JP2011044358A - Lighting simulator - Google Patents

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Haruka Amanuma
はるか 天沼
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lighting simulator greatly reducing a computation load while considering light distribution when presenting a plurality of point light sources arranged in a light emitting region. <P>SOLUTION: An input part 1 inputs at least information for constructing a virtual space and information for specifying a light source. A modeling part 10 splits the light emitting region of the light source arranged in the virtual space into an outer periphery region ranging over the whole outer peripheral edge of the light emitting region and an inside region encircled by the outer periphery region. The point light sources are arranged in the outer periphery region. Besides, a bundle of rays emitted from the light emitting region of the light source is presented by a bundle of rays emitted from the point light sources arranged in the outer periphery region and a parallel bundle of rays emitted from the inside region. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、コンピュータグラフィックスによる3次元の仮想空間を用いて照明空間のシミュレーションを行う照明シミュレータに関するものである。   The present invention relates to an illumination simulator for simulating an illumination space using a three-dimensional virtual space by computer graphics.

近年、コンピュータグラフィックスによる3次元の仮想空間により照明空間のシミュレーションを行う技術が種々提案されている。この種の技術を用いて照明空間における照明状態を可視化することにより、照明環境の設計に際して施工の前に種々の条件での照明状態を検討することが可能になる。   In recent years, various techniques for simulating an illumination space using a three-dimensional virtual space by computer graphics have been proposed. By visualizing the illumination state in the illumination space using this kind of technology, it is possible to examine the illumination state under various conditions before construction when designing the illumination environment.

たとえば、特許文献1では、照明空間における光の流れのような照明状態を可視化する照明シミュレータでは、照明空間を小面積単位の単位表面に分割し、単位表面の照度を照明条件に基づいて計算するとともに、照明空間に3次元格子の格子点を設定し、各格子点における照明状態を単位表面の照度値に基づいて計算する技術が提案されている。   For example, in Patent Document 1, in an illumination simulator that visualizes an illumination state such as a light flow in an illumination space, the illumination space is divided into unit surfaces of small area units, and the illuminance of the unit surface is calculated based on the illumination conditions. In addition, a technique has been proposed in which lattice points of a three-dimensional lattice are set in the illumination space and the illumination state at each lattice point is calculated based on the illuminance value of the unit surface.

特許文献1に記載の技術では、単位表面の照度を、光源の位置、光束、配光などの照明条件に基づいて計算している。また、各格子点の照明状態は、格子点の照度と格子点を通る光の流れとで表しており、格子点の照度は、格子点を中心とする仮想球体を形成し、仮想球体の全表面における照度を合算して求め、また、格子点を通る光の流れは、格子点を中心に等立体角に分割するとともに、各方向のベクトルの大きさを計算して求めている。   In the technique described in Patent Document 1, the illuminance on the unit surface is calculated based on illumination conditions such as the position of the light source, the luminous flux, and the light distribution. The illumination state of each grid point is represented by the illuminance at the grid point and the flow of light through the grid point. The illuminance at the grid point forms a virtual sphere centered on the grid point, and The illuminance on the surface is obtained by summing up, and the flow of light passing through the lattice points is obtained by dividing the solid points around the lattice points into equal solid angles and calculating the magnitudes of vectors in each direction.

特開平7−36360号公報JP 7-36360 A

特許文献1に記載の技術では、照明空間に光源を配置した例が示されているが、単位表面毎の照度は、光源の位置、光束、配光などの照明条件に基づいて計算することのみが記載されており、照明条件をどのようにして設定するかはとくに記載がない。特許文献1には光源に関する具体的な説明はなく、図から見て直管形蛍光ランプを用いた照明器具を想定していると考えられるが、光束や配光をどのように扱っているかは不明である。   In the technique described in Patent Document 1, an example in which a light source is arranged in an illumination space is shown, but the illuminance for each unit surface is only calculated based on illumination conditions such as the position of the light source, the luminous flux, and the light distribution. There is no particular description on how to set the lighting conditions. Although there is no specific description regarding the light source in Patent Document 1, it is considered that a lighting fixture using a straight tube fluorescent lamp is assumed from the figure, but how the light flux and light distribution are handled? It is unknown.

一般に使用されている光源のほとんどは、白熱電球か蛍光ランプであり、電球型、直管形、円環形などの各種形状が採用されている。一方、最近では、発光ダイオードや有機ELのように、白熱電球や蛍光ランプとは発光原理の異なる光源を照明用に用いることが提案されている。この種の光源を用いると、発光領域が線状や面状である自由な形状の照明器具を容易に実現することができる。このように光源の種類が豊富になった現状では、光源に関して照明条件を適正に設定することが、照明空間のシミュレーションにとって欠かせない重要事項と言える。   Most of the light sources generally used are incandescent bulbs or fluorescent lamps, and various shapes such as a bulb type, a straight tube type, and an annular shape are adopted. On the other hand, recently, it has been proposed to use a light source having a light emission principle different from that of an incandescent bulb or a fluorescent lamp for illumination, such as a light emitting diode or an organic EL. When this type of light source is used, it is possible to easily realize a lighting fixture having a free shape in which the light emitting region is linear or planar. In the present situation where the types of light sources are abundant in this way, it can be said that setting the illumination conditions appropriately for the light sources is an indispensable matter for simulation of the illumination space.

ところで、コンピュータグラフィックスにおいて光源を配置する際には、点光源または面光源とし、ラジオシティなどの手法を用いて3次元空間内の照度を計算することが考えられている。点光源や面光源は、理想化されており、点光源では光束を全方向に均一に放射するものとして表現される。   By the way, when a light source is arranged in computer graphics, it is considered to use a point light source or a surface light source and calculate the illuminance in a three-dimensional space using a technique such as radiosity. The point light source and the surface light source are idealized, and the point light source is expressed as emitting light flux uniformly in all directions.

たとえば、面光源は、図20のように、発光領域D0に点光源S1を一定間隔で配置することによって表現される。したがって、発光領域D0は、正面方向に光束を均一に放射する完全拡散面と等価に扱うことができる。   For example, a surface light source is expressed by arranging point light sources S1 at regular intervals in the light emitting region D0 as shown in FIG. Therefore, the light emitting region D0 can be treated equivalently to a complete diffusion surface that uniformly emits a light beam in the front direction.

このような発光領域D0に配光特性を付与しようとすれば、発光領域D0を構成している各点光源S1に配光特性を付与することが考えられるが、発光領域D0に含まれるすべての点光源S1に対して個別に配光特性を付与すると、計算負荷が非常に大きくなる。   If it is going to give the light distribution characteristic to such a light emission area | region D0, it is possible to give a light distribution characteristic to each point light source S1 which comprises the light emission area | region D0, but all the light emission area | regions D0 contain. If the light distribution characteristic is individually given to the point light source S1, the calculation load becomes very large.

とくに、発光領域D0の位置や形状の条件を変更するとすれば、少数の条件を変更するだけでも、発光領域D0を形成している各点光源S1のすべてを対象として再計算を行わなければならないから、計算負荷が非常に大きくなり、長時間の計算が必要になるという問題が生じる。この問題は面光源だけではなく、線光源であっても同様に生じる。   In particular, if the conditions of the position and shape of the light emitting region D0 are changed, recalculation must be performed for all the point light sources S1 forming the light emitting region D0 even if only a few conditions are changed. Therefore, there is a problem that the calculation load becomes very large and a long time calculation is required. This problem occurs not only in the surface light source but also in the line light source.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、線光源や面光源のように広がりを持つ光源を複数個の点光源の集合により表現する場合に、配光を考慮しながらも従来技術に比較して計算負荷を大幅に低減することが可能な照明シミュレータを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above reasons, and its purpose is to consider light distribution when a light source having a spread, such as a line light source or a surface light source, is expressed by a set of a plurality of point light sources. However, an object of the present invention is to provide an illumination simulator capable of significantly reducing the calculation load as compared with the prior art.

本発明は、上記目的を達成するために、3次元の照明空間について実空間と等価な仮想空間をコンピュータで生成し、仮想空間内で照明計算を行うことにより照明環境を評価する照明シミュレータであって、仮想空間を構築する情報と光源を規定する情報とを少なくとも入力する入力部と、仮想空間に配置する光源の発光領域を、発光領域の外周縁の全周に亘る外周領域と外周領域に囲まれた内側領域とに分割し、外周領域に点光源を配置するとともに、光源の発光領域から放射される光線束を、外周領域に配置した点光源から放射される光線束と内側領域から放射される平行光線束とにより表すモデリング部とを備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention is a lighting simulator for evaluating a lighting environment by generating a virtual space equivalent to a real space for a three-dimensional lighting space by a computer and performing a lighting calculation in the virtual space. The input unit for inputting at least information for constructing the virtual space and information for defining the light source, and the light emitting region of the light source arranged in the virtual space are arranged in the outer peripheral region and the outer peripheral region over the entire outer periphery of the light emitting region. The light source is divided into the enclosed inner area, the point light source is arranged in the outer peripheral area, and the light beam emitted from the light emitting area of the light source is emitted from the point light source arranged in the outer peripheral area and the inner area. And a modeling unit represented by a parallel light flux.

モデリング部は、点光源から放射される光線束のうち発光領域の外向きに放射される光線束を照明計算に採用するのが望ましい。   It is desirable that the modeling unit employs, in the illumination calculation, a light bundle emitted from the point light source to the outside of the light emitting region.

また、モデリング部は、入力部の操作により発光領域を変形させる形状変更部を備えることが望ましい。   In addition, the modeling unit preferably includes a shape changing unit that deforms the light emitting region by operating the input unit.

この場合、モデリング部は、発光領域の基本形であって複数個の格子点を備えた基準形状をあらかじめ記憶している記憶部を有し、形状変更部は、基準形状の外接矩形であるバウンディングボックスを変形させることにより基準形状を変形させる操作と、基準形状に設けた格子点を移動させることにより基準形状を変形させる操作とが可能であることが望ましい。   In this case, the modeling unit includes a storage unit that stores in advance a reference shape that is a basic shape of the light emitting region and includes a plurality of lattice points, and the shape changing unit is a bounding box that is a circumscribed rectangle of the reference shape. It is desirable that an operation of deforming the reference shape by deforming the reference shape and an operation of deforming the reference shape by moving the lattice points provided in the reference shape are possible.

さらに、モデリング部は、点光源の配置間隔が均等化されるように外周領域の形状に合わせて点光源の位置を決定する最適化部を備えることが望ましい。   Furthermore, the modeling unit preferably includes an optimization unit that determines the position of the point light source in accordance with the shape of the outer peripheral region so that the arrangement intervals of the point light sources are equalized.

加えて、モデリング部は、外周領域について点光源の1個について入力部の操作により配光特性を決定する配置・姿勢設定部と、残りの点光源について配置・姿勢設定部で決定した配光特性を適用する点光源割付部とを備えることが望ましい。   In addition, the modeling unit has a light distribution characteristic determined by the arrangement / posture setting unit for determining the light distribution characteristic by operating the input unit for one of the point light sources in the outer peripheral region and the light distribution characteristic determined by the arrangement / posture setting unit for the remaining point light sources. It is desirable to provide a point light source allocating unit that applies

また、モデリング部は、外周領域に配置した点光源の光束と、内側領域から放射される平行光線束の光束とに境界が生じないように、外周領域と内側領域とに光束を自動的に分配する光束割付部を備えることが望ましい。   In addition, the modeling unit automatically distributes the light flux between the outer peripheral area and the inner area so that there is no boundary between the light beam of the point light source arranged in the outer peripheral area and the light flux of the parallel light flux emitted from the inner area. It is desirable to provide a luminous flux allocating unit that

本発明の構成によれば、光源の発光領域を外周領域と内側領域とに分け、外周領域については点光源を配置することによりモデル化し、発光領域から放射される光線束を、点光源から放射された光線束と、内側領域から放射された平行光線束とにより表すから、照明計算の際に、発光領域については、外周領域に配置される少数の点光源の特性と、内側領域から放射される一様な平行光線束との特性について考慮するだけでよく、多数個の点光源について特性を考慮する従来構成に比較すると、計算負荷が大幅に低減されることになる。また、計算負荷が低減される結果、照明条件を変更したときの照明計算を短時間で行うことが可能であり、コンピュータの計算能力にもよるが、照明計算を実時間で行うことも可能である。   According to the configuration of the present invention, the light emitting region of the light source is divided into an outer peripheral region and an inner region, and the outer peripheral region is modeled by arranging a point light source, and the light flux emitted from the light emitting region is emitted from the point light source. Therefore, in the calculation of illumination, the light emitting area is emitted from the inner area and the characteristics of a small number of point light sources arranged in the outer peripheral area. It is only necessary to consider the characteristics of the uniform parallel light flux, and the calculation load is greatly reduced as compared with the conventional configuration in which the characteristics of a large number of point light sources are considered. In addition, as a result of reducing the calculation load, it is possible to perform the lighting calculation when the lighting conditions are changed in a short time, and it is also possible to perform the lighting calculation in real time, depending on the computer's calculation capability. is there.

点光源から放射される光線束のうち発光領域の外向きに放射される光線束を照明計算に採用するようにすれば、点光源から放射されるすべての光線束を照明計算に用いる場合に比較して計算負荷をさらに低減することができる。   If the light flux emitted from the point light source is emitted to the outside of the light emitting area, it is compared with the case where all the light flux emitted from the point light source is used for the illumination calculation. Thus, the calculation load can be further reduced.

また、入力部の操作により発光領域を変形させることを可能にすることで、各種形状の発光領域を仮想空間に配置することが可能になる。   In addition, by making it possible to deform the light emitting area by operating the input unit, it becomes possible to arrange light emitting areas of various shapes in the virtual space.

とくに、複数個の格子点を備えた基準形状を、バウンディングボックスの変形あるいは格子点の移動によって変形させることにより発光領域を形成する構成を採用すると、発光領域を簡単な操作で自由形状に形成することが可能になる。   In particular, if a light emitting region is formed by deforming a reference shape having a plurality of lattice points by deforming the bounding box or moving the lattice points, the light emitting region can be formed into a free shape with a simple operation. It becomes possible.

点光源の配置間隔を自動的に均等化する構成では、外周領域を点光源で代用しているにもかかわらず、1個の連続した光源とみなすことが可能になり、発光領域として用いるモデルの精度が高くなる。すなわち、計算負荷を低減しながらも、精度のよい照明計算が可能になる。   In the configuration in which the arrangement intervals of the point light sources are automatically equalized, the peripheral area can be regarded as one continuous light source even though the outer peripheral area is substituted with the point light source. Increases accuracy. That is, it is possible to perform accurate illumination calculation while reducing the calculation load.

