Линейные и точечные источники света


СОДЕРЖАНИЕ:

Расчет освещения точечным методом

Страницы работы

Содержание работы

Расчет освещения точечным методом

Цель работы: 1) Изучение точечного метода расчета освещения;

2) Приобретение навыков практических расчетов по данному методу.

Точечный метод расчета освещения является обязательным для расчета освещенности не горизонтальных поверхностей, общего локализованного, местного и наружного освещения, а также для любого вида освещения, в котором создаваемый световой поток распределяется неравномерно по расчетной плоскости (например, эвакуационное освещение, в котором нормируется освещенность только в местах прохода людей или проезда транспорта). Указанный метод применяется также в качестве проверочного для определения освещенности в необходимых точках помещения. Им можно определить освещенность на любой поверхности без расчета отражения от стен и потолка.

Необходимо различать применение точечного метода для круглосимметричных (точечных) источников света и светящих линий.

Источники света, длина которых превышает половину расчетной высоты Hр, рассматриваются как светящие линии. В частности к таким источникам можно отнести ряды светильников с газоразрядными лампами низкого давления. Расчет освещенности от светящих линий точеным методом производят по линейным изолюксам относительной освещенности типовых светильников. На рис. 2 изображены линейные изолюксы для светильников 2-ой условной группы, к которым, например, относятся большинство светильников распространенной серии ЛСП. Линейные изолюксы позволяют определить условную горизонтальную освещенность w при расчетной высоте Hр = 1 м и F’ = 1000 лм/м, где F’ – плотность потока в ряду, т.е. отношение суммарного потока ламп к длине светящей линии. Причем непосредственно определяется освещенность точек, лежащих против конца линии.

Линейные и точечные источники света

Direct3D поддерживает источники света трех типов.

Точечный свет (point light) — У этого источника света есть местоположение в пространстве и он испускает свет во всех направлениях.

Рис. 5.4. Точечный свет

Направленный свет (directional light) — У этого источника света нет местоположения, он испускает параллельные световые лучи в заданном направлении.

Рис. 5.5. Направленный свет

Зональный свет (spot light) — Источник света данного типа похож на фонарик; у него есть местоположение и он испускает конический сноп лучей в заданном направлении. Световой конус характеризуется двумя углами — φ и θ. Угол φ задает размер внутреннего конуса, а угол θ — внешнего.

Рис. 5.6. Зональный свет

В коде источники света представляются структурой D3DLIGHT9.

Type — Задает тип источника света и может принимать одно из трех значений: D3DLIGHT_POINT , D3DLIGHT_SPOT или D3DLIGHT_DIRECTIONAL .

Diffuse — Цвет рассеиваемой составляющей испускаемого источником света.

Specular — Цвет отражаемой составляющей испускаемого источником света.

Ambient — Цвет фоновой составляющей испускаемого источником света.

Position — Вектор, задающий местоположение источника света в пространстве. Для направленного света значение не используется.

Direction — Вектор, задающий направление, в котором распространяется свет. Для точечного света не используется.

Range — Максимальное расстояние, на которое может распространиться свет прежде чем окончательно потухнет. Значение не может быть больше чем √ FLT_MAX и не оказывает влияния на направленный свет.

Falloff — Значение используется только для зонального света. Оно определяет как меняется интенсивность света в пространстве между внутренним и внешним конусами. Обычно этому параметру присваивают значение 1.0f.

Attenuation0 , Attenuation1 , Attenuation2 — Переменные затухания, определяющие как меняется интенсивность света с увеличением расстояния до источника света. Эти переменные используются только для точечного и зонального света. Переменная Attenuation0 задает постоянное затухание, Attenuation1 — линейное затухание и Attenuation2 — квадратичное затухание. Вычисления выполняются по формуле

где D — это расстояние от источника света, а A, A1, A2 соответственно Attenuation0, Attenuation1 и Attenuation2.

Theta — Используется только для зонального света; задает угол внутреннего конуса в радианах.

Phi — Используется только для зонального света; задает угол внешнего конуса в радианах.

Подобно инициализации структуры D3DMATERIAL9, в том случае, когда нам нужны только простые источники света, инициализация структуры D3DLIGHT9 становится рутинным занятием. Поэтому для инициализации простых источников света мы добавим в файлы d3dUtility.h/cpp следующие функции:

Реализация этих функций не содержит сложных моментов. Мы рассмотрим только реализацию InitDirectionalLight. Остальные функции похожи на нее:

Теперь для создания источника направленного света белого цвета, испускающего лучи вдоль оси X в положительном направлении, можно написать:

После того, как мы инициализировали экземпляр D3DLIGHT9, нам надо зарегистрировать его во внутреннем списке управляемых Direct3D источников света. Делается это вот так:

После регистрации источника света мы можем включать его и выключать, как показано в приведенном ниже фрагменте кода:

Виды источников света

Свет представляет собой электромагнитные волны (по-другому говорят, электромагнитное излучение). В разделе физики «Оптика» светом считают не любые электромагнитные волны, а лишь в определенном диапазоне длины волны. Это те длины волн, которые воспринимаются глазами человека. Таким образом, свет — это видимые для человека электромагнитные волны, или видимое излучение.

Источники света, то есть тела, испускающие видимое излучение, различны.

Любое вещество нагретое до определенной, характерной для него температуры, начинает светиться. Таким образом, горячие тела являются источниками света. Их называют тепловыми источниками света. Примерами таких источников света являются Солнце, горящая древесина, лампа накаливания и др.

Однако бывают и холодные источники света. Они испускают видимое излучение (свет) при обычной для землян температуре окружающей среды. Например, различные насекомые светлячки, некоторые глубоководные рыбы, мониторы компьютерной и бытовой техники, энергосберегающие лампы и др.

Кроме деления на теплые и холодные, источники света делят на естественные и искусственные. Естественными считают природные источники (например, Солнце), а искусственными — созданные человеком (например, лампа).

Также источники света подразделяют на точечные и протяженные. При этом один и тот же источник света в одних случаях уместно считать точечным, а в других — он может быть протяженным.

Точечным источником света для нас являются звезды, так как, хотя они и огромных размеров, находятся слишком далеко. Из-за этого мы можем пренебречь их размерами и считать, что свет от них доходит до нас тонким пучком. Однако Солнце — это тоже звезда. Но оно находится достаточно близко к нам, мы видим ее не как светящуюся точку, а как светящийся круг. Поэтому Солнце для нас — протяженный источник света.

Также, если лампа находится достаточно близко к объекту, который «ловит» свет от нее, то она будет протяженным источником света. А вот если она находится далеко, то точечным.

Можно сказать, что от протяженного источника света видимое излучение попадает не в одну точку объекта, а на достаточно большую его поверхность.

Размерами точечного источника света можно пренебречь, а размерами протяженного источника света пренебречь нельзя.

Линейные и точечные источники света

  • Из пяти органов чувств больше всего информации об окружающеммире дает нам зрение. Однако видеть окружающий мир мы можем только потому, что существует свет. С этого параграфа мы начинаем изучение световых, или оптических (греч. optikos — зритель­ный) явлений, т. е. явлений, непосредственно связанных со светом.

1. Наблюдаем свтовые явления

Co световыми явлениями мы встречаемся каждый день на протяже­нии всей жизни, ведь они являются частью естественных условий, в кото­рых мы живем. Некоторые из световых явлений кажутся нам настоящим чудом — например, миражи в пустыне, полярные сияния. Тем не менее, согласитесь, что и более привычные для нас световые явления: блеск ка­пельки росы в солнечных лучах, лунная дорожка на плесе, семицветный мост радуги после летнего дождя, молния в грозовых тучах, мерцание звезд в ночном небе — тоже являются чудом, так как они делают мир вокруг нас замечательным, полным волшебной красоты и гармонии.


2. Выясняем, что такое источники света

  • Физические тела, атомы и молекулы которых излучают свет, называют источ­никами света.

Оглянитесь вокруг, обратитесь к своему опыту — и вы, без сомнения, назовете много источников света: Солнце, вспышка молнии, огонь костра, пламя свечи, лампа накаливания, экран телевизора, монитор компьютера и т. п. (рис. 3.1). Свет могут излучать также организмы (некоторые морские животные, светлячки и др.).

Рис. 3. Некоторые источники света

В ясную лунную ночь мы можем доволь­но хорошо видеть предметы, освещенные лун­ным сиянием.

Однако Луну нельзя считать источником света: Луна свет не излучает, она только отражает свет, идущий от Солнца. Так же нельзя назвать источником света зеркало, с помощью которого вы посылаете «солнечный зайчик» в окно вашего друга.

3. Различаем естественные и искусственные источники света

В зависимости от происхождения раз­личают естественные и искусственные (со­зданные человеком) источники света.

К естественным источникам света отно­сятся, например, Солнце и звезды, раскален­ная лава и полярные сияния, некоторые све­тящиеся объекты среди животных и растений: глубоководная каракатица, радиолярия, светя­щиеся бактерии и т. п. Так, в теплую летнюю ночь в лесной траве можно увидеть яркие пят­нышки света — светлячков.

Естественные источники не могут полностью удовлетворить все возрастающую потребность че­ловека в свете. И потому еще в древности люди начали создавать искусственные источники све­та. Сначала это были костер и лучина, позднее появились свечи, масляные и керосиновые лам­пы. В конце XIX века была изобретена электри­ческая лампа. Сегодня различные виды электри­ческих ламп используют повсюду (рис. 3.2—3.4).

В помещениях мы обычно используем лампы накаливания. К сожалению, они недо­статочно экономны: в таких лампах большая часть электрической энергии расходуется на нагревание самой лампы и окружающего воз­духа и только 3—4 % энергии превращается в световую. В последние годы, однако, появи­лись новые, в несколько раз более экономные конструкции электрических ламп.

Большие помещения (супермаркеты, цеха предприятий и т. п.) освещаются источниками света в виде длинных трубок — лампами днев­ного света. Для разноцветной иллюминации, которой ночью подсвечены некоторые дома, торговые центры и т. п., используют неоновые, криптоновые и другие лампы.

Рис. 3.2 Для освещения стадио­нов используют дуговые лампы

Рис. 3.3. Мощными источниками искусственного света являются галогенные лампы в фарах совре­менного автомобиля

Рис. 3.4.Сигналы современных светофоров хорошо видны даже тогда, когда солнце светит ярко. В таких светофорах лампы нака­ливания заменены светодиодами

4. Знакомимся с тепловыми и люминесцентными источниками света

В зависимости от температуры источников света их разделяют на тепловые и люминесцентные.

Солнце и звезды, раскаленная лава и лампа накаливания, пламя кост­ра, свечи, газовые горелки и т. п. — все это примеры тепловых источников света: они излучают свет благодаря тому, что имеют высокую собственную температуру (рис. 3.5).

Люминесцентные источники света отличаются от тепловых тем, что для их свечения не нужна высокая температура: световое излучение может быть довольно интенсивным, а источник при этом остается относительно хо­лодным.

Примерами люминесцентных источников является экран телевизора, монитор компьютера, лампы дневного света, указатели и дорожные знаки, покрытые люминесцентной краской, световые индикаторы, некоторые организмы, а также полярные сияния.

5. Узнаем о точечных и протяженных источниках света

В зависимости от соотношения размера источника света и расстояния от него до приемника света различают точечные и протяженные ис­точники света.

Источник света считается точечным, если его размер относительно невелик по сравнению с расстоянием от него до приемника света.

В противоположном случае источник счи­тается протяженным.

Таким образом, один и тот же источник света в зависимости от условий может счи­таться как протяженным, так и точечным.

Так, когда мы находимся в кухне, то лампа дневного света (трубка длиной 0,5—I м), кото­рая ее освещает, является для нас протяжен­ным источником света. Если же мы попробуем посмотреть на ту же лампу снаружи (напри­мер, из скверика напротив дома, с расстояния 100—150 м от источника света), то лампа будет представлять собой точечный источник.

Таким образом, к точечным источникам света можно отнести даже огромные звезды, которые по размеру намного больше, чем Солн­це, — в том случае, если наблюдать их с Зем­ли, с расстояния, которое в миллионы раз пре­вышает размеры этих звезд.

6. Характер изуем приемники света

Вы, наверное, уже догадались, что уст­ройства, с помощью которых можно обнару­жить световое излучение, называют прием­никами света (рис. 3.6).

Естественными приемниками света явля­ются глаза живых существ.

Получая с помощью этих приемников ин­формацию, организм определенным образом реагирует на изменения в окружающей среде.

Так, войдя из темноты в ярко освещенную ком­нату, мы, конечно, зажмурим глаза, а увидев ночью свет фар автомобиля поблизости, обяза­тельно остановимся возле дороги.

Аналогичную глазам функцию выполняют искусственные приемники света. Так, фото­электрическими приемниками света — фотодио­дами — оборудованы, например, турникеты для прохождения пассажиров в метро, на вокзалах и т. п. Искусственные фотохимические прием­ники — это фото- и кинопленка, фотобумага.

Предлагаем вам самим ответить на вопрос о пользе таких фотохимических приемников.

Рис. 1.6. Приемники света

Физические тела, атомы и молекулы которых излучают свет, называ­ют источниками света.

Источники света бывают: тепловые и люминесцентные; естественные и искусственные; точечные и протяженные. Например, полярное сияние — естественный, протяженный для наблюдателя на Земле, люминесцентный источник света.

Устройства, с помощью которых можно обнаружить световое излучение, называют приемниками света. Органы зрения живых существ — естествен­ные приемники света.

1. Какую роль играет свет в жизни человека?

2. Что называют источ­никами света? Приведите примеры источников света.

3. Является ли Луна источником света?

4. На рисунке изображены различные источ­ники света. Какие из них вы отнесли бы к люминесцентным? тепловым?

5. Приведите примеры естественных и искусственных источников света.

6. Какие искусственные источники света встречаются чаще всего? При­ведите примеры использования этих источников в повседневной жизни, в технике.

7. При каких условиях источник света считают точечным? протяженным?

8. Какие устройства называют приемниками света?

1. В каких из указанных случаев Солнце можно считать точечным источником света?

а) Наблюдение солнечного затмения;
б) измерение высоты солнца над землей;
в) наблюдение Солнца из космического корабля, летящего за преде­лами Солнечной системы;
г) определение времени с помощью солнечных часов.

2. В каждом из приведенных перечней определите лишнее слово или словосочетание. Объясните свой выбор.

а) Пламя свечи, Солнце, звезды, Земля, пламя костра;
б) экран включенного компьютера, молния, лампа накаливания, пламя свечи;
в) лампа дневного света, пламя газовой горелки, дорожные знаки, светлячки.

3. Одной из единиц длины, применяемых в астрономии, является свето­вой год. Один световой год равняется расстоянию, которое проходит свет в вакууме за один год. Сколько метров составляет световой год, если скорость света в вакууме приблизительно равна 300 000км/с?

4. За какое приблизительно время свет проходит расстояние от Солн­ца до Земли, равное 150 000 000 км? (Скорость света в вакууме приблизительно равна 300 000 км/с.)

Выдающийся физик Игорь Евгеньевич Тамм (1895— 1971) начинал свою научную деятельность в Крымском университете и в Одесском политехническом институте. Наиболее известное достижение академика И. Е. Тамма — теоретическое объяснение так называемого эффекта Черенкова. Эффект Черенкова — это слабое голубое свечение, издаваемое полупрозрачной средой при прохождении сквозь нее радиоактивного излучения. Теория Тамма лежит в основе работы детекторов быстрых заряженных частиц (черенковских счетчиков). За эти исследования И. Е. Тамм получил в 1958 году Нобелевскую премию по физике (совместно с И. М. Франко и П. О. Черенковым).


Физика. 7 класс: Учебник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кирюхин, Е. А. Кирюхина. — X.: Издательство «Ранок», 2007. — 192 с.: ил.

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь — Образовательный форум.

Реферат: Источники оптического излучения

1. Источники излучения

1.1 Типы источников излучения. Принципы их классификации

1.2 Симметричные и несимметричные источники излучения

1.3 Источники с различным спектральным распределением энергии

1.3.1 Тепловые источники излучения

1.3.2 Газоразрядные источники

1.3.3 Источники излучения на основе явления люминесценции

1.3.4 Оптические квантовые генераторы (лазеры)

Введение

Полиграфия, занимающаяся записью и размножением изобразительной информации на твердых носителях (бумаге и упаковочных материалах), тесно связана со светотехникой, поскольку практически в любой репродукционной технологии, используемой полиграфическим производством, производится запись изображения с помощью оптического излучения (света). Источники света востребованы во всех областях человеческой деятельности — в быту, на производстве, в научных исследованиях. В зависимости от той или иной области применения к источникам света предъявляются самые разные технические, эстетические и экономические требования, и подчас отдается предпочтение тому или иному параметру источника света или сумме этих параметров.

Светотехника занимается теоретическим изучением процессов получения, преобразования и регистрации оптических излучений, а также решением разнообразных задач, связанных со светом. В частности, к ним относится разработка источников излучения различных типов, оптических инструментов и приборов, предназначенных для преобразования излучений. Светотехника занимается также приемниками излучения, предназначенными для измерения характеристик излучения, либо фотографической их регистрации. Большое место в современной светотехнике занимают проблемы, связанные с синтезом, измерением и регистрацией цветов.

С древнейших времен человек видел различные источники света. Кроме упомянутого выше огня, люди встречали свет электрического разряда в газе — молнии и полярные сияния; химическую люминесценцию — полет светлячков и свечение некоторых видов микроорганизмов в южных морях. Но все это были природные, естественные источники света, а единственным искусственным источником до конца 19-го века оставался огонь в различных его проявлениях.

