CN113163562A - 用于连接和控制可配置照明单元的系统和方法 - Google Patents
用于连接和控制可配置照明单元的系统和方法 Download PDFInfo
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Abstract
在一些实施例中，提供可配置照明装置、连接器、控制器和用于布局检测的方法。适当连接的可配置照明形成可配置照明装置的组合件，所述可配置照明装置可彼此可移除地连接以及重新布置。提供连接器，其在可配置照明装置之间形成机械连接和电连接，使得可以传送电流和控制信号，而不需要在每个可配置照明装置和控制器之间进行直接连接。控制器或连接到控制器的装置配置成执行布局检测，使得可以在组合件上呈现令人愉悦的可视化，其至少使用检测到的布局来呈现。当可配置照明装置的配置改变时，布局检测自动更新。
Description
技术领域
本公开总体涉及照明领域，并且更具体地涉及与包括用于连接照明装置的连接器的可配置照明装置、布局检测和基于外部刺激的可视化相关联的特征。
背景技术
发光结构是值得做的，包括那些可以各种形状和形式配置的发光结构。照明器 具是用于照明的装置，其至少具有光源、用于操作光源及分配产生的光的电部件和机械部件，以及用于管理其全部产生的热的部件。
照明设计是建筑和室内设计的一部分，其通常教导如何将不同类型的照明器具放置在房间或空间中，使得整体照明最佳地服务于空间的目的。
发光二极管(LED)技术实现了形成和设计光的新方法。例如，可以形成LED 以发出特定颜色的光，诸如红色、蓝色、绿色、琥珀色。通过将这些基色混合到不同程度， 可以形成产生不同暖度的光的照明器具，这增强了彩色艺术品或服装的光泽和闪烁度，或 者以适应一天中的时间或者适应用户的特定健康需求的方式，与人类视觉系统相互作用。
在微观层次上，LED是半导体的形式。因此，它们可以与其他微电子器件(诸 如可以执行软件指令的数字微处理器)集成。因此，可以经由内部和外部逻辑命令，将使 用LED的照明器具控制到非常细的程度。最后，LED是小型固态部件。它们可以安装在 结构中，并且可将照明器具设计成可以新的形状和形式。
发明内容
在一个方面，提供一种照明系统，其包括由多个可配置照明单元形成的组合件，所述可配置照明单元使用一个或多个连接器可移除地联接到一起，所述多个可配置照明单元形成一个或多个连续形状，通过重新布置所述多个可配置照明单元可重新配置所述一个或多个连续形状；所述一个或多个可配置照明单元中的每个可配置照明单元具有一个或多个可连接子部分，所述可连接子部分至少包括用于接收所述一个或多个连接器中的相应连接器的孔；所述一个或多个连接器中的每个连接器可插入第一可配置照明单元的第一孔和第二可配置照明单元的第二孔中，所述连接器包括：一个或多个机械连接，其与所述第一孔或所述第一孔的结构特征相配合，以便联接第一可配置照明单元和第二可配置照明单元； 和在第一可配置照明单元和第二可配置照明单元之间实现电流的一个或多个电连接；以及 可连接到组合件的一个可配置照明单元的电源，多个可配置照明单元通过一个或多个连接 器电联接到一起，使得为多个可配置照明单元中的每个可配置照明单元供电时，不需要将 多于一个的可配置照明单元连接到电源。
在另一方面，所述一个或多个连接器中的至少一个连接器包括用于实现两个或更多个可配置照明单元之间的数据传输的电路。
在另一方面，通过连接器与第一孔或第二孔的摩擦接合形成所述一个或多个机械连接，所述结构特征抵制连接器的剪切运动并允许沿垂直于剪切运动的插入轴线移动。
在另一方面，第一孔和第二孔均包括一个或多个突起，所述突起适于在连接器 与第一孔和第二孔之间施加力，从而增加摩擦接合以抵制连接器沿插入轴线从第一孔或第二孔移除。
在另一方面，所述一个或多个机械连接配置成抵制在可连接子部分的平面的剪切力，所述剪切力高达所述机械连接或相应可连接子部分的不可逆的损坏的阈值。
在另一方面，所述一个或多个机械连接每个配置成响应于垂直于所述可连接子部分的所述平面的分离力而允许用户可逆地分离两个或更多个连接的可配置照明单元，所述分离力大于通过一个或多个机械连接与第一孔或第二孔的结构特征的配合而形成的阻力。
在另一方面，数据传输包括指令组合件中的一个或多个照明单元改变一个或多个驱动电流的信号，所述一个或多个驱动电流的信号通到一个或多个可配置照明单元中的一个或多个发光二极管。
在另一方面，数据传输包括对由传感器获取的音频进行编码的信号。
