照明模型

照明模型 (Lighting Model):一種圖形處理公式，用于模擬燈光照射到物件表面的效果。

最常用的四類光照明模型

?

泛光模型

?最簡單的光照明模型

?試圖刻畫周圍環(huán)境反射光對物體表面照明貢獻(xiàn)

Lambert漫反射模型

?直接光源對物體表面的照射有方向性，漫反射光亮度和光源入射角（入射光線和表面

法向量的夾角）的余弦成正比

Phong鏡面反射模型

?Phong采用余弦函數(shù)的冪次來模擬鏡面反射光

Whitted整體光照明模型

?僅考慮從光源直接發(fā)出的光線對物體表面光亮度的貢獻(xiàn)

?沒有考慮光線在物體之間的相互反射和透射

“照明度”選項(xiàng)卡用于設(shè)置與廣元有關(guān)的參數(shù)，這些參數(shù)也只影響當(dāng)前文件?！伴g接照明度”組框用于設(shè)置模型的間接照明。所謂間接照明的模型將光線反射到模型或布景的其他實(shí)體上時，則發(fā)生間接照明。例如，如果照明一鮮紅模型，布景中的其他實(shí)體將有一粉紅色調(diào)。

“間接照明度品質(zhì)”選項(xiàng)從包括預(yù)設(shè)置值的范圍中選取：草稿（默認(rèn)）、低、中、高、照片、高質(zhì)照片，或者可選取定義。選擇每種設(shè)置時，將以草稿（默認(rèn)）這一設(shè)置作為基準(zhǔn)來顯示平均渲染速度。

“定義”選項(xiàng)包括以下內(nèi)容。

(1)細(xì)節(jié)：控制聚光點(diǎn)的密度并確定查看明暗值快速變化時清晰程度。較高的設(shè)置會提高對比度，但會增加渲染時間。要增大細(xì)節(jié)的值，需要增大精度的值。

（2）平均值：控制渲染過程中不同部分模糊為一團(tuán)時的那個區(qū)域的大小。如果值較低，那么高亮度區(qū)域和低明亮度區(qū)域之間的過渡會顯得比較生硬。渲染時間或多或少會受到影響。

（3）精度：修改在聚光點(diǎn)處進(jìn)行連續(xù)計算時的距離?？s小點(diǎn)間距需要執(zhí)行更多的計算。這樣會提高逼真效果，但會增加渲染時間。

（4）跳動：確定光線從一個表面向另一個表面轉(zhuǎn)移的次數(shù)。增大此值將發(fā)射更多光線，但設(shè)置得過高將導(dǎo)致顏色擴(kuò)散。

“集散線”組框用于設(shè)置模型的集散效果，集散效果為間接照明的結(jié)果。當(dāng)光從一光源發(fā)射，經(jīng)過一個或多個光反射或透射，碰到一散射物體，然后發(fā)射給觀閱者。若想讓集散效果出現(xiàn)，必須為外觀和光源額外設(shè)定選項(xiàng)。

（1）使用默認(rèn)集散半徑：選擇以允許PhotpWorks根據(jù)不經(jīng)大小決定最佳半徑。半徑在布景中的每個點(diǎn)處計算。只有每個點(diǎn)半徑內(nèi)的集散光子才被渲染。

（2）自定義集散半徑：當(dāng)“使用默認(rèn)集散半徑”復(fù)選框被消除選擇時，為半徑輸入一數(shù)值。

（3）集散精度：決定為計算集散線所使用的最大光子量。

（4）所有外觀根據(jù)默認(rèn)投射和接收集散線：選擇該復(fù)選框以迫使所有外觀投射和接受集散線，這將復(fù)寫單個外觀的設(shè)置。

“整體照明度”組框用于設(shè)置整體照明度的有關(guān)參數(shù)。整體照明度還包括除了由集散效果所引起之外的所有形式的間接照明。整體照明度通常影響布景中大部分物體。若想讓整體照明度效果出現(xiàn)，必須為外觀和光明額外設(shè)定選項(xiàng)。

（1）使用默認(rèn)半徑：選擇以允許PhotoWorks根據(jù)不經(jīng)大小決定最佳半徑。半徑在布景中的每個點(diǎn)處計算。只有每個點(diǎn)半徑內(nèi)的整體照明度光子才渲染。