С конца 19-го века, во многом благодаря усилиям русских изобретателей А.Н. Лодыгина и П.Н. Яблочкова, началось бурное развитие совершенно новых — электрических — источников света. За 130 лет существования электрические источники света в развитых странах практически полностью вытеснили свет огня — свечи и керосиновые лампы теперь используются разве что в далеких деревнях, в турпоходах да для создания интимной обстановки, и только в редких случаях — для освещения.

Различают тепловые источники света, в которых свет возникает при нагревании тел до высокой температуры, и люминесцентные, в которых свет возникает в результате превращения тех или иных видов энергии непосредственно в оптическое излучение, независимо от теплового состояния излучающего тела. Искусственные источники света могут подразделяться: по роду используемой энергии на химические, электрические, радиоактивные и др., по назначению на осветительные, сигнальные и т.п. Каждый из типов, в свою очередь, может классифицироваться по различным дополнительным признакам, например по конструктивно-технологическим, эксплуатационным.

Свет — это электромагнитные волны с длиной волны 4×10-7-8×10-7 м. Электромагнитные волны излучаются при ускоренном движении заряженных частиц. Эти заряженные частицы входят в состав атомов, из которых состоит вещество. Но, не зная, как устроен атом, ничего достоверного о механизме излучения сказать нельзя. Ясно лишь, что внутри атома нет света так же, как в струне рояля нет звука. Подобно струне, начинающей звучать лишь после удара молоточка, атомы рождают свет только после их возбуждения.

1. Источники излучения

1.1 Типы источников излучения. Принципы их классификации

Источником оптического излучения называют устройство, преобразующее любой вид энергии в энергию электромагнитных излучений оптического диапазона спектра. В светотехнике за источник излучения принимают не только те тела, которые являются самосветящимися, но также и тела, отражающие или пропускающие свет. Самосветящиеся тела называются первичными источниками, источники отраженного или проходящего излучения — вторичными.

Классификация источников излучения может осуществляться по различным признакам, например:

а) по размеру источников излучения;

б) по характеру распределения силы излучения в пространстве (по форме фотометрического тела);

в) по спектральному распределению потока излучения (световому потоку);

г) по времени действия излучения;

д) по цветовой температуре.

Источники делятся на искусственные и естественные.

Искусственные источники света — технические устройства различной конструкции и различными способами преобразования энергии, основным предназначением которых является получение светового излучения (как видимого, так и с различной длиной волны, например, инфракрасного). В источниках света используется в основном электроэнергия, но так же иногда применяется химическая энергия и другие способы генерации света (триболюминесценция, радиолюминесценция, биолюминесценция).


Естественные источники света — это природные материальные объекты и явления, основным или вторичным свойством которых является способность испускать видимый свет. В отличие от естественных источников света, искусственные источники света являются продуктом производства человека или других разумных существ. К естественным или природным источникам света прежде всего относят: Солнце, Луну, планеты, кометы, полярные сияния, атмосферные электрические разряды, биолюминесценцию живых организмов, свет звезд и иных космических объектов, свечение окисляющихся органических продуктов и минералов, и проч. Естественные источники света играют первостепенную роль в существовании жизни на земле и других планетах, и оказывают значительное воздействие на окружающую среду.

Все параметры источников излучения можно разбить на две группы: технические и эксплуатационные. Технические параметры — это те, которые характеризуют сам источник света безотносительно к условиям его применения. К техническим относятся все электрические, световые и механические параметры ламп.

Основные электрические параметры источников света:

1. Номинальное напряжение — напряжение, на которое рассчитана конкретная лампа или на которое она может включаться с предназначенной для этого специальной аппаратурой. Для ламп накаливания все остальные параметры снимаются именно при номинальном напряжении. Номинальное напряжение (впрочем, как и любое другое) измеряется в вольтах (сокращенное обозначение — В, V).

2. Номинальная мощность лампы — расчетная мощность, потребляемая лампой накаливания при ее включении на номинальное напряжение. Для газоразрядных ламп номинальная мощность — это расчетная мощность, которую потребляет лампа при ее включении со специально предназначенной для этого аппаратурой. Мощность измеряется в ваттах (сокращенное обозначение — Вт, W).

3. Для газоразрядных ламп иногда оговаривается род питающего тока — переменный или постоянный, так как отдельные типы ламп могут работать только на постоянном токе (например, шаровые ксеноновые или ртутные). Если такой оговорки в документации на лампу нет, то лампы должны включаться только на переменное напряжение. При работе на постоянном токе обязательно указывается полярность включения: к какому выводу лампы должен подключаться положительный полюс сети (+), к какому — отрицательный (-). Электрод лампы, к которому подключается положительный полюс напряжения, называется анодом, отрицательный — катодом.

4. Для некоторых типов ламп (например, для эталонных или образцовых ламп накаливания) вместо номинальной мощности указывается номинальный ток (1Н), который измеряется в амперах (А) или миллиамперах (мА, тА; 1 А — 1000 мА). Из световых параметров в каталогах и справочниках чаще всего указывается номинальный световой поток Ф, то есть поток, который создает лампа при ее номинальной мощности. Единица измерения светового потока, как уже было сказано, — люмен (лм, 1т).1.1.1 Точечные и линейные источники излучения

Точечный источник света — источник, излучающий свет по всем направлениям равномерно и размерами которого по сравнению с расстоянием, на котором оценивается его действие, можно пренебречь.

Точечный источник — такая же идеализация, как «луч» — и то и другое не существует в природе

Свет точечного источника отражается от идеального рассеивателя по закону косинусов Ламберта: интенсивность отраженного света пропорциональна косинусу угла между направлением света и нормалью к поверхности

B зависимости от соотношения размеров излучателя и расстояния его до исследуемой точки фотоприемника источники излучения можно условно разделить на две группы:

а) точечные источники излучения;

б) источники конечных размеров (линейные источники излучения).

Источник излучения, у которого размеры значительно меньше расстояния до исследуемой точки, называют точечным. Зa точечный источник принимают такой, максимальный размер (l) которого не менее чем в 10 раз меньше расстояния до приемника излучения (r) (рис.1). Для таких источников излучения соблюдается закон обратных квадратов, согласно которому освещенность поверхности прямо пропорциональна силе света и обратно пропорциональна квадрату расстояния между излучателем и облучаемой поверхностью.

Рис.1. К определению понятия «точечный источник излучения»

К группе излучателей конечных размеров относят те излучатели, у которых относительные размеры по всем направлениям больше размеров точечного излучателя. По мере удаления от исследуемой точки относительные размеры такого излучателя могут достигнуть такого значения, при котором данный излучатель можно будет принять за точечный.

1.2 Симметричные и несимметричные источники излучения

По характеру распределения силы излучения (света) точечные источники можно разделить на симметричные и несимметричные.

Такое деление обусловлено различной формой фотометрического тела. Под фотометрическим телом излучателя понимают распределение силы излучения (света) в пространстве. Симметричные источники излучения имеют одинаковые значения потока излучения или светового потока по всем направлениям, составляющим одинаковые углы с осью симметрии излучателя. Cимметричный излучатель представляет собой фотометрическое тело в виде тела вращения вокруг своей оси (рис.2). Для такого источника все значения силы излучения (света) под любым углом а к оси симметрии источника будут одинаковы.

Рис.2 Модель симметричного излучателя

Этo позволяет пространственное распределение силы света выразить в виде графических кривых . Такие кривые строят в полярной или прямоугольной системе координат для вертикального или горизонтального сечения фотометрического тела (рис.3). Прямоугольную систему координат применяют для источников с распределением потоков излучения в пределах небольшого угла, например у прожекторов.

Рис.3. «Поперечная кривая» распределения силы света симметричного источника.

При сечении симметричного фотометрического тела вертикальной плоскостью по оси симметрии получают так называемую «продольную кривую» распределения силы света. Так как она симметрична, то ее строят обычно в пределах от 0 до 180°.

Сечение симметричного фотометрического тела горизонтальной плоскостью, проходящей перпендикулярно оси симметрии через центр источника, позволяет получить «поперечную кривую» распределения силы света.

Несимметричные излучатели не обладают симметрией распределения сил света, относительно оси вследствие чего их фотометрическое тело отличается от тела вращения и значения силы света неодинаковы для различных продольных плоскостей. В связи с этим строят семейство продольных кривых силы излучения, соответствующих различным направлениям в пространстве. Строят графическое распределение силы света в виде семейства кривых при = const в полярной системе координат (рис.4).

Рис.4. «Продольные кривые» распределения силы света несимметричного источника

1.3 Источники с различным спектральным распределением энергии

По спектральному распределению в светотехнике различают три основных вида источников излучения: тепловые, газоразрядные и лазерные. Последние основаны на явлении индуцированной (вынужденной) люминесценции.

Важнейшей характеристикой этих источников является спектральный состав излучения. Чаще всего он изображается графически в виде кривой спектрального распределения энергии. В зависимости от вещества излучателя спектры имеют различный характер. Различают спектры излучения линейчатые, полосатые и непрерывные (сплошные).

1.3.1 Тепловые источники излучения

Тепловые источники света используют свойство тел излучать при нагревании лучистую энергию. При достаточно большой температуре это излучение переходит в область видимого — тело начинает светиться. Световое излучение увеличивается с увеличением температуры тела.

Любое тело, имеющее цветовую температуру выше абсолютного нуля, излучает энергию. Если возбужденное состояние атомов и молекул этого тела вызвано нагреванием, то излучение, посылаемое этим телом в пространство, является тепловым.

Тепловое излучение возникает в результате изменения энергетических состояний электронов и ионов, входящих в состав излучающего тела, независимо от его агрегатного состояния. Однако для светотехники наибольший интерес представляют твердые тела. Излучение таких источников состоит из бесконечно большого числа монохроматических излучений, мощность которых непрерывно меняется с изменением длины волны (рис.5).

Рис.5. Спектральное распределение энергии тепловых источников: 1 — лампы накаливания; 2 – Солнца

Примером теплового источника может служить обыкновенная лампа накаливания, имеющая обычно излучающий элемент в виде нити или спирали из вольфрама. Помимо основных электрических (номинальное напряжение, мощность), светотехнических (световой поток, сила света) и эксплуатационных (срок службы) параметров лампы накаливания имеют еще одну важную характеристику — световую отдачу . Эта величина, выражаемая в лм/Вт, показывает сколько света (лм) излучает лампа на каждый ватт электрической энергии, подводимой к лампе. Чем выше световая отдача, тем лучше осуществляется преобразование электрической энергии в световую. Световая отдача ламп накаливания невысока и составляет 7-22 лм/Вт.

Используемые на практике в качестве источников освещения тепловые излучатели в большой степени отличаются друг от друга по спектральному составу и мощности излучения. Для характеристики тепловых источников с целью их практического применения и возможности их сравнения друг с другом используют искусственную модель теплового излучателя — абсолютно черное тело.

Абсолютно черным телом называется такое тело, которое способно полностью поглотить все падающие на него излучения. Поэтому, согласно закону Кирхгофа, такое тело испускает при данной температуре большую энергию, чем любой другой источник. Модель абсолютно черного тела можно получить, если в полом шаре из непрозрачного и зачерненного изнутри материала сделать отверстие. При этом весь свет, попадающий в полость шара, практически полностью поглощается.

Цветовая температура — при которой относительный спектральный состав его излучения тождественен составу излучения реального тела. Понятие цветовой температуры применимо только к тепловым источникам с непрерывным спектром излучения. Лишь с достаточной долей приближения можно характеризовать цветовой температурой источники смешанного излучения.

1.3.2 Газоразрядные источники

Газоразрядные источники света, приборы, в которых электрическая энергия преобразуется в оптическое излучение при прохождении электрического тока через газы и др. вещества (например, ртуть), находящиеся в парообразном состоянии.

В источниках этого типа используются излучения газов, возникающие под действием проходящего через них тока. Большое число газов и паров металлов, в которых можно получить достаточно мощный разряд, обусловило возможность создания большого числа разновидностей. Газоразрядных ламп. Газоразрядный источник света представляет собой стеклянную, керамическую или металлическую (с прозрачным выходным окном) оболочку цилиндрической, сферической или иной формы, содержащую газ, иногда некоторое количество металла или др. вещества (галоидной соли) с достаточно высокой упругостью пара. В оболочку герметично вмонтированы (впаяны) электроды, между которыми происходит разряд. Существуют газоразрядные источники света с электродами, работающими в открытой атмосфере или протоке газа, например угольная дуга.

Газоразрядный источник света применяют для общего освещения, облучения, сигнализации и др. целей. В Газоразрядные источники света для общего освещения важны высокая световая отдача, приемлемый цвет, простота и надёжность в эксплуатации. Наиболее массовыми газоразрядными источниками света для общего освещения являются люминесцентные лампы Газоразрядные источники образуют линейчатый спектр, определяемый составом инертных газов или паров металлов, в которых происходит электрический разряд. В результате этого процесса атомы или молекулы газа возбуждаются электронным ударом и затем, испуская свет, переходят в исходное состояние. Примером такого источника может служить ртутная лампа высокого давления (Рис.6). Представленное на рисунке расположение спектральных линий свойственно только ртути.

Рис.6. Спектральное распределение энергии ртутной лампы высокого давления.

У источников с линейчатым спектром излучение происходит в пределах узкого участка спектра. Поток излучения источника с таким линейчатым спектром складывается из монохроматических потоков отдельных линий:

где — общий поток излучения источника с линейчатым спектром; , , , …. -монохроматические потоки излучения отдельных линий.

Цвет излучения и характер спектра зависят от состава газа или пара, наполняющего источник света, и условий разряда. Подбирая соответствующие газ и условия разряда, получают излучение в любой части спектра.

Газоразрядные лампы могут быть непрерывного или импульсного горения. В газоразрядных лампах непрерывного горения используют преимущественно тлеющий и дуговой разряды.

Для тлеющего разряда характерны малое давление газа или паров металла, заполняющих разрядный промежуток, и малая плотность тока на электродах лампы. Лампы тлеющего разряда имеют, как правило, форму длинных трубок. Вследствие малых плотностей тока интенсивность излучения таких источников сравнительно невелика.

Дуговой разряд происходит при больших плотностях тока. Этот вид разряда наиболее широко используется в газоразрядных лампах, поскольку с его помощью удается создать источники света большой яркости при сравнительно низких рабочих напряжениях.

Импульсные газоразрядные лампы используют для создания как редких, но мощных импульсов, так и частых, но менее мощных. Длительность вспышки импульсных ламп составляет короткий промежуток времени. В связи с этим, несмотря на большую силу света в импульсе суммарная мощность импульсов достаточно мала.

1.3.3 Источники излучения на основе явления люминесценции

Под люминесценцией понимают способность ряда веществ излучать энергию, накопленную в пределах атома при переходе электронов с более высоких энергетических уровней на более низкие. В зависимости от того, за счет какой энергии происходит возбуждение атома, различают фотолюминесценцию, хемилюминесценцию, катодолюминесценцию и т.д.

Падающий на вещество свет частично отражается, а частично поглощается. Энергия поглощаемого света в большинстве случаев вызывает лишь нагревание тел. Однако некоторые тела сами начинают светиться непосредственно под действием падающего на него излучения. Это и есть фотолюминесценция. Свет возбуждает атомы вещества. Излучаемый при фотолюминесценции свет имеет, как правило, большую длину волны, чем свет, возбуждающий свечение. Чаще всего фотолюминесценция используется в лампах дневного света.

Явление фотолюминесценции нашло широкое применение при создании источников излучения. Сущность фотолюминесценции состоит в фото возбуждении люминофора — вещества с дефектами кристаллической решетки. Оно способно светить как в процессе возбуждения, так и после — фотонами поглощенного УФ-излучения оптической части спектра.

Люминесценция и, в частности, фотолюминесценция используются в источниках света, в которых УФ-лучи при помощи люминофора преобразуются в излучение видимой зоны спектра. Чаще всего фотолюминесценция используется в лампах дневного света.

Причем основную часть лучистого потока такого источника составляют излучения именно люминофора.

При некоторых химических реакциях, идущих с выделением энергии, часть этой энергии непосредственно расходуется на излучение света. Источник света остается холодным. Это явление называется хемилюминесценцией. Летом в лесу можно ночью увидеть насекомое светлячка. На теле у него «горит» маленький зеленый «фонарик». Светящееся пятнышко на его спинке имеет почти ту же температуру, что и окружающий воздух. Свойством светиться обладают и другие живые организмы: бактерии, насекомые, многие рыбы, обитающие на большой глубине. Часто светятся в темноте кусочки гниющего дерева.

Созданные на основе этого явления люминесцентные источники (лампы) представляют собой стеклянную трубку с откачанным воздухом, внутри которой находятся небольшое количество ртути и малая доза инертного газа.

Люминесцентные лампы — второй в мире по распространенности источник света, а в Японии они занимают даже первое место, обогнав лампы накаливания. Ежегодно в мире производится более одного миллиарда люминесцентных ламп Люминесцентная лампа — это типичный разрядный источник света низкого давления, в котором разряд происходит в смеси паров ртути и инертного газа, чаще всего — аргона.

Рис.7. Спектр излучения люминесцентной лампы

Срок службы обычных люминесцентных ламп определяется двумя факторами: спадом светового потока за счет «отравления» люминофора атомами ртути и продуктами распыления электродов и потерей эмиссионной способности электродов из-за полного расхода активирующего покрытия. Существуют лампы с защитной пленкой на люминофоре, значительно уменьшившей спад светового потока, и срок службы ламп нового поколения (Т5) определяется, в основном, уже только эмиссионной способностью электродов. Поэтому создание ламп без электродов — это реальный путь повышения срока службы люминесцентных ламп.