在另一方面，数据传输包括通过对预期辐射模式扰动来对运动检测进行编码的信号。
在另一方面，所述一个或多个机械连接由吸引磁力致动，所述吸引磁力将刚性 主体从第一可配置照明单元拉入第二可配置照明单元的孔中，所述一个或多个机械连接与吸引磁力结合以便在两个或更多个可配置照明单元之间提供稳定的物理联接。
在另一方面，当为零或低于设计的阈值的磁力作用在刚性主体上时，刚性主体 通过弹簧保持在第一照明单元内。
在另一方面，所述致动通过联接两个或更多个导电材料而建立一个或多个电连接，所述两个或更多个导电材料允许两个或更多个可配置照明单元之间的电流。
在另一方面，所述致动通过结合两个或更多个导电材料而建立用于数据传输的连接。
在另一方面，通过一个或多个磁体之间的吸引磁力形成所述一个或多个机械连接，所述磁体配置成在每个可配置照明单元内的离散隔室之间移动，并且所述一个或多个磁体通过每个可配置照明单元施加磁力，每个可配置照明单元由具有与空气几乎相同的磁导率的材料形成，使得在彼此靠近接近的两个或更多个可配置照明单元之间形成吸引力。
在另一方面，所述一个或多个可配置照明单元被制造为包括塑料、铜、木材和 铝中的至少一种。
在另一方面，通过将材料的辅助部件插入到在所述第一可配置照明单元和所述第二可配置照明单元的可连接子部分处的两个凹型连接器中形成所述一个或多个机械连接；并且所述辅助部件包括可压缩部件，该可压缩部件在结合时提供约束力以抵制分离力。
在另一方面，辅助部件是印刷电路板，其在两个或更多个可配置照明单元之间 除了提供所述一个或多个机械连接之外，还提供所述一个或多个电连接以及一个或多个数据连接。
在另一方面，可压缩部件包括弯曲的金属片，其在压缩时弹性变形，使得可压 缩部件锁定到相应的可配置照明单元的相应孔的适合的凹陷部分中。
在另一方面，每个可配置的照明单元是成形为多边形的透明或半透明材料的基本平坦表面；并且其中所述多边形的每一侧是形成所述两个或更多个可连接子部分的平坦子部分。
在另一方面，所述多边形是等边三角形。
在另一方面，所述透明或半透明材料是聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。
在另一方面，通过多个发光二极管将光射入到所述基本平坦表面中；并且所述 光通过散射遍及所述平坦表面的材料地弥散；并且部分的散射情况使得所述光离开所述基本平坦表面而进入环境。
在另一方面，由在每个可配置照明单元的所述基本平坦表面上添加微观表面缺陷而导致所述散射。
在另一方面，所述多个发光二极管包括产生不同颜色的光的发光二极管。
在另一方面，所述多边形是矩形。
在另一方面，每个连接器配置成进一步包括电路以在多组联接的可配置照明单元之间顺序传送电流和控制信号的。
在另一方面，所述电流和控制信号的顺序传送用于向控制器传输控制信号和从控制器传输控制信号，所述控制器仅直接联接到所述可配置照明单元中的一个。
在另一方面，所述电流和控制信号的顺序传送用于从容纳电源的控制器传输电力，所述控制器仅直接联接到所述可配置照明单元中的一个。
在另一方面，所述控制器还包括可视化单元，所述可视化单元配置成用于生成 控制信号，该控制信号包括用于跨整个组合件地呈现一个或多个可视化效果的照明特性指令，该一个或多个可视化效果至少基于检测到的所述组合件的布局。所述控制信号在传导到每个可配置照明单元时使每个可配置照明单元修改由相应的可配置照明单元提供的一个或多个照明特性。
在另一方面，所述控制器包括一个或多个交互式物理元件，所述一个或多个交 互式物理元件在致动时启动或修改所述一个或多个可视化效果的呈现。
在另一方面，所述控制器包括网络接口，网络接口耦接到一个或多个远程计算 系统；并且其中在从所述网络接口接收到一个或多个电子指令时，所述控制器启动或修改 所述一个或多个可视化效果的呈现。
在另一方面，提供一种用于由联接到可配置照明单元的组合件的控制器执行布局检测的方法，该方法包括：基于指示组合件的各个可配置照明单元之间的连接特征的数据来获取整数阵列，该组合件的各个可配置照明单元通过一组一个或多个物理连接布置成连续形状，使得不做平移或刚体旋转时在几何上不同的任何两个可能的组合件产生不同的整数阵列，并且使得在平移或刚体旋转之后在几何上相同的任何两个可能的组合件产生相同的整数阵列；将所述整数阵列存储在数据结构中，所述数据结构封装在驻留于所述控制器上的或与控制器通信的非暂时性计算机可读介质中。