また、外周領域の1個の点光源について決定した配光特性を残りの点光源に適用する構成では、1個の点光源のみ配光特性を調整するだけで、外周領域の配光特性を決定することができるから、発光領域のモデルを生成する作業が簡単になる。   Further, in the configuration in which the light distribution characteristic determined for one point light source in the outer peripheral area is applied to the remaining point light sources, the light distribution characteristic of the outer peripheral area is determined only by adjusting the light distribution characteristic of only one point light source. This makes it easy to generate a model of the light emitting area.

外周領域と内側領域との光束に境界が生じないように光束を分配する構成では、発光領域の周部のみで光束が低減したり光束が増加したりすることによる不自然感を生じることがない。   In the configuration in which the light flux is distributed so that there is no boundary between the light flux between the outer peripheral area and the inner area, there is no unnatural feeling due to the light flux being reduced or increased only at the periphery of the light emitting area. .

実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows embodiment. 同上の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing same as the above. 同上に用いる基本形状の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the basic shape used for the same as the above. 同上に用いる座標系の説明図である。It is explanatory drawing of the coordinate system used for the same as the above. 同上における基本形状の変形方法を説明する図である。It is a figure explaining the deformation | transformation method of the basic shape same as the above. 同上における基本形状の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the basic shape in the same as the above. 同上における基本形状の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the basic shape in the same as the above. 同上における最適化部の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the optimization part in the same as the above. 同上における点光源の配置例を説明する図である。It is a figure explaining the example of arrangement | positioning of the point light source in the same as the above. 同上における点光源の配置例を説明する図である。It is a figure explaining the example of arrangement | positioning of the point light source in the same as the above. 同上における配光特性の設定例を説明する図である。It is a figure explaining the example of a setting of the light distribution characteristic in the same as the above. 同上における角度の定義を説明する図である。It is a figure explaining the definition of the angle in the same as the above. 同上における水平角度の有効範囲を説明する図である。It is a figure explaining the effective range of the horizontal angle in the same as the above. 同上における垂直角度の有効範囲を説明する図である。It is a figure explaining the effective range of the vertical angle in the same as the above. 同上における垂直角度の有効範囲を説明する図である。It is a figure explaining the effective range of the vertical angle in the same as the above. 同上における垂直角度の有効範囲を説明する図である。It is a figure explaining the effective range of the vertical angle in the same as the above. 同上における外周領域と内側領域との光束の関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship of the light beam of the outer periphery area | region and inner area | region in the same as the above. 同上を線光源に適用した例を示す図である。It is a figure which shows the example which applied the same as the line light source. 同上を両面に光線束を放射する発光領域に適用した例を示す図である。It is a figure which shows the example which applied the same as the light emission area | region which radiates | emits a light beam on both surfaces. 従来構成におけるモデルを示す図である。It is a figure which shows the model in a conventional structure.

本発明は、コンピュータを用いて照明空間のシミュレーションを行うにあたり、実空間と等価な仮想空間における光源の形状、配光、位置、光束の設定を容易にすることを目的にしている。以下に説明する実施形態において、「光源」という用語は、光線束を放射する機能を有した面の意味で用いる。したがって、本発明における「光源」の定義には、理想化された点光源や線光源は含まれない。   An object of the present invention is to facilitate the setting of the shape, light distribution, position, and luminous flux of a light source in a virtual space equivalent to a real space when a lighting space is simulated using a computer. In the embodiments described below, the term “light source” is used to mean a surface having a function of emitting a light bundle. Therefore, the definition of “light source” in the present invention does not include an idealized point light source or line light source.

このように「光源」から点光源および線光源を除外しても、実空間における光源は一般に発光領域に面積を有しているから差し支えない。ただし、本発明では、仮想空間に点光源や線光源を配置することを除外するのではなく、仮想空間内に1個の点光源を単独で配置すれば点光源を表すことができ、仮想空間に複数個の点光源を線上(直線上でも曲線上でもよい)に並べて配置すれば線光源を表すことができる。また、「光源」は、ランプの発光面だけではなく、照明器具の発光面であってもよく、また物体表面のように光の反射により光線束を放射する面を「光源」として扱うことも可能である。   Even if the point light source and the line light source are excluded from the “light source” in this way, the light source in the real space generally has an area in the light emitting region. However, in the present invention, it is not excluded to arrange a point light source or a line light source in the virtual space, but if a single point light source is arranged alone in the virtual space, the point light source can be represented. If a plurality of point light sources are arranged side by side on a line (may be on a straight line or a curved line), a line light source can be represented. Further, the “light source” may be not only the light emitting surface of the lamp but also the light emitting surface of a lighting fixture, and a surface that emits a light bundle by reflecting light, such as an object surface, may be treated as a “light source”. Is possible.

本発明では、上記目的の達成のために、図8に示すように、光源の発光領域D0(図8(a))を、図8(b)のような発光領域D0の外周縁の全周に亘る外周領域D1と、図8(c)のような外周領域D1に囲まれた内側領域D2とに2分し、内側領域D2からは一様な平行光線束を放射し、外周領域D1は発光領域D0の外周縁に沿って配置した複数個の点光源Sから光線束を放射する構成を有する構成として扱う。要するに、発光領域D0を、外周領域D1と内側領域D2とを有する構成にモデル化して照明計算を行う。   In the present invention, in order to achieve the above object, as shown in FIG. 8, the light emitting region D0 (FIG. 8A) of the light source is changed to the entire outer periphery of the light emitting region D0 as shown in FIG. The outer peripheral region D1 is divided into two, and the inner region D2 surrounded by the outer peripheral region D1 as shown in FIG. 8C, and a uniform parallel light beam is radiated from the inner region D2, and the outer peripheral region D1 This is treated as a configuration having a configuration in which a light beam is emitted from a plurality of point light sources S arranged along the outer peripheral edge of the light emitting region D0. In short, the light emission region D0 is modeled into a configuration having an outer peripheral region D1 and an inner region D2, and illumination calculation is performed.

発光領域の配光は、外周領域D1と内側領域D2との各光束E1,E2の放射方向に配光特性を付与することにより決定することができる。また、外周領域D1の光束E1は、外周領域D1に設けた点光源Sから放射される光線束の合成として決定され、内側領域D2の光束E2は、平行光線束の光度と内側領域D2の面積とで決定される。したがって、発光領域D0の全光束E0は、外周領域D1から放射される光束E1と内側領域D2から放射される光束E2との合算で表される。   The light distribution in the light emitting area can be determined by providing a light distribution characteristic in the radiation direction of the light beams E1 and E2 in the outer peripheral area D1 and the inner area D2. The luminous flux E1 in the outer peripheral area D1 is determined as a combination of the light bundles emitted from the point light source S provided in the outer peripheral area D1, and the luminous flux E2 in the inner area D2 is the luminous intensity of the parallel luminous flux and the area of the inner area D2. And determined by. Accordingly, the total luminous flux E0 in the light emitting area D0 is represented by the sum of the luminous flux E1 emitted from the outer peripheral area D1 and the luminous flux E2 emitted from the inner area D2.

本発明は、実空間の照明空間に対応する仮想空間を設定する段階と、仮想空間において照明空間のシミュレーションの計算を行う段階との間の段階で、照明条件を規定する段階の技術に関するものであり、コンピュータでプログラムを実行することにより以下の機能が実現される。   The present invention relates to a technique of defining a lighting condition at a stage between a stage of setting a virtual space corresponding to an actual space and a stage of calculating a simulation of the lighting space in the virtual space. Yes, the following functions are realized by executing the program on a computer.

プログラムの実行によりコンピュータで実現される機能を図1に示す。図1は光源の照明条件を設定する要素を示している。仮想空間を構築する機能は、入力部1において必要に応じて実現される。また、仮想空間内の物体表面における照度を計算する機能、仮想空間内の光線束の流れを算出する機能は、計算部9において必要に応じて実現される。これらの機能は、先行技術文献などに記載された周知の技術を用いて実現することができる。本発明の特徴は、仮想空間に配置する光源の発光領域D0を計算部9での照明計算が容易になるようにモデル化することであり、発光領域D0のモデル化のためにモデリング部10が設けられる。   The functions realized by the computer by executing the program are shown in FIG. FIG. 1 shows elements for setting the illumination conditions of the light source. The function of constructing the virtual space is realized in the input unit 1 as necessary. The function for calculating the illuminance on the surface of the object in the virtual space and the function for calculating the flow of the light beam in the virtual space are realized in the calculation unit 9 as necessary. These functions can be realized by using well-known techniques described in prior art documents. A feature of the present invention is that the light emitting area D0 of the light source arranged in the virtual space is modeled so that the illumination calculation in the calculating unit 9 is easy. The modeling unit 10 is used for modeling the light emitting area D0. Provided.

入力部1は、仮想空間における照明条件(光源の形状、配光、位置、光束)などの光源に関する必要事項を入力する機能を有する。具体的には、コンピュータにおけるモニタ装置11の画面に表示された入力フィールドやチェックボックスに、キーボードやマウスを用いて必要事項を入力することにより、照明条件を対話的に入力する。ただし、仮想空間における光源の条件に関する設計データなどの別途のデータが存在する場合には、それらのデータを読み込むことによって照明条件を入力してもよい。   The input unit 1 has a function of inputting necessary items related to a light source such as illumination conditions in the virtual space (light source shape, light distribution, position, light flux). Specifically, the lighting conditions are interactively input by inputting necessary items into the input fields and check boxes displayed on the screen of the monitor device 11 in the computer using a keyboard and a mouse. However, if there is separate data such as design data regarding the light source conditions in the virtual space, the illumination conditions may be input by reading those data.

まず、本実施形態のモデリング部10における照明条件の設定手順の概略を図2を用いて簡単に説明する。入力部1では、幾何学的に規定されている基準形状を選択し(S1)、その後、形状変更部2において、入力部1の操作により基準形状から所望形状に変形し、所望の形状の発光領域D0に形成する(S2)。もちろん、発光領域D0の所望形状が基準形状に一致している場合には変形は不要である。形状変更部2の具体的な動作は後述する。   First, the outline of the illumination condition setting procedure in the modeling unit 10 of the present embodiment will be briefly described with reference to FIG. The input unit 1 selects a geometrically defined reference shape (S1), and then the shape changing unit 2 changes the reference shape to a desired shape by operating the input unit 1, and emits light of the desired shape. It forms in area | region D0 (S2). Of course, no modification is required when the desired shape of the light emitting region D0 matches the reference shape. The specific operation of the shape changing unit 2 will be described later.

形状変更部2において発光領域D0の形状が決定されると、上述したように、光源の発光領域D0が外周領域D1と内側領域D2とに2分される。外周領域D1と内側領域D2とに分ける処理は最適化部3において行い、最適化部3では、さらに外周領域D1に複数個の点光源Sを配置する(S3)。すなわち、最適化部3では、外周領域D1に配置する点光源Sの個数と間隔とを決定する。   When the shape of the light emitting region D0 is determined by the shape changing unit 2, the light emitting region D0 of the light source is divided into two, the outer peripheral region D1 and the inner region D2, as described above. The process of dividing the outer region D1 and the inner region D2 is performed by the optimization unit 3, and the optimization unit 3 further arranges a plurality of point light sources S in the outer region D1 (S3). That is, the optimization unit 3 determines the number and interval of the point light sources S arranged in the outer peripheral region D1.

次に、姿勢設定部4において、外周領域D1に配置された点光源Sのうちの1個について、入力部1で指示された照明条件に従って、光線束の広がりが決定されるとともに(S4)、光線束を放射する向きが決定される(S5)。このようにして姿勢設定部4において1個の点光源Sから放射する光線束の向きと広がりとが決定されると、点光源割付部5において、外周領域D1に配置されたすべての点光源について光線束の向きおよび広がりが決定される(S6)。   Next, in the posture setting unit 4, the spread of the light beam is determined for one of the point light sources S arranged in the outer peripheral region D1 according to the illumination condition instructed by the input unit 1 (S4). The direction in which the light beam is emitted is determined (S5). When the orientation setting unit 4 determines the direction and spread of the light beam emitted from one point light source S in this way, the point light source assignment unit 5 determines all the point light sources arranged in the outer peripheral region D1. The direction and spread of the light beam are determined (S6).

外周領域D1に配置する各点光源Sについて、光線束の向きと広がりとの特性が決定されると、方向設定部6では、内側領域D2の平行光線束の向きを、姿勢設定部4において決定した点光源Sからの光線束の向き(最大光度の向き)に一致させる(S7)。このようにして、外周領域D1と内側領域D2との光線束の向きおよび広がりが決定される。さらに、方向設定部6では、照明計算に必要な向きに放射される光束に関するデータのみを有効なデータとして抽出する(S8)。   When the characteristics of the direction and spread of the light beam are determined for each point light source S arranged in the outer peripheral region D1, the orientation setting unit 4 determines the direction of the parallel light beam in the inner region D2. The direction of the light flux from the point light source S (the direction of the maximum luminous intensity) is matched (S7). In this way, the direction and spread of the light flux between the outer peripheral area D1 and the inner area D2 are determined. Furthermore, the direction setting unit 6 extracts only data relating to the luminous flux emitted in the direction necessary for the illumination calculation as valid data (S8).

その後、光束割付部7において、入力部1から入力された照明条件(発光領域D0の全光束)に基づいて、外周領域D1のすべての点光源Sと内側領域D2の平行光線束とのそれぞれに必要な光束を分配し(S9)、さらに、各点光源Sから放射する光束と、平行光線束の単位面積あたりの光束とを決定する(S10)。   Thereafter, in the light beam allocating unit 7, all the point light sources S in the outer peripheral region D 1 and the parallel light fluxes in the inner region D 2 are respectively determined based on the illumination condition (total light beam in the light emitting region D 0) input from the input unit 1. Necessary luminous fluxes are distributed (S9), and luminous fluxes radiated from the respective point light sources S and luminous fluxes per unit area of the parallel light flux are determined (S10).

本実施形態の照明シミュレータは記憶部8を備え、記憶部8には、光源の発光領域D0に関する基準形状、外周領域D1に配置する点光源Sの配光特性、照明計算に用いる仮想空間、照明計算を行った結果などの種々のデータが格納される。記憶部8に格納されるデータは、あらかじめ登録されているデータのほか、上述の処理過程で生じる各種データがある。記憶部8に保存されているデータは、必要に応じて読み出されて利用される。上述の処理過程において一時的に保存されるデータは、不要になった時点で消去される。   The illumination simulator of the present embodiment includes a storage unit 8. The storage unit 8 includes a reference shape related to the light emission region D0 of the light source, a light distribution characteristic of the point light source S arranged in the outer peripheral region D1, a virtual space used for illumination calculation, and illumination. Various data such as the results of calculation are stored. The data stored in the storage unit 8 includes various data generated in the process described above, in addition to data registered in advance. Data stored in the storage unit 8 is read and used as necessary. Data temporarily stored in the above process is deleted when it becomes unnecessary.