Каждый электрик должен знать:  Сборка и установка опор воздушных линий

Порошкообразные люминофоры наносят на внутреннюю поверхность трубки в виде тонкого равномерного слоя. Образующийся при включении электрический заряд в парах ртути дает линейчатый спектр, большая часть которого излучается в УФ-зоне на длине волны 254 нм. Это коротковолновое излучение ртути возбуждает видимое свечение люминесцентного покрытия внутри трубки. В зависимости от соотношения люминофоров в смеси люминесцентная лампа дает свечение голубоватого, желтоватого или белого цвета. Кроме излучения люминесцентного покрытия в свете люминесцентной лампы присутствуют и линии ртутного спектра, проникающие сквозь слой люминофора рис.7).

1.3.4 Оптические квантовые генераторы (лазеры)

Лазер — прибор, являющийся генератором вынужденного, когерентного во времени и пространстве излучения.

Устройство лазеров основано на управлении энергетическим состоянием атомов и молекул вещества, из которого они изготовлены. У рассмотренных ранее тепловых источников излучение света также связано с переходом атомов из одного состояния в другое. Однако эти переходы в тепловых источниках излучения хаотичны во времени, и поэтому излучаемые ими световые волны одновременно находятся в различных фазах. В лазерах процесс излучения у всех атомов происходит одновременно. Поэтому световые волны в излучении лазеров абсолютно когерентны, т.е. в одной и той же фазе.

Если создать систему возбужденных активных атомов (лазерную активную среду) и пропустить через нее излучение, то возможно усиление этого излучения. Такое усиление оптического излучения, основанное на использовании вынужденного излучения, называется лазерным усилением.

Для того чтобы лазер-усилитель превратить в лазер-генератор излучения, вводят положительную обратную связь. В качестве звена положительной обратной связи используют оптические резонаторы. Они состоят из двух полупрозрачных зеркал и обеспечивают многократное прохождение волны излучения через активное вещество. В общем случае оптический резонатор — это система отражающих, преломляющих и других оптических элементов в пространстве, между которыми могут возбуждаться волны оптического излучения.

Упрощенную структурную схему лазера можно представить в виде следующих основных элементов (рис.8).

1. Источник энергии, обеспечивающий создание энергии накачки. Под накачкой лазера подразумевается процесс возбуждения вещества, приводящего к возникновению лазерной активной среды. В зависимости от вида подводимой энергии различают оптическую, электрическую, электронную, химическую накачку.

Рис.8. Упрощенная структурная схема лазера

2. Излучатель лазера, преобразующий энергию накачки в лазерное излучение и содержащий один или несколько активных элементов:

а) систему накачки — ряд элементов, предназначенных для преобразования энергии и передачи ее от источника энергии к лазерному активному элементу;

б) лазерный активный элемент, содержащий вещество, в котором создается активная среда в процессе накачки;

в) оптический резонатор.

Структурная схема лазера обычно бывает дополнена еще рядом элементов, обеспечивающих работоспособность лазера или служащих для управления лазерным излучением.

По типу применяемого активного элемента лазеры подразделяются на полупроводниковые, газовые, твердотельные и жидкостные. По характеру свечения лазеры делятся на импульсные и непрерывного свечения. Для полиграфии наибольший интерес представляют газовые и твёрдотельные лазеры.

Существующие газовые лазеры обеспечивают генерацию в широком диапазоне, с ультрафиолетового до далекой инфракрасной области спектра. Активной средой газовых лазеров является образующаяся при возникновении электрического заряда газоразрядная плазма. Используются два типа разрядов: дуговой — сильный высокотемпературный разряд с высокой степенью ионизации плазмы; тлеющий — низкотемпературный, с низкой степенью ионизации плазмы.

Наиболее распространенным типом газоразрядного лазера является гелий-неоновый, работающий на тлеющем разряде. Под действием разряда происходит возбуждение атомов гелия, которые при соударении передают энергию атомам неона, имеющим точно такие же уровни возбуждения.

Твердотельные лазеры отличаются от газовых принципиально только характером накачки. В качестве активной среды используется кристаллический или аморфный диэлектрик, имеющий центры люминесценции.

Заключение

Светотехника — область науки и техники, предметом которой являются исследование принципов и разработка способов генерирования, пространственного перераспределения и измерения характеристик оптического излучения, а также преобразование его энергии в другие виды энергии и использование в различных целях. Светотехника включает в себя также конструкторскую и технологическую разработку источников излучения и систем управления ими, осветительных, облучательных и светосигнальных приборов, устройств и установок, нормирование, проектирование, монтаж и эксплуатацию светотехнических установок.

Источники света, излучатели электромагнитной энергии в видимой (или оптической, т.е. не только видимой, но и ультрафиолетовой и инфракрасной) области спектра.

В конце 19 в. появились первые практически пригодные электрические источники света., в создание которых большой вклад внесли русские учёные П.Н. Яблочков, В.Н. Чиколев, А.Н. Лодыгин и др. С начала 20 в. электрическая лампа накаливания благодаря экономичности, гигиеничности и удобству в эксплуатации начинает быстро и повсеместно вытеснять источники света, основанные на сжигании. Современная электрическая лампа накаливания — тепловой источник света, в котором излучение создаётся спиралью из вольфрамовой проволоки, накалённой до высокой температуры (около 3000 К) проходящим через неё электрическим током. Лампы накаливания — наиболее массовые.

Начиная с 30-х гг.20 в. получают распространение газоразрядные источники света, в которых используется излучение электрического разряда в инертных газах или в парах различных металлов, особенно ртути. По принципу действия они относятся к люминесцентным источниками света или источниками смешанного излучения, т.е. люминесценции и теплового. Благодаря более высокому кпд излучения и большему разнообразию спектра и других характеристик, чем у ламп накаливания, они находят применение для освещения, сигнализации, рекламы и других целей. Особенно широко для освещения применяются люминесцентные лампы, в которых ультрафиолетовое излучение ртутного разряда с помощью люминофоров преобразуется в видимое; светоотдача современных люминесцентных ламп белого света до 80-85 лм/вт. В так называемых электролюминесцентных панелях люминесценция порошкообразных люминофоров, находящихся в среде диэлектрика, возникает под действием переменного электрического поля. По эффективности они близки к лампам накаливания и применяются главным образом как световые индикаторы, табло, декоративные элементы и т.д. В полупроводниковых источников света. Люминесценция возникает при прохождении тока. Арсенид галлия, например, даёт инфракрасное излучение, фосфид галлия и карбид кремния — видимое и т.д. Эти источники света применяются для специальных целей; кпд их пока невелик. Совершенно новый тип источников света представляют собой лазеры, которые дают когерентные световые пучки высоких интенсивностей, исключительной однородности по частоте и острой направленности.

Список литературы

1. Чуркин А.В., Уарова P. M., Шашлов А.Б. Основы светотехники. Учебное пособие. М.: МГУП, 1999 г.

2. Основы светотехники ч, 1. Лабораторные работы. Уарова P. M., Чуркин А.В., Шашлов А.Б. М.: МГУП, 2001 г.

3. Основы светотехники ч.2. Лабораторные работы. Шашлов Б.А., Чуркин А.В., Шашлов А.Б. М.: МГАП «Мир книги», 1996г.

4. Шашлов Б.А. Цвет и цветовоспроизведение. М.: МГАП «Мир книги», 1996 г.

5. Основы светотехники ч.1. и ч.2. Контрольные работы и методические указания по циклу общепрофессиональных дисциплин по специальности 281400. Уарова P. M., Шашлов А.Б., Чуркин А.В.М. МГУП, 1999 г., с.110-171.

Линейный источник света

Полезная модель относится к светотехнике, а именно к осветительному оборудованию и может быть использована в качестве стационарного устройства уличного или внутреннего освещения массового применения, а также для реконструкции любых действующих устройств освещения. Технический результат состоит в упрощении устройства и повышении функциональной надежности и повышении коэффициента использования оборудования в системах со светораспределением. Линейный источник света содержит указаны планку 1, светодиоды 2, объединенные в триады 3, две группы 4 триад, элементы 5 подключения электропитания. 1 з.п. 1 ил.

Полезная модель относится к светотехнике, а именно к осветительному оборудованию и может быть использована в качестве стационарного устройства уличного или внутреннего освещения массового применения, а также для реконструкции любых действующих устройств освещения.

Известен линейный источник света (патент РФ 46865 на полезную модель, Кл. G02F 1/133, опубл. 2005 г), содержащая группы светодиодов, в каждой группе светодиоды соединены последовательно.

Недостаток известного устройства состоит в недостаточной надежности устройства из-за большого количества оборудования, резкий свет от точечных источников света и малая светоотдача при использовании в системах со светораспределением.

Задача настоящей полезной модели состоит в устранении указанных недостатков.

Технический результат состоит в упрощении устройства, повышении функциональной надежности и повышении коэффициента использования оборудования в системах со светораспределением.

Результат достигается тем, что в линейном источнике света, содержащем группы светодиодов, в каждой группе светодиоды соединены последовательно, линейный источник света выполнен в виде планки, в каждой группе светодиоды объединены в группы триад светодиодов, каждая планка содержит не менее двух групп триад светодиодов, группы триад светодиодов соединены параллельно между собой и к источнику питания, и тем, что на каждой планке размещены две группы триад светодиодов по три или четыре триады в группе.

Блок-схема линейного источника света изображена на чертеже, где указаны планка 1, светодиоды 2, объединенные в триады 3, две группы 4 триад, элементы 5 подключения электропитания.

На планке 1 размещены триады 3 светодиодов 2. Число триад соответствует числу двух групп. Светодиоды в триадах одной группы соединены последовательно. Это сделано исходя из принципа использования электрически безопасного напряжения питания. При использовании в одной группе трех триад светодиодов напряжение не превышает 36 вольт. При использовании в одной группе четырех триад светодиодов напряжение не превышает 40 вольт. При использовании определенных участков характеристик светодиодов, можно использовать и 36 вольт. Такое напряжение считается безопасным для использования. Группы триад соединены параллельно между собой и с блоком питания. На одной планке, размерами 600×20 мм, располагаются две группы триад. Светодиоды объединены в триады для создания высокого уровня освещенности в определенных местах — в окнах решетки устройства освещения со светораспределением. Это позволяет практически без увеличения числа светодиодов повысить светоотдачу. Поскольку в устройстве освещения не используется блок управления режимами светодиодов, который содержит датчик температуры, установленный на печатной плате, регулятор яркости, М регуляторов тока и блок формирования режимов светодиодов, то это существенно упрощает конструкцию устройства и, соответственно, повышает надежность работы устройства. Повышению надежности способствует и параллельное включение группы триад.

Таким образом, полезная модель позволяет упростить устройство и повысить функциональную надежность и повысить коэффициент использования оборудования в системах со светораспределением.

1. Линейный источник света, содержащий группы светодиодов, в каждой группе светодиоды соединены последовательно, отличающийся тем, что линейный источник света выполнен в виде планки, в каждой группе светодиоды объединены в группы триад светодиодов, каждая планка содержит не менее двух групп триад светодиодов, группы триад светодиодов соединены параллельно между собой и к источнику питания.

2. Линейный источник света по п.1, отличающийся тем, что на каждой планке размещены две группы триад светодиодов по три или четыре триады в группе.

Содержание главы

В данной главе обсуждаются следующие вопросы, связанные с освещением и атмосферой:

  • Освещение по умолчанию в 3D Studio MAX
  • Базовые стили освещения
  • Методы освещения 3DS МАХ
  • Типы источников света и примеры применения
  • Творческое применение ослабления
  • Управление параметрами теней
  • Свет прожекторов
  • Объемные источники света, туман и горение
  • Типы и концепции архитектурного освещения

Освещение естественно воспринимается как нечто само собой разумеющееся. Куда бы мы не направлялись, дорога уже должным образом освещена. Солнце насыщает светом наш мир очень просто, но эффективно. То ли в реальной жизни, то ли в кино или телевизионных представлениях, не следует беспокоиться о свете — уже все сделано. Однако в трехмерной среде дело обстоит по-иному. В ЗD-средах редко что-то уже подготовлено. Подобно моделированию, текстурированию и анимации, для постановки значимой сцены освещение требует большой и осмысленной работы.

В настоящем разделе освещаются базовые стили освещения, которые часто являются фундаментом для цветового конструирования, придающего сцене акцент и глубину. Кроме того, вы узнаете об умалчиваемом освещении 3D Studio MAX, которое обеспечивает хорошее общее освещение, о базовых иллюстрационных стилях, таких как трехточечное освещение и о концепции отраженного света.

Когда нет ничего другого, 3DS МАХ для эффективного просмотра сцены обеспечивает установку освещения по умолчанию. Эту установку можно представлять в виде «домашнего света», достаточного для работы, но не предназначенного для результата окончательной визуализации. Освещение по умолчанию представляет собой просто два всенаправленных (omni) источника света, помешенных в диагональных углах сцены. Если предположить, что сцена центрирована относительно начала, источники света размещены вверху спереди в точке -X, -Y, +2 и внизу сзади в точке +Х, +Y, «Z.

При первом добавлении к сцене источника света 3DS МАХ удаляет освещение по умолчанию, так что можно видеть происходящее. Сцена станет темнее, поскольку два источника света заменяются одним. После этого при необходимости можно вводить дополнительные источники света. Освещение по умолчанию остается отключенным до тех пор, пока на сцене имеются пользовательские источники света, независимо от того, включены они или выключены. Когда со сцены удаляются все источники света, освещение по умолчанию возвращается автоматически. Однако иллюминацию сцены можно перекрывать источниками света по умолчанию через клавиатурное сокращение (Ctrl+L). Данное перекрытие основывается на видовом окне и сохраняется вместе со сценой. На практике это полезно тогда, когда освещение под определенным углом отсутствует, но необходимо моделировать темную сторону.

ПРИМЕЧАНИЕ Интерактивный визуализатор может показать максимум 12 источников света. На сцене с большим количеством источников света для интерактивной иллюминации используются только первых 12. Эта иллюминация не оказывает влияния на освещение окончательного визуапизатора.

Несмотря на полезность интерактивного визуализатора, он не может заменить пробные визуализации из окончательного визуализатора. Поскольку интерактивный визуализатор использует Gouraud-базированное затенение, видимые блики зависят от плотности каждого элемента каркаса поверхности. Например, коробка, имеющая только 12 граней, может иметь интенсивные блики, но ни один из них не будет показан в видовых окнах, поскольку затенение усредняется только по двум граням. Другие тонкости, подобные ослаблению, атмосфере и эффектам реальных материалов, можно видеть только при окончательной визуализации.

Освещение всегда является вопросом стилистики, однако два базовых стиля иллюминации применяются наиболее часто. К ним относятся треугольное и зонное освещение.

Треугольное освещение (называемое также трехточечным) использует три источника света для обеспечения иллюминации. Основной свет, называемый ключом (key), обычно является самым ярким и освещает большую часть сцены (см. рис. 19.1). Ключ — это обычно источник света, отбрасывающий тень на сцепу.

Третий свет, заполняющий (fill), обычно остается за камерой и заполняет темные области, пропущенные ключевым (см. рис. 19.3). Заполняющий свет применяется для управления контрастом между наиболее яркими и наиболее темными областями сцены. Яркий заполнитель создает равное освещение, тогда как приглушенный заполнитель увеличивает контраст и делает сцену более «тяжелой». Выбор интснсивностей освещения помогает создавать общее настроение. Как веселые мультфильмы ярки и хорошо иллюминированы, так заколдованные замки туманны и полны контрастов. На рисунке 19.4 показана организация источников света для рисунка 19.3.

Иногда большая сцена не может эффективно использовать базовое треугольное освещение, поэтому требуется несколько иной подход. Зонное освещение имеет место тогда, когда область разбивается на зоны и каждая зона иллюминируется индивидуально. Выбор зон основывается на важности или сходстве. После выделения зоны к ней можно примерить базовое треугольное или трехточечное освещение. Однако в ряде случаев зонное освещение не создает требуемого настроения и тогда применяется свободная схема. Акцентирующие источники света (accent lights) используются для освещения ключевых объектов или областей и часто применяются для привлечения внимания к чему-то особенно важному.

Каждое визуальное искусство имеет несколько стилей освещения и все они могут применяться в трехмерном пространстве. Фактически ЗО-освещение не ограничено мощностью и яркостью имеющихся лампочек. Не ограничено оно и тем, куда можно поместить источники света, тем, что они освещают или тем, куда отбрасывают тени. Трехмерные источники света могут выполнять анимацию яркости и цвета и совершенно свободно перемещаться.

ПРИМЕЧАНИЕ Хорошую теорию, советы, связанные с освещением и технические приемы можно найти в книгах и журналах по традиционным видам визуального искусства, подобным фотографии, кино, театру и видео. В ЗО-пространстве совершенно просто применяются принципы использования источников света в реальной жизни.

3DS МАХ основывает иллюминацию на угле, который образуется между источником света и поверхностью, и не учитывает расстояние до источника. Когда источник света перпендикулярен плоскости и находится далеко, лучи света, падающего на панель, практически параллельны и результирующее освещение очень ровно. Если какой-то источник света размещен ближе, лучи света, падающего на поверхность, очень расходятся и порождают выделенную яркую точку. Объекты обычно желательно затенять постепенно и не создавать такого рода ярких точек. Для этого следует помещать источники света под углом к объекту (для создания градаций) и на значительном расстоянии (с целью минимизации горячих точек). Результирующая базовая расстановка состоит из двух всенаправленных источников света, помещенных по диагонали к модели — формула для установки освещения 3DS МАХ по умолчанию.

Количество света, попадающего на поверхность, полностью зависит от угла источника света с поверхностью, а не от расстояния между поверхностью и источником света. Это угол падения света на поверхность. Если поверхность расположена к свету под правильным углом, она освещается с полным эффектом. По мере удаления поверхности от источника света угол падения уменьшается и получаемое количество света также уменьшается. Это означает, что чем дальше расположен источник света, тем ровнее он освещает сцену — угол каждого каркасного элемента к свету постепенно достигает 90°.