在另一方面，关于各个可配置照明单元如何联接的所述数据被提供为指数对的阵列，其指示(i)所述组合件中哪两个可配置照明单元结合在一起以及它们通过相应可配置照明单元的哪一侧结合在一起，其中表示所述可配置照明单元的指数部分在所述组合件内是唯一的，并且其中表示所述可配置照明单元的所述侧的指数部分以如此的方式排序以使得在与所述可配置照明单元的平面正交的平面中镜面变换时所述排序逆转。
在另一方面，随着以顺时针方式遍历相邻的侧直到已经遍历所有的侧，表示所 述照明单元的侧的指数部分的排序是指数的逐渐增加。
在另一方面，随着以逆时针方式遍历相邻的侧直到已经遍历所有的侧，对表示 所述照明单元的侧的指数部分进行排序的方式是指数的逐渐增加。
在另一方面，所述指数对的阵列表示为矩阵。
在另一方面，表示组合件内的所述可配置照明单元的指数在制造期间被分配并存储在所述非暂时性计算机可读介质中。
在另一方面，表示组合件内的所述可配置照明单元的指数被指定为所述组合件的逻辑初始化过程的一部分并存储在非易失性或易失性计算机可读存储器中。
在另一方面，表示所述可配置照明单元的结合到另一个照明单元的该侧的指数部分作为设定电压被传输通过所述物理连接，该设定电压通过在处理器上执行的一个或多个逻辑规则而映射到有序指数。
在另一方面，表示所述可配置照明单元的结合到另一可配置照明单元的该侧的指数部分作为数据串被传输通过所述一组一个或多个物理连接中的物理连接，该数据串通过在处理器上执行的一个或多个逻辑规则而映射到有序指数。
在另一方面，当将一个或多个新的可配置照明单元添加到所述组合件中时或者从所述组合件移除一个或多个可配置照明单元时，以实时或接近实时的方式更新所述整数阵列。
在另一方面，通过轮询所述组合件的所述一个或多个连接来触发对所述整数阵列的更新，以发现所述一个或多个连接已从先前的轮询情况改变。
在另一方面，由从特定连接点传输的中断信号触发对所述整数阵列更新，该特 定连接点通过添加或移除可配置照明单元而改变。
在另一方面，每个所述物理连接由适于在所述组合件中的不同可配置照明单元之间传输数据的一个或多个印刷电路板的一个或多个桥接部分形成。
在另一方面，每个所述物理连接由一个或多个刚性主体形成，所述刚性主体从 第一可配置照明单元插入第二可配置照明单元的孔中，每个刚性主体形成用于在所述第一可配置照明单元和所述第二可配置照明单元之间的数据传输的至少一个导电的接触。
在另一方面，所述整数阵列无线传输到具有显示界面屏幕的装置；并且所述整 数阵列反向转换为用于所述屏幕上的或所述组合件中各个可配置照明单元的投影上的图 形表示的坐标，其中排除平移、缩放和刚体旋转的话，所述图形表示在几何上与所述组合 件相同。
在另一方面，通过Wi-Fi协议执行所述无线传输。
在另一方面，响应于将所述可配置照明单元添加到所述组合件，新的中断信号 由所述添加的可配置照明单元生成并通过所述一组一个或多个物理连接的一部分传送到 所述控制器，该一部分形成从添加的可配置照明单元到所述控制器的通信路径。
在另一方面，响应于将所述可配置照明单元从所述组合件移除，新的中断信号 由先前联接到所述移除的可配置照明单元的可配置照明单元生成并通过所述一组一个或 多个物理连接的一部分传导到控制器，该一部分形成从先前联接到所述移除的可配置照明单元的所述可配置照明单元到所述控制器的通信路径。
在另一方面，所述显示界面屏幕包括一个或多个交互式视觉元件，当与其交互时，其使得所述控制器响应于可视化中的一个或多个变化而生成控制信号，所述可视化由彼此合作的所述一个或多个可配置照明单元在所述组合件上呈现的。
在另一方面，提供一种照明装置，其提供根据音频信号自动控制的多个联接的 照明部件，该照明装置包括：音频接收器，其配置成至少基于所述音频信号提供数字音频 表示；以物理布置联接的多个联接的照明部件，所述多个联接的照明部件中的每一个配置 成发射单独可控的光，可根据一个或多个接收到的照明激活指令而单独控制；几何监控单元，其配置成基于感测到的所述物理布置的重新布置或关于所述物理布置发生的变化情况来维持所述物理布置的电子表示，该电子表示至少包括指示所述多个联接的照明部件的联接的照明部件之间的地理空间关系的链接；音频可视化单元，其配置成提供根据所述数字音频表示生成的多个照明激活指令，所述多个照明激活指令包括表示下述中至少一个的定时指令集合：(i)颜色坐标；(ii)强度水平；和(iii)所述照明激活的所需几何位置； 几何关联单元，其配置成，针对每个照明激活指令，至少基于查询所述物理布置的电子表 示来选择所述多个联接的照明部件中的单个联接的照明部件；照明控制器单元，其用于根 据所述多个照明激活指令来单独控制每个所述联接的照明部件，以使得几何可视化效果在 所述多个联接的照明部件中的一个或多个联接的照明部件上协同显示。