以下では、図1に示した各要素の機能について詳述する。上述したように入力部1から照明条件を入力するとともに、入力部1の操作により光源の発光領域D0の形状を決めるための幾何学的に規定された基準形状を選択する。基準形状Tは、単純な幾何学形状であって、本実施形態では、図3(a)に示すような正方形と図3(b)に示すような円形とのいずれかの形状から選択される。基準形状Tの内側は、複数の部分に規則的に分割される。   In the following, the function of each element shown in FIG. 1 will be described in detail. As described above, the illumination condition is input from the input unit 1, and a geometrically defined reference shape for determining the shape of the light emitting region D0 of the light source is selected by operating the input unit 1. The reference shape T is a simple geometric shape, and is selected from any one of a square shape as shown in FIG. 3A and a circular shape as shown in FIG. . The inside of the reference shape T is regularly divided into a plurality of portions.

図3(a)のように基準形状Tが正方形である場合は、各辺に沿った複数本ずつの直線により網目状に分割される。図3(b)のように基準形状が円形の場合は、基準形状Tの中心を通る複数本の直線と複数個の同心円とにより網目状に分割される。このように、基準形状Tの内側を網目状に分割することにより、基準形状Tには複数個の格子点Gが設けられる。基準形状Tが正方形の場合は、互いに直交する直線の交点と、基準形状Tの頂点と、基準形状Tの各辺と直線との交点とがそれぞれ格子点Gになる。また、基準形状Tが円形の場合は、基準形状Tおよび同心円と各直線との交点がそれぞれ格子点Gになる。基準形状Tを分割する際には、隣接する格子点Gの間隔が、実空間において比較的小さい寸法(たとえば、最大5〔cm〕程度)になるように分割の際の寸法が規定される。   When the reference shape T is a square as shown in FIG. 3A, the reference shape T is divided into a mesh by a plurality of straight lines along each side. When the reference shape is circular as shown in FIG. 3B, the reference shape is divided into a mesh shape by a plurality of straight lines passing through the center of the reference shape T and a plurality of concentric circles. In this manner, the reference shape T is provided with a plurality of lattice points G by dividing the inside of the reference shape T into a mesh shape. When the reference shape T is a square, the intersection of straight lines orthogonal to each other, the vertex of the reference shape T, and the intersection of each side of the reference shape T and the straight line are lattice points G, respectively. Further, when the reference shape T is circular, the intersections of the reference shape T and concentric circles with the respective straight lines are lattice points G, respectively. When the reference shape T is divided, the dimension at the time of division is defined so that the interval between the adjacent lattice points G is relatively small in the real space (for example, about 5 [cm] at the maximum).

各基準形状Tの大きさは、入力部1を通して利用者が所望値を指示するか、形状変更部2が、初期値として規定寸法(たとえば、10〔cm〕四方など)の基準形状Tをモニタ装置11に提示した後に、利用者に寸法の調整をさせる。また、形状変更部2は、入力部1を通して利用者に基準形状Tの縦横比を変更させる機能を有しており、基準形状Tが正方形であれば長方形に変形させることが可能であり、基準形状Tが円形であれば楕円形に変形させることが可能である。   As for the size of each reference shape T, the user instructs a desired value through the input unit 1 or the shape changing unit 2 monitors the reference shape T having a specified dimension (for example, 10 cm square) as an initial value. After presenting to the device 11, the user is allowed to adjust the dimensions. The shape changing unit 2 has a function of allowing the user to change the aspect ratio of the reference shape T through the input unit 1. If the reference shape T is a square, the shape changing unit 2 can be transformed into a rectangle. If the shape T is circular, it can be deformed into an ellipse.

以下では、説明を容易にするために、座標系を設定して説明する。図4に示すように、基準形状Tの発光領域D0について、基準形状Tに平行である平面をxz平面とし、y軸方向の負の向きに光線束Eを放射するように座標系が設定されているものとする。この座標系の原点の位置は仮想空間の適宜の位置に設定される。   In the following, for ease of explanation, a coordinate system is set and explained. As shown in FIG. 4, the coordinate system is set so that the plane parallel to the reference shape T is the xz plane and the light bundle E is emitted in the negative direction in the y-axis direction for the light emitting region D0 of the reference shape T. It shall be. The position of the origin of this coordinate system is set to an appropriate position in the virtual space.

形状変更部2では、基準形状Tの外形を変形させるか、基準形状Tに含まれる各格子点Gの位置を移動させることにより、基準形状Tを変形させる。   In the shape changing unit 2, the reference shape T is deformed by deforming the outer shape of the reference shape T or moving the position of each lattice point G included in the reference shape T.

基準形状Tには、図5に示すように、外接矩形であるバウンディングボックスBBが規定されており、モニタ装置11の画面上で基準形状Tを選択すると(基準形状Tにマウスカーソルを合わせてクリックすると)、図5のように、モニタ装置11の画面上に、当該基準形状Tを囲むバウンディングボックスBBが表示される。バウンディングボックスBBの各頂点位置とバウンディングボックスBBの各辺の中央とには、それぞれアンカーポイントAPが表示される。これらのアンカーポイントAPをマウス(ポインティングデバイス)で操作すると(ドラッグを行うと)、バウンディングボックスBBを変形させることができ、結果的に基準形状Tを変形させることが可能になる。   As shown in FIG. 5, a bounding box BB that is a circumscribed rectangle is defined in the reference shape T. When the reference shape T is selected on the screen of the monitor device 11, the mouse is moved to the reference shape T and clicked. Then, a bounding box BB surrounding the reference shape T is displayed on the screen of the monitor device 11 as shown in FIG. An anchor point AP is displayed at each vertex position of the bounding box BB and at the center of each side of the bounding box BB. When these anchor points AP are operated with a mouse (pointing device) (dragging), the bounding box BB can be deformed, and as a result, the reference shape T can be deformed.

アンカーポイントAPの操作は、コンピュータグラフィックスにおけるドローで一般に用いられている操作と同様である。すなわち、8個のアンカーポイントAPが表示されている状態では、図5(a)のようにバウンディングボックスBBの頂点位置のアンカーポイントAPのドラッグを行うと、バウンディングボックスBBの縦横の寸法を同時に変更することができる。また、バウンディングボックスBBの上辺または下辺の中央に位置するアンカーポイントAPをドラッグすると、バウンディングボックスBBの縦寸法の変更することができ、バウンディングボックスBBの左辺または右辺の中央に位置するアンカーポイントAPをドラッグすると、バウンディングボックスBBの横寸法の変更することができる。   The operation of the anchor point AP is the same as the operation generally used for drawing in computer graphics. That is, in the state where eight anchor points AP are displayed, if the anchor point AP at the vertex position of the bounding box BB is dragged as shown in FIG. 5A, the vertical and horizontal dimensions of the bounding box BB are simultaneously changed. can do. Also, by dragging the anchor point AP located at the center of the upper or lower side of the bounding box BB, the vertical dimension of the bounding box BB can be changed, and the anchor point AP located at the center of the left or right side of the bounding box BB is changed. By dragging, the horizontal dimension of the bounding box BB can be changed.

さらに、マウスのクリックなどによってモードを切り換えると、バウンディングボックスBBの頂点位置の4個のアンカーポイントAPのみが表示される状態になり、図5(b)のようにアンカーポイントAPのドラッグによりアンカーポイントAPの位置を自由に移動させることが可能になる。すなわち、図5(a)のモードでは、バウンディングボックスBBは矩形に保たれるが、図5(b)のモードでは、バウンディングボックスBBは任意形状の四角形に変形させることが可能になる。   Further, when the mode is switched by clicking the mouse or the like, only the four anchor points AP at the vertex positions of the bounding box BB are displayed, and the anchor point is dragged by the anchor point AP as shown in FIG. The position of the AP can be freely moved. That is, in the mode of FIG. 5 (a), the bounding box BB is kept rectangular, but in the mode of FIG. 5 (b), the bounding box BB can be deformed into a rectangular shape.

格子点Gを移動させる場合は、所望の格子点Gを選択し(マウスでクリックを行い)、入力部1から座標位置を指定するか、所望の格子点Gにマウスカーソルを合わせてドラッグを行う。後者の場合、格子点Gの位置を直感的に操作することができるが、格子点Gの座標位置はモニタ装置11の画面上の適宜の領域(たとえば、ステータスバーあるいはパレット)に表示される。ここに、格子点Gは多数個存在するから、選択した格子点Gのみの座標位置が表示される。   To move the grid point G, select the desired grid point G (click with the mouse) and specify the coordinate position from the input unit 1 or move the mouse cursor to the desired grid point G and drag. . In the latter case, the position of the grid point G can be operated intuitively, but the coordinate position of the grid point G is displayed in an appropriate area (for example, a status bar or a palette) on the screen of the monitor device 11. Here, since there are a large number of grid points G, only the coordinate positions of the selected grid points G are displayed.

たとえば、図6(a)の基準形状Tについて、格子点Gを移動させることにより、図6(b)のような形状の発光領域D0を形成することが可能になる。なお、格子点Gの座標位置だけではなく、バウンディングボックスBBの変形後の寸法や形状をモニタ装置11の画面上に表示する機能を付加してもよい。また、後述する円形の場合と同様に、格子点Gをy軸方向に移動させることにより、基準形状Tをy軸方向に変形させることもできる。   For example, by moving the lattice point G with respect to the reference shape T in FIG. 6A, it is possible to form the light emitting region D0 having a shape as shown in FIG. 6B. In addition, you may add the function which displays not only the coordinate position of the grid point G but the dimension and shape after deformation | transformation of bounding box BB on the screen of the monitor apparatus 11. FIG. Further, as in the case of a circular shape described later, the reference shape T can be deformed in the y-axis direction by moving the lattice point G in the y-axis direction.

上述の例は、基準形状Tが正方形である場合を示したが、基準形状Tが円形である場合には、xz平面に平行な面内では、格子点Gの移動は行われず、基準形状Tの変形は、バウンディングボックスBBの変形のみによって行われる。一方、バウンディングボックスBBは、xz平面に平行な面内で設定されているから、y軸方向については、バウンディングボックスBBによって基準形状Tを変形させることはできない。そこで、y軸方向については、格子点Gを移動させることにより、基準形状Tを変形させる。   The above example shows a case where the reference shape T is a square. However, when the reference shape T is a circle, the grid point G is not moved in a plane parallel to the xz plane, and the reference shape T The deformation of is performed only by deformation of the bounding box BB. On the other hand, since the bounding box BB is set in a plane parallel to the xz plane, the reference shape T cannot be deformed by the bounding box BB in the y-axis direction. Therefore, in the y-axis direction, the reference shape T is deformed by moving the lattice point G.

したがって、図7(a)(b)に示すように、モニタ装置11には、xz平面に平行である面内の形状と、xy平面に平行である面内の形状とが示され、xz平面に平行な面内ではバウンディングボックスBBのみによる基準形状Tの変形を行い、zy平面に平行な面内では格子点Gの移動のみによる基準形状Tの変形を行う。   Therefore, as shown in FIGS. 7A and 7B, the monitor device 11 shows the in-plane shape parallel to the xz plane and the in-plane shape parallel to the xy plane. The reference shape T is deformed only by the bounding box BB within a plane parallel to the XY plane, and the reference shape T is deformed only by movement of the lattice point G within a plane parallel to the zy plane.

バウンディングボックスBBは、基準形状Tが円形である場合も、基準形状Tが正方形である場合と同様に外接矩形となるように設定される。すなわち、基準形状Tが円形である場合は、図7(a)のように、xz平面に平行な面内では変形後も不連続点のない閉曲線で囲まれることになる。   The bounding box BB is set to be a circumscribed rectangle even when the reference shape T is circular, as in the case where the reference shape T is square. That is, when the reference shape T is circular, as shown in FIG. 7A, the reference shape T is surrounded by a closed curve having no discontinuous points even after deformation in a plane parallel to the xz plane.

なお、基準形状Tが円形である場合に、xz平面に平行な面内で格子点Gの移動を行わないのは次の理由による。すなわち、基準形状Tが円形である場合に格子点Gを移動させると、部分円弧を格子点Gで不連続に連結した形になり、しかも、隣接する一対の格子点Gの距離は実空間において比較的小さい寸法(たとえば、5〔cm〕程度)に設定しているから、格子点Gの間の曲線を直線で近似しても光源の形状に大きな誤差は生じないと言える。このように、格子点Gを連結する曲線を直線で近似した形状は、基準形状Tを正方形として変形させた形状でも実現できる形状であるから、円形の基準形状Tから格子点Gを移動させて変形させる意味がない。したがって、基準形状Tが円形である場合には、xz平面に平行な面内での格子点Gの移動は行わないようにしているのである。   Note that when the reference shape T is circular, the lattice point G is not moved in a plane parallel to the xz plane for the following reason. That is, when the grid point G is moved when the reference shape T is circular, the partial arcs are discontinuously connected with the grid point G, and the distance between a pair of adjacent grid points G is in real space. Since the dimensions are set to be relatively small (for example, about 5 [cm]), it can be said that even if the curve between the lattice points G is approximated by a straight line, no large error occurs in the shape of the light source. In this way, the shape approximating the curve connecting the lattice points G with a straight line is a shape that can be realized even by deforming the reference shape T as a square, so that the lattice point G is moved from the circular reference shape T. There is no point in transforming. Therefore, when the reference shape T is circular, the lattice point G is not moved in a plane parallel to the xz plane.

1.点光源の配置
形状変更部2で基準形状Tから生成した光源の形状は、最適化部3に与えられる。最適化部3では、図8に示しているように、まず、光源の発光領域D0を外周領域D1と内側領域D2とに2分する。外周領域D1は発光領域D0の外周縁を意味し、内側領域D2は発光領域D0の外周縁以外の領域を意味する。したがって、内側領域D2は実質的に光源の発光領域D0の全面を占めていることになる。最適化部3では、外周領域D1に点光源S(図8参照)を配置し、内側領域D2は平行光線束を放射する発光面として扱う。
1. Point Light Source Arrangement The shape of the light source generated from the reference shape T by the shape changing unit 2 is given to the optimization unit 3. As shown in FIG. 8, the optimization unit 3 first divides the light emitting region D0 of the light source into two parts, an outer peripheral region D1 and an inner region D2. The outer peripheral area D1 means the outer peripheral edge of the light emitting area D0, and the inner area D2 means an area other than the outer peripheral edge of the light emitting area D0. Therefore, the inner area D2 substantially occupies the entire surface of the light emitting area D0 of the light source. In the optimization unit 3, a point light source S (see FIG. 8) is arranged in the outer peripheral region D1, and the inner region D2 is treated as a light emitting surface that emits a parallel light flux.