Все источники света в 3DS МАХ учитывают цветовые законы аддитивной RGB-иллюминации. Выбор и присваивание цвета света непротиворечиво между всеми формами источников света. Более подробная информация о цвете, иллюминации, а также теория смешивания цветов и ее приложение в 3DS МАХ приводится в главе 2 «Смешанный цвет и свет» данной книги и в главе 20 тома 2 3D Studio MAX User’s Guide.

Множество встроенных типов источников света 3DS МАХ могут эмулировать практически любой свет в природе, а также добавлять возможности, существующие только в виртуальном королевстве компьютерной графики. 3DS МАХ содержит несколько типов источников света — целевые (targeted) и свободные (free) точечные (spotlights), всенаправленные (omni) и направленные (directional) источники света. Это физические объекты, которые можно поместить и передвигать по 3D-cueHe. Данные источники света содержат общие элементы управления светом, которые описывают поведение света в среде. Существует также фоновый (ambient) свет, представляющий на самом деле уровень освещения, поскольку он однообразно влияет на всю сцену. Будучи таковым, он находится среди элементов управления средой и не имеет никаких настраиваемых физических свойств.

3DS МАХ включает четыре различных объекта источников света: всенаправленный (omni) и направленный (directional) источники света, целевой (targeted) и свободный (free) точечные источники света. Фоновый (ambient) свет, не представляемый никаким физическим источником света, играет важную роль в общей световой конструкции.

Все освещение в 3DS МАХ учитывает законы цвета аддитивной RGB иллюминации. Выбор и присваивание цвета света согласуется со всеми формами света. Цвета можно смешивать, используя любую комбинацию значений Red, Green, Blue (RGB) и каналов Hue, Luminance, Saturation (HLS). Более подробная информация о цвете приведена в главе 2.

Всенаправленные (omni) источники света являются точечными источниками света, очень похожими на лампочки, подвешенные на проводе или на звезды в солнечной системе. Всенаправленный источник света из своей позиции иллюминирует все грани, ориентированные в его направлении. Поскольку всенаправленные источники света не сконструированы для отбрасывания теней, то их лучи не блокируются какими-либо элементами каркаса и, следовательно, уменьшают темноту любых теней, на которые они отбрасывают свет.

ПРИМЕЧАНИЕ Основное назначение всенаправленных источников света — служить в качестве заполняющего света. Весьма распространенный способ заключается в создании множества всенаправленных источников света на больших расстояниях, различных цветов и с низкими уровнями отбрасывания теней и смешивания их на модели. Подобная технология заимствована из театрального освещения, но вполне применима в 3DS МАХ.

Благодаря своей всенаправленности источники света omni создают вполне предсказуемую результирующую иллюминацию. Такие источники света имеют множество вторичных применений. Расположенные рядом с элементами каркаса, они создают яркие блики, размещенные под стратегическими углами позади или ниже элементов каркаса, могут создать слабое свечение и придать эффект граничного цвета. Всенаправлен-ные источники света с негативными множителями часто размещаются в разных областях сцены для создания совокупности теней.

Распространенная ошибка состоит в предположении, что «подвешенный» в комнате всенаправленный источник света создает сияние воздуха вокруг себя, как это случается в реальной жизни. Такого быть не может. Источники света 3DS МАХ могут отбрасывать свет только на те грани, на которые светят, и это правильно. Источник света, помещенный в открытое пространство, не будет давать свечения, поскольку нечего освещать. Вспышки лазерного света, так распространенные в фильмах, на самом деле просто фикция. В реальности не видно ничего. Уличные фонари рядом с вашим домом создают свечение или ореол потому, что они сталкиваются с миллионами частиц, плавающими в воздухе вокруг фонарей.

Направленный (directional) источник света лучше всего сравнивать с солнцем. Когда свет отбрасывает тени, угол тени определяется линией, проведенной от источника света к объекту. Этот эффект наиболее заметен, когда имеются тесно расположенные объекты с параллельными поверхностями — например, частокол. Размещение точечного источника света рядом с частоколом приведет к появлению расширяющихся теней, поскольку каждый кол проводит собственную линию тени к источнику света. По мере удаления источника света от частокола угол между тенями каждого кола будет все меньше и меньше. Если источник света поместить на значительном удалении, то углы между тенями станут настолько малы, что отбрасываемые тени будут практически параллельными. Именно так получается с солнечным светом, а в компьютерной графике подобный эффект называется параллельным или направленным освещением. Такова иллюминация, порождаемая объектом Directional Light в 3DS MAX.

Объект Directional Light в 3DS МАХ представляет собой нечто подобное гибриду между традиционным параллельным и точечным источником света. Directional Light похож на точечный источник света в том, что имеет яркую точку (hotspot) и границу действия освещения (falloff). Это помогает управлять протяженностью, до которой можно просчитать тени на сцене, и размером границы освещения. Когда яркая точка минимизирована, Directional Light становится похож на фотографический источник света, отбрасывающий мягкий локальный свет. Если включена опция Overshoot, то и яркая точка, и граница освещения игнорируются, и иллюминация будет похожа на солнечную. Для мягкого локального освещения следует использовать ослабление (attenuation). Для имитации солнечного освещения ослабление должно отключаться.

Directional Light похож на Free Spot или Free camera (свободная камера) в том, что у него нет цели и он полностью управляется своим поворотом. Когда активно превышение (overshoot), дистанция между Directional Light и предметом играет незначительную роль. В отличие от других источников света не имеет значения, на каком удалении от одной стороны размещен Directional Light — роль играет только угол, который он образует с предметом.

Целевой точечный источник (Target Spot) представляет собой направленный источник света, который светит в направлении своей цели. Цель может двигаться независимо. Целевой точечный источник света похож на ситуацию, когда к источнику света привязывают веревку, что часто используется на концертах. Если потянуть за веревку, свет поворачивается в заданном направлении.

ПРИМЕЧАНИЕ Цель используется только при наведении точечного источника света. Расстояние от цели до источника света не влияет ни на яркость, ни на ослабление.

Многочисленные возможности целевых и свободных точечных источников света делают их главными световыми инструментами в среде 3DS МАХ. В отличие от всснаправленных источников света, направлением их света можно управлять. Целевые и свободные точечные источники могут отбрасывать тени, иметь прямоугольную или круглую форму и даже проектировать растровые изображения.

Свободный точечный источник (Free Spot) обладает всеми возможностями Target Spot, но без целевого объекта. Вместо позиционирования цели в световой конус производится вращение вращаете Free Spot для нацеливания его луча. Причиной выбора Free Spot вместо Target Spot может служить персональное предпочтение или необходимость выполнения анимации источника света в сочетании с геометрией. При выполнении анимации источников света возникают случаи, когда источники света должны находиться во взаимоотношении с другим объектом. Типичными примерами являются фары автомобиля, точечные источники и шахтерская каска. Собственно, это те ситуации, для которых Free Spot и предназначен, поскольку он может просто связываться с объектом и нацеливать свой свет, когда объект передвигается по сцене. Это особенно важно, если точечный источник имеет прямоугольную форму и/или проектирует образ. В подобных случаях источник для получения требуемого эффекта должен передвигаться вместе с родительским объектом. Поворот источника света с его результирующей проекцией можно надежно сделать только с помощью Free Spot.


Если со сцены убрать все источники света, останется только фоновый свет (ambient light). Это постоянно присутствующий свет, который кажется существующими в мире даже тогда, когда нельзя идентифицировать источник света. В реальности свет отражается от поверхностей и освещает то, что нс освещено непосредственно. Фоновый свет является методом аппроксимации отраженного света в 3D Studio MAX.

Цвет фонового света влияет на каждую поверхность на сцене до того, как на них окажут влияния другие источники света. Фоновый свет служит в качестве отправной точки. С ним складываются или вычитаются все остальные световые компоненты. Поскольку фоновый свет применим универсально, увеличение его уровня снижает контрастность и «сглаживает» сцену. Сцена, освещенная одним фоновым светом, не имеет контраста или теней. Каждая сторона и грань визуализируются с одной и той же интенсивностью. Различимы только геометрические силуэты и свойства материалов.

Фоновый свет является не столько объектом, сколько частью системы Environment (среда) и настраивается в диалоге Environment, доступном из выпадающего меню Rendering/Environment. Поскольку фоновый свет присутствует всегда, то он и его цвет — это то, что вы видите на отбрасываемых тенях. Если вы желаете сделать цвета сцены особенно глубокими, необходимо слегка окрасить фоновый свет, чтобы он стал дополнением доминирующего тенеобразующего света. Если свет имеет желтоватый оттенок, отбрасываемый луной, то небольшая пурпурность фонового света может интенсифицировать эффект лунного света.

Иногда для визуализации «гладких» компонентов, подобных тексту, логотипам и иллюстративным конструкциям, которые вы не хотите оттенять, полезен чисто белый фоновый свет. Поскольку общий уровень света на сцене — белый, то никакие эффекты от любых других источников света существовать не будут, если используемые материалы имеют идентичные базовые цвета Ambient и Diffuse (как в замкнутых картах Diffuse и Ambient). Если между цветами Ambient и Diffuse имеется разница, то по мере увеличения освещенности своих поверхностей материалы будут сдвигаться в направлении значений рассеивания. Вместо настройки определений материалов можно просто устранить другие источники света. Если на сцене нет источников света, придется создать один и выключить его с целью устранения влияния организации освещения по умолчанию.

ПРИМЕЧАНИЕ Если для освещения сцены используется только фоновый свет, то применяется фоновый базовый цвет присвоенного материала. Освещение сцены чисто белым фоновым светом визуализирует все материалы в соответствии с их значениями фоновых цветов. Результат может показаться удивительно темным, учитывая распространенную технологию, предполагающую делать фоновый свет самой темной версией рассеивания.

На практике многие художники предпочитают применять приглушенный фоновый свет или вообще его не применять. Это обеспечивает лучшее управление тенями и контрастом в окончательных образах. Общая ошибка заключается в значительном усилении фонового света с целью уменьшения необходимости в других источниках света. Подобный подход вместо облегчения работы со светом приводит к тусклой сцене без контраста и без настроения.

Все источники света совместно используют общее множество управляющих элементов, которые управляют базовыми характеристиками света, такими как яркость и цвет. Щелчок на цветовой отметке источника света собирает элементы управления в командную панель (см. рис. 19.5).

Флажок Оп/ОгГ управляет тем, будет ли источник света оказывать влияние на сцену. Выбор для сцены ясен и не может анимироваться. Если вы хотите выполнить анимацию включающегося и выключающегося света, следует настроить его цвет и/или значение множителя. Заметьте, что для включения и выключения света с постоянной частотой необходимо либо присвоить линейный (Linear) контроллер, либо настроить Continuity контроллера ТСВ в 0, либо сгладить кривую контроллера Безье.

Щелчок на кнопке Exclude вызывает окно списка и предоставляет возможность выбора конкретных объектов для освещения (см. рис. 19.6). Здесь можно либо выбрать объекты для освещения, либо исключить их из освещения. Правильнее выбрать меньшее из двух множеств. Исключение из освещения не влияет на вычисления визуализации и реально оптимизирует сцену — особенно, когда используется ограничение того, что нужно освещать теневому отбрасываемому свету. Списки включения/исключения предоставляют возможность акцентировать свет в любом месте сцены, не беспокоясь о том, что освещение станет излишним или будет порождать нежелательные блики.

RGB, HSV и Color Swatch осуществляют управление цветом. Хотя анимацию цвета можно выполнить путем настройки любого значения, его всегда оживляют в соответствии со значениями RGB и интерполируют по пространству цвета RGB. Цвет света имеет значение даже на низких уровнях. Величина иллюминации поверхности управляется общим значением RGB, модулированным при помощи значения множителя.

Множитель похож на переключатель фильтров света. Для определения действительного выходного цвета значение множителя переумножается со значением RGB цветовой отметки. Значение, меньшее единицы, уменьшает освещение, тогда как значения большие единицы ее увеличивают. Когда множителю задаются отрицательные значения, реально освещение со сцены удаляется. Такой «отрицательный свет» полезен для имитации излучающих эффектов и других внутренних цветовых настроек. Например, распространено применение отрицательных всенаправленных источников света путем помещения их во внутренние углы для затемнения углов способом, который трудно получить через положительное освещение сцены.

Хотя у множителей много применений, однако наиболее распространенным является обеспечение применения серией источников света одного и того же цвета. Каждому источнику света задается один и тот же цвет, а интенсивность управляется множителями. То, что применяется один и тот же базовый цвет, видно из цветовой отметки. Подобным же образом маленькие значения множителей позволяют считываться цветовой отметке, как различимому цвету, оставляя при этом цвет источника света достаточно темным. Например, вместо создания темно-красного источника света 10, О, О и практически черного цветового образца, можно задать ему распознаваемый красный 200, О, О и использовать множитель 0.05, чтобы затемнить его до низкого значения.

При увеличении множителей каждый канал завершается у 255. Это означает, что красный цвет, начинающийся как 255, 10, 10 будет розовым с множителем 10, светло-розовым с множителем 20 и чисто белым с множителем 26. Когда множитель достигает такой величины, то факт, что свет «красный», виден только на границе света или за счет использования ослабления. Затем свет переходит от белого до ярко-красного через ореол границы света. Данная характеристика часто полезна для организации специальных световых эффектов.

Ослабление управляет границей света по дистанции. Без ослабления источники света действуют в соответствии со своей ориентацией относительно поверхности. Если поверхность находится под 90°, свет дает полный эффект. Это значит, что чем дальше поместить источник от поверхности, тем круче становится угол падения и ярче освещается поверхность. Но в реальной жизни свет с расстоянием уменьшается. Если вы держите фонарик прямо на столе, то он довольно яркий. Направьте его через комнату и сила его света уменьшится. Направьте его через улицу и он уже вряд ли достигнет соседнего дома. Такое уменьшение, затухание или размывание света называется ослаблением (attenuation) и представляет собой простой результат физики явления.

ПРИМЕЧАНИЕ Внутренние помещения имеют тенденцию требовать множества источников света, и если их свет не затухает, то сцена быстро становится переосвещенной. При освещении внутренних помещении ослабление должно использоваться для всех источников за исключением самых тусклых заполняющих.

В окружающем мире свет затухает пропорционально квадрату расстояния. Например, если лампа создает освещенность Х на расстоянии 10 футов, то на расстоянии 20 футов освещенность будет ‘/4 X. Несмотря на физическую корректность, для компьютерной графики такая величина затухания считается слишком большой. Дело в том, что свет отражается от всех поверхностей и освещает мир со всех углов, хотя и ослабляется. Только программы отражающей визуализации обладают возможностью репродуцировать этот вторичный свет, и такие программы обычно являются единственными, которые придерживаются затухания, пропорционального квадрату расстояния. Большинство компьютерных программ с ослаблением света делают это линейно — та же самая лампа с освещенностью Х на расстоянии 10 футов, на расстоянии 20 футов создаст освещенность ‘/2 X. 3DS МАХ обеспечивает гибридный метод нулевого и линейного затухания.

ПРИМЕЧАНИЕ Ослабление показывается в интерактивных видовых окнах только при включенной опции Attentuate Lights в Viewport Preferences. Эта опция оказывает значительное влияние на время перерисовки затенения, хотя и является полезной.

Флажок Attenuation Use указывает на то, использует ли вьтделенный источник света назначенные диапазоны. При активизации флажка вокруг источников света появляются круги, указывающие протяженность диапазонов Start и End (см. рис. 19.7). Данные круги определяют внутренние и внешние границы освещения. Диапазон Start (внутренний круг) похож па горячую точку и определяет регион, в котором ослабление не происходит. Диапазон End (внешний круг) похож на границу действия и определяет расстояние, при достижении которого освещение прекращается. Свет в пределах диапазона Start и End ослабляется линейно. Если необходимо, чтобы свет затухал все время, следует уменьшить диапазон Start до нуля.

СОВЕТ При освещении внутренних поверхностей особое внимание уделяйте диапазонам. Все источники света с одинаковой мощностью, размещенные в области, должны иметь одни и те же диапазоны. Если диапазоны между источниками отличаются, их яркость будет отличаться, поскольку расстояния для освещения изменяются. Это особенно заметно в массивах источников света, где очевидно, что они должны быть одинаковы. В таких случаях лучше всего сделать источники света экземплярами один другого так, чтобы настройка одного влияла на все.

Яркая точка (hotspot) и граница (fallon) являются наиболее часто настраиваемыми аспектами точечного и направленного источника света. Разница между яркой точкой и границей света управляет отчетливостью результирующей области света. Значения яркой точки и границы обладают влиянием, подобным влиянию внутренних и внешних диапазонов ослабления всенаправленного света. Яркая точка определяет величину полной освещенности — она нс увеличивает освещенности, как может подсказывать название. Освещенность внутри яркой точки является полным эффектом света. Граница света определяет расстояние, на котором свет перестает действовать. Это увядание или затухание не является линейным, как с диапазонами всенаправленного света, но представляет кубическую сплайповую интерполяцию — большинство переходов происходят около внешней границы света. Разница в размере между яркой точкой и границей света определяет мягкость или расплывчатость световой границы. Маленькая яркая точка и широкое падение создают очень мягкую границу, в то время как яркая точка, подступающая к границе, делает границу света очень резкой.

Когда активно превышение, граница света по-прежнему определяет диапазон, внутри которого отбрасываются тени и проектируются образы. Граница света становится важным механизмом управления размером, до которого простирается теневая карта света. Для создания качественных теней протяженные границы света требуют больших теневых карт. Вы можете усовершенствовать качество теней и сократить требования к оперативной памяти, ограничив границу отбрасывающего тень света до минимального размера.