在另一方面，所述照明装置还包括音频可视化转换单元，所述音频可视化转换 单元配置成将所述多个照明激活指令映射或变换为一个或多个驱动电流指令，所述一个或多个驱动电流指令包括在用于控制所述多个联接的照明部件的每个的一个或多个控制信号中，所述一个或多个驱动电流指令由所述多个联接的照明部件中的每一个处理，以修改所发射光的特性。
在另一方面，通过参考查找结构来提供所述映射或变换，并且所述音频可视化 转换单元还配置成，在确定所述映射或变换未表示在所述查找结构中时，在所述查找结构 中存在的至少两个附近颜色坐标之间执行插值。
在另一方面，所述映射或变换利用校准序列，由此利用辅助装置来记录用于一 个或多个给定的驱动电流设置的光谱，所记录的光谱用于下游处理以产生用于将所述多个照明激活指令映射或变换成所述一个或多个驱动电流指令的参考结构。
在另一方面，所述几何监控单元还配置成周期性地确定所述物理布置的几何中心，所述几何中心用于将单个联接的照明部件指定为中心装置，所述物理布置的所述电子表示将所述中心装置的指定用作参考指数值，以基于与所述中心装置的相应间隔程度来识别联接的照明部件。
在另一方面，所述音频可视化单元配置成生成基于路径的照明激活指令，在其 中所述多个照明激活指令至少包括在视觉上表示遍历通过所述一个或多个联接照明部件 的路径的几何图案。
在另一方面，所述物理布置以坐标系表示，坐标系选自于由二维笛卡尔坐标、 三维笛卡尔坐标、极坐标、柱面坐标和球面坐标所构成的坐标系的组。
在另一方面，所述物理布置在连接图系统中表示，该连接图系统选自于由邻接 矩阵、邻接列表和距离矩阵所构成的连接图系统的组。
在另一方面，所述几何监控单元还配置成至少基于所述连接图系统来维持坐标字典，在选择所述单个联接的照明部件时，由该几何关联单元查询所述坐标字典。
在另一方面，通过从接口装置接收的输入信号来修改所述坐标字典。
在另一方面，在显示界面上模拟并输出所述坐标字典。
在另一方面，所述物理布置近似为通过至少计算所述多个联接的照明部件的坐标元素的协方差而确定的椭圆体形状。
在另一方面，所述联接的照明部件的位置通过在所述椭圆体的主轴上的投影来表示。
在另一方面，音频可视化单元还配置成生成第二组照明激活指令，其适于响应 于从所述数字音频表示提取的所确定的音频转变模式而产生照明转变模式。
在另一方面，所述物理布置至少包括应用于由所述多个联接的照明部件所形成的组合件的全局几何数据。
在另一方面，所述音频信号是由传感器所接收的机械波，并且通过将所述音频 信号转换数字格式来生成数字音频表示，所述数字格式选自于由WAV、MP3、MPEG和 AIFF所构成的数字格式组。
在另一方面，所述多个联接的照明部件包括至少两个无线互连的照明部件。
在另一方面，所述多个联接的照明部件包括至少两个物理互连的照明部件。
在另一方面，所述多个联接的照明部件中的每个联接的照明部件包括至少一个可控照明元件，以及用于连接到所述一个或多个联接的照明部件的多个物理互连。
在另一方面，所述物理布置作为几何元数据而被存储。
在另一方面，提供一种用于根据音频信号控制多个联接的照明部件的方法，该 方法包括：至少基于所述音频信号提供数字音频表示；由所述多个联接的照明部件发射单 独可控的光，所述联接的照明部件以物理布置提供，所述多个联接的照明部件中的每一个 配置成发射单独可控的光，可根据一个或多个接收到的照明激活指令来控制；基于感测到 的关于所述物理布置发生的重新布置或变化情况来维持所述物理布置的电子表示，该电子表示至少包括指示联接的照明部件之间的地理空间关系的链接；提供根据所述数字音频表示生成的多个照明激活指令，所述多个照明激活指令包括表示下述中至少一个的定时指令集合：(i)颜色坐标；(ii)强度水平；和(iii)所述照明激活所需的几何位置；对于每 个照明激活指令，至少基于查询所述物理布置的电子表示来选择所述多个联接的照明部件 中的单个联接的照明部件；根据照明激活指令单独控制每个联接的照明部件，组合的照明 激活指令使得几何可视化效果在所述多个联接的照明部件中的一个或多个联接的照明部 件上协同显示。