最適化部3は、発光領域D0を外周領域D1と内側領域D2とに分割した後、外周領域D1に点光源Sを配置する。つまり、外周領域D1に配置する点光源Sの個数と間隔とを決定し、各点光源Sの座標位置を決定する。最適化部3は、外周領域D1における点光源Sの座標位置を以下の手順に従って定める。点光源Sの座標位置を定める手順は、基準形状Tが正方形である場合と円形である場合とで異なっている。   The optimization unit 3 divides the light emitting region D0 into the outer peripheral region D1 and the inner region D2, and then arranges the point light source S in the outer peripheral region D1. That is, the number and interval of the point light sources S arranged in the outer peripheral area D1 are determined, and the coordinate position of each point light source S is determined. The optimization unit 3 determines the coordinate position of the point light source S in the outer peripheral region D1 according to the following procedure. The procedure for determining the coordinate position of the point light source S differs depending on whether the reference shape T is a square or a circle.

a.基準形状Tが正方形の場合
基準形状Tからの変形に際して、バウンディングボックスBBのみで変形させた場合には光源は四角形になり、格子点Gを移動させた場合には光源は多角形(凸多角形と凹多角形とのどちらもある)になる。どちらの場合であっても、以下の手順で点光源Sの位置を決定することができる。
a. When the reference shape T is a square When the reference shape T is deformed from the reference shape T, the light source becomes a quadrangle when only the bounding box BB is deformed, and when the lattice point G is moved, the light source is a polygon (convex polygon). And a concave polygon). In either case, the position of the point light source S can be determined by the following procedure.

(1)光源の頂点の位置に点光源Sを配置するとともに、各辺ごとに長さ寸法Bn(n=1,2,…)を求める。   (1) The point light source S is arranged at the position of the vertex of the light source, and the length dimension Bn (n = 1, 2,...) Is obtained for each side.

(2)最短辺の長さ寸法Bminを用い、点光源Sによる最短辺の分割数Mを以下の関係で決定する。分割数Mは、光源の頂点を除いて最短辺に配置される点光源Sの個数をmとすれば、M=m+1になる。
a×(M−1)<Bmin<a×M
すなわち、M=[Bmin/a]+1である。ここに、[x]はxの商を意味しており、定数aは、点光源Sの間隔の最大値として与えられる規定値であって、たとえば実空間で5〔cm〕に相当する値に設定する。
(2) Using the length dimension Bmin of the shortest side, the division number M of the shortest side by the point light source S is determined by the following relationship. The division number M is M = m + 1, where m is the number of point light sources S arranged on the shortest side excluding the vertex of the light source.
a × (M−1) <Bmin <a × M
That is, M = [Bmin / a] +1. Here, [x] means the quotient of x, and the constant a is a specified value given as the maximum value of the distance between the point light sources S, and is, for example, a value corresponding to 5 [cm] in real space. Set.

(3)点光源Sの間隔の基準値K′を所定寸法b(たとえば、5mm)刻みで決定するために、次式を最小にする基準値K′の値を、{a−ib,a−(i−1)b,…,a−b,a}の範囲から求める。iは適宜の正整数である。a=5〔cm〕、b=5〔mm〕、i=8とすれば、基準値K′は、〔cm〕を単位として、{1,1.5,…,4.5,5}の範囲から求められる。
|Bmin/M−K′|
(4)残りの各辺の長さ寸法Bnから、各辺ごとの点光源Sの間隔の基準値Kn′を次式により求める。
Kn′=Bn/[Bn/K′]
ここに、[Bn/K′]は、当該辺に基準値K′の間隔で点光源Sを配置した場合の当該辺の分割数に相当する。したがって、間隔の基準値Kn′は、当該辺における点光源Sの仮の間隔ということができる。
(3) In order to determine the reference value K ′ of the interval between the point light sources S in increments of a predetermined dimension b (for example, 5 mm), the value of the reference value K ′ that minimizes the following equation is expressed as {a−ib, a− (I-1) Obtained from the range of b,..., Ab, a}. i is an appropriate positive integer. If a = 5 [cm], b = 5 [mm], and i = 8, the reference value K ′ is {1, 1.5,..., 4.5, 5} with [cm] as a unit. It is calculated from the range.
| Bmin / M-K '|
(4) A reference value Kn ′ of the distance between the point light sources S for each side is obtained from the length dimension Bn of each side by the following equation.
Kn ′ = Bn / [Bn / K ′]
Here, [Bn / K ′] corresponds to the number of divisions of the side when the point light sources S are arranged on the side at intervals of the reference value K ′. Therefore, it can be said that the reference value Kn ′ of the interval is a temporary interval of the point light source S on the side.

(5)基準値K′と基準値Kn′との差分の大きさに基づいて、各辺に点光源Sを配置する間隔Knを以下のように決定する。
Kn′−K′>bならば、Kn=Bn/([Bn/K′]+1) …(規則1)
−b≦Kn−K′≦bならば、Kn=Kn′ …(規則2)
Kn−K′<−bならば、Kn=Bn/([Bn/K′]−1) …(規則3)
このようにして、各辺における点光源Sの間隔のばらつきが±bの範囲内になるように、各辺ごとの点光源Sの間隔Knを決定する。
(5) Based on the difference between the reference value K ′ and the reference value Kn ′, the interval Kn for arranging the point light sources S on each side is determined as follows.
If Kn′−K ′> b, then Kn = Bn / ([Bn / K ′] + 1) (Rule 1)
If −b ≦ Kn−K ′ ≦ b, then Kn = Kn ′ (Rule 2)
If Kn−K ′ <− b, then Kn = Bn / ([Bn / K ′] − 1) (Rule 3)
In this way, the interval Kn of the point light sources S for each side is determined so that the variation in the interval of the point light sources S on each side is within a range of ± b.

上述の手順(2)において、点光源Sの間隔の最大値を規定する定数aは、外周領域D1に配置される複数個の点光源Sを連続した1個の光源の代用とすることができる程度の大きさに設定される。したがって、定数aを小さい値にすれば光源のシミュレーションの精度を高めることができるが、実用上では、上述の例のように、a=5〔cm〕と設定すれば条件を満足することができる。   In the above-described procedure (2), the constant a that defines the maximum value of the interval between the point light sources S can be used as a substitute for a single continuous light source for the plurality of point light sources S arranged in the outer peripheral region D1. It is set to a size of about. Accordingly, if the constant a is set to a small value, the accuracy of the light source simulation can be improved. However, in practice, if a = 5 [cm] is set as in the above example, the condition can be satisfied. .

(1)〜(5)の手順により点光源Sの間隔Knを決定する具体例を以下に示す。この例では、形状変更部2により形成された発光領域D0が図9(a)の形状を有しているものとする。図9(a)は、外周領域A1の各頂点の位置に点光源Sを配置した状態を示している。また、各辺の長さは、B1=14.5〔cm〕、B2=17.0〔cm〕、B3=7.8〔cm〕、B4=9.2〔cm〕であり、上述した定数aが5〔cm〕、所定寸法bが5〔mm〕であるものとする。   A specific example in which the interval Kn of the point light sources S is determined by the procedures (1) to (5) will be shown below. In this example, it is assumed that the light emitting region D0 formed by the shape changing unit 2 has the shape of FIG. FIG. 9A shows a state in which the point light sources S are arranged at the positions of the vertices of the outer peripheral area A1. The length of each side is B1 = 14.5 [cm], B2 = 17.0 [cm], B3 = 7.8 [cm], B4 = 9.2 [cm], and the constants described above It is assumed that a is 5 [cm] and the predetermined dimension b is 5 [mm].

この例では、最短辺の長さ寸法Bminは、Bmin=B3=7.8〔cm〕であるから、最短辺の分割数Mは、M=[7.8/5]+1=1+1=2になる。すなわち、Bmin/M=7.8/2=3.9であるから、点光源Sの間隔の基準値K′は、{1,1.5,…,4.5,5}の範囲から|Bmin/M−K′|=|3.9−K′|を最小にする値として選択すれば、K′=4〔cm〕になる。   In this example, since the length dimension Bmin of the shortest side is Bmin = B3 = 7.8 [cm], the division number M of the shortest side is M = [7.8 / 5] + 1 = 1 + 1 = 2. Become. That is, since Bmin / M = 7.8 / 2 = 3.9, the reference value K ′ of the interval between the point light sources S is in the range of {1, 1.5,..., 4.5, 5}. If Bmin / M−K ′ | = | 3.9−K ′ | is selected as a value that minimizes, K ′ = 4 [cm].

したがって、他辺における点光源Sの間隔の基準値K1′,K2′,K4′は、それぞれ以下のように求められる。
K1′=14.5/[14.5/4]=14.5/3≒4.833
K2′=17/[17/4]=17/4=4.25
K4′=9.2/[9.2/4]=4.6
よって、K1′−K′≒0.833であり、上述した(規則1)の条件を満たすから、K1=14.5/([14.5/4]+1)=14.5/4=3.625になる。また、K2′−K′=0.25であり、上述した(規則2)の条件を満たすから、K2=4.25になる。さらに、K4′−K′=0.6であり、(規則1)の条件を満たすから、K4=9.2/([9.2/4]+1)=3.067になる。
Accordingly, the reference values K1 ′, K2 ′, K4 ′ of the intervals between the point light sources S on the other side are obtained as follows.
K1 ′ = 14.5 / [14.5 / 4] = 14.5 / 3≈4.833
K2 '= 17 / [17/4] = 17/4 = 4.25
K4 '= 9.2 / [9.2 / 4] = 4.6
Therefore, K1′−K′≈0.833, and the condition of (Rule 1) described above is satisfied. Therefore, K1 = 14.5 / ([14.5 / 4] +1) = 14.5 / 4 = 3 .625. Since K2′−K ′ = 0.25, which satisfies the above-mentioned (Rule 2), K2 = 4.25. Furthermore, since K4′−K ′ = 0.6 and the condition of (Rule 1) is satisfied, K4 = 9.2 / ([9.2 / 4] +1) = 3.067.

以上の手順により、図9(b)のように、各辺上に配置される点光源Sの個数は、それぞれ3個、3個、1個、2個になる。したがって、外周領域A1に配置する点光源Sの個数は、各頂点にそれぞれ配置された点光源Sと合わせて合計13個になる。   According to the above procedure, the number of point light sources S arranged on each side becomes 3, 3, 1, and 2 as shown in FIG. 9B. Therefore, the number of point light sources S arranged in the outer peripheral area A1 is 13 in total including the point light sources S arranged at the respective vertices.

なお、上述の例では、K2=4.25〔cm〕、K4=3.067〔cm〕であって、異なる辺上に配置される点光源Sの間隔の最大値と最小値との間に、1〔cm〕以上の差があるから、間隔K2あるいは間隔K4の再計算を行うことで、最大値と最小値との差が小さくなるように調整してもよい。たとえば、間隔K2を調整する場合には、図9(c)のように、点光源Sの個数を1個増やして、K2=17/([17/4]+1)=17/5=3.4〔cm〕とすればよい。このように、間隔K2を調整すれば、点光源Sの間隔の最大値と最小値との差は、K3−K4=3.9−3.067=0.833〔cm〕になり、点光源Sの間隔のばらつきを減少させることができる。   In the above example, K2 = 4.25 [cm], K4 = 3.067 [cm], and between the maximum value and the minimum value of the distance between the point light sources S arranged on different sides. Since there is a difference of 1 [cm] or more, the difference between the maximum value and the minimum value may be adjusted to be small by recalculating the interval K2 or the interval K4. For example, when adjusting the interval K2, as shown in FIG. 9C, the number of point light sources S is increased by one, and K2 = 17 / ([17/4] +1) = 17/5 = 3. What is necessary is just 4 [cm]. As described above, if the distance K2 is adjusted, the difference between the maximum value and the minimum value of the distance of the point light source S becomes K3−K4 = 3.9−3.067 = 0.833 [cm]. The variation in the S interval can be reduced.

上述のように、各辺に配置される点光源Sの間隔のばらつきが規定値(たとえば、1〔cm〕)を超える場合に、適宜の辺上の点光源Sの個数を増加させる作業を繰り返せば、点光源Sの間隔のばらつきを低減させることが可能である。ただし、点光源Sを追加することによって点光源Sの間隔が最小値以下になると、間隔の最大値と最小値との差が拡大することになる。   As described above, when the variation in the interval between the point light sources S arranged on each side exceeds a specified value (for example, 1 [cm]), the operation of increasing the number of point light sources S on an appropriate side can be repeated. For example, it is possible to reduce the variation in the distance between the point light sources S. However, if the point light source S is added to reduce the distance between the point light sources S to a minimum value or less, the difference between the maximum value and the minimum value of the distance increases.

たとえば、上述の例では、最短辺(図の右辺)に点光源Sを1個加えると、K3=7.8/3=2.6〔cm〕になる。ここで、上述のように、K2=3.4〔cm〕に調整した後であれば(図9(c)参照)、点光源Sの間隔の最大値はK1=3.625〔cm〕であるから、間隔の最大値と最小値との差は、3.625−2.6=1.025〔cm〕になり、結局、間隔の最大値と最小値との差が拡大することになる。   For example, in the above-described example, when one point light source S is added to the shortest side (the right side in the figure), K3 = 7.8 / 3 = 2.6 [cm]. Here, as described above, after adjusting to K2 = 3.4 [cm] (see FIG. 9C), the maximum value of the distance between the point light sources S is K1 = 3.625 [cm]. Therefore, the difference between the maximum value and the minimum value of the interval is 3.625−2.6 = 1.005 [cm], and eventually the difference between the maximum value and the minimum value of the interval is increased. .

したがって、点光源Sを追加する際は、最短辺における点光源Sの個数を増加させず、点光源Sの間隔が最大である辺に点光源Sを追加するとともに、点光源Sの間隔が最小値以下になるか否かを判断し、最小値以下になる場合には点光源Sの追加を終了する必要がある。   Therefore, when adding the point light source S, the number of point light sources S in the shortest side is not increased, the point light source S is added to the side where the distance between the point light sources S is maximum, and the distance between the point light sources S is minimum. It is determined whether or not the value is less than or equal to the value.