（2）自定義整體照明度半徑：當(dāng)“使用默認(rèn)半徑”復(fù)選框被消除選擇時，為半徑輸入一數(shù)值。

（3）精度：決定未計算整體照明度所使用的最大光子量。

（4）所有外觀根據(jù)默認(rèn)投射和接受整體照明：選擇該復(fù)選框以迫使所有外觀投射和接受整體照明度，這將復(fù)寫單個外觀的設(shè)置。

智能照明是照明技術(shù)與智能化技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。近年來，隨著半導(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展，使得照明的可控可管性極大地增強(qiáng)，為智能照明提供了照明技術(shù)基礎(chǔ)，而智能化技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)、閃聯(lián)連接技術(shù)的引入，為照明提供了智能化的保障。為了滿足人們提高用光舒適度、增強(qiáng)節(jié)能水平、實(shí)現(xiàn)便捷操作的照明需求，智能化逐漸成為照明控制的發(fā)展趨勢。

智能照明系統(tǒng)由多個不同的軟件和硬件組成部分構(gòu)成，在家居照明、景觀照明、道路照明、樓宇照明等不同的應(yīng)用場景，都希望將這些組成單元進(jìn)行有機(jī)融合，通過相互協(xié)作實(shí)現(xiàn)人性化、智能化的照明效果。因涉及物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等眾多新技術(shù)領(lǐng)域，智能照明系統(tǒng)的復(fù)雜程度也相應(yīng)大大提高。分析智能照明系統(tǒng)的組成、接口，理清智能照明涉及的技術(shù)點(diǎn)及層次關(guān)系，有助于智能照明產(chǎn)品的規(guī)劃、設(shè)計、實(shí)現(xiàn)、改進(jìn)，對于建立智能照明標(biāo)準(zhǔn)體系也有指導(dǎo)作用。2100433B

阻尼模型由于阻尼材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，材料的阻尼特性也是很復(fù)雜的，要想建立一個精確的數(shù)學(xué)模型來表示其性能也比較困難。對于阻尼材料來說，應(yīng)力、應(yīng)變、時間、溫度等變量之間的函數(shù)關(guān)系通常是非線性的，表示材料特性的狀態(tài)方程又受到諸如外力、溫度場、磁場、化學(xué)反應(yīng)和輻射等外部環(huán)境的干擾。因此，描述材料的阻尼特性通常都采用近似的表示方法。

人們在長期的研究過程中已經(jīng)建立了幾種阻尼模型，包括標(biāo)準(zhǔn)線性模型、通用化標(biāo)準(zhǔn)模型、復(fù)模量模型、分?jǐn)?shù)導(dǎo)數(shù)模型、GHM模型等。這些模型具有各自不同的特點(diǎn)和適用范圍，下面分別加以介紹。

阻尼模型標(biāo)準(zhǔn)線性

對于一些小阻尼的材料，或者對于在一定的限制范圍內(nèi)(如小振幅情況下)聚合材料等大阻尼材料，可以用標(biāo)準(zhǔn)線性模型來描述。其狀態(tài)方程是一種線性模型表示法：

σ α′dσdt=Eε δ′Edεdt(1)

式中E為彈性模量，α′為應(yīng)力衰減常數(shù)，δ′為應(yīng)變衰減常數(shù)?？梢钥闯?，該式形式簡單，所以使得計算簡單。但是與其它方法相比，它的使用范圍受到很大的限制，只能在前面所說的小范圍內(nèi)使用。根據(jù)應(yīng)用情況，這種模型主要用在地表環(huán)境中。比如范家參用該模型對固體在半平面內(nèi)傳播的地震波進(jìn)行了計算，得到了地震波的解析解。杜啟振等人在弱黏滯性條件下采用該模型對粘彈性波在地球介質(zhì)中的傳播用有限元方法進(jìn)行了計算，得到了波場傳播特征。孫昱等人將樁周圍的土對樁的作用以標(biāo)準(zhǔn)線性固體模型來表示，研究了樁周土對樁的動力作用 。

阻尼模型通用化標(biāo)準(zhǔn)

