)合到一起，是一個(gè)完整的CAD建筑、規(guī)劃、景觀CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)中有機(jī)的一部分。

3.4 數(shù)據(jù)輸入

數(shù)據(jù)輸入對于照明設(shè)計(jì)軟件而言意味著軟件計(jì)算采用的數(shù)據(jù)能否輸入真實(shí)物理世界的相關(guān)數(shù)據(jù)，并且通過對光照與場景模型的適度抽象進(jìn)行模擬計(jì)算。通常被照明設(shè)計(jì)軟件使用的外部輸入數(shù)據(jù)包含文本文檔、模型文件、燈光文件、氣象數(shù)據(jù)、場景光照等。

照明設(shè)計(jì)軟件發(fā)展至今已有幾種通用的數(shù)據(jù)文件用以描述各種物理現(xiàn)實(shí)。對于場景物理模型，一般會使用CAD軟件的模型格式如Dwg，Dxf或各種通用三維模型描述格式3ds，Obj，Stl等。對于燈光數(shù)據(jù)，一般采用IES(美國照明工程學(xué)會）標(biāo)準(zhǔn)光度學(xué)數(shù)據(jù)文件。對于場景自然和人工環(huán)境光照，一般使用HDR高動(dòng)態(tài)光照渲染貼圖。

3.4.1 模型輸入

目前大部分的照明設(shè)計(jì)軟件不僅僅有獨(dú)立的建模系統(tǒng)，通常都能導(dǎo)入其他CAD軟件生成的三維模型，通常導(dǎo)入的模型存在相當(dāng)多的問題需要修復(fù)，例如Ecotect導(dǎo)入的三維模型由于幾何描述方式不同會存在很多破面需要修復(fù)才能在照明設(shè)計(jì)中繼續(xù)加以應(yīng)用。由于三維模型的轉(zhuǎn)換能力涉及到每個(gè)軟件本身的具體應(yīng)用，筆者不做探討，僅分析軟件對通用三維模型數(shù)據(jù)的導(dǎo)入能力對比。

大部分照明設(shè)計(jì)軟件支持通用CAD三維模型格式Dwg，Dxf等，但CAD類建模軟件如AutoCAD的建模能力有限，通常只能較為抽象地描述場景模型，曲面與曲線只能通過多邊形的方式在照明設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行描述。部分軟件支持通用的3D三維模型格式如Sat，3ds，例如 LightScape，AGI32，Relux 等軟件，因此能夠描述較為復(fù)雜的模型，在處理復(fù)雜場景時(shí)使用3D建模軟件來進(jìn)行前期場景建立也較為節(jié)省時(shí)間。另一部分軟件依賴于其他大型CAD或3D軟件的建模環(huán)境，作為插件形式集成于該軟件中(圖5），例如LD Assistant(集成與 AutoCAD軟件）、SPEOS(建模部分集成于CATIA和PRO/E）、OptisWorks(建模系統(tǒng)集成于CATIA V5，SolidWorks和PRO/E）等。少部分軟件則自帶一個(gè)建模環(huán)境，但此類建模環(huán)境往往不太強(qiáng)大，復(fù)雜場景的建立需要大量時(shí)間，例如LightCalc通過Matlab以數(shù)學(xué)方式來建立房間模型(圖6），場景建立能力較差。

圖5 基于AutoCAD2010的LD Assistant照明設(shè)計(jì)軟件

圖6 使用LightCalc描述房間模型

依據(jù)上述描述，按照明設(shè)計(jì)軟件模型輸入能力可分為支持多種三維格式、支持單一三維格式、基于3D建模軟件插件、不支持外部導(dǎo)入三種情況，圖7為樣本軟件在模型輸入能力上的餅圖比例。目前大部分照明設(shè)計(jì)軟件都支持一種或多種外部三維格式的模型輸入(70%），只有少部分基于自帶的建模系統(tǒng)或者基于成熟的三維建模系統(tǒng)(30%）。