СОВЕТ Если требуется широкая градация по области точечного источника света, то для создания эффекта можно применить ослабление, установив круг внутреннего диапазона точечного источника так, чтобы он пересекал поверхность каркаса.

Можно устранить направленную или точечную световую область, активизировав опцию Overshoot. Она устраняет ограничения и обеспечивает освещение, эквивалентное порожденному только внутри яркой точки. В основном опция Overshoot превращает точечный свет в «направленный всенаправленный свет», сохраняя при этом остальные возможности. Благодаря таким качествам на опцию часто ссылаются как на бесконечное превышение. Важно понимать, что преувеличенные точечные источники нс ограничены более конусом света и светят во всех направлениях, подобно всенапраленному источнику света, и направленный источник отбрасывает свет со стороны в сторону бесконечно (см. рис. 19.8). Игнорируя ограничения яркой точки, источники света, использующие превышение, все-таки учитывают параметры ослабления.

Превышение полезно для создания общего освещения. Однако тень точечного источника света и/или возможности прожектора по-прежнему необходимы- Эти свойства по-прежнему учитывают конус границы. Точечный источник с преувеличением следует рассматривать как всенаправлепный источник, у которого возможности отбрасывания тени и проектирования ограничены падением (см. рис. 19.9).

Применение опции Overshoot с направленным источником создает сильный, несколько необычный источник света. Например, преувеличенный направленный источник света будет ровно освещать все поверхности, с которыми сталкивается, но не будет влиять на поверхности, коллинеарные с направлением света (см. рис. 19.10).

Источники света позиционируются на сцене подобно любым другим объектам посредством трансформаций Move и Rotate. В отличие от других объектов трансформация Scale масштабирует только диапазоны и не оказывает влияния на другие атрибуты. Элементы управления трансформацией часто применяются для точной настройки позиции и ориентации источника. Контроллеры Path, Look At и Experssion часто применяются для направления света по пути, для следования ключевым объектам или принуждения их реагировать на другие события на сцене.

Точечные источники, подобно камерам, можно использовать для определения видовых окон. Видовые окна точечных источников предоставляют возможность увидеть, куда направлен свет и являются полезными инструментами для поиска теней и карт проектирования. Видовые окна точечных источников света заменяют навигационные пиктограммы другими пиктограммами, связанными конкретно с точечными источниками. Данные элементы управления соответствуют своим эквивалентам камеры с границей света, приравненной FOV. Элемент управления яркой точкой не влияет на вид, если не сталкивается с границей света и не заставляет увеличиваться границу света.

СОВЕТ Для создания видового окна, соответствующего направленному источнику света, посредством объекта сетки центрируйте сетку на источнике (функцией Align) и свяжите ее с направленным источником. При активизации сетки и создании видового окна сетки показанный вид будет соответствовать виду направленного источника. При вращении источника света вид будет показывать вид направленного источника.

Методы освещения полагаются также на тени и на их правильное применение в общей световой конструкции. Специальное управление тенями играет ключевую роль в использовании источников света. С чрезмерным или недостаточным количеством теней сцена не будет выглядеть реалистичной и убедительной.

В мире 3DS МАХ источники света освещают каждую ориентированную в их направлении грань — т.е. представляющую нормаль к ним — пока не будут остановлены соответствующими диапазонами или границами света. Данный свет проходит сквозь поверхность и нс блокируется до тех пор, пока не получит команду отбрасывания теней. Свет, который не отбрасывает тени, а это все всенаправленные источники, проникает через объекты сцены и уменьшает темноту любых отбрасываемых теней.

Создание эффектов освещения без использования теней достаточно затруднительно. Свет, поступающий слева, смешивается со светом справа и заполняющим. Без привлечения теней очень трудно создать в модели контрасты. Отбрасывание теней представляет собой дорогую опцию, но именно она добавляет в завершенную сцену огромный реализм. Тени, построенные посредством трассировки лучей, требуют времени визуализации, a Shadow Maps (карты теней) в дополнение к потребляемому времени визуализации требуют и ресурсов памяти. Ограничение падения точечного света только той областью, которая требует теней, сэкономит время визуализации. Уменьшение количества объектов, отбрасывающих тени, через атрибуты объекта или света, также имеет целью сокращение накладных расходов на визуализацию.

Каждую тень можно установить локально или глобально. Поскольку каждый источник света влияет на разные области сцены и подчиняется различным требованиям, вероятнее всего вы будете настраивать теневые параметры каждого источника. Каждый направленный и точечный источники содержат диалог Local Shadow Control, доступ к которому осуществляется через параметры источника.

Значения глобальных теней управляют параметрами всех отбрасывающих тени источников, у которых включен флажок Use Global Settings. Эффекты параметров одинаковы, но они не удовлетворяют нуждам каждого источника. Новые источники света создаются с выключенным флажком Use Global Settings и используют для параметров теней встроенные системные значения по умолчанию. Если включить Use Global Settings, параметры изменятся на глобальные (при условии, что уже существует источник с включенным Use Global Settings). Если нет другого источника с включенным Use Global Settings, текущие значения параметров используются в качестве глобальных.

3DS МАХ обеспечивает две формы теней с существенно различающимися свойствами. Выбор требуемой формы сводится к ответу на базовые вопросы: «Должны ли границы тени быть резкими или мягкими?» и «Должна ли тень учитывать прозрачность объекта?»

Ray-traced-тени точны, имеют резкие границы и практически всегда повторяют форму объекта, который их отбрасывает (неприятная черта, с которой вынуждены бороться карты теней). Всегда, когда нужна четкая граница и вычисления значений прозрачности объекта, требуются ray-traced-тени.

Ray-traced-тени также принимают в расчет непрозрачность материала и цвет фильтра. Данные тени принимают во внимание любую информацию о непрозрачности, содержащуюся в материале. Такая информация предоставляется в форме карты непрозрачности и ее маски, указателей параметров прозрачности материала и опций In/Out. Это все аспекты, определяющие прозрачность. Дополнительные карты, задающие текстуры или неровности, на отбрасываемую тень не влияют. Имитация отметок подобного рода поверхностей требует копирования соответствующей битовой карты в качестве карты непрозрачности или маски для материала.

Точечные источники света, которые используют гау-traced-тени, обрабатывают все непрозрачности в терминах свечения или интенсивности. Срезы (cutouts) материала при освещении такими источниками могут выглядеть предельно убедительно. Данные материалы имеют подходящую текстуру и карты непрозрачности и часто используются для окружения объектов, подобных деревьям, людям и машинам. Однако они могут быть и отдельными листьями, и сложным узором в окне.

ПРИМЕЧАНИЕ Ray-traced-тени идеально подходят для эмуляции ярких источников света, особенно солнечного. Единственный недостаток заключается в том, что тени во время визуализации требуют длительных вычислении. Поскольку область, рассчитываемая для каждого точечного источника света, основывается на его границе, то ограничение радиуса области может значительно сэкономить время визуализации.

Единственным параметром, который управляет эффектами ray-traced-теней, является Ray Trace Bias (смещение трассы луча). Это не сразу очевидно в свитке Shadow Parameters, потому что при выделенной опции Ray-Traced Shadows параметры карты теней дерева остаются редактируемыми.

В отличие от параметров карты теней, значение Ray Trace Bias редко нуждается в настройке. Значение 1.0 не дает смещения, большие значения начинают оттягивать тень от объекта, в то время как меньшие значения пододвигают ее ближе к объекту. Данное значение должно настраиваться, если отбрасываемые тени объекта содержат самопересекающиеся элементы. Ray-traced-тени, содержащие пустоты, когда они должны быть сплошными, или тени, не связанные с отбрасывающим тень каркасом, имеют слишком высокие значения смещения и их следует уменьшать.

Основная возможность карт теней заключается в создании мягких теней. Мягкие тени по сравнению с ray-traced-тенями представляют более реалистичный эффект, но их труднее получить из-за критического баланса параметров карты. Отбрасывание теней с картами теней требует памяти, однако их визуализация осуществляется быстрее, чем визуализация ray-traced-теней, особенно в случае сложных моделей. Компромисс заключается в том, что карты теней требуют определенного времени на подготовку и постоянную проверку точности и соответствия.

В реальной жизни четкость тени является продуктом близости объекта к поверхности, на которую он отбрасывает тень. Окно отбрасывает через комнату очень мягкую тень, тогда как стул под тем же освещением дает достаточно четкую тень. Благодаря такому качеству для сцен, требующих предельного реализма, можно использовать несколько освещений, обладающих различными теневыми эффектами.

Можно обнаружить, что реалистический эффект мягких теней нс действует на многих людей, рассматривающих вашу работу. Для большинства тень — это четкая, определенная форма, отбрасываемая объектом. Если возможность изучения тени отсутствует, как например в анимации, то осмысленные эффекты, получаемые от мягких теней, практически всегда теряются.

Размер карты теней является самым критическим и дорогостоящим фактором для получения «правильной» тени. Renderer создает квадратную битовую карту такого размера, который указан параметром Map Size. Затраты памяти на подобную карту составляют четыре байта на пиксел карты, т.е. карта теней из 500 строк требует 500 х 500 х 4 = 1 Мб оперативной памяти. Затем данная карта растягивается до размера объектов, отбрасывающих тень, с конусом границы света и проектируется на принимающую поверхность.

Поскольку карта теней на самом деле является битовой картой, то тень в случае, если карта не достигает по крайней мере размера зоны визуализации, приобретает зернистость и формирует рваные края. Чем больше протяженность объекта, отбрасывающего тень, тем больше растягивается карта теней и тем большее разрешение требуется для поддержки ровных краев. Размер отображаемых областей можно ограничить и тем самым ограничить размер требуемой теневой карты. Для этого ограничивается граница света точечного источника. Уменьшить размер карты теней можно также за счет отключения атрибута отбрасывания теней для удаленных объектов.

ПРИМЕЧАНИЕ Превышение весьма полезно в сочетании с картами теней, поскольку их эффект можно локализовать, не создавая определенных областей света.

Значение Map Bias (смещение карты) в основном используется для исправления неточностей, присущих картам памяти в отображении объектов, отбрасывающих тени. Чем ниже значение смещения (bias), тем ближе тень подтянута к объекту.

Широко рекомендуются значения Map Bias 1.0 для архитектурных моделей и 3.0 для остальных конструкций. Очень важно не использовать указанных значений, нс поэкспериментировав с ними на сцене. Каждая модель, и возможно каждый точечный источник должны настраиваться в соответствии с углом света, расстоянием и окончательным выходным разрешением. Кроме того, в точности отображения теневых карт большую роль играет размер теней.

Значение Map Sample Range (предел карты образца) управляет расплывчатостью краев тени — чем выше значение, тем более расплывчатым окажется край тени. Ключевым словом в данном параметре является «Sample», поскольку программа на самом деле размывает окружающие края для создания расплывчатости. Качество и точность краев, как всегда, является балансом смещения теневой карты, размера и диапазона экземпляризации.

По мере увеличения значения Map Sample Range возрастает и расплывчатость тени. Время на визуализацию расплывчатых теней также возрастает, поскольку программа усредняет большее количество образцов на большей области битовой теневой карты. Обратите внимание на то, что данные значения специфичны для заданного разрешения, размера карты смещения, расстояния до точечного источника и размера сцены. Другие значения изменяются пропорционально.

У ряда наблюдателей может вызвать тревогу то, что тень не размывается по мере удаления от объекта. В реальной жизни тень наиболее резка там, где объект касается поверхности, принимающей тень, и расплывчатое всего в самой удаленной точке. Однако 3DS МАХ не делает это естественным образом. Когда желаемый результат требует образов с более высоким разрешением, на изучение которых есть время, у вас могут возникнуть проблемы и следует подумать, что выбирать — тени ray-traced или карты теней.

Каждый объект обладает возможностями исключения теней, встроенных в определения его атрибутов. Когда данные атрибуты объединяются с возможностями исключения света, появляются механизмы для создания специальных световых эффектов. Из ранее приведенного рисунка 19.5 видно, что на основе учета каждого света можно управлять тем, отбрасывает ли объект тени или принимает. Применение упомянутых атрибутов уникально для каждой модели, но помните, что их использование экономит время визуализации. Особенно это касается объектов, составляющих большую часть сцены, подобных растениям, стенам и потолкам. Чаще всего такие объекты не отбрасывают теней, а потолок их не принимает. Отключение соответствующих атрибутов значительно экономит время визуализации и делает карты теней более точными.

Тени исключительно важны, но очень многие из них не нужны или просто отвлекают. С учетом этого внимательный отбор теней и уменьшает время визуализации, и усиливает реализм сцены. В дополнение к отбрасыванию теней свет обладает еще одной полезной функцией, а именно — проектированием образа.

Точечный и направленный источники света могут проектировать образы и выполнять анимацию материалов, подобно кинопроектору или проектору слайдов. В результате появляется много возможностей для световых эффектов. Цвета проектируемого образа смешиваются с цветом света и уменьшают количество света в соответствии со значениями битовой карты свечения цветов. Черный цвет полностью блокирует свет, а белый не останавливает ни одного луча.

Проектируемый свет имеет большие традиции применения в театре и внутреннем световом дизайне. Один из самых традиционных эффектов заключается в том, что когда образ непрозрачный (черный на белом), то он отбрасывает тень, а не образ. При таком использовании проектируемый свет часто называется gobo-светом. Тени, отбрасываемые по такой технологии, могут создавать в 3DS МАХ исключительные и экономящие память эффекты. Два из них показаны на рисунках 19.11 и 19.12.

Точечный и направленный источники света при включенной опции Projector могут проектировать образ. Щелчок на кнопке Assign вызовет Material/Map Browser редактора материалов (см. рис. 19.13). Отсюда можно выбирать существующий канал проецирования, определенный в Material Editor, сцену, библиотеку или определять новую библиотеку. Как только выбран канал проецирования, его имя появляется на кнопке Map источника света. Нажатие данной кнопки позволяет присвоить канал проецирования конкретному слоту в Material Editor для дальнейшей настройки. Можно также извлечь из Material Editor проектируемые карты, использованные в сцене.

ПРИМЕЧАНИЕ Если тип анимируемой карты выбран как образ проектора, то при визуализации диапазона кадров каждый кадр показывается последовательно. Таким образом проектор слайдов превращается в кинопроектор. Анимация может быть записана либо в файл AV!, последовательность файлов в gobo или в виде результата анимированных параметров в выбранном канале проецирования.

Проецируемая битовая карта растягивается так, чтобы совпадать с пределами границы точечного источника света. Для кругового точечного источника света битовая карта растягивается до границ квадрата, который охватывает круг, и образ кадрируется кругом. Посредством параметра Bitmap Fit можно совместить коэффициент отношения прямоугольного источника света с прямоугольником проектируемого образа.

ПРИМЕЧАНИЕ Когда опция Projector используется в сочетании с Overshoot, то образ по-прежнему ограничивается размером границы света. Однако данная граница однако становится ступенчатой, если цвет границы проектируемого образа (т.е. фон) блокирует цвет точечного источника. Поскольку белый цвет никогда не смешивается аддитивно, он должен рассматриваться в качестве первого кандидата на цвет фона образа, пока свет имеет положительный множитель.

СОВЕТ Включение белого периметра толщиной в один пиксел устраняет грубую ступенчатость, которая получается, когда проектирующий точечный свет использует превышение.

Границу проектируемого источника света следует реально представлять как пиктограмму Planar Projection, поскольку она действует точно так же. Пропорции и поворот битовой карты диктуются положением границы. У границы имеется маленькая вертикальная линия, указывающая на вершину проекции.

Если пропорции кругового точечного источника света очевидным образом фиксированы, то пропорции прямоугольного точечного источника можно настраивать как с помощью команды света Aspect, так и с помощью команды Bitmap Fit.

При проектировании образа опция Bitmap Fit должна рассматриваться в первую очередь, поскольку она проще и точнее (см. рис. 19.14). Выберите прямоугольный точечный источник и получите доступ к команде Bitmap Fit. После выделения желаемой битовой карты, которой очевидно будет проектируемый образ, высоту и ширину светового прямоугольника изменяют с целью соответствия образу.

ПРИМЕЧАНИЕ Проектируемый образ можно повернуть и даже выполнить анимацию вращения. Подобное выполняется посредством параметров материала проектируемой карты в Material Editor.

В данном разделе описываются многие возможности среды 3DS МАХ. Использование Environment обеспечивает создание эффектов и общего настроения, повышающего реализм сцены вследствие увеличения освещения, добавления стандартного, слоистого и объемного тумана, а также горения. Элементы управления атмосферой предлагают широкий набор эффектов, включая туман, дымку, огонь, дым и лучи света сквозь пьшь.

ПРИМЕЧАНИЕ Обратите внимание на то, что все атмосферные эффекты работают только в окнах Perspective и Camera, а некоторые — только в Camera.

Фон может состоять из сплошного цвета или из материала. Выбор цветовой отметки в диалоге Rendering/ Environment вызывает селектор цвета 3DS МАХ, позволяя точно управлять цветом фона. Выбор нового цвета не уничтожает возможности сохранения информации альфа-канала.

СОВЕТ В случаях, когда вы не хотите визуализировать образ, искаженный фоном, добавьте строку DonfAnfiaSasAgai’nsfBackgroiind=1 внизу раздела [Renderer] 3dsmax.ini и устраните искажения фона. Удаление искажений полезно для визуализации спрайтов на сплошном фоне или для создания графики без рамок для Web, отсекающего лишний фон. Если раздел [Renderer] не существует, его следует добавить.

Выбор фонового образа похож на использование карты проектирования для света. Нажмите кнопку Assign и вызовите броузер Material/Map. Здесь можно создать пользовательскую карту или применить существующую.