為了減少上述模型在使用時的限制，可以在(1)式中引入σ和ε的導(dǎo)數(shù)項(xiàng)，使它更符合實(shí)際情況，這時得到：

σ ∑∞n=1α′ndnσdtn=Eε E∑∞n=1δ′ndnεdtn(2)

式中E為彈性模量，α′n為應(yīng)力衰減常數(shù)，δ′n為應(yīng)變衰減常數(shù)。n為導(dǎo)數(shù)項(xiàng)的階數(shù)，其值可以根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)?shù)倪x擇。這種模型是標(biāo)準(zhǔn)模型的推廣，主要用于理論分析上，在實(shí)際中由于其實(shí)際計算的復(fù)雜性而應(yīng)用較少。由于粘彈性材料(VEM)的剪切模量隨溫度和頻率的變化而變化，以上的模型的應(yīng)用無法描述這一特性，所以一般只適用于弱粘彈性材料。而以下的幾種模型主要用于對各種VEM進(jìn)行計算。其中用得較多的就是復(fù)模量模型。

阻尼模型復(fù)模量

復(fù)模量模型又分為復(fù)常數(shù)模量和頻變復(fù)模量模型，是分析粘彈性材料結(jié)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng)特性較為有效的方法 。

復(fù)常數(shù)模量模型在許多的研究中均用復(fù)常數(shù)模量形式，即：

E=ER jEI=ER(1 jη)(3)

式中ER是存貯模量，表示存貯能量的能力;EI是損耗模量，表示能量的耗散程度;j=-1，是虛數(shù)單位;η是材料的損耗因子，有：

η=EIER(4)

在文獻(xiàn)中還有這樣一種復(fù)模量的定義：

E*=σε=σ0ε0(cosα isinα)(5)

對比(3)式和(5)式可得：

彈性模量E=σ0ε0cosα(6)

損耗因子η=tgα(7)

則粘彈性材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為：

σ=E*ε=E(1 iη)ε(8)

上述模型中，各量均為常數(shù)，并沒有考慮頻變特性，因此其適用范圍只限于頻變較小的情況。比如黃潤秋等人在對隧址區(qū)山體的地震動作用特點(diǎn)進(jìn)行研究的過程中，采用復(fù)模量模型很好的模擬了巖石體的動力學(xué)性能。Rikards等構(gòu)建了復(fù)合夾層梁、板的超級單元，夾層粘彈性材料特性采用了復(fù)模量模型進(jìn)行描述，但是沒有考慮粘彈性材料特性隨頻率而變化的事實(shí)。秦惠增等人借助有關(guān)粘彈性材料結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析的復(fù)模量模型，推出簡諧激勵作用下形狀記憶合金(SMA)層面內(nèi)的變形和應(yīng)力之間的關(guān)系。

頻變復(fù)模量模型

復(fù)常數(shù)模量模型雖然可以使得計算簡單，但是不能反映出材料的頻變性質(zhì)。人們?yōu)榱朔从巢牧系念l變性質(zhì)，通過實(shí)驗(yàn)方法由數(shù)據(jù)擬合來得到頻變的復(fù)模量：

E(ω)=ER(ω)(1 jηv(ω))(9)

則粘彈性材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為：

σ=E(ω)ε=ER(ω)(1 jηv(ω))ε(10)

其中：ER(ω)=aEωbE，ηv(ω)=aηωbη

aE、aη及bE、bη均為擬合常數(shù)。頻變復(fù)模量模型可以反映VEM的頻變特性，與常數(shù)復(fù)模量模型相比，其適用范圍更加廣泛，結(jié)果也更準(zhǔn)確。比如粱軍用該模型對復(fù)合材料的動態(tài)粘彈性能進(jìn)行了研究，分析了材料復(fù)模量隨夾雜體積分?jǐn)?shù)、載荷頻率之間的變化規(guī)律。任志剛等人采用頻變復(fù)模量模型模擬了夾層粘彈性材料特性的頻率相關(guān)性，并提出了采用模態(tài)應(yīng)變能迭代及復(fù)特征值迭代求解復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)的各階頻率及損耗因子的方法。但與復(fù)常數(shù)模量模型一樣，它無法揭示VEM的力學(xué)本質(zhì)，計算也較為復(fù)雜。2100433B