在另一方面，提供一种包括机器可读指令的计算机可读介质，所述机器可读指 令在由处理器执行时使所述处理器执行用于根据音频信号控制多个联接的照明部件的方法，该方法包括：至少基于所述音频信号提供数字音频表示；由所述多个联接的照明部件发射单独可控的光，所述联接的照明部件以物理布置提供，所述多个联接的照明部件中的每一个配置成发射单独可控的光，并且可根据一个或多个所接收到的照明激活指令来控制； 基于感测到的关于所述物理布置发生的重新布置或变化情况来维持所述物理布置的电子 表示，该电子表示至少包括指示联接的照明部件之间的地理空间关系的链接；提供根据数 字音频表示产生的多个照明激活指令，所述多个照明激活指令包括表示下述中至少一个的 定时指令集合：(i)颜色坐标；(ii)强度水平；和(iii)所述照明激活所需的几何位置； 对于每个照明激活指令，至少基于查询所述物理布置的电子表示来选择所述多个联接的照 明部件中的单个联接的照明部件；根据照明激活指令单独控制每个联接的照明部件，组合 的照明激活指令使得几何可视化效果在所述多个联接的照明部件中的一个或多个联接的 照明部件上协同显示。
在另一方面，提供一种用于物理联接两个或更多个可配置照明单元的连接器， 所述两个或更多个两个或更多个可配置照明单元中的每一个具有用于接收所述连接器的 相应孔，所述连接器包括：一个或多个机械连接，用于插入相应孔中以针对在分离之前的 阈值损坏或力水平在两个或更多个可配置照明单元之间提供稳定的物理联接；一个或多个电连接，实现从所述两个或更多个可配置照明单元的第一可配置照明单元到其他可配置照明单元的电流，所述第一可配置照明单元直接或间接地从电源接收电力；并且其中，电联接可配置照明单元的组合件中的每个可配置照明单元，使得在为所述两个或更多个可配置照明单元供电时，不需要多于一个可配置照明单元连接到电源。
另一方面，连接器包括用于实现所述两个或更多个可配置照明单元之间的数据传输的电路。
在另一方面，所述数据传输是数字信号调制，作为电力线通信传输，适于与联 接的两个或更多个可配置照明单元之间的一个或多个电连接协同操作。
在另一方面，所述数据传输是通过所述连接器的双向串行引脚传输的数字信号调制，所述双向串行引脚在物理上与所述一个或多个电连接不同。
在另一方面，所述数据传输包括指示一个或多个唯一标识符的信号，每个唯一 标识符标识所述两个或更多个可配置照明单元的可连接子部分，联接的两个或更多个可配置照明单元在所述可连接子部分处连接。
在另一方面，所述数据传输包括指令所述组合件中的一个或多个照明单元改变一个或多个驱动电流的信号，所述一个或多个驱动电流的信号通到联接的两个或更多个可配置照明单元中的一个或多个发光二极管。
在另一方面，所述数据传输包括对由传感器获取的音频进行编码的信号。
在另一方面，所述数据传输包括通过对预期辐射模式扰动来对运动检测进行编码的信号。
在另一方面，所述一个或多个机械连接由吸引磁力致动，所述吸引磁力将刚性 主体从第一可配置照明单元拉入第二可配置照明单元的孔中，所述一个或多个机械连接与吸引磁力结合以便在所述联接的两个或更多个可配置照明单元之间提供稳定的物理联接。
在另一方面，当为零或低于设计的阈值磁力作用在刚性主体上时，刚性主体通 过弹簧保持在第一照明单元内。
在另一方面，所述致动通过联接两个或更多个导电材料而建立所述一个或多个电连接，所述两个或更多个导电材料允许两个或更多个可配置照明单元之间的电流。
在另一方面，所述致动通过结合两个或更多个导电材料而建立用于数据传输的连接。
在另一方面，通过一个或多个磁体之间的吸引磁力而形成所述一个或多个机械连接，所述磁体配置成在每个可配置照明单元内的离散隔室之间移动，并且所述一个或多个磁体通过每个可配置照明单元施加磁力，每个可配置照明单元由具有与空气几乎相同的磁导率的材料形成，使得在彼此接近的两个或更多个可配置照明单元之间形成吸引力。
在另一方面，所述两个或更多个可配置照明单元被制造为包括塑料、铜、木材 和铝中的至少一种。
在另一方面，通过将材料的辅助部件插入到在所述两个或更多个可配置照明单元的将被结合的可连接子部分处的两个凹型连接器中，形成所述一个或多个机械连接；并且所述辅助部件包括可压缩部件，该可压缩部件在结合时提供约束力以抵制分离力。
在另一方面，辅助部件是印刷电路板，其在两个或更多个可配置照明单元之间 除了提供所述一个或多个机械连接之外，还提供所述一个或多个电连接以及一个或多个数据连接。
在另一方面，可压缩部件包括弯曲的金属片，其在压缩时弹性变形，使得可压 缩部件锁定到相应的可配置照明单元的相应孔的适合的凹陷部分中。