圖7 照明設(shè)計(jì)軟件三維輸入能力對比

3.4.2 光源數(shù)據(jù)輸入

光源數(shù)據(jù)是對實(shí)際天光系統(tǒng)或者人工光源系統(tǒng)進(jìn)行抽象的一種數(shù)據(jù)儲存。對于自然光和人工光源都有標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式，自然光是一個(gè)根據(jù)時(shí)間與地點(diǎn)動(dòng)態(tài)變化的光源，在照明設(shè)計(jì)軟件中較為常見的采用的天光模型有均勻天空模型和由國際發(fā)光照明委員會(Commission Internationale de L’Eclairage）開發(fā)的CIE天空模型標(biāo)準(zhǔn)(圖8）。CIE天空模型可以解決大部分自然天光情況。在以上19款樣本照明設(shè)計(jì)軟件中，Radiance，AGI32，Dialux，Lightscape，Rayfront，Relux，Ecotect7款軟件(36.8%）支持 CIE 天空模型，其余不支持，部分軟件不支持自然光照明設(shè)計(jì)。

圖8 CIE天空亮度分布圖

對于人工采光在業(yè)界有多種不同的標(biāo)準(zhǔn)，有由學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)開發(fā)的也有由商業(yè)燈具公司開發(fā)的。其中較為著名的有北美照明工程師社區(qū)(Illumination Engineering Society of North America）采用的IESNA標(biāo)準(zhǔn)、英國注冊建筑服務(wù)工程師協(xié)會(Chartered.Institution of Building Services Engineers）采用的CIBSE標(biāo)準(zhǔn)、德國柏林照明咨詢公司提出的EULUMDAT標(biāo)準(zhǔn)。軟件可采用的人工光源格式有 IES，CIE，CIBSE，ULD，LDT，LTLI等，其中IES與CIBSE兩種燈具格式照明設(shè)計(jì)軟件支持最多，樣本軟件中有73.7%支持了其中一種或兩種格式。此外支持最多的人工光源格式為EULUMDAT標(biāo)準(zhǔn)的LDT格式，占42.1%。少數(shù)幾款軟件LightCalc，Lighting Reality(10%）不支持外部輸入人工光源數(shù)據(jù)。

3.5 輸出

照明設(shè)計(jì)軟件的輸出可分為圖像和數(shù)據(jù)兩個(gè)部分。每個(gè)照明設(shè)計(jì)軟件至少有圖像和數(shù)據(jù)輸出中的其中一種。僅輸出數(shù)據(jù)格式的照明設(shè)計(jì)軟件通常是輸出事先定義好的房間網(wǎng)格點(diǎn)的模擬數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式是一種量的輸出，通常以純數(shù)字或表格、統(tǒng)計(jì)圖的方式出現(xiàn)，無法直觀反映采光和照明結(jié)果，所傳達(dá)的含義也只有專業(yè)照明設(shè)計(jì)者能讀懂，目前市場上的絕大部分照明設(shè)計(jì)都帶有圖像輸出能力。圖像輸出包括真實(shí)采光和照明場景的渲染圖像、互動(dòng)的分析圖像和有數(shù)據(jù)解釋的圖像，如圖9為Radiance輸出的帶有場景亮度等高線分析的渲染圖像。

圖9 Radiance光環(huán)境分析亮度等高線圖像

照明設(shè)計(jì)軟件的使用者包含兩種類型:第一種是并非燈光與采光設(shè)計(jì)專家的建筑師，此類使用者通常以在自然采光和人工采光環(huán)境中得到的感受經(jīng)驗(yàn)來判斷其設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，另一類為自然采光和人工采光的專業(yè)研究者和光學(xué)物理學(xué)家，他們不是全職設(shè)計(jì)師但卻擅長通過數(shù)據(jù)來評價(jià)設(shè)計(jì)的好壞，因此現(xiàn)在的大部分照明設(shè)計(jì)軟件都能夠輸出多種信息用以滿足不同的使用者需求。其中照明設(shè)計(jì)軟件能否輸出準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)場景真實(shí)的可視化渲染圖像是衡量一款照明設(shè)計(jì)軟件是否優(yōu)秀的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，在樣本軟件中，支持渲染圖像與不支持渲染圖像的軟件對比如圖10所示，其中支持渲染圖像的照明設(shè)計(jì)軟件占到了68.4%。

圖10 支持渲染圖像與不支持渲染圖像的軟件對比

4 小結(jié)