Объемный свет (volume lights) обеспечивает наполнение конуса света частицами так, чтобы луч или ореол становились видимыми при визуализации. В компьютерной графике это общеизвестно под названием объемного освещения, и когда тени прерывают конус, то объемными тенями. Данный эффект применяется к существующим на сцене световым объектам через раздел Atmosphere элементов управления Environment. Атмосферу объемного света можно назначить многочисленным видам света и ряд объемных светов можно использовать в сцене для локального управления. Объемные виды света имеют широкий диапазон параметров, которые существенно изменяют внешний вид света. Цвет света, плотность, объемная яркость и темнота, ослабление и шум — всеми этими атрибутами легко управлять из диалога Environment 3DS MAX.

С целью применения объемного света прежде всего следует создать объекты источников света. Затем после добавления объемного света в диалог Environment, источнику света или серии из нескольких источников присваиваются параметры объемного света. Хотя многим видам источников можно присвоить одну и ту же конфигурацию объемного света, оптимальный результат часто достигается в случае присвоения различных параметров.

Важно отметить, что порядок, в котором эффекты объемного света разносятся по уровням в диалоге Environment, оказывает влияние на визуализацию эффектов (см. рис. 19.15). Их порядок управляется кнопками Move Up и Move Down. Эффекты в нижней части списка наслаиваются перед эффектами в верхней части. Внимательное размещение слоев атмосферных эффектов поможет избежать странных ситуаций, когда объемный свет на фоне появляется перед светом на переднем плане.

Несколько важных параметров управляют внешним видом света. Естественно, что цвет объемного света влияет на все остальное, касающееся света. По умолчанию цвет белый, но это не всегда наилучший вариант. Цвет объемного света должен считаться частью общей световой конструкции. Внимательное применение цвета объемного света добавляет к настроению сцены огромную выразительность. Имейте в виду, что объемный свет аддитивен, а цвет света изменяет исходный цвет объекта в соответствии с интенсивностью свечения.

Для управления видом объемного света также важны параметры Density, Max Light и Min Light. Density управляет объемной плотностью света. Чем больше объем, тем менее прозрачным становится весь свет. Оглядываясь на природу, действительно плотный свет мы видим в ней только в насыщенных атмосферных условиях, например в тумане. Таким образом, если не создается очень плотная атмосфера, следует поддерживать плотность света достаточно низкой. По умолчанию значение равно 5, а рекомендуемые значения находятся в пределах от 2 до 6.

После Density параметры Мах Light и Min Light используются для управления рассеиванием света. Мах Light управляет «самым белым» свечением, a Min Light — минимальным свечением. Обратите внимание на то, что Min Light, установленный в значение больше нуля, создает свечение всей сцены, подобно тому, как источник Ambient управляет всей сценой. Кроме того, значение Мах Light равное 100 ярко настолько, насколько позволяет параметр Density. Для увеличения яркости свечения уменьшите плотность.

К объемному свету можно добавить Noise (шум), что создает впечатление запыленности. При включенном параметре Noise появляется необходимость в дополнительных параметрах, таких как Amount, Uniformity, Size, Phase, Wind Strength и Wind Direction. Параметры Amount (количество) и Size (размер) управляют количеством и размером добавляемого шума. Uniformity (однородность) управляет тем, образуют ли помехи ровную дымку или точечную турбулентность. Остальные параметры, Phase (фаза), Wind Strength (сила ветра) и Wind Direction (направление ветра), управляют видом объемного света во время анимации. Wind Direction говорит сам за себя, но важно заметить, что Phase и Wind Strenght оказывают влияние друг на друга. Phase — это значение для анимации, но на движение помех влияет Wind Strenght. Если Wind Strenght отсутствует, то Phase только взвихряет помехи, но они не кажутся куда-то движущимися. С Wind Strenght объемный свет выглядит как имеющий частицы, продвигающиеся по сцене в направлении Wind Direction.

ПРИМЕЧАНИЕ Хорошим примером анимации помех в объемном свете служит envlite2.max (см. рис-19.16) из каталога SCENES в 3D Studio MAX. Все сцены, начинающиеся на ENV — это файлы, подходящие для исследования элементов управления средой.

В 3DS МАХ определены несколько типов тумана. Все они имеют сходное, однако уникальное использование (см. рис. 19.17).

  • Standard Fog (стандартный туман). Стандартный туман 3DS МАХ, вероятно, настраивается проще всего и придает сцене общую атмосферную размытость. Требуя камеру, насыщенность стандартного тумана управляется диапазонами среды камеры. Для окрашивания стандартный туман может использовать материал, что продуцирует множество окрашенных и текстурных туманов. Применимы также карты непрозрачности, которые придают виду неравную плотность.

ПРИМЕЧАНИЕ Значения Near% и Far% по сравнению с Volume Lights влияют на туман противоположным образом. При тумане после 100% не видно ничего. Это означает также то, что в отсутствие фоновой геометрии туман, визуализированный при 100%, выступает как сплошной цвет. При включенном флажке Exponential зависимость тумана от процента становится экспоненциальной, что существенно изменяет внешний вид тумана.

  • Layered Fog (слоистый туман). Слоистая туманная атмосфера предоставляет возможность определить плавающую «полосу» тумана, которая фиксирована на месте независимо от расположения камеры. «Полоса» всегда параллельна видовому окну Тор, однако имеется возможность полностью контролировать ее верхнюю и нижнюю точки посредством параметров Тор и Bottom. Данные значения указываются в единицах расстояния вдоль вертикальной оси и фиксированы для сцены.
    Позиция слоистого тумана не фиксирована. Можно выполнить анимацию подъема тумана посредством анимации параметров Тор и Bottom. Все остальные параметры также поддаются анимации. Для этого применяется кнопка Animate.
    Варьирование плотностью тумана предоставляет возможность получить множество видов тумана, начиная от легкой влажности до абсолютно темной стены. Слоистый туман обладает однородной плотностью 50% цвета объекта и неравная плотность достигается при помощи карты непрозрачности.

СОВЕТ Слоистый туман имеет чистый прямой горизонт. Такой эффект полезен, когда туман далеко, но иногда выглядит ненатурально. В этом случае можно добавить немного помех, размывающих горизонт, что часто оказывается полезно для сцен с нечетким горизонтом.

  • Volume Fog (объемный туман). Подобный тип тумана полезен при выполнении анимации облаков, которые может унести ветер или сквозь которые можно пролететь (см. рис. 19.18). Эффект будет настоящим трехмерным и варьируется во времени и пространстве. Volume Fog управляется подобно другим типам туманов и объемным помехам. Для создания движущегося тумана Wind Strength управляет скоростью ветра и применяется в сочетании с оживленной фазой.

Горение, которое прежде было подключаемым элементом, сейчас является частью Выпуска 1.1 3DS MAX. Данный атмосферный эффект отлично подходит для анимации огня, дыма и взрывов. Поскольку он не является эффектом частиц и не генерирует геометрии, то по сравнению с другими типами эффектов задействует и использует меньший объем памяти.

Горение использует атмосферный аппарат в виде сферы или полусферы. Аппарат содержит эффект горения, и с его размером и высотой можно выполнить анимацию, позволяющую пламени разгораться или угасать или перемещаться по сцене. Один и тот же эффект горения, а равно и различные конфигурации горения, могут использовать многие аппараты. Для создания случайности пламени горение применяет генератор случайных чисел для каждого аппарата, но его можно точно репродуцировать, применяя при генерации одно и то же начальное значение.

Атмосферный аппарат представляет собой физический объект и находится на командной панели Create/ Helpers в подкатегории Atmosphere Apparatus (см. рис. 19.19). В зависимости от желаемого эффекта аппарат может быть как сферой, так и полусферой. Аппарат можно неоднородно масштабировать по измерениям и даже можно выполнить анимацию, позволяя пламени «расти», а ракетному двигателю — увеличивать мощность.

Подобно другим атмосферным явлениям, горение легко поддается анимации путем оживления значения фазы. Горение поддерживает особый порядок выполнения эффектов. Эффекты значений фазы разнятся друг от друга в зависимости от того, включен ли Explosion (взрыв). Если включен, значения фазы 0-100 являются стартовыми значениями эффекта, достигающего полной интенсивности при 100. Фаза 100-200 — это когда взрыв выгорел и огонь превратился в дым. Фаза 200-300 — это когда дым рассеялся и горение завершилось. Если Explosion выключен, фаза управляет скоростью, с которой вихрится пламя (см. рис. 19.20).

Анимация значения фазы пламени должна быть линейной, т.е. не должна ускоряться со временем, но сохранять постоянный темп. Однако взрывы должны быстро возрастать до 100 и затем постепенно идти до 300. Специальная информация по множеству механизмов горения собрана в оперативной помощи 3D Studio МАХ 1.1.

Горение можно установить в Fire Ball (огненный шар) без различимых верха и низа, или Tendril (усик), что имитирует обычное пламя. Fire Ball является хорошим выбором для взрывов и хорошо смотрится в сочетании с другими полусферными аппаратами.

ПРИМЕЧАНИЕ Envxplod.max (см. рис. 19.21) — хороший пример оживленного взрыва с горением. Данный файл, а также env_burn.max и env_fire.max, которые являются примерами оживленного огня, находятся в каталоге сцен 305 МАХ или на его CD.

ПРИМЕЧАНИЕ Обратите внимание на то, что горение не является источником света и не дает бликов, заметных в реальной жизни. Для полного эффекта по-прежнему необходимы анимированные источники света.

Создать антураж достаточно трудно. Часто капризная среда не регистрируется и запоминается скорее на уровне ощущений. Это еще более усложняет создание антуража, поскольку требует пристального наблюдения, позволяющего разглядеть все элементы, составляющие характерную атмосферу.

Лучи солнечного света, проникающего сквозь окно, и мутное свечение вокруг уличного фонаря — это просто два примера того, как атмосферное освещение влияет на мир. Без атмосферы свет вряд ли освещал бы объекты, поскольку не было бы атмосферы, отражающей свет. Например, в пространстве с контролируемой атмосферой свет был бы гладким из-за недостатка в воздухе пыли и влажности. Такие вещи хотя и трудно уловимы, но очень важны в создании реального пыльного мира.

При помощи объемного освещения 3DS МАХ лучи света и свечение добавить к сцене очень легко. Понизив плотность и используя широкий диапазон ослабления можно создать прекрасное уличное освещение. Точно так же точечный или направленный источник света может добавить красивый световой столб, от которого отбрасываются тени.

Внимательное применение тумана добавляет к атмосфере едва заметные мазки, которые в противном случае было бы трудно достичь посредством света и текстуры. Дым, дымка и мгла смягчают сцену и имеют тенденцию соединять различные элементы. Оживленный объемный туман может создать ощущение реализма, а облака придают сцене глубину и ощущение принадлежности к большему миру. Конечно, туман может переполнить сцену, покрыв все как белое одеяло, вымыв все цвета и детали и унеся композиционную силу. Однако благодаря некоторому вниманию и времени туман может добавить к анимации настроение и чувство естестве н н ости.

Если всенаправленные источники света используются вместе с диапазонами и исключениями, они являются идеальными источниками для имитации отражения (radiosity) и унаследованного цвета. Такой подход замедляет процесс визуализации даже больше, чем настройка значения фонового цвета, но создает весьма реалистичные эффекты.

Реализация данной технологии требует внимательного наблюдения за световой атмосферой. Естественно, свет часто попадает в такие области, как пространство под столом и стульями или в углы тускло освещенной комнаты. Применение отрицательного множителя и ослабленного всенаправлснного источника света предоставляет возможность очертить данные области, сохраняя при этом яркость и расширяя диапазоны ослабления для хорошо освещенных областей комнаты.

При попытке аппроксимации ситуации с освещением в реальном мире следует обращать внимание на то, как лампочки на самом деле отбрасывают свет. Распространенная ошибка заключается в чрезмерной драматизации светового эффекта и отбрасывании грубо очерченного света. Чаще всего освещение бывает гораздо более размытым, мягким и не имеет определенных световых областей. Дизайнеры освещения и архитекторы прошли долгий путь, прежде чем научились размещать источники света так, чтобы не создавать ярких точек, разрывов или одиночных областей. Производители световой арматуры стараются создать такие приборы, которые рассеивали бы свет равномерно и без узоров. И то, и другое в реальном мире достигается с трудом, равно как и в 3DS МАХ.

Часто, особенно в архитектурной визуализации, очень важным оказывается имитация внутреннего освещения. Хотя для достижения реалистичного вида понадобится дополнительное время, но красивые эффекты безусловно достижимы.

Большинство дизайнеров освещения стремятся к ровному освещению всех областей и резервируют выделяющееся освещение для привлечения внимания к деталям архитектуры или художественным работам или для собственных световых узоров. К сожалению, в компьютерной визуализации слишком распространены чрезмерно ошеломляющие световые источники и их влияние. Простое присутствие источника света вовсе не означает, что его эффект должен быть вульгарно очевиден.

Плафонные источники являются типичным примером указанной тенденции. Многие модельеры полагают, что они обязаны продемонстрировать эффект каждого источника света. В конце концов они есть и расставлены, и может быть даже смоделированы. Для того, чтобы обнаружить присутствие источника, его яркая точка делается резкой, а свет — сильным. В результате появляются области света — характеристика, которая применяется для подчеркивания некоторых объектов — но в общем это результат плохой проработки светового дизайна. Правильный способ освещения сцены заключается в применении широкого, мягко перекрывающегося, размытого света, области которого не слишком различимы.

Настенные светильники представляют собой осветительные конструкции, требующие акцентирования своих световых эффектов. Их непрямой свет часто используется для создания на стене световых областей, украшенных фестонами, и освещения потолка — при намерениях осветить область комнаты непрямо отраженным от потолка светом. Поскольку в 3DS МАХ подобный эффект не может быть достигнут автоматически, его следует имитировать как показано на рисунке 19.22.

Качество светового фестона управляется размером яркой точки, но не ее интенсивностью. Данные эффекты не потребовали применения теней или даже ослабления. Распространенная ошибка состоит в предположении, что данные эффекты требуют превышения границей света размеров фонаря и отбрасывания тени для формирования среза и порождения резкого края. При таком конструировании время визуализации значительно увеличивается. На самом деле так следует поступать только тогда, когда осветительная арматура прозрачна или полупрозрачна и необходимо отбрасывать тени от внутренностей источника. Ввиду того, что свет в 3DS МАХ не отражается, имитация отраженного света (отражение, radiosity) требует дополнительного источника света.

Прямоугольный точечный и направленный источники обеспечивают метод эмуляции освещения линейными источниками света, подобными флюоресцентным лампам. Если их сделать прямоугольными и тщательно управлять ослаблением и границей света, то данные источники достаточно неплохо имитируют линейные источники света. Иллюминация направленного источника будет значительно сильнее по сравнению с точечным. Выбор, что использовать, зависит от желаемого эффекта. Для наиболее ровного света часто лучше применять направленный источник.

Светящиеся надписи относятся к категории объектов, имитировать которые приходится достаточно часто. Однако до начала моделирования каркаса и размещения источников света следует внимательно посмотреть на то, как на самом деле надпись будет освещать сцену.

Большинство надписей предназначены для чтения, а основной характеристикой, делающей надпись читабельной, является контраст. Контраст создается из цвета и освещения, что и является причиной, по которой большинство надписей не освещают стену, на которой размещаются, но отбрасывают свет вперед. Края или боковые стенки большинства надписей затемнены и боковая задняя стенка зарисована черным. Это предотвращает отбрасывание света на поле надписи и понижение, если даже не уничтожение, контраста.

Учитывая сказанное, для надписей хорошо применять самосветящиеся материалы. Объекты кажутся светящимися, поскольку не имеют фоновых теней и не отбрасывают свет на окружающую область. Для дополнительного мазка в Video Post включен фильтр Glow, добавляющий вокруг источника красивую ауру, обогащающую атмосферу. Если знак расположен на карнизе или изолирован на стене, то больше ничего не требуется. Незачем отбрасывать свет туда, где ничто не может его принять. Если же знак расположен рядом с другой поверхностью, то для завершения иллюзии самосвечения требуется создание дополнительных источников света.

Наиболее распространенной формой являются самосветящиеся надписи. Такая надпись обычно принимает форму изолированных символов с полупрозрачными гранями, проецирующими цветной свет (см. рис. 19.23). Подобный тип надписи весьма прост.

Начав с желаемого текста используйте самосветящиеся материалы (85% свечения является хорошей отправной точкой) и возможно Glow, предоставляющий возможность простого самосвечения без специального освещения.

Одной из самых интересных форм освещения является неон. Допускаемые изгибы и форма, а также интенсивные цвета делают его популярным образцом для подражания. Однако при этом он многих ставит в тупик. Посмотрите внимательно на неоновую надпись и вы увидите, что она сама отбрасывает небольшое свечение. Символы очень ярки, но излучаемый свет можно описать только как насыщенное свечение, которое на самом деле облегчает моделирование (см. рис. 19.25).

Приведенный рисунок иллюстрирует технологию, которая адекватна для плотной неоновой надписи, но не подходит для неона, изменяющегося по форме. С появлением Glow художественный неон свободной формы стал легкой задачей. Рисунок 19.26 является примером применения Glow в неоне свободной формы. Использование канала эффектов материала и формы лофтинга существенно упрощает создание неона свободной формы.

способ имитации северного сияния и получения объемного изображения в объеме трехмерного пространства в динамике

Способ имитации северного сияния и получения объемного изображения в объеме трехмерного пространства в динамике для повышения эффективности имитации заключается в том, что осуществляют переключение по тактам от позиции «Включено» до позиции «Выключено» распределенных в объеме трехмерного пространства множества световых источников света, в том числе и/или точечных источников света, и/или линейных источников света, и/или лучей лазерных источников света. 4 з.п. ф-лы, 29 ил.