在另一方面，每个可配置照明单元是成形为多边形的透明或半透明材料的基本平坦表面；并且其中所述多边形的每一侧是形成所述两个或更多个可连接子部分的平坦子部分。
在另一方面，所述多边形是等边三角形。
在另一方面，所述透明或半透明材料是聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。
在另一方面，通过多个发光二极管将光射入到所述基本平坦表面中；并且所述 光通过散射遍及所述平坦表面的材料地弥散；并且部分的散射情况使得所述光离开所述基本平坦表面而进入环境。
在另一方面，由在每个可配置照明单元的所述基本平坦表面上添加微观表面缺陷而导致所述散射。
在另一方面，所述多个发光二极管包括产生不同颜色的光的发光二极管。
在另一方面，所述多边形是矩形。
在另一方面，所述连接器配置成不仅提供电流，而且进一步包括电路以在各 组联接的可配置照明单元之间顺序传送电流和控制信号。
在另一方面，所述电流和控制信号的顺序传送用于向控制器传输控制信号和 从控制器传输控制信号，控制器仅直接联接到所述可配置照明单元中的一个。
在另一方面，所述电流和控制信号的顺序传送用于从容纳电源的控制器传输 电力，所述控制器仅直接联接到所述可配置照明单元中的一个。
在另一方面，所述连接器配置成联接到电源。
根据一个方面，提供一种可配置平坦照明装置，其包括：一个或多个基本平 坦发光结构，所述一个或多个基本平坦发光结构中的每一个配置成向环境提供照明。
根据一个方面，提供一种照明套件，其包括多个可配置照明单元，所述多个 可配置照明单元配置成使用一个或多个连接器可移除地联接到一起以形成一个或多个连 续形状，通过重新布置多个可配置的照明单元可重新布置所述一个或多个连续形状。所述 一个或多个可配置照明单元中的每个可配置照明单元具有一个或多个可连接子部分，所述 可连接子部分至少包括用于接收所述一个或多个连接器中的相应连接器的孔。所述一个或多个连接器中的每个连接器可插入第一可配置照明单元的第一孔和第二可配置照明单元的第二孔中，该连接器包括：一个或多个机械连接，其与所述第一孔或所述第二孔的结构特征相配合，以便联接第一可配置照明单元和第二可配置照明单元；和一个或多个电连接，其在第一可配置照明单元和第二可配置照明单元之间实现电流。所述多个可配置照明单元通过所述一个或多个连接器电联接到一起，使得在为所述多个可配置照明单元的每个可配置照明单元供电时，无需将多于一个可配置照明单元连接到电源，所述电源可连接到组合件中的一个可配置照明单元。
根据一个方面，提供多个可配置的照明单元，其配置成使用一个或多个连接 器可移除地联接到一起以形成一个或多个连续形状，通过重新布置多个可配置的照明单元 可重新布置所述一个或多个连续形状；所述一个或多个可配置照明单元中的每个可配置照明单元具有一个或多个可连接子部分，所述可连接子部分至少包括用于接收所述一个或多个连接器的相应连接器的孔；所述一个或多个连接器中的每个连接器可插入第一可配置照明单元的第一孔和第二可配置照明单元的第二孔中，所述多个可配置照明单元通过所述一个或多个连接器电联接到一起，使得在为所述多个可配置照明单元的每个可配置照明单元供电时，无需将不多于一个可配置照明单元连接到电源，所述电源可连接到组合件中的一个可配置照明单元。
根据一个方面，提供一种照明系统，其具有由多个可配置照明单元形成的组 合件，所述多个可配置照明单元使用一个或多个连接器可移除地联接到一起以形成一个或多个连续形状，通过重新布置所述多个可配置的照明单元可重新布置所述一个或多个连续形状。所述一个或多个可配置照明单元的每个可配置照明单元具有一个或多个可连接子部分，所述可连接子部分至少包括用于接收所述一个或多个连接器中的相应连接器的孔。所述一个或多个连接器中的每个连接器可插入第一可配置照明单元的第一孔和第二可配置照明单元的第二孔中。所述连接器包括：一个或多个机械连接，其所述与第一孔或所述第二孔的结构特征相配合，以便联接第一可配置照明单元和第二可配置照明单元；以及一个或多个电连接，其在第一可配置照明单元和第二可配置照明单元之间实现电流，所述一个或多个电连接使得电源仅连接到所述组合件中的一个可配置照明单元的电源以向所述组合件中的所述多个可配置照明单元供电。