用于建筑輔助設(shè)計(jì)的照明模擬技術(shù)在20余年里經(jīng)歷了迅速的發(fā)展，從早期的僅能進(jìn)行簡單場景的數(shù)據(jù)分析到如今的照明設(shè)計(jì)軟件普遍能仿真模擬復(fù)雜照明設(shè)計(jì)場景的真實(shí)圖像。從軟件特點(diǎn)上看主要在以下方面的技術(shù)不斷演變:照明算法的精確性、照明場景的參數(shù)設(shè)定詳細(xì)性、場景描述的復(fù)雜程度和與建筑整體能耗等方面的計(jì)算相聯(lián)系。現(xiàn)在市場上較為常見的照明設(shè)計(jì)軟件大多都遵守相關(guān)照明規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，這些軟件大部分差異在于其輸入與輸出部分?；蛟S是因?yàn)檎彰髟O(shè)計(jì)軟件市場并不太廣泛的原因，此類軟件的開發(fā)和軟件更新周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上三維建模、CAD類等需求較大的軟件，部分軟件仍然缺乏相當(dāng)?shù)娜诵曰缑婧褪褂迷O(shè)計(jì)。

由伯克利實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的Radiance以其優(yōu)秀算法仍然是模擬結(jié)果評價(jià)最好的軟件之一，并且被很多同類軟件作為核心引擎采用，例如Rayfront，Daysim等。例如Dialux，Calculux這類照明設(shè)計(jì)軟件較多用來模擬人工光源照明設(shè)計(jì)，通過規(guī)范的采光文件標(biāo)準(zhǔn)格式，被各種燈具廠商支持。另有一類軟件如LD Assistant，OptisWorks等被植入到成熟的CAD系統(tǒng)中，例如AutoCAD，CATIA等作為插件的形式，借用其強(qiáng)大的場景搭建能力進(jìn)行使用。這種整合成熟CAD空間描述系統(tǒng)和專業(yè)照明模擬的技術(shù)比擁有成熟的3D模型導(dǎo)入能力更為方便，是以后照明設(shè)計(jì)軟件發(fā)展的方向之一。

整體而言，照明設(shè)計(jì)類軟件已經(jīng)發(fā)展較為成熟，Amorim，Claudia Naves David的文章通過對市面上應(yīng)用較為廣泛的照明設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行測量手段與模擬手段的數(shù)據(jù)對比差異通常在20%以內(nèi)，目前被廣為使用的此類軟件在核心算法上都是相當(dāng)優(yōu)秀的。但照明設(shè)計(jì)類軟件在軟件易用性上普遍還有提升空間，例如軟件界面、用戶幫助文檔等，以適合建筑師這類使用者，這樣照明設(shè)計(jì)軟件才能更為廣泛地被應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)、高校相關(guān)課程中，而不是照明設(shè)計(jì)專家才能使用的專業(yè)軟件。

［1］Reinhart C.，F(xiàn)itz A..Findings from a survey on the current use of daylight simulations in building design，2005

［2］Reinhart C.F.，F(xiàn)itz A..Key findings from a online survey on the use of daylight simulation programs，2004

［3］Geoffrey G.Roy.A Comparative Study of Lighting Simulation Packages Suitable for use in Architectural Design，2000

［4］M.Susan Ubbelohde，Christian Humann.Comparative E-valuation of Four Daylighting Software Programs

［5］Carlos E.Ochoa，Myriam B.C.Aries，Jan L.M.Hensen.Current Perspectives on Lighting Simulation for Building Science，2010

［6］Ubbelohde，M.S.，J.Weidt，J.Johnson.Daylighting Software Evaluation Project Report，Minneapolis，MN:Regional Daylighting Center，University of Minnesota，1989

［7］Christakou，Dimitrios Evangelos，Amorim，Claudia Naves David.Computer Simulation of Daylight:a comparison for architect’s utilization，2005

［8］Using Simulation Software Calibration Tests as a Consumer Guide-a Feasibilty Study Using Lighting Simulation Software

［9］Christakou，Dimitrios Evangelos，Amorim，Claudia Naves David.Daylightng Simulation:Comparison of Softwares for Architec-T’s Utilization

［10］劉賓.國內(nèi)常用照明設(shè)計(jì)軟件比較分析［D］.天津:天津大學(xué)，2007

［11］胡國劍，郝洛西.照明計(jì)算軟件Dialux與Agi32的比較分析［J］.照明工程學(xué)報(bào)，2005

［12］劉賓，王愛英，秦鑫.常用照明設(shè)計(jì)軟件簡介及比較［J］.燈與照明，2005