ところで、点光源Sを規定するパラメータは、表1のように、点光源Sを区別するための識別子と、点光源Sの3次元の座標位置と、後述する点光源Sの光軸の向き(最大光度の向き)と、後述する水平有効範囲および鉛直有効範囲と、後述する範囲内光度との組で表される。これらのパラメータは記憶部8に格納される。最適化部3では座標位置が決定されるから、最適化部3での処理後には、表1のパラメータのうち識別子と座標位置のみが記憶部8に格納される。   By the way, the parameters defining the point light source S are as shown in Table 1, the identifier for distinguishing the point light source S, the three-dimensional coordinate position of the point light source S, and the direction of the optical axis of the point light source S (described later). (Direction of maximum luminous intensity), a horizontal effective range and vertical effective range described later, and a luminous intensity within the range described later. These parameters are stored in the storage unit 8. Since the optimization unit 3 determines the coordinate position, only the identifier and the coordinate position among the parameters in Table 1 are stored in the storage unit 8 after the processing in the optimization unit 3.

Figure 2011044358
基準形状Tが正方形である場合に、点光源Sの間隔を決定するにあたって、上述の手順のほか、以下の手順を採用することも可能である。すなわち、上述の手順では、最短辺の長さ寸法Bminに基づいて各辺における点光源Sの間隔を順に決定しているが、すべての辺について点光源Sの間隔を同時に決定する手順を採用することも可能である。
Figure 2011044358
In the case where the reference shape T is a square, in determining the interval between the point light sources S, the following procedure can be adopted in addition to the above-described procedure. That is, in the above-described procedure, the interval between the point light sources S on each side is sequentially determined based on the length dimension Bmin of the shortest side, but a procedure for simultaneously determining the intervals between the point light sources S for all sides is adopted. It is also possible.

(1)は上述の手順と同様である。   (1) is similar to the procedure described above.

(2)点光源Sについて仮の間隔Jnを設定し、辺の長さ寸法Bnに対して、Bn/Jnの商である分割数Mn′と剰余Rnとを求める(Jn×Mn′+Rn=Bn)。ここで、規定値cに対して、Rn/Mn′<cになれば、Jn+Rnを点光源Sの間隔の候補とする。規定値cは、たとえば5mmに設定する。また、仮の間隔Jnは、最大間隔dから始めて所定寸法e刻みで減少させる。たとえば、最大間隔dを5〔cm〕とし、所定寸法eを5〔mm〕とすれば、間隔Jnを、5.0〔cm〕,4.5〔cm〕,4.0〔cm〕,…と変化させることになる。ここに仮の間隔Jnは、すべての辺について同じ値を適用して、各辺ごとに「Rn/Mn′<c」か否かの条件判断を行う。   (2) A temporary interval Jn is set for the point light source S, and the division number Mn ′ and the remainder Rn, which are quotients of Bn / Jn, are obtained for the side length dimension Bn (Jn × Mn ′ + Rn = Bn). ). Here, if Rn / Mn ′ <c with respect to the specified value c, Jn + Rn is set as a candidate for the interval between the point light sources S. The specified value c is set to 5 mm, for example. Further, the temporary interval Jn is decreased in increments of a predetermined dimension e starting from the maximum interval d. For example, if the maximum distance d is 5 [cm] and the predetermined dimension e is 5 [mm], the distance Jn is 5.0 [cm], 4.5 [cm], 4.0 [cm],. Will change. Here, the provisional interval Jn applies the same value to all sides, and judges whether or not “Rn / Mn ′ <c” for each side.

(3)仮の間隔Jnがある値になった時点で、光源のすべての辺について点光源Sの間隔の候補が求められると、間隔の候補の検出を終了する。上述したように、仮の間隔Jnを次第に減少させて間隔の候補を求めているから、仮の間隔Jnは、この時点で最小値Jminになっている。ここで、点光源Sの間隔の候補の個数は、各辺で一致するとは限らないが、各辺ごとに最低1個の候補が求められる。   (3) When the candidate of the interval of the point light source S is obtained for all the sides of the light source at the time when the temporary interval Jn becomes a certain value, the detection of the candidate of the interval is finished. As described above, the temporary interval Jn is gradually decreased to obtain the interval candidate, and therefore the temporary interval Jn is the minimum value Jmin at this point. Here, although the number of candidates for the interval between the point light sources S does not always coincide with each side, at least one candidate is obtained for each side.

(4)各辺について求めた点光源Sの間隔の候補(Jn+Rn)のうちの最小値を求めて間隔の基準値に用い、基準値を求めた辺を除く他辺については、当該辺について求めた候補のうち、基準値との差が最小になる候補を選択する。   (4) The minimum value of the distance candidates (Jn + Rn) of the point light sources S obtained for each side is obtained and used as a reference value for the distance, and for the other sides excluding the side for which the reference value is obtained, the relevant side is obtained. Among the candidates, the candidate having the smallest difference from the reference value is selected.

(5)このようにして選択した各辺における点光源Sの間隔の候補の差(最大値と最小値との差)が規定値c未満であれば、各辺における点光源Sの間隔の候補(Jn+Rn)を当該辺における点光源Sの間隔として採用する。   (5) If the difference between the candidate points of the point light source S on each side selected in this way (the difference between the maximum value and the minimum value) is less than the specified value c, the candidate of the point light source S on each side (Jn + Rn) is adopted as the interval between the point light sources S on the side.

手順(5)において、各辺における点光源Sの間隔の候補の差が規定値c以上である場合には、仮の間隔Jnの最小値Jminから規定値cを減算した値を仮の間隔Jnに用いて(つまり、Jn=Jmin−cを用いて)、間隔の候補(Jn+Rn)を求める。ただし、仮の間隔Jnには最小値dが規定されており、最小値dを用いても各辺における点光源Sの候補の間隔の差が規定値c未満にならない場合には、各辺について求めた点光源Sの間隔の候補の差が、規定値c以上であっても、間隔の候補の差が最小になる間隔の候補を、各辺における点光源Sの間隔として採用する。   In step (5), when the difference between the candidate intervals of the point light sources S on each side is equal to or greater than the specified value c, a value obtained by subtracting the specified value c from the minimum value Jmin of the temporary interval Jn is set to the temporary interval Jn. (I.e., using Jn = Jmin-c) to obtain a candidate for the interval (Jn + Rn). However, a minimum value d is defined for the provisional interval Jn, and if the difference between the candidate intervals of the point light source S on each side does not become less than the specified value c even if the minimum value d is used, each side is determined. Even if the obtained difference between the interval candidates of the point light sources S is equal to or larger than the specified value c, the interval candidate that minimizes the difference between the interval candidates is adopted as the interval between the point light sources S on each side.

b.基準形状Tが円形の場合
上述したように、基準形状Tが円形である場合、xz平面に平行な面内ではバウンディングボックスBBを用いる変形のみが可能であるから、変形後の光源の外周領域D1は閉じた曲線になる。この曲線に対して、図10のように外接円Ccを設定し、外接円Ccの中心を通る直線を一定角度間隔ωで設定し、各直線と外周領域D1との交点を点光源Sの配置位置とする。外接円Ccの半径をrとし、点光源Sの所望の間隔をeとするときに、角度間隔ωは、rω≦eとなるように設定される。間隔eは、たとえば5〔cm〕に設定される。
b. When the reference shape T is circular As described above, when the reference shape T is circular, only the deformation using the bounding box BB is possible in a plane parallel to the xz plane. Becomes a closed curve. With respect to this curve, a circumscribed circle Cc is set as shown in FIG. 10, a straight line passing through the center of the circumscribed circle Cc is set at a constant angular interval ω, and the intersection of each straight line and the outer peripheral region D1 is arranged at the point light source S. Position. When the radius of the circumscribed circle Cc is r and the desired interval between the point light sources S is e, the angular interval ω is set so that rω ≦ e. The interval e is set to 5 [cm], for example.

図10では外周領域D1が円形ではないが、外周領域D1が円形である場合も同様であって、外周領域D1が外接円Ccに一致することになる。なお、光源の外周領域D1が楕円形である場合には、楕円の式を用いれば弧の長さを正確に求めることが可能であるが、計算負荷を低減して高速な演算を可能にするために、点光源Sの間隔のばらつきを許容している。ただし、点光源Sの間隔eを適宜に設定しておけば、複数個の点光源Sを連続した1個の光源の代用とすることができるから点光源Sの間隔に多少のばらつきがあっても実用上差し支えない。   Although the outer peripheral area D1 is not circular in FIG. 10, the same applies to the case where the outer peripheral area D1 is circular, and the outer peripheral area D1 coincides with the circumscribed circle Cc. If the outer peripheral area D1 of the light source is elliptical, the arc length can be accurately obtained by using the elliptical formula, but the calculation load is reduced and high-speed computation is possible. Therefore, variation in the interval between the point light sources S is allowed. However, if the distance e between the point light sources S is set appropriately, a plurality of point light sources S can be substituted for one continuous light source, and therefore there is some variation in the distance between the point light sources S. Is also practically acceptable.

また、仮想空間内において、曲線は短い直線群で近似されており、外接円Ccを分割した各扇形は三角形で近似される。   Further, in the virtual space, the curve is approximated by a short straight line group, and each sector shape obtained by dividing the circumscribed circle Cc is approximated by a triangle.

なお、光源の発光領域D0の形状は適時に変更することが可能であって、発光領域D0の形状を変更した場合や、発光領域D0の面積を変更した場合には、最適化部3により点光源Sの配置を再設定することが必要である。   Note that the shape of the light emitting region D0 of the light source can be changed in a timely manner. When the shape of the light emitting region D0 is changed or the area of the light emitting region D0 is changed, the optimization unit 3 makes a point. It is necessary to reset the arrangement of the light sources S.

2.配光特性の設定
最適化部3において、光源の発光領域D0を外周領域D1と内側領域D2とに分割し、外周領域D1における点光源Sの配置位置を決定した後、姿勢設定部4、点光源割付部5、方向設定部6により、発光領域D0の配光を決定する。発光領域D0の配光を決定するには、まず、姿勢設定部4において外周領域D1に配置した1個の点光源Sについて配光特性(光線束の向きと広がり)を決定し、その後、点光源割付部5においてすべての点光源Sの配光特性を決定し、さらに、方向設定部6において内側領域D2の平行光線束の向きを決定する。
2. Setting of light distribution characteristics In the optimization unit 3, the light emitting region D0 of the light source is divided into the outer peripheral region D1 and the inner region D2, and the arrangement position of the point light source S in the outer peripheral region D1 is determined. The light source allocation unit 5 and the direction setting unit 6 determine the light distribution of the light emitting region D0. In order to determine the light distribution of the light emitting region D0, first, the posture setting unit 4 determines the light distribution characteristics (direction and spread of the light bundle) for one point light source S arranged in the outer peripheral region D1, and then the point setting unit 4 The light source allocation unit 5 determines the light distribution characteristics of all the point light sources S, and the direction setting unit 6 determines the direction of the parallel light bundles in the inner region D2.

まず、姿勢設定部4の動作について具体的に説明する。   First, the operation of the posture setting unit 4 will be specifically described.

(1)最適化部3で位置を決定した点光源Sから図11(a)のように適宜の1個の点光源Sを選択する。点光源Sの選択は、利用者が入力部1の操作によって行うことができるが、表1のように記憶部8に格納されている先頭位置の点光源Sを採用するか、仮想空間に設定した適宜の視点位置から最短距離である点光源Sを採用することにより、点光源Sを自動的に選択するようにしてもよい。   (1) One appropriate point light source S is selected from the point light sources S whose positions have been determined by the optimization unit 3 as shown in FIG. The user can select the point light source S by operating the input unit 1. However, as shown in Table 1, the point light source S stored in the storage unit 8 can be adopted or set in the virtual space. The point light source S may be automatically selected by adopting the point light source S that is the shortest distance from the appropriate viewpoint position.

(2)1個の点光源Sが選択されると、入力部1を用いて利用者が当該点光源Sの配光特性を指定する。ここに、点光源Sは、光線束を全周に亘って等方的に放射するものではなく、光線束の放射に指向性を有するものとする。したがって、光軸(最大光度の向きを示す仮想軸)と、光軸に対する光度の分布とにより点光源Sの配光特性が表される。   (2) When one point light source S is selected, the user designates the light distribution characteristic of the point light source S using the input unit 1. Here, the point light source S does not radiate the light flux isotropically over the entire circumference, but has directivity for the radiation of the light flux. Therefore, the light distribution characteristic of the point light source S is represented by the optical axis (virtual axis indicating the direction of the maximum luminous intensity) and the luminous intensity distribution with respect to the optical axis.

選択された点光源Sの配光特性を決めるために、姿勢設定部4では、仮想空間内での点光源Sの3次元の位置、および仮想空間内での点光源Sの光軸の向きを決定する。図12のように、点光源Sの位置は、仮想空間に規定した座標系での3次元の座標位置(x,y,z)で表され、光軸Axの向きは、光源Sの位置を原点として仮想空間に規定した座標系の各座標軸に平行な3本の直線のそれぞれに対して光軸Axがなす角度(α,β,γ)で表される。なお、点光源Sの位置は最適化部3において決定されているから、姿勢設定部4では、点光源Sの光軸の向きを決定する。   In order to determine the light distribution characteristics of the selected point light source S, the posture setting unit 4 determines the three-dimensional position of the point light source S in the virtual space and the direction of the optical axis of the point light source S in the virtual space. decide. As shown in FIG. 12, the position of the point light source S is represented by a three-dimensional coordinate position (x, y, z) in the coordinate system defined in the virtual space, and the direction of the optical axis Ax is the position of the light source S. It is represented by an angle (α, β, γ) formed by the optical axis Ax with respect to each of three straight lines parallel to each coordinate axis of the coordinate system defined in the virtual space as the origin. Since the position of the point light source S is determined by the optimization unit 3, the orientation setting unit 4 determines the direction of the optical axis of the point light source S.

光軸の向きを決定する際には、モニタ装置11の画面には、図11(a)のように点光源Sの配光曲線が示される。この状態で、入力部1から数値入力を行うか、入力部1を用いて光軸Axのドラッグを行うことにより、光軸Axの向きを調節する。決定された光軸Axの向きは、表1のように点光源Sの識別子に対応付けて記憶部8に格納される。   When determining the direction of the optical axis, the light distribution curve of the point light source S is shown on the screen of the monitor device 11 as shown in FIG. In this state, the direction of the optical axis Ax is adjusted by inputting a numerical value from the input unit 1 or by dragging the optical axis Ax using the input unit 1. The determined direction of the optical axis Ax is stored in the storage unit 8 in association with the identifier of the point light source S as shown in Table 1.