根据一个方面，提供一种照明系统，其具有多个可配置照明单元，所述多个 可配置照明单元使用一个或多个连接器可移除地联接到一起以形成一个或多个连续形状， 通过重新布置所述多个可配置的照明单元可重新布置所述一个或多个连续形状；所述一个或多个可配置照明单元中的每个可配置照明单元具有一个或多个可连接子部分，所述可连接子部分用于接合所述一个或多个连接器中的相应连接器的；所述一个或多个连接器的每个连接器包括：一个或多个机械连接，其与所述可连接子部分的结构特征相配合，以便联接第一可配置照明单元和第二可配置照明单元；以及一个或多个电连接，其在第一可配置照明单元和第二可配置照明单元之间实现电流。
根据一个方面，提供一种用于根据音频信号控制多个联接的照明部件的方法， 所述方法包括：至少基于所述音频信号提供数字音频表示；通过所述多个联接的照明部件 发射单独可控的光，所述联接的照明部件联接以便形成连续形状，所述多个联接的照明部 件中的每一个配置成发射单独可控的光，并且可根据一个或多个接收到的照明激活指令来控制；基于感测到的关于所述部件发生的重新布置或变化情况来维持所述连续形状的电子表示，该电子表示至少包括指示联接的照明部件之间的地理空间关系的链接；提供根据所述数字音频表示生成的多个照明激活指令，所述多个照明激活指令包括定时指令集合；针对每个照明激活指令，至少基于查询所述电子表示来选择所述多个联接的照明部件中的单个联接的照明部件；根据所述照明激活指令单独控制每个联接的照明部件，组合的照明激活指令使得几何可视化效果在所述多个联接的照明部件中的所述一个或多个联接的照明部件上协同显示。
根据另一方面，所述一个或多个基本平坦发光结构中的每一个适于与所述一 个或多个基本平坦发光结构中的另一个连接。
根据另一方面，所述一个或多个基本平坦发光结构中的至少一个包括光导。
在各种其他方面，本公开提供了相应的系统和装置，以及用于实现这样的系 统、装置的逻辑结构(诸如机器可执行编码指令集合)和方法的。
系统、装置、部件可单独地提供或作为套件一起提供。还可以提供预构建的 结构。
在该方面，在详细解释至少一个实施例之前，应理解的是，在实施时，实施 例不限于以下描述中所阐述的或在以下附图中所示的构造细节和部件的布置。此外，应理 解的是，本文采用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被认为是限制性的。
在阅读本公开之后，关于本文所述实施例的许多其他特征及其组合对于本领 域内的那些技术人员而言将是显而易见的。
附图说明
在附图中，通过示例示出实施例。应清楚地理解的是，说明书和附图仅用于 说明的目的并且作为有助于理解的辅助。
仅通过示例的方式，现在将参考附图描述实施例，其中在附图中：
图1是根据一些实施例的，空间的主观感测与照明设计之间的关系的示例图 示，其中共同考虑了因子均匀性、光的位置和亮度。
图2是根据一些实施例的，平面照明单元的实施例的示例图示的俯视平面视 图。
图3是根据一些实施例的，包括多个三角形的二维照明器具的图示，示出四 个明显的平面三角形，其中三个已经通过它们的侧结合，其中第四个三角形结合到组合件 的底侧。可以假设组合件在三角形平面中经受具有非零力的重力。
图4是根据一些实施例的，在顶上示出当互补结构移动接近时由磁力拉出的 磁性锁的细节的局部透视图。
图5是根据一些实施例的，磁性锁的透视图，该磁性锁包括加到突出部分上 的支柱以提供进一步的机械刚性。
图6A是根据一些实施例的，孔的侧视平面视图。
图6B是根据一些实施例的，孔的俯视平面视图。
图7是根据一些实施例的，磁性锁结构的局部透视图，其包括通过弹簧销的 电连接。
图8是根据一些实施例的，另一实施例的局部透视图，该实施例将电连接和 机械连接一体地与弹簧结合以将块保持在缩回位置，而没有相反极化的磁体吸引该块。
图9是根据一些实施例的，在照明单元的主体内具有磁体的另一实施例的局 部透视图，该磁体可自由地滚动到离散位置。磁体被电连接并在每个离散位置提供电连接。
图10是根据一些实施例的，通过互补极化的三维磁性连接器组装的四面体的 局部透视图。扁平磁体的阴影表示极化。
图11是根据一些实施例的，磁体极化和配置的示例表示，其允许包括四面体 的所有连接，而没有磁性排斥。虚线表示接触的侧。当该侧结合时，无论是为了产生平面 组合件还是具有面板在页面平面内部或外部的组合件，只有相反极化的磁体直接接近，从 而产生净吸引磁力。
图12是根据一些实施例的，具有PCB桥的示例性照明单元的透视图，该PCB 桥用于在所示面板和相邻面板之间的电连接和机械连接。
图13是根据一些实施例的，用于所示面板与相邻面板之间的电连接和机械连 接的PCB桥的示例实施例的示意图。该实施例创建四个独立的连接，其中不同的阴影表示 电路中的非重叠层。