Рисунки к патенту РФ 2211071

Изобретение способа предназначено для имитации природного эффекта — северное сияние и получения объемного изображения в объеме заданного трехмерного пространства в динамике, например в концертных залах, комнатах, ресторанах, стадионах, в барах.

Изобретение направлено на увеличение зрелищности, динамичности, диапазона изменений и разнообразия игры света в объеме заданного светового трехмерного пространства.

Обеспечиваемый изобретением способ осуществляется переключением по тактам от позиции «Включено» до позиции «Выключено» распределенных в объеме трехмерного пространства множества световых источников света, в том числе и/или точечных источников света, и/или линейных источников света, и/или лучей лазерных источников света и образующих единичный излучатель, увеличенный во множество раз, при этом каждый источник света со своей точкой координат переключается от позиции «Включено» до позиции «Выключено» все одновременно и подключены к системе управления, включающей клавиатуру, пульт программирования или устройство для ввода программы управления, электросиловое оборудование, управляющую электронно-вычислительную машину с программой управления, с возможностью вмешиваться в игру изменений света в режиме реального времени, изменением количества источников света, изменением направления переключения по тактам от позиции «Включено» до позиции «Выключено» единиц источников света и/или групп источников света, изменением силы света единиц источников света и/или групп источников света, изменением длины волны излучения единиц источников света и/или групп источников света, изменением частоты такта переключения от позиции «Включено» до позиции «Выключено» единиц источников света и/или групп источников света, изменением меандра переключения единиц источников света и/или групп источников света, изменением перечисленных режимов в различных сочетаниях и в динамике.

Кроме того, в плоскости и/или плоскостях светового объемного излучателя для обеспечения способа расположены лазерные источники света под углом, при этом световые лучи лазера пересекаются в своей координатной точке в заданное время или не пересекаются, а для увеличения глубины объема в плоскостях расположены отражающие зеркала или поглощающие свет поглотители.

Кроме того, способ осуществляется подключением единичных объемных излучателей с системами управления к общей системе управления.

Для осуществления способа применяются точечные, линейные источники, состоящие из отдельных источников излучения своей основной волны излучения, и изменение волны излучения происходит способом смешения основных цветов в различных сочетаниях, пропорциях, в качестве лазера применяется белый лазер, цвет излучения меняется путем изменения длины волны излучения.

Способ имитации северного сияния и получения объемного изображения в объеме трехмерного пространства в динамике иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображена блок-схема системы управления объемным световым излучателем. На фиг.2 изображено примерное распределение точечных источников света в объеме трехмерного пространства с субъектом восприятия внутри него. На фиг.3 изображено примерное распределение линейных источников света в объеме трехмерного пространства. На фиг. 4 изображены точечные, линейные и лазерные источники света. На фиг.5 изображена система управления линейными источниками света световым автоматом. На фиг.6-9 изображена таблица составления игры света по тактам на ППЗУ на восемь выходов на восемь микросхем и изображение объемного светового излучателя. На фиг.10 и 11 изображение эффекта — северное сияние с пятью единичными объемными световыми излучателями, включенными параллельно. На фиг.12-22 изображен способ имитации эффекта северное сияние с лучами лазерных источников света. На фиг.23-26 изображено получение светового изображения с помощью точечных источников света. На фиг.27 изображена система управления множества единичных объемных световых излучателей с точечными источниками света. На фиг.28 изображена примерная образная объемная цветовая таблица. На фиг.29 изображен второй вариант примерной образной объемной цветовой таблицы в виде конуса шара.

Для осуществления способа имитации северного сияния и получения объемного изображения в объеме трехмерного пространства в динамике применяют клавиатуру 1, световой автомат или управляющую электронно-вычислительную машину, пульт ввода программы игры света 3, силовое оборудование 4, объемный световой излучатель 5.

Объемный световой излучатель 5 состоит из множества точечных источников света 6, линейных источников света 7, лучей лазерных источников света 8.

Точечный источник света состоит из малогабаритных малоинерционных электрических ламп с красным фильтром 9, с зеленым фильтром 10, с желтым фильтром 11, с синим фильтром 12, находящихся рядом вплотную друг к другу. Возможно применение электролюминесцентных ламп типа ТЛГ, ТЛЖ, ТЛО, ТЛЗ. Или светодиодов с разным спектром излучения. В том числе точечных конденсаторных электролюминесцентных излучателей 13 широкого спектра излучения, состоящих из трех основных цветов красного 14, зеленого 15, синего 16, собранных вперемежку между собой и меняющих цвет в широком диапазоне излучения по методу смешения основных цветов.

Линейные источники света состоят из точечных источников света 6, соединенных в линию и включаемых все одновременно. Возможно применение линейных электролюминесцентных источников света 17 трех основных цветов: красного 18, зеленого 19, синего 20 и желтого, расположенных рядом параллельно друг к другу или скрученных 21 и меняющих цвет излучения по методу смешения основных цветов.

Для осуществления способа имитации северного сияния применяются лучи лазерных источников света 22, состоящих из красного цвета излучения 23, зеленого 24, синего 25. В том числе возможно применение лазерных источников белого цвета.

Простая система управления единичным объемным излучателем 5, 30 содержит линейные источники света 7 или 17, 21, 22 управляется переменным тактовым генератором 26, переменным делителем частоты 27, двоичным счетчиком 28 и восемью ППЗУ на восемь выходов, 29. На фиг.6-9 в таблице раскрыта, показана запись тактов 20-го, 25-го, 30-го и 35-го игры света в объемном излучателе из линейных источников света, остальные такты — произвольное положение рисунка игры света.

Точечные источники света, линейные источники света и лучи лазера расположены так, чтобы субъект восприятия видел наибольшее их количество во всей глубине объема светового объемного излучателя, а подводящие энергию проводники были достаточно незаметны.

Единичный объемный излучатель может увеличен в несколько раз (фиг.10, 11). При этом каждый источник светового излучения со своей точкой координат каждого единичного светового объемного излучателя включается одновременно, как показано на фиг.10 вверху.

Для увеличения пространства светового излучения и разнообразия игры света единичные объемные излучатели 30 с системами управления 2 подключены к общей системе управления 31. При этом каждый световой источник излучения единичных световых объемных излучателей со своей координатной точкой включается независимо от остальных единичных световых объемных излучателей по своей программе.

Для увеличения глубины объема /плоскости/ светового пространства в плоскости или плоскостях добавляются отражающие зеркала 32 или поглощающие свет поглотители 33.

Для увеличения рассеивания лазерного луча применяют различного вида рассеивающие призмы, механические отражатели.

Простой и доступный способ имитации северного сияния осуществляется следующим образом.


Расписывается по тактам в таблице программа изменений игры света в объемном световом излучателе 5, состоящем из 8 8=64-х линейных источников света 7, 17 или 22, подключенных через силовое оборудование к восьми ППЗУ 29 с восемью выходами. На фиг.6 в таблице расписан двадцатый такт статистического, неподвижного рисунка игры света. На фиг.7 расписан двадцать пятый такт неподвижного рисунка игры света. 21-й, 22-й, 23-й и 24-й такты, положение рисунка произвольно. На фиг.8 30-й такт, 26, 27, 28, 29-й такты, положение тактов произвольно, на фиг.9 в таблице расписан 35-й такт; 31-й, 32-й, 33-й, 34-й такты, положение произвольно. Всего адресов памяти в ППЗУ на восемь выходов, допустим, 128 тактов изменения рисунка игры света в объемном излучателе. После 128 такта рисунок игры повторяется, режим светового автомата. Для устранения монотонности игры света генератор тактов 26 применен переменным, а также применен переменный делитель частоты 27 в режиме случайного кратного деления, для увеличения резкости деления частоты тактов. Для изменения волны излучения объемного светового излучателя добавляют еще три системы управления с тремя цветами излучения. Всего будет четыре цвета: красный, зеленый, желтый, синий; позиции 7, 17, 22 — цвета 9, 10, 11, 12; 18, 19, 20 и желтый; 23, 24, 25 или позиция 21 цвета 18, 19, 20 и желтый. Возможно расположение параллельно рядом, как единичные объемные излучатели (фиг.10 и 11), включенные параллельно к одной системе управления, но цвета в каждом единичном объемном излучателе разные. В случае если волна излучения источника света располагается отдельно и применена одна система управления, один световой автомат для упрощения, то желательно располагать на переднем плане красный цвет излучения 18, на втором плане зеленый 19, затем следует желтый цвет излучения, а на дальнем плане — голубой, синий, фиолетовый, темно-фиолетовый. При подключении такого объемного светового излучателя 8 8 к управляющей ЭВМ с программой управления на «Н»-е количество тактов игры света, то при зацикливании тактов система управления входит в режим светового автомата.

На фиг.12-22 показано получение способа имитации северного сияния с помощью лазерных источников света. Лазерные источники света расположены вплотную друг к другу. Каждый источник лазерного излучения имеет свою координатную точку и для управления от позиции «Включено» до позиции «Выключено» подключены к выходу управляющей ЭВМ или световому автомату. Для расширения луча лазера применяют различные расширители, рассеиватели, призмы, механические колеблющиеся зеркала. Таблица игры света расписывается по тактам, как показано на фиг. 6-9. В конце для ограничения луча применены поглощающие свет лазера поглотители 31 или отражающие свет зеркала 32 для увеличения объема пространства, но с соблюдением техники безопасности при работе с лазерами.

Для получения более сложного рисунка игры света в объеме трехмерного пространства добавляют в плоскости перпендикулярно или под углом еще одну плоскость с множеством лазерных источников. Лазерные лучи пересекаются по заданной программе в своей координатной точке. Или проходят рядом, не пересекаясь.

Для получения объемного изображения в динамике в объеме трехмерного пространства составляется по-тактовая объемная таблица, где каждая клетка обозначает точечный источник света в позиции «Выключено» в своей координате — ноль в клетке. В позиции «Включено» в клетке ставится единица. А в целом в объемной таблице изображается рисунок одного такта. Каждый точечный источник света подключен к «Н»-му разряду выхода управляющей ЭВМ или «Н»-му разряду ППЗУ светового автомата, фиг.23. В память управляющей ЭВМ или в ППЗУ светового автомата записывается каждый такт статистического рисунка таблицы. Допустим, в нашем случае на фиг.24-1 световой автомат выполнен на четырехразрядном ППЗУ. Значит, объемный световой излучатель состоит из 4 4 4=64 точечных источников света, для упрощения обозначаем — все источники света имеют красный фильтр. В нулевом такте в таблице объемной таблицы записываем все «единицы», которые обозначают, что все точечные источники красного света светятся: появляется изображение куба красного цвета. В следующем, первом такте в таблице записываем «единицы» в левой нижней грани куба — светятся четыре ТИС «ребро» куба слева внизу. Во втором такте записываем «единицы» в следующий ряд по вертикали и так до третьего такта. Засветится левая стенка из 4 4= 16 точечных источников света. Эту стенку 4 4 в следующем четвертом такте продвигаем вправо, вглубь куба, а первый левый ряд стенки гасим, в таблицу записываем «Нули». И так далее продвигаем стенку-плоскость до седьмого такта, до правой стенки куба. Затем по тактам опускаем стенку вниз по вертикали и загибаем влево по нижней части куба, то есть включаем по четыре ряда ТИС влево, а верхние правые на стенке гасим, пока не засветится полностью нижняя часть куба.

На фиг. 24-2 показано по тактам изображение двигающегося креста в объемном световом излучателе из 4 4 4=64 точечных источников света. В нулевом такте все ТИС не светятся. В первом такте засветилось изображение плоского креста на переднем плане объемного излучателя. Во втором такте засветился следующий ряд ТИС куба. Получили изображение объемного креста. В третьем такте объемный крест из двух плоскостей продвинулся вглубь куба, а первая плоскость или стенка куба погасла. Крест светится в середине куба. Таким образом продвигаем крест до задней стенки, где он в следующем такте пропадает. И вновь появляется в следующем по порядку такте в нижней плоскости и таким же образом двигаем до верхней плоскости. В это время возможно менять яркость, частоту или быстроту продвижения по тактам. В том числе цвет, если менять точечные источники света с другими фильтрами.

На фиг. 25 все единичные объемные излучатели включены к выходу одного светового автомата в параллель, но все единичные объемные излучатели с точечными источниками света с разными фильтрами, разного цвета излучения. В этом случае изображение двигающегося креста происходит на всех единичных объемных излучателях одновременно.

На фиг. 26 единичные объемные излучатели расширены по всем векторам объема трехмерного пространства и включены все одинаково к одному световому автомату — в параллель.

Для увеличения зрелищности, динамичности и эффекта множество единичных объемных излучателей со своими системами управления и световыми автоматами или микроЭВМ подключены к общей системе управления с клавиатурой, фиг.27. В этом случае возможно передвигать пульсирующее изображение из множества точечных источников света (фиг.27-2) и одного края объема трехмерного пространства до другого, меняя яркость, цвет излучения, скорость передвижения, объем изображения, поворачивать изображение, двигать на субъект восприятия и за объект восприятия, если субъект восприятия находится внутри объемного излучателя.

На фиг.28 изображена примерная, неокончательная образная объемная цветовая таблица, которая представляет плавное распределение цветов в объеме трехмерного пространства. Слева внизу «Х-1» отображение «АДА», «преисподней», сжатие и горячего, сжигающее состояние — цвет темно-коричневый до черного в конце. Правее и отдаленнее на переднем плане «Х-2» плавно переходит в красный, который отображает огонь, костер, жар, пищу. По вертикали вверх от красного цвета цвет плавно переходит в цвет оранжевый «Х-3», который отображает солнце, тепло, приятность, родителей, семью. По вертикали вверх от цвета темно-коричневого — цвет таблицы сине-желто-зеленый «Х-4» — отображает восприятие дерева, леса, лист зеленый, желтый. От цвета темно-коричневого вглубь таблицы и вверх «Х-5» отображение зеленого цвета: свежей, весенней травы, простора, степи, спокойствия. Вправо от зеленого цвет бирюзовый «Х-6» — восприятие моря, дали, свежести, морского ветра. По вертикали от зеленого цвета цвет таблицы плавно переходит в голубой «Х-7», что представляет небо бездонное, глубь, лето. Вправо вверх цвет плавно переходит в темно-фиолетовый до черного «Х-8», что воспринимается как космос, холод, далекое, разреженное пространство. В середине объемной таблицы «Х-9» отображение белого, объемного, рассеянного цвета. Объемная цветовая таблица предназначена для настройки системы, способа отображения объемного светового излучателя. И предложения, упрощения чувственных образов в показе игры света в объеме трехмерного пространства. На фиг.29 показан второй вариант примерной неокончательной образной объемной цветовой таблицы, которая представляет собой объемный конус шара, в центре которого цвет черный, переходящий в темно-коричневый — отображает сжатое, плотное состояние. Расширяясь от центра, цвет плавно переходит в красный, затем в оранжевый, желтый, зеленый, бирюзовый, голубой, синий, темно-фиолетовый до черного — разреженное, холодное пространство. При относительно большом расстоянии от шара цвет шара представляется рассеянным белым светом /цветом/.

В случае получения игры сполохов эффекта северное сияние в объемном световом излучателе, составленном из точечных источников света по способу передвижения «Включено»-«Выключено» источников света и их передвижения по тактам, то возможно получить более красочную и зрелищную игру света в объеме трехмерного пространства, так как точечные источники света возможно переключать в любом направлении пространства, в том числе вверх-вниз, вглубь — на себя и по диагонали, изображать круги, цилиндры, спирали и их двигать, менять размер и двигать в любом направлении.

Таким образом, с помощью предложенного способа имитации северного сияния и получения объемного изображения в трехмерном пространстве выявляются, вызываются сенсорные ощущения и проявляется чувственное восприятие.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ имитации северного сияния и получения объемного изображения в объеме трехмерного пространства в динамике, отличающийся тем, что осуществляют переключение по тактам от позиции «Включено» до позиции «Выключено» распределенных в объеме трехмерного пространства множества световых источников света, в том числе и/или точечных источников света, и/или линейных источников света, и/или лучей лазерных источников света, и образующих единичный объемный излучатель, увеличенный во множество раз, при этом каждый источник света со своей точкой координат переключают от позиции «Включено» до позиции «Выключено» все одновременно или не одновременно посредством системы управления, включающей клавиатуру, пульт программирования или ввод программ управления, электросиловое оборудование, управляющую электронно-вычислительную машину с программой управления, которая обеспечивает работу в режиме автомата или создает игру света в режиме реального времени путем изменения количества источников света, изменением направления переключения по тактам от позиции «Включено» до позиции «Выключено» единиц источников света и/или групп источников света, изменением силы света единиц источников света и/или групп источников света, изменением длины волны излучения единиц источников света и/или групп источников света, изменением частоты такта переключения от позиции «Включено» до позиции «Выключено» единиц источников света и/или групп источников света, изменением меандра периода переключения единиц источников света и/или групп источников света, изменением перечисленных режимов в различных перечисленных сочетаниях и в динамике с помощью клавиатуры и программы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что световые лучи лазера от множества лазерных источников света, расположенных в плоскости и/или плоскостях объема трехмерного пространства, пересекаются в заданных координатных точках и/или не пересекаются в заданное время.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что происходит отражение света при помощи зеркал в плоскости и/или плоскостях объема светового излучателя и/или поглощение света поглотителем.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что множество единичных объемных излучателей с системами управления подключены к обшей системе управления.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изменение волны излучения точечных и/или линейных источников излучения происходит путем смешения волн излучения в различных пропорциях в единичном объемном излучателе и/или во множестве излучателей.