点光源Sの配光特性は、光軸Axをy軸方向の負の向きに規定した状態でのデフォルト値が表2のような形式で記憶部8に登録されており、これらの配光特性の中から必要なものを選択する。なお、配光特性は、必要に応じて記憶部8に追加登録ができる。また、入力部1から数値入力を行うか、入力部1を用いて配光曲線のドラッグを行うことにより、配光特性を変更することができる。ドラッグにより配光曲線を変形するには、光源について基準形状Tを変形させた場合と同様にバウンディングボックスを用いるのが望ましい。   As for the light distribution characteristics of the point light source S, default values in a state where the optical axis Ax is defined in the negative direction in the y-axis direction are registered in the storage unit 8 in the format shown in Table 2, and these light distribution characteristics Select what you need. The light distribution characteristics can be additionally registered in the storage unit 8 as necessary. Further, the light distribution characteristic can be changed by inputting a numerical value from the input unit 1 or by dragging the light distribution curve using the input unit 1. In order to deform the light distribution curve by dragging, it is desirable to use a bounding box as in the case where the reference shape T is deformed for the light source.

Figure 2011044358
表2では、点光源Sの配光特性を、鉛直角度と水平角度との光度との組み合わせにより表している。すなわち、図12のように、点光源Sの位置を原点として仮想空間における光線Lの方向を、当該方向がy軸となす角度φ(鉛直角度)と、当該方向をxz平面に投影した写像(直線)がx軸となす角度θ(水平角度)との組で表し、角度φと角度θとの組で表される光線Lの方向ごとに光度qを対応付けることにより点光源Sの配光特性を表している。
Figure 2011044358
In Table 2, the light distribution characteristic of the point light source S is represented by a combination of the luminous intensity of the vertical angle and the horizontal angle. That is, as shown in FIG. 12, the direction of the light beam L in the virtual space with the position of the point light source S as the origin, an angle φ (vertical angle) that makes the direction the y-axis, and a map that projects the direction onto the xz plane ( The light distribution characteristic of the point light source S is expressed by a set of an angle θ (horizontal angle) formed by a straight line) and the x axis, and the luminous intensity q is associated with each direction of the light beam L expressed by the set of the angle φ and the angle θ. Represents.

したがって、点光源Sを原点とする極座標を用いて点光源Sの配光特性を表していることになる。鉛直角度φは、[0°,180°]の変域を有し、水平角度θは、y軸周りにおいてx軸からz軸に向かう向きを正として[0°,360°]の変域を有している。φはy軸の負方向を0°、y軸の正方向を180°とする。また、表2において、鉛直角度φおよび水平角度θは、それぞれ一定角度(たとえば、5°)刻みで設定してある。   Therefore, the light distribution characteristics of the point light source S are expressed using polar coordinates with the point light source S as the origin. The vertical angle φ has a range of [0 °, 180 °], and the horizontal angle θ has a range of [0 °, 360 °] around the y axis with the direction from the x axis to the z axis being positive. Have. For φ, the negative direction of the y-axis is 0 °, and the positive direction of the y-axis is 180 °. In Table 2, the vertical angle φ and the horizontal angle θ are set in steps of a fixed angle (for example, 5 °).

表2に示す点光源Sの配光特性はデフォルト値であり、上述のように、点光源Sについて配光曲線を変形させると配光特性も変化する。変更後の配光特性は記憶部8に格納される。   The light distribution characteristics of the point light source S shown in Table 2 are default values. As described above, when the light distribution curve of the point light source S is deformed, the light distribution characteristics also change. The changed light distribution characteristic is stored in the storage unit 8.

(3)選択した点光源Sの配光特性が決定されると、姿勢設定部4は、図11(b)のように、他の点光源Sに同じ配光特性を適用する。すなわち、外周領域D1に配置された各点光源Sに同じ配光特性が設定される。また、この状態において、点光源Sの配光曲線の重ね合わせにより内側領域D2が囲まれることになる。また、この段階において、記憶部8には、表1のように、各光源Sの光軸Axの角度(α,β,γ)が登録される。   (3) When the light distribution characteristic of the selected point light source S is determined, the posture setting unit 4 applies the same light distribution characteristic to the other point light sources S as shown in FIG. That is, the same light distribution characteristic is set for each point light source S arranged in the outer peripheral region D1. In this state, the inner region D2 is surrounded by the superposition of the light distribution curves of the point light sources S. At this stage, as shown in Table 1, the angles (α, β, γ) of the optical axis Ax of each light source S are registered in the storage unit 8.

(4)外周領域D1における点光源Sの配光特性が設定された後、内側領域D2に関する平行光線束の向きが設定される。平行光線束の向きを決めるには、まず(2)で求めた点光源Sの配光特性(表2のデフォルト値に基づいて設定され記憶部8に格納された配光特性)について、鉛直角度φと光度qとから求められるq・cosφの値が最大になる鉛直角度φ(ただし、0°≦φ≦90°)を、基準鉛直角度φsとして求める。また、基準鉛直角度φsに対応する水平角度θを、基準水平角度θsとして求める。   (4) After the light distribution characteristic of the point light source S in the outer peripheral region D1 is set, the direction of the parallel light beam with respect to the inner region D2 is set. In order to determine the direction of the parallel light beam, first, the vertical angle of the light distribution characteristic of the point light source S obtained in (2) (the light distribution characteristic set based on the default values in Table 2 and stored in the storage unit 8) is determined. The vertical angle φ (where 0 ° ≦ φ ≦ 90 °) at which the value of q · cos φ obtained from φ and the luminous intensity q is maximized is obtained as the reference vertical angle φs. Further, the horizontal angle θ corresponding to the reference vertical angle φs is obtained as the reference horizontal angle θs.

上述のようにして求めた基準鉛直角度φsおよび基準水平角度θsは、記憶部8に格納され、内側領域D2の平行光線束の向きとして用いられる。   The reference vertical angle φs and the reference horizontal angle θs obtained as described above are stored in the storage unit 8, and are used as the direction of the parallel light beam in the inner region D2.

(5)上述のようにして外周領域D1と内側領域D2とについて配光が決定されると、外周領域D1と内側領域D2とにそれぞれ光度を設定することにより照明計算を行うことが可能であるが、本実施形態では、計算負荷をさらに低減するために、仮想空間において点光源Sからの光を利用する範囲を制限している。   (5) When the light distribution is determined for the outer peripheral area D1 and the inner area D2 as described above, it is possible to perform illumination calculation by setting the luminous intensity in the outer peripheral area D1 and the inner area D2, respectively. However, in this embodiment, in order to further reduce the calculation load, the range in which the light from the point light source S is used in the virtual space is limited.

具体的には、光源の発光領域D0から外向きに放射される光線束であって、光源の発光領域D0からy軸方向の負の向きに放射される光線束のみを有効な光線束として扱い、発光領域D0の内向きに放射される光線束や発光領域D0からy軸方向の正の向きに放射される光線束は無効として無視する。   Specifically, only a light beam emitted outward from the light emitting region D0 of the light source and emitted in a negative direction in the y-axis direction from the light emitting region D0 of the light source is treated as an effective light beam. The light flux emitted inward of the light emitting area D0 and the light flux emitted in the positive direction in the y-axis direction from the light emitting area D0 are ignored as invalid.

点光源Sの配光特性は、表2のように、鉛直角度φと水平角度θと光度qとの組で表されているから、水平方向θについて外周領域D1の各辺との関係を評価すれば発光領域D0から外向きに放射される光線束か否かを判断することができ、また、鉛直方向φを評価すれば発光領域D0からy軸方向の正の向きに照射される光線束か否かを判断することができる。   As shown in Table 2, the light distribution characteristics of the point light source S are represented by a set of a vertical angle φ, a horizontal angle θ, and a luminous intensity q. Therefore, the relationship between each side of the outer peripheral region D1 in the horizontal direction θ is evaluated. Then, it can be determined whether or not the light beam is emitted outward from the light emitting region D0, and if the vertical direction φ is evaluated, the light beam emitted from the light emitting region D0 in the positive direction in the y-axis direction. It can be determined whether or not.

まず、発光領域D0から外向きに放射される光線束か否かを判断するために、図13(a)に示すように、光源の外周領域D1の各辺に向きを持たせて各辺をベクトル<Cn>(図示例では、n=1,2,3,4)として扱い、外周領域D1に配置した各点光源Sを中心とする単位ベクトルとの外積を求める。外周領域D1の各辺に向きを持たせるベクトル<Cn>は、y軸方向の正の向きから発光領域D0を見込んだときに時計回りとなる向きを正の向きとsする。また、図13(b)に示すように、単位ベクトル<Ua>は、各点光源Sの位置を中心として一定角度(たとえば、5°)刻み、かつ[0°,360°]の範囲で設定される。なお、単位ベクトル<Ua>の角度刻みは、配光特性を規定する角度刻みと一致させておく。   First, in order to determine whether the light beam is emitted outward from the light emitting region D0, as shown in FIG. 13A, each side of the outer peripheral region D1 of the light source is given an orientation. Treated as a vector <Cn> (in the example shown, n = 1, 2, 3, 4), an outer product with a unit vector centered on each point light source S arranged in the outer peripheral region D1 is obtained. The vector <Cn> that gives the direction to each side of the outer peripheral region D1 has a positive direction as the clockwise direction when the light emitting region D0 is viewed from the positive direction in the y-axis direction. Further, as shown in FIG. 13B, the unit vector <Ua> is set within a range of [0 °, 360 °] in steps of a fixed angle (for example, 5 °) with the position of each point light source S as the center. Is done. The angle increment of the unit vector <Ua> is made to coincide with the angle increment defining the light distribution characteristic.

外周領域D1の各辺に規定したベクトル<Cn>と、各点光源Sの周りに設定した単位ベクトル<Ua>との外積(<Cn>×<Ua>)は、単位ベクトル<Ua>が発光領域D0の外側に向いていればy軸方向の正の向きになり、内側に向いていればy軸方向の負の向きになるから、各点光源Sの配光特性の水平角度θのうち、上記外積の向きがy軸方向の正の向きになる水平角度θの範囲を有効範囲として利用する。   Out of the outer product (<Cn> × <Ua>) of the vector <Cn> defined on each side of the outer peripheral region D1 and the unit vector <Ua> set around each point light source S, the unit vector <Ua> emits light If it faces the outside of the region D0, it becomes a positive direction in the y-axis direction, and if it faces the inside, it becomes a negative direction in the y-axis direction. The range of the horizontal angle θ in which the direction of the outer product is positive in the y-axis direction is used as the effective range.

ここにおいて、外周領域D1の頂点位置の点光源Sについては、外積の向きが負から正に変化する角度と、正から負に変化する角度との両方を求める必要があるが、外周領域D1の辺上の点光源Sについては、外積の向きが負から正に変化する角度と正から負に変化する角度との一方がわかれば、当該角度と180°異なる角度との間で外積の向きが正になる側が水平角度θの有効範囲になる。図13(c)に各光源Sに関する水平角度θの有効範囲を斜線で示す。水平角度θの有効範囲[θi1,θi2]は、表1のように点光源Sに対応付けて記憶部8に登録される。   Here, for the point light source S at the apex position of the outer peripheral region D1, it is necessary to obtain both the angle at which the direction of the outer product changes from negative to positive and the angle at which the outer product changes from positive to negative. For the point light source S on the side, if one of the angle at which the direction of the outer product changes from negative to positive and the angle at which the direction changes from positive to negative is known, the direction of the outer product between the angle and the angle different by 180 ° is obtained. The positive side is the effective range of the horizontal angle θ. FIG. 13C shows the effective range of the horizontal angle θ for each light source S by hatching. The effective range [θi1, θi2] of the horizontal angle θ is registered in the storage unit 8 in association with the point light source S as shown in Table 1.

なお、水平角度θとして、表2に示すような点光源Sの配光特性を表すデータを用いる場合、発光領域D0がxz座標軸に対して傾斜していれば、各点光源Sの位置における発光領域D0の傾斜角度に応じて水平角度θを補正することが必要である。   When data representing the light distribution characteristics of the point light source S as shown in Table 2 is used as the horizontal angle θ, light emission at the position of each point light source S is possible if the light emitting region D0 is inclined with respect to the xz coordinate axis. It is necessary to correct the horizontal angle θ according to the inclination angle of the region D0.

(6)(5)では、水平角度θについて有効範囲を制限しているが、鉛直角度φについては、以下のようにして有効範囲を制限する。すなわち、基準水平角度θs(0°≦θs<360°)と基準鉛直角度φs(0°≦φs≦180°)と(5)で求めた水平角度θの有効範囲との関係から、鉛直角度φの有効範囲が以下の(イ)(ロ)の条件で決定される。有効範囲は、表1の鉛直角度の有効範囲として記憶部8に登録される。   (6) In (5), the effective range is limited for the horizontal angle θ, but the effective range is limited for the vertical angle φ as follows. That is, from the relationship between the reference horizontal angle θs (0 ° ≦ θs <360 °), the reference vertical angle φs (0 ° ≦ φs ≦ 180 °), and the effective range of the horizontal angle θ obtained in (5), the vertical angle φ The effective range is determined under the following conditions (a) and (b). The effective range is registered in the storage unit 8 as the effective range of the vertical angle in Table 1.

(イ)水平角度θの有効範囲に基準水平角度θsが含まれている場合(すなわち、点光源Sの光軸Axの向きが外向きである場合)は、鉛直角度φの有効範囲として、φs≦φ≦90°の領域を用いる。   (A) When the reference horizontal angle θs is included in the effective range of the horizontal angle θ (that is, when the direction of the optical axis Ax of the point light source S is outward), the effective range of the vertical angle φ is φs A region of ≦ φ ≦ 90 ° is used.

(ロ)水平角度θの有効範囲に基準水平角度θsが含まれてない場合(すなわち、点光源Sの光軸Axの向きが内向きである場合)は、水平角度θが有効範囲である領域(発光領域D0の外側の領域)については鉛直角度φの有効範囲を0°≦φ≦90°とし、水平角度θが有効範囲ではない領域(発光領域D0の内側の領域)については鉛直角度φの有効範囲を0°≦φ≦φsとする。   (B) When the reference horizontal angle θs is not included in the effective range of the horizontal angle θ (that is, when the direction of the optical axis Ax of the point light source S is inward), the region where the horizontal angle θ is in the effective range The effective range of the vertical angle φ is set to 0 ° ≦ φ ≦ 90 ° for the region outside the light emitting region D0, and the vertical angle φ is set for the region where the horizontal angle θ is not in the effective range (region inside the light emitting region D0). Is set to 0 ° ≦ φ ≦ φs.

なお、面光源は表裏の一面からのみ光線束を放射する場合を想定しているから、鉛直角度φの上限を90°としている。光源の形状によっては、鉛直角度φが90°より大きい角度であっても光線束を放射する場合があるが、本実施形態では、鉛直角度φが90°を超える領域の光線束は利用しない。   In addition, since the surface light source assumes the case where a light beam is emitted only from one surface, the upper limit of the vertical angle φ is 90 °. Depending on the shape of the light source, the light beam may be emitted even when the vertical angle φ is larger than 90 °. However, in this embodiment, the light beam in the region where the vertical angle φ exceeds 90 ° is not used.

図14(a)の斜線部のように水平角度θの有効領域が決定されていると、(イ)の条件により、鉛直角度φの有効領域は図14(b)の斜線部のようになる。また、図15(a)の斜線部のように水平角度θの有効領域が決定されていると、(ロ)の条件により、鉛直角度φの有効領域は図15(b)の斜線部のようになる。両者をまとめると、鉛直角度φについては、(イ)の条件で図16の左側の斜線部が有効範囲になり、(ロ)の条件で図16の右側の斜線部が有効範囲になる。鉛直角度φの有効範囲[φi1,φi2]は、表1のように点光源Sに対応付けて記憶部8に登録される。すなわち、図16の斜線部の光線束のみが照明計算に利用される。   When the effective area of the horizontal angle θ is determined as shown by the shaded area in FIG. 14A, the effective area of the vertical angle φ becomes as shown by the shaded area in FIG. . Further, when the effective area of the horizontal angle θ is determined as indicated by the shaded area in FIG. 15A, the effective area of the vertical angle φ is as indicated by the shaded area in FIG. become. In summary, for the vertical angle φ, the shaded portion on the left side of FIG. 16 is in the effective range under the condition (A), and the shaded portion on the right side in FIG. 16 is in the valid range under the condition (B). The effective range [φi1, φi2] of the vertical angle φ is registered in the storage unit 8 in association with the point light source S as shown in Table 1. That is, only the light beam in the shaded area in FIG. 16 is used for the illumination calculation.

(7)各点光源Sに関して水平角度θと鉛直角度φとの有効範囲が決定されると、光束を決定する前に外周領域D1に配置する各点光源Sの光束の比率を求める。そのため、各点光源Sに関して、表2のような配光特性を用いることにより、それぞれ有効範囲における光度を合計した有効光束Eiを求める。また、点光源Sに有効範囲を設定しない場合の光度を合計した全光束Etを求める。全光束Etは、各点光源Sについて同じ値を用いる。有効光束Eiおよび全光束Etは、光度を所定の範囲について合算した値であるから光束に相当する。   (7) When the effective range of the horizontal angle θ and the vertical angle φ is determined for each point light source S, the ratio of the light flux of each point light source S arranged in the outer peripheral region D1 is obtained before determining the light flux. Therefore, for each point light source S, the effective luminous flux Ei obtained by summing the luminous intensity in each effective range is obtained by using the light distribution characteristics as shown in Table 2. Further, the total luminous flux Et is obtained by summing the luminous intensity when the effective range is not set for the point light source S. The total light flux Et uses the same value for each point light source S. The effective light flux Ei and the total light flux Et are values obtained by adding the luminous intensity over a predetermined range, and thus correspond to the light flux.

有効光束Eiの全光束Etに対する比は、各点光源Sの光束の目安になるから、表1の光束比として記憶部8に格納する。   Since the ratio of the effective light beam Ei to the total light beam Et is a measure of the light beam of each point light source S, it is stored in the storage unit 8 as the light beam ratio in Table 1.

以上のようにして、光源の形状が決定されると、外周領域D1における点光源Sの配置位置、各点光源Sの配光特性、内側領域D2の平行光線束の向き、各点光源Sから放射する光線束のうち利用する光線束の範囲および光束比が求められる。したがって、各点光源Sから放射する光線束と内側領域D2の平行光線束とについて、光束の絶対値を決定すれば、光源の発光領域の特性が決定され照明計算が可能になる。   When the shape of the light source is determined as described above, the arrangement position of the point light source S in the outer peripheral region D1, the light distribution characteristic of each point light source S, the direction of the parallel light beam in the inner region D2, and the point light source S The range of luminous flux to be used and the luminous flux ratio among the radiating luminous flux are obtained. Therefore, if the absolute value of the light flux is determined for the light flux emitted from each point light source S and the parallel light flux of the inner area D2, the characteristics of the light emission area of the light source are determined, and the illumination calculation becomes possible.

なお、点光源Sから放射される光線束の有効範囲を規定しない場合、上述した(4)〜(7)の手順は省略することができる。   If the effective range of the light flux emitted from the point light source S is not defined, the above-described procedures (4) to (7) can be omitted.

3.光源の光の強度設定
上述のようにして、方向設定部6において、外周領域D1に配置した各点光源Sの配光特性および内側領域D2の平行光線束の向きが決定されると、光束割付部7において、仮想空間での照明計算を行うために、点光源Sの光の強度を設定する。光束割付部7では、以下の手順に従って所要の光束Eを、外周領域D1の各点光源Sと内側領域D2とに振り分けて設定する。光束Eは、利用者が入力部1を操作することにより光束割付部7に与えることができるが、表2に示した1個の点光源Sに関する配光特性のデータに基づいて、光源の発光領域D0全体の光束を算出し、算出した値をデフォルトとして用いてもよい。
3. As described above, when the light distribution characteristic of each point light source S arranged in the outer peripheral area D1 and the direction of the parallel light flux in the inner area D2 are determined in the direction setting section 6, as shown in FIG. In the unit 7, the light intensity of the point light source S is set in order to perform illumination calculation in the virtual space. In the light beam allocating unit 7, the required light beam E is distributed and set to each point light source S and the inner region D2 in the outer peripheral region D1 according to the following procedure. The luminous flux E can be given to the luminous flux allocating section 7 by the user operating the input unit 1, and the light emission of the light source is based on the data of the light distribution characteristics relating to one point light source S shown in Table 2. The light flux of the entire region D0 may be calculated, and the calculated value may be used as a default.

(1)光源の発光領域D0から放射される全光束Eを、外周領域D1の各点光源Sと内側領域D2とに振り分ける。ここでは、外周領域D1の全光束と内側領域D2の全光束とが1対1に分配されるように次式を用いる。
E=x(外周領域の全光束)+x(内側領域の全光束)
外周領域の全光束=ΣEi
内側領域の全光束=A×q0/4π
ただし、xは強度倍率、Eiは点光源Sごとの有効光束、q0は点光源Sの最大光束(基準水平角度θsと基準鉛直角度φsとに対応する光束c)、Aは発光領域D0の面積である。
(1) The total luminous flux E radiated from the light emitting region D0 of the light source is distributed to each point light source S and the inner region D2 of the outer peripheral region D1. Here, the following equation is used so that the total luminous flux in the outer peripheral area D1 and the total luminous flux in the inner area D2 are distributed one-to-one.
E = x (total luminous flux in the outer peripheral area) + x (total luminous flux in the inner area)
Total luminous flux in the outer peripheral area = ΣEi
Total luminous flux in the inner region = A × q0 / 4π
Where x is the intensity magnification, Ei is the effective light flux for each point light source S, q0 is the maximum light flux of the point light source S (light flux c corresponding to the reference horizontal angle θs and the reference vertical angle φs), and A is the area of the light emitting region D0. It is.

上述の設定により、点光源Sの最大光度q0の向きは内側領域D2の平行光線束の向きと一致しているから、外周領域D1に設けた点光源Sから放射する光束と内側領域D2の平行光線束の光束とを1対1に設定することにより、外周領域D1と内側領域D2との間に光束の相違による境界が生じるのを防止できる。   Due to the above setting, the direction of the maximum luminous intensity q0 of the point light source S coincides with the direction of the parallel light flux of the inner region D2, so that the light beam emitted from the point light source S provided in the outer peripheral region D1 and the inner region D2 are parallel. By setting the luminous flux of the light beam to 1: 1, it is possible to prevent a boundary due to the difference in luminous flux between the outer peripheral area D1 and the inner area D2.

(2)点光源Sごとの有効光束Eiは、個々の点光源Sで異なっており、外周領域D1の全光束はxΣEiになる。言い換えると、各点光源Sの有効範囲内の有効光束Eiに強度倍率xを乗じた値が各点光源Sの光束の設定値になる。なお、強度倍率xは、表2に示した点光源Sの配光特性から求められる有効範囲内の有効光束Eiに対して設定される。このようにして求めた光量xEiの点光源Sが外周領域D1に配置され、各点光源Sごとに有効範囲から光が放射されているとみなすことにより、外周領域D1の全体ではxΣEiの光束になる。なお、各点光源Sに有効範囲が規定されていなければ、外周領域D1の点光源Sから放射される光束は互いに等しくなる。   (2) The effective luminous flux Ei for each point light source S is different for each point light source S, and the total luminous flux in the outer peripheral region D1 is xΣEi. In other words, the value obtained by multiplying the effective light beam Ei within the effective range of each point light source S by the intensity magnification x becomes the set value of the light beam of each point light source S. The intensity magnification x is set for the effective luminous flux Ei within the effective range obtained from the light distribution characteristics of the point light source S shown in Table 2. The point light source S having the light quantity xEi obtained in this way is arranged in the outer peripheral area D1, and it is assumed that light is radiated from the effective range for each point light source S, so that the entire outer peripheral area D1 becomes a light flux of xΣEi. Become. In addition, if the effective range is not prescribed | regulated for each point light source S, the light beam radiated | emitted from the point light source S of the outer periphery area | region D1 will become mutually equal.

(3)内側領域D2の平行光線束における単位面積当たりの光束は、外周領域D1に配置した各点光源Sの最大光度q0の向きの単位面積当たりの光束と等しくなるように設定されており、点光源Sにおける最大光度q0から単位面積当たりの光度を求めるとq0/4πになる。したがって、内側領域D2の面積Aを、q0/4πに乗じると、内側領域D2の全光束が、A×q0/4πとして算出される。したがって、x・A・q0/4πが、光束を分配した後の内側領域D2の光束になる。   (3) The luminous flux per unit area in the parallel light flux of the inner region D2 is set to be equal to the luminous flux per unit area in the direction of the maximum luminous intensity q0 of each point light source S arranged in the outer peripheral region D1, When the luminous intensity per unit area is obtained from the maximum luminous intensity q0 in the point light source S, q0 / 4π is obtained. Therefore, when the area A of the inner region D2 is multiplied by q0 / 4π, the total luminous flux of the inner region D2 is calculated as A × q0 / 4π. Therefore, x · A · q0 / 4π becomes the light flux in the inner region D2 after the light flux is distributed.

外周領域D1と内側領域D2との光束を上述の関係で設定することにより、図17のように、内側領域D2から放射される平行光線束の単位面積当たりの光束と、点光源Sの単位面積当たりの光束とが等しくなり(図17では光束を矢印の長さで示している)、外周領域D1の点光源Sと内側領域D2との明るさの境界が生じないように仮想空間に光源を形成することが可能になる。   By setting the luminous fluxes of the outer peripheral area D1 and the inner area D2 in the above relationship, the luminous flux per unit area of the parallel light flux emitted from the inner area D2 and the unit area of the point light source S as shown in FIG. The light flux in the virtual space is set so that the brightness boundary between the point light source S in the outer peripheral area D1 and the inner area D2 does not occur. It becomes possible to form.

上述のようにして発光領域D0の配光特性および光束を外周領域D1と内側領域D2とについてそれぞれ設定した後、仮想空間内において発光領域D0の位置、向きを調整し、必要に応じて光源から出射する光束を再調整する。光束を再調整したときには、調整前の全光束Evと調整後の全光束Epとの関係を用いて、外周領域D1の点光源Sと内側領域D2とに乗じる強度倍率を、x(Ep/Ev)とするだけでよく、光束割付部7での再計算は不要である。   After setting the light distribution characteristics and light flux of the light emitting region D0 for the outer peripheral region D1 and the inner region D2 as described above, the position and orientation of the light emitting region D0 are adjusted in the virtual space, and the light source is adjusted as necessary. Readjust the emitted light beam. When the light beam is readjusted, the intensity magnification multiplied by the point light source S and the inner region D2 in the outer peripheral region D1 is set to x (Ep / Ev using the relationship between the total light beam Ev before adjustment and the total light beam Ep after adjustment. ), And recalculation at the light beam assigning unit 7 is not necessary.

また、光源の位置や向きが調整されたときには、外周領域D1に配置した点光源Sと内側領域D2の平行光線束とにもそれぞれ反映させることにより、発光領域D0の設定値の変更に見合う変更を行う。利用者は入力部1を用いて光源の位置や向きを調整する際に、発光領域D0に対する調整のみが可能であり、各点光源Sや平行光線束に対する調整は、利用者の指示によらずに自動的に行われる。   In addition, when the position and orientation of the light source are adjusted, the change is commensurate with the change in the set value of the light emitting region D0 by reflecting the point light source S arranged in the outer peripheral region D1 and the parallel light flux of the inner region D2 respectively. I do. When the user uses the input unit 1 to adjust the position and orientation of the light source, the user can only adjust the light emitting area D0, and the adjustment for each point light source S and the parallel light flux is not based on a user instruction. Done automatically.

光源の配光特性を変更する場合は、外周領域D1に配置した点光源Sの配光特性をあらためて設定し、点光源Sの基準鉛直方向φsを設定した後、平行光線束の向きの調整、光束の分配などの手順を繰り返して行う。ただし、点光源Sの位置および光軸の向きはすでに定められ、有効範囲も配光特性の変更前と同じでよい場合には、配光特性に応じて変更が必要になる光度や光束などの値のみの再計算を行えばよく、光源の配光特性の変更に伴う計算負荷は少なくなる。   When changing the light distribution characteristic of the light source, the light distribution characteristic of the point light source S arranged in the outer peripheral region D1 is newly set, the reference vertical direction φs of the point light source S is set, and then the direction of the parallel light bundle is adjusted. Repeat steps such as luminous flux distribution. However, when the position of the point light source S and the direction of the optical axis are already determined, and the effective range may be the same as before the change of the light distribution characteristics, the luminous intensity, the luminous flux, etc. that need to be changed according to the light distribution characteristics Only the values need to be recalculated, and the calculation load associated with the change in the light distribution characteristics of the light source is reduced.