Источники света (К3)

Эта статья — об источниках света в интерфейсе К3. Об источниках света в макропрограммировании читайте здесь.

Содержание

Источники света в программах К3 версии 8.0

Пиктограмма:Основное меню: Объекты/Создать/Источники света или Объекты/Редактировать/Источник светаМеню команд геометрического редактора: Создать/Источники светаМеню команд в программах: К3/Создать/Источники светаИсходное контекстное меню геом. редактора: Создать источник светаКонтекстное меню источника света: РедактироватьСинтаксис: LightEdit ByDialog

Классы МПК: A63J5/00 Вспомогательные средства для получения специальных эффектов на сценах, в цирках или на аренах
A63J17/00 Устройства для воспроизведения цветовой музыки
Автор(ы): Демичев Б.В.
Патентообладатель(и): Демичев Борис Васильевич
Приоритеты:
Программа К3-Мебель версии 8.0 в ожидании выпуска. О работе с источниками света в версии 7.4 см. ниже.

Команда позволяет расставить в сцене источники света и изменить параметры уже существующих.

При запуске команд открывается карточка редактирования источников света. В карточке — пять закладок, разделённых по разным типам источников света.

Типы источников света существуют следующие:

  • Прожектор — источник света, испускающий конический пучок расходящихся лучей из точки;
  • Точечный — источник света, испускающий лучи, подобно лампочке без абажура, равномерно во всех направлениях.
  • Солнце — источник на бесконечно большом расстоянии, испускающий пучок параллельных лучей без затухания.
  • Подсветка из глаза — источник света направлен перпендикулярно виду видового окна, «из глаза смотрящего»
  • Фоновое освещение — не имеет источников, распространяется на всю сцену.

Фоновое освещение

Освещение «без конкретного источника», одинаковое во всех точках сцены. Характеризуется интенсивностью, которая задаётся через ползунок — единственный параметр в соответствующей закладке. Чтобы отключить фоновое освещение, просто установите его равным .

Подсветка из глаза

Источник этого освещения находится «в глазах смотрящего»: освещаются стороны объектов, повёрнутые к наблюдателю. Как и фоновое освещение, характеризуется единственным параметром — интенсивностью. Чтобы выключить подсветку из глаза, можно или убавить интенсивность до , или нажать левой кнопкой мыши по значку в левой части экрана, слева от названия вкладки. У выключенного источника значок выглядит так: . Если нажать по нему ещё раз левой кнопкой мыши, подсветка включится.

Солнце

«Солнце» — это бесконечно удалённый от сцены источник параллельных незатухающих «лучей». Характеризуется следующими параметрами:

  • Интенсивность;
  • Азимут — угол между проекцией солнечного луча на землю (плоскость XOY) и осью OY. Показывает, с какой стороны светит солнце;
  • Угол склонения — угол между солнечным лучом и его проекцией на землю (плоскость XOY). Показывает, как высоко находится солнце. Значение угла соответствует солнцу у линии горизонта, 90 — солнце в зените.

Азимут и угол наклона можно задать как в карточке, так и указать в сцене, нажав кнопку Расположение. Карточка временно закроется, чтобы пользователь мог указать расположение источника в пространстве. Сначала будет выдан запрос Азимут — укажите его на виде сверху. Затем укажите угол склонения на виде спереди или виде сбоку. После чего карточка снова появится за экране.

Включить/выключить солнечное освещение можно нажав пиктограмму в левой части карточки, левее слова Солнце. — источник включен, — выключен.

Прожектор и Точечный источник

Точечный источник, в отличие от солнца и подсветки из глаза, находится на осязаемом расстоянии от объектов и размещается непосредственно в сцене. Свет от точечного источника распространяется во все стороны от него, однако на ограниченное расстояние: за это отвечает отдельный параметр Затухание.

Аналогично в сцене размещается и прожектор, который отличается от точечного источника тем, что его свет направлен и ограничен углом раствора. Также можно задать прожектору угловое затухание — падение интенсивности света при увеличении угла от центрального луча прожектора.

Чтобы указать место прожектора или точечного источника в сцене, надо нажать на название закладки (соответственно, Прожекторы или Точечные источники) правой кнопкой мыши. Появится меню, в котором левой кнопкой мыши указываем, соответственно, Добавить прожектор или Добавить точечный источник.

Карточка временно закроется, чтобы пользователь мог прямо в сцене указать расположение источника в пространстве (для прожектора после расположения нужно также указать и направление пучка). После указания карточка снова автоматически появится за экране.

1. Напомним, что для указания точки в трёхмерном пространстве на двухмерном экране есть множество способов, среди которых, например, использование базовой точки или привязок.

2. Другой способ добавления источника света (актуально для К3-Мебель) — добавление в сцену Лампы. Лампа с точки зрения К3 представляет собой группу объектов, содержащую в своём составе источник.

Созданные источники появляются в левой части карточки:

Теперь можно поменять источнику прочие параметры. Чтобы отредактировать источник, нужно нажать на него левой кнопкой мыши. В правой части появятся параметры, заданные для конкретного точечного источника или прожектора. Доступны следующие параметры:

  • Мощность источника света;
  • Физический Размер источника света;
  • Линейное затухание — расстояние, соответствующее потере половины яркости света. При указании источник светит без затухания;
  • Угол раствора(только в случае прожектора) — угол между крайними лучами конуса прожектора. Задаётся в градусах. Допустимые значения от 0 до 90. По умолчанию — 45;
  • Угловое затухание(только в случае прожектора) — параметр, отвечающий за уменьшение освещённости в зависимости от угла от «центрального» луча. При указании угловое затухание отсутствует.
  • Также можно снова отредактировать Расположение источника, вручную в ячейках введя координаты. Также вы можете перезадать место источника непосредственно в сцене: для этого нажмите на кнопку Расположение. Далее всё как при добавлении, с той разницей, что направление для прожектора указывать не надо.
  • Чтобы изменить направление прожектора, нажмите в карточке кнопку Направление. Далее действуйте как при добавлении.

Чтобы удалить прожектор или точечный источник, в левой части карточки правой кнопкой мыши нажмите на строчку с удаляемым источником, затем выберите в появившемся меню команду Удалить. Можно также удалить сразу все точечные источники или прожекторы, если правой кнопкой нажать не на отдельный источник, а на строчку Точечные источники (или Прожекторы, соответственно) и выбрать команду Удалить все точечные источники (или Удалить все прожекторы).

Источники света в программах К3 версии 7.5 и ниже

Пиктограмма:Основное меню: Объекты/Создать/Источники света (для К3-Мебель Расстановка/Источники света или К3/Создать/Источники света)Меню команд геометрического редактора: Создать/Источники светаМеню команд в программах: К3/Создать/Источники света (для К3-Мебель Расстановка/Источники света или К3/Создать/Источники света)Синтаксис: LightEdit ByDialog

Команда позволяет расставить в сцене источники света и изменить параметры уже существующих.

При запуске команды открывается карточка редактирования источников света.

Типы источников света в программах К3 следующие:

  • Точечные источники и прожекторы
  • Солнце
  • Подсветка из глаза
  • Фоновое освещение

Существует два типа источников, которые добавляются в сцену через указание местоположения:

Прожектор — источник света, испускающий конический пучок расходящихся лучей из точки; Точечный — источник света, испускающий лучи, подобно лампочке без абажура, равномерно во всех направлениях.

Существует два способа добавить данные источники в сцену.

1. Нажмите на кнопку Добавить. Карточка временно закроется, чтобы пользователь мог указать расположение источника в пространстве (для прожектора ещё и направление пучка), после чего снова появится за экране. Теперь можно подкорректировать расположение и направление, и задать источнику прочие параметры:

  • Мощность источника света;
  • Линейное затухание — расстояние, соответствующее потере половины яркости света. При указании источник светит без затухания;
  • Угол раствора (только в случае прожектора) — угол между крайними лучами конуса прожектора. Задаётся в градусах. Допустимые значения от до 90. По умолчанию — 45;
  • Угловое затухание (только в случае прожектора) — параметр, отвечающий за уменьшение освещённости в зависимости от угла от «центрального» луча. При указании угловое затухание отсутствует.

Созданные источники появляются в карточке.

2. (в программе К3-Мебель ): Добавьте в сцену объект из папки Техника/Лампы (рис. 1 и 2.).

В эти объекты уже встроены источники света. После добавления такого объекта в сцену вы сможете их увидеть в карточке редактирования источников света (рис. 3).

Основные показатели освещения

Освещение характеризуется количественными и качественными показателями. Количественными являются световой поток, сила света, освещенность, светимость, коэффициент отражения поверхности, яркость, световая отдача источника света, коэффициент естественной освещенности.

Световой поток Ф – это энергия световых электромагнитных волн, переносимая в единицу времени через некоторую площадь поверхности и оцениваемая по зрительному ощущению. Единицей измерения светового потока является люмен (лм).

Сила света I – пространственная плотность светового потока, численно равная световому потоку, излучаемому точечным источником света в телесный единичный угол w (стер):

следовательно, полный световой поток, испускаемый точечным источником силой света I, равен:

Единица силы света I – кандела (кд).

Освещенность Е,лк, – поверхностная плотность светового потока, которая характеризуется световым потоком, приходящимся на единицу площади освещаемой поверхности S, м 2 :

Освещенность, лк, создаваемая точечным источником, на расстоянии r от него равна:

где a – угол между падающим лучом и нормалью к поверхности в точке падения луча.

Источник света, линейные размеры которого незначительно отличаются от расстояния до него из точки наблюдения, не является точечным. Для его характеристики используют величину светимости и яркости.

Светимость R, лк, определяется величиной светового потока, испускаемого с единицы площади светящейся поверхности Sпов:

Если светимость тела обусловлена его освещенностью, то R = r×Е, где r – коэффициент отражения.

Коэффициент отражения поверхности r характеризует способность поверхности отражать падающий на нее световой поток:

где Фотр и Фпад – соответственно отраженный и падающий на поверхность световой поток, лм.

При r > 0,4 поверхность светлая; при r = 0,4…0,2 поверхность средняя; если r 2 , характеризует излучение площади проекции светящейся поверхности Sпов в данном направлении a:

где Ia – сила света светящейся поверхности в направлении a, кд;

a – угол между нормалью к элементу поверхности и направлением наблюдателя, градус.

Максимальное значение яркости устанавливается СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение» в зависимости от площади освещаемой рабочей поверхности. Если площадь рабочей поверхности S меньше 10 -4 м2 допустимо значение Вmax = 2000 кд/м 2 , если S > 1×10 -1 , то Вmax = 500 кд/м 2 .

Световая отдача источника света y, лм/Вт, определяется отношением светового потока Ф, лм, источника к его мощности Р, Вт:

Характеристикой естественной освещенности является коэффициент естественной освещенности е в процентах: отношение освещенности Евн в данной точке помещения к одновременной наружной горизонтальной освещенности Енар, создаваемой светом всего небосвода:

К качественным показателям освещения относят: спектральный состав света, фон, контраст объекта с фоном, видимость объекта, коэффициент пульсации освещенности, показатель ослепленности. Последние два показателя нормируются с учетом характеристики зрительной работы по СНиП 23-05-95.

Контраст объекта с фоном К характеризуется соотношением яркости рассматриваемого объекта и фона:

где Во и ВФ – соответственно яркость объекта и фона, кд/м 2 .

Если объект различения сильно выделяется на фоне, то контраст большой (К > 0,5); если различие яркостей заметно (К = 0,2…0,5), то контраст средний; при малом отличии по яркости (К

Еср – средняя освещенность за тот же период, лк.

Коэффициент пульсации для I…III разрядов зрительных работ не должен превышать 10 %.

Показатель ослепленности Р – критерий оценки слепящего действия осветительной установки:

где W – коэффициент ослепленности, равный отношению видимости при экранировании источников Vэ к видимости при наличии ярких источников в поле зрения V.

Одной из светотехнических характеристик светильников является коэффициент полезного действия светильника hсв, характеризующий потерю части светового потока в отражателе (рассеивателе):

где Фсв – световой поток, вышедший из светильника, лм;

Фл – световой поток лампы, лм.

Если в светильнике несколько ламп, то световой поток Фл определяется как сумма потока всех ламп, установленных в светильнике.

Примеры решения задач

Пример 1.1. Определить световой поток, лм, падающий на поверхность площадью S = 0,2 м 2 , расположенную на расстоянии
r = 2 м от источника, сила света которого I = 400 кд.

Примем, что источник света находится в центре сферы радиусом
2 м. Освещаемая поверхность S составляет часть площади поверхности сферы, угол падения a = 0.

Из выражений (3) и (4) найдем I/r 2 = Ф/S, откуда:

Ответ: световой поток Ф = 20 лм.

Пример 1.2. Лампа накаливания, сила света которой I = 200 кд находится в матовом сферическом светильнике диаметром D = 0,2 м.

Найти светимость лампы, пренебрегая поглощением света светильником.

Полный телесный угол w = 4p, площадь светящейся поверхности S = pD 2 . Тогда из выражений (5) и (2) светимость, лк, определяется по формуле:

Пример 1.3. Над круглым столом диаметром D = 1,6 м на высоте h = 0,6 м висит лампа, равномерно излучающая свет по всем направлениям. Световой поток, падающий на стол, составляет
Ф = 200 лм. Нормируемая освещенность на рабочем месте
ЕН = 200 лк. Определить силу света лампы, ее полный световой поток, соответствие освещенности нормам в центре и на крае стола.

Телесный угол, под которым из источника видна поверхность стола (рис. 1), равен:

где a – угол падения луча.

Рис. 1. Схема к примеру 3

Из рисунка 1 следует:

Из формулы (1) сила света I, кд, равна:

Полный световой поток, лм, испускаемый точечным источником света по формуле (2) составляет:

Освещенность центра стола Ец, лк, определяем по формуле (4):

Освещенность края стола Екр, лк, рассчитываем по формуле (4):

Следовательно, освещенность центра стола соответствует требованиям норм (ЕН = 200 лк). Выполнять работы данной степени точности на крае стола недопустимо.

Пример 1.4. В центре квадратной комнаты площадью 25 м 2 висит лампа. Считая ее точечным источником, найти, на какой высоте от пола должна находиться лампа, чтобы освещенность в углах комнаты была наибольшей.

Расстояние от лампы до угла комнаты r, величина а (половина диагонали квадратного пола комнаты), сторона квадратного пола b и высота лампы над полом hсвязаны равенством:

Тогда с учетом формулы (4) выражение для освещенности может быть записано так:

Для нахождения максимума Е возьмем производную dE/da и приравняем ее к нулю:

отсюда tg 2 a = 2. Тогда искомая высота h, м, будет равна:

Задачи для самостоятельного решения

Задача 1.1. Лампа накаливания силой света I = 100 кд висит над центром круглого стола диаметром 2 м. Считая лампу точечным источником света, вычислить изменение освещенности края стола при постепенном подъеме лампы на высоту h от 0,5 до 1,0 м через каждые 0,1 м. Построить график зависимости Е = f (h).

Задача 1.2. На высоте 0,4 м от поверхности круглого стола диаметром 1,2 м в светильнике местного освещения установлена лампа накаливания. Над центром стола на высоте 2 м от его поверхности висит люстра с четырьмя такими же лампами. В каком случае освещенность на краю стола будет больше и во сколько раз: при местном или общем освещении?

Задача 1.3. Найти освещенность поверхности Земли, создаваемую нормально падающими солнечными лучами. Яркость Солнца равна 1,2×10 9 кд/м 2 .

Задача 1.4. Определить светимость и яркость лампы накаливания с матовой сферической колбой диаметром 0,05 м и 0,1 м. Сила света, создаваемая лампой равна 100 кд. Потерей света в колбе пренебречь.

Задача 1.5. На лист белой бумаги размером 0,2х0,3 м нормально к поверхности падает световой поток 120 лм. Найти освещенность, светимость и яркость бумажного листа, если его коэффициент отражения r = 0,75. Какова должна быть освещенность листа, чтобы его яркость не превышала допустимого значения 2000 кд/м 2 ?

Задача 1.6. Лист бумаги размером 0,1х0,3 м освещается лампой с силой света 100 кд. КПД светильника составляет 50 %. Определить освещенность листа бумаги.

Задача 1.7. Электрическая лампа силой света 100 кд излучает во все стороны ежеминутно 122 Дж световой энергии. Найти световую отдачу, если потребляемая мощность лампы 100 Вт.

Задача 1.8. На высоте h1 = 2 м над серединой круглого стола диаметром D = 3 м висит лампа силой света I1 = 100 кд. Ее заменили лампой силой света I2 = 25 кд, изменив расстояние от стола так, что освещенность середины стола не изменилось. Как изменится освещенность края стола?

Задача 1.9. Три одинаковых точечных источника света расположены в вершинах равностороннего треугольника. В центре треугольника перпендикулярно к его плоскости и параллельно одной из сторон находится маленькая пластинка. Определить освещенность обеих сторон пластинки, если сила света каждого из источников
I = 10 кд, а длина стороны треугольника l = 1м.

Задача 1.10. На какой высоте над чертежной доской следует повесить лампу мощностью Р = 200 Вт, чтобы получить освещенность доски под лампой Е = 50 лк? Световая отдача лампы равна
y = 12 лм/Вт. Наклон доски a = 30 0 .

Задача 1.11. Световой поток лампы мощностью Рл = 200 Вт при напряжении U = 120 В равен Фл = 3050 лм. Определить световой поток светильника, если коэффициент полезного действия его
hсв = 78 %.

ЗАДАЧА 1.12. Определить световую отдачу лампы накаливания мощностью Рл = 60 Вт, напряжением U = 127 В, если ее световой поток Фл = 6000 лм.

Последнее изменение этой страницы: 2020-08-26; Нарушение авторского права страницы

Добавить комментарий