光源の配光特性の変更を行うには、モニタ装置11の画面にプロパティダイアログを提示するなどして、光源の配光特性が変更されたときのにみ、プロパティダイアログをポップアップさせて、必要なデータの入力を可能にするようにしておく。また、光源の形状を変更する場合は、光源の形状の作成からの手順を繰り返す。また、同じ光源を仮想空間に複数個配置する場合や、光源の配光特性のみを変更する場合には、光源に関して設定したデータに適宜の名称を付与して一括して記憶部8に保存しておけばよい。   In order to change the light distribution characteristics of the light source, a property dialog is displayed on the screen of the monitor device 11, and the property dialog is popped up only when the light distribution characteristics of the light source is changed. Make sure that data can be entered. When changing the shape of the light source, the procedure from the creation of the shape of the light source is repeated. In addition, when a plurality of the same light sources are arranged in the virtual space or when only the light distribution characteristics of the light sources are changed, an appropriate name is given to the data set for the light sources and the data is stored in the storage unit 8 in a lump. Just keep it.

4.他の動作例
a.線光源の場合
上述した構成例では、光源が面光源である場合を例示したが、光源の縦横比が所定値(たとえば、30:1)以上であって、かつ短辺が所定寸法(たとえば、2〔cm〕)以下である場合には、実質的に線光源とみなし、外周領域D1と内側領域D2とに分離せず、図18のように、光源の発光領域D0における長手方向に沿った中心線Lc上に点光源Sを配列すればよい。点光源Sを配置する間隔は、点光源Sが等間隔で配置され、かつ当該間隔と所定寸法(たとえば、5〔cm〕)との差分が規定値(たとえば、5〔mm〕)以下になるように設定する。
4). Other operation examples a. In the case of the line light source, the case where the light source is a surface light source has been exemplified in the configuration example described above, but the aspect ratio of the light source is a predetermined value (for example, 30: 1) or more and the short side has a predetermined dimension (for example, 2 [cm]) or less, the light source is substantially regarded as a linear light source, and is not separated into the outer peripheral region D1 and the inner region D2, but along the longitudinal direction in the light emitting region D0 of the light source as shown in FIG. Point light sources S may be arranged on the center line Lc. The intervals at which the point light sources S are arranged are such that the point light sources S are arranged at equal intervals, and the difference between the interval and a predetermined dimension (for example, 5 [cm]) is equal to or less than a specified value (for example, 5 [mm]). Set as follows.

この処理は、最適化部3において、光源の最短辺に点光源Sを配置する際の間隔を設定する処理と同様である。すなわち、光源が面光源である場合の処理を光源が線光源である場合にも適用することができる。また、光源が線光源である場合には、各点光源Sには水平角度θに対する有効範囲を設定しない。したがって、有効範囲を制限することによる計算負荷の低減はないが、点光源Sで配光特性を表現することによる計算負荷の低減が可能になる。   This process is the same as the process of setting an interval when the point light source S is arranged on the shortest side of the light source in the optimization unit 3. That is, the processing when the light source is a surface light source can be applied to the case where the light source is a line light source. When the light source is a line light source, no effective range for the horizontal angle θ is set for each point light source S. Therefore, the calculation load is not reduced by limiting the effective range, but the calculation load can be reduced by expressing the light distribution characteristics with the point light source S.

光源が線光源である場合に、短辺が所定寸法以下であれば、長手方向に沿った中心線Lcと長辺との長さ寸法を等寸法として扱ってもよいから、長手方向に沿った中心線Lc上に点光源Sを配置するほか、一方の長辺に点光源Sを配列してもよい。すなわち、最適化部3は、外周領域D1の点光源Sを等間隔に配置することを目的としているのではなく、計算負荷を増大させることなく1個の光源とみなすことができるように配置することを目的としているので、点光源Sが発光領域D0に対して対称的な配置であることは必須ではなく、計算負荷を低減しながらも誤差が少ない照明計算が可能となる配置を容認しているのである。   When the light source is a line light source, if the short side is equal to or smaller than the predetermined dimension, the length dimension of the center line Lc and the long side along the longitudinal direction may be treated as an equal dimension. In addition to arranging the point light source S on the center line Lc, the point light source S may be arranged on one long side. That is, the optimization unit 3 is not intended to arrange the point light sources S in the outer peripheral region D1 at equal intervals, but is arranged so that it can be regarded as one light source without increasing the calculation load. Therefore, it is not essential that the point light source S has a symmetrical arrangement with respect to the light emitting region D0, and an arrangement in which illumination calculation with less error is possible while reducing the calculation load is permitted. It is.

b.光源の発光領域が表裏両面である場合
上述した構成例では、光源の一面にのみ発光領域D0を設ける例を説明したが、y軸方向の正の向きに光線束を放射する(鉛直角度が90°〜180°の範囲に光線束を放射する)場合も上述の技術を採用することが可能である。
b. In the case where the light emitting areas of the light source are both front and back sides In the configuration example described above, the example in which the light emitting area D0 is provided only on one surface of the light source has been described, but the light flux is emitted in the positive direction in the y-axis direction (the vertical angle is 90). The above-described technique can also be employed in the case of radiating a light beam in the range of ° to 180 °.

すなわち、図19に示すように、発光領域D0について、鉛直角度φが0°≦φ≦90°である下側範囲Dwと、鉛直角度φが90°<φ≦180°である上側範囲Upとに分けて配光特性の設定を行う。設定した配光特性は、下側範囲Dwと上側範囲Upとについて、それぞれ記憶部8に保存する。基準水平角度θsと基準鉛直角度φsとについても、下側範囲Dwと上側範囲Upとでそれぞれ求める。その後、下側範囲Dwと上側範囲Upとについて、それぞれ平行光線束の向きの指定、有効範囲の設定、光束の設定を行う。   That is, as shown in FIG. 19, for the light emitting region D0, a lower range Dw where the vertical angle φ is 0 ° ≦ φ ≦ 90 ° and an upper range Up where the vertical angle φ is 90 ° <φ ≦ 180 ° The light distribution characteristics are set separately. The set light distribution characteristics are stored in the storage unit 8 for the lower range Dw and the upper range Up, respectively. The reference horizontal angle θs and the reference vertical angle φs are also obtained from the lower range Dw and the upper range Up, respectively. Thereafter, for the lower range Dw and the upper range Up, the direction of the parallel light flux, the setting of the effective range, and the setting of the luminous flux are performed, respectively.

なお、点光源の基準鉛直角度φsは、下側範囲Dwと上側範囲Upとで異なる場合がある。下側範囲Dwではq・cosφの値が最大になる鉛直角度φ(ただし、0°≦φ≦90°)を、基準鉛直角度φsとして求め、上側範囲Upではq・cosφが最小になる鉛直角度φ(ただし、90°<φ≦180°)を、基準鉛直角度φsとして求める。   Note that the reference vertical angle φs of the point light source may be different between the lower range Dw and the upper range Up. In the lower range Dw, the vertical angle φ (where 0 ° ≦ φ ≦ 90 °) at which the value of q · cos φ is maximum is obtained as the reference vertical angle φs, and in the upper range Up, the vertical angle at which q · cos φ is minimum φ (where 90 ° <φ ≦ 180 °) is determined as the reference vertical angle φs.

また、光束の設定に関しては、上側範囲Upと下側範囲Dwとを合わせて発光領域D0の全光束になるから、光源の光の強度設定を行う際に、発光領域D0の全光束Eは、次式で表される。
E=x1Σ(下側範囲の外周領域の全光束)+x1(下側範囲の内側領域の全光束)+x2Σ(上側範囲の外周領域の全光束)+x2(上側範囲の内側領域の全光束)
下側範囲の外周領域の全光束=ΣE1i
下側範囲の内側領域の全光束=A×q10/4π
上側範囲の外周領域の全光束=ΣE2i
上側範囲の内側領域の全光束=A×q20/4π
ただし、x1は下側範囲Dwに適用する強度倍率、x2は上側範囲Upに適用する強度倍率、E1iは下側領域の点光源Sごとの有効光束、E2iは上側領域の点光源Sごとの有効光束、q10は下側範囲Dwの点光源Sの最大光束、q20は上側範囲Upの点光源Sの最大光束Aは発光領域D0の面積である。なお、E1i,E2iは、点光源Sごとの有効光束である。
Further, regarding the setting of the luminous flux, since the upper range Up and the lower range Dw are combined to form the total luminous flux in the light emitting area D0, when setting the light intensity of the light source, the total luminous flux E in the luminous area D0 is It is expressed by the following formula.
E = x1Σ (total luminous flux in the outer area of the lower range) + x1 (total luminous flux in the inner area of the lower range) + x2Σ (total luminous flux in the outer circumferential area of the upper range) + x2 (total luminous flux in the inner area of the upper range)
Total luminous flux in the outer peripheral area of the lower range = ΣE1i
Total luminous flux in the inner region of the lower range = A × q10 / 4π
Total luminous flux in the outer peripheral area of the upper range = ΣE2i
Total luminous flux in the inner region of the upper range = A × q20 / 4π
However, x1 is an intensity magnification applied to the lower range Dw, x2 is an intensity magnification applied to the upper range Up, E1i is an effective luminous flux for each point light source S in the lower area, and E2i is an effective intensity for each point light source S in the upper area. Q10 is the maximum luminous flux of the point light source S in the lower range Dw, q20 is the maximum luminous flux A of the point light source S in the upper range Up, and the area of the light emitting region D0. E1i and E2i are effective luminous fluxes for each point light source S.

1 入力部
2 形状変更部
3 最適化部
4 配置・姿勢設定部
5 点光源割付部
6 方向設定部
7 光束割付部
8 記憶部
9 計算部
10 モデリング部
BB バウンディングボックス
D0 発光領域
D1 外周領域
D2 内側領域
G 格子点
S 点光源
T 基準形状
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Input part 2 Shape change part 3 Optimization part 4 Arrangement | positioning / attitude setting part 5 Point light source assignment part 6 Direction setting part 7 Light flux assignment part 8 Storage part 9 Calculation part 10 Modeling part BB Bounding box D0 Light emission area D1 Outer peripheral area D2 Inside Area G Grid point S Point light source T Reference shape

Claims (7)

3次元の照明空間について実空間と等価な仮想空間をコンピュータで生成し、仮想空間内で照明計算を行うことにより照明環境を評価する照明シミュレータであって、仮想空間を構築する情報と光源を規定する情報とを少なくとも入力する入力部と、仮想空間に配置する光源の発光領域を、発光領域の外周縁の全周に亘る外周領域と外周領域に囲まれた内側領域とに分割し、外周領域に点光源を配置するとともに、光源の発光領域から放射される光線束を、外周領域に配置した点光源から放射される光線束と内側領域から放射される平行光線束とにより表すモデリング部とを備えることを特徴とする照明シミュレータ。   A lighting simulator that evaluates the lighting environment by creating a virtual space equivalent to the real space for a three-dimensional lighting space and performing a lighting calculation in the virtual space, and defines the information and light source for constructing the virtual space And dividing the light emitting area of the light source arranged in the virtual space into an outer peripheral area over the entire outer periphery of the light emitting area and an inner area surrounded by the outer peripheral area. And a modeling unit that expresses the light flux emitted from the light emitting area of the light source by the light flux emitted from the point light source arranged in the outer peripheral area and the parallel light flux emitted from the inner area. A lighting simulator comprising: 前記モデリング部は、前記点光源から放射される光線束のうち前記発光領域の外向きに放射される光線束を照明計算に採用することを特徴とする請求項1記載の照明シミュレータ。   The illumination simulator according to claim 1, wherein the modeling unit employs, for illumination calculation, a light beam emitted outward from the light emitting region among light beams emitted from the point light source. 前記モデリング部は、前記入力部の操作により前記発光領域を変形させる形状変更部を備えることを特徴とする請求項1又は2記載の照明シミュレータ。   The lighting simulator according to claim 1, wherein the modeling unit includes a shape changing unit that deforms the light emitting region by operating the input unit. 前記モデリング部は、前記発光領域の基本形であって複数個の格子点を備えた基準形状をあらかじめ記憶している記憶部を有し、前記形状変更部は、基準形状の外接矩形であるバウンディングボックスを変形させることにより基準形状を変形させる操作と、基準形状に設けた格子点を移動させることにより基準形状を変形させる操作とが可能であることを特徴とする請求項3記載の照明シミュレータ。   The modeling unit includes a storage unit that stores in advance a reference shape that is a basic shape of the light emitting region and includes a plurality of lattice points, and the shape changing unit is a bounding box that is a circumscribed rectangle of the reference shape 4. The illumination simulator according to claim 3, wherein an operation of deforming the reference shape by deforming the reference shape and an operation of deforming the reference shape by moving lattice points provided in the reference shape are possible. 前記モデリング部は、前記点光源の配置間隔が均等化されるように前記外周領域の形状に合わせて点光源の位置を決定する最適化部を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の照明シミュレータ。   The said modeling part is equipped with the optimization part which determines the position of a point light source according to the shape of the said outer periphery area | region so that the arrangement space | interval of the said point light source may be equalized, The any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. The lighting simulator according to claim 1. 前記モデリング部は、前記外周領域について前記点光源の1個について前記入力部の操作により配光特性を決定する配置・姿勢設定部と、残りの点光源について配置・姿勢設定部で決定した配光特性を適用する点光源割付部とを備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の照明シミュレータ。   The modeling unit includes an arrangement / posture setting unit that determines light distribution characteristics by operating the input unit for one of the point light sources in the outer peripheral region, and a light distribution determined by the arrangement / posture setting unit for the remaining point light sources. The illumination simulator according to claim 1, further comprising a point light source allocating unit that applies the characteristics. 前記モデリング部は、前記外周領域に配置した前記点光源の光束と、前記内側領域から放射される平行光線束の光束とに境界が生じないように、外周領域と内側領域とに光束を自動的に分配する光束割付部を備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の照明シミュレータ。   The modeling unit automatically distributes the light flux between the outer peripheral area and the inner area so that there is no boundary between the light flux of the point light source arranged in the outer peripheral area and the light flux of the parallel light flux emitted from the inner area. The illumination simulator according to any one of claims 1 to 6, further comprising a light beam allocating unit that distributes the light to the light simulator.
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JP2014219976A (en) * 2013-04-30 2014-11-20 ダッソー システムズDassault Systemes Computer-implemented method for manipulating three-dimensional modeled objects of assembly in three-dimensional scene
KR101608269B1 (en) * 2014-05-31 2016-04-01 버츄얼빌더스 주식회사 System for lighting energy analysis and method thereof

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