图14包括根据一些实施例的，两个照明单元组合件的示例图示，它们相应的 邻接矩阵在附图下方。这两个组合件是彼此的镜像。
图15A、图15B和图15C提供根据一些实施例的，照明单元组合件和侧指数 的示例图，侧指数符合顺时针指数顺序(除了最右边的图之外)。每个图在下面给出手性 邻接矩阵。
图16是根据一些实施例的，在照明单元的任何给定侧处的引脚连接以及它们 如何在组合件中连接到微控制器的示例性示意图。
图17是根据一些实施例的，在照明单元的任何给定侧处的引脚连接的表示以 及它们如何在组合件中连接到微控制器的示例示意图。
图18是根据一些实施例的，用于在照明单元组合件的特定实施例的空间和时 间上产生视觉上令人愉悦和平静的动态变化的界面图示。
图19是示出根据一些实施例的，系统部件的框图。
图20是示出根据一些实施例的，另一示例系统的部件的第二框图示意图。
图21是根据一些实施例的，用于处理声音的系统的示意图。
图22是根据一些实施例的，用于处理声音的系统的示意图。
图23是根据一些实施例的，用于处理声音的系统的示意图。
图24是根据一些实施例的，音乐短片段的音光谱图的图。
图25是根据一些实施例的，组合件的图，该组合件是LED照明单元的可单 独寻址的面板的联合体，其中每个面板具有多边形形状并且通过有线连接结合到相邻面板。 图25中还示出图表、矩阵和工作流程。
图26是根据一些实施例的，呈现机制的工作流程图。
图27是根据一些实施例的，呈现机制的工作流程图。
图28A-图28D提供根据一些实施例的，各种计算装置的图示。
图29示出根据一些实施例的，系统的套件的示例部件。
图30A示出根据一些实施例的，示例控制器。
图30B示出根据一些实施例的，联接到一起的两个可配置照明单元。
图30B示出根据一些实施例的，联接到一起的两个可配置照明单元。
图31示出根据一些实施例的，具有控制器的可配置照明面板的示例设置。
图32A、图32B、图32C是根据一些实施例的，使用移动装置的界面的示例 屏幕截图。
图33和图34示出根据一些实施例的，通过布置和/或重新布置可配置照明单 元，可能的示例连续/邻接形状。
具体实施方式
通过参考附图描述方法、系统和装置的实施例。
为了适合白炽照明技术，LED的常规应用已经被有意限制了尺寸、形式和电 约束设置。此外，LED已被限制为产生恒定类型的白光，而没有任何在本文的一些实施例 中描述的可变性和独创控制。这被称为改装LED照明，并且与白炽灯或荧光技术相比，其 优点是减少了电能消耗。
然而，所强加的约束排除了若干有益的照明设计。因此，开始出现一些采用 更广泛范围能力的先进LED照明产品。示例包括经由触摸屏界面控制的颜色调节灯泡，或 者随着从中午到晚上的一天的时间，从冷白光到暖白光逐渐自动变化的吊灯。下面详细描 述的各种实施例是LED照明技术可用于超出典型改装目的的个性化或新颖照明需求的方 式的进一步改进和变化。
在本文描述的各种实施例中，描述了创新的系统、装置、方法和计算机可读 介质，其中可配置照明单元可以被构造成使得其非常容易组装成更大的照明器具组合件， 各个照明单元是可配置的，因为可以由用户重新布置它们的取向、位置和彼此的连接。该 照明器具组合件设计成易于连接，并且连接器可以在可配置照明单元之间使用，使得可配 置照明单元互连并且可以彼此之间或与中央控制器共享电力、数据(例如，控制信号)。 中央控制器可包括各种计算装置和/或电力输送单元，例如，一个或多个布局检测单元、效 果呈现单元、网络接口单元(例如，用于与诸如Apple Homekit TM装置的联网装置通信) 等。可配置照明单元在本文中可以被描述为照明面板、照明单元、照明装置等。
一经组装，照明器具组合件的布局对于随后的编程控制即成为自动确定的。 该布局允许呈现原本不可能的可视化和效果(通过诸如来自麦克风的音频输入的外部刺激 进一步改进)，并且可以通过本地或外部存储在数据存储器中的数据结构来维持布局。
申请人已经进一步开发了能够处理部件的“热交换”的布局确定机制——当 将新的可配置照明单元添加到组合件时，布局检测自动将其识别为新的并且开始与外部交 互，免除人为干预。类似地，当确定移除可配置照明单元时，布局检测自动更新并且呈现 不再包括这样的面板的效果。各种实施例进一步描述如何将光分布在明显平坦主体中，但 是实施例不应被视为限于平坦主体(例如，主体可具有纹理、光导、并入的波导等)。
一些描述的实施例被设计并结构配置成使得普通用户能够在没有电安全的任 何训练或认证的情况下通过结合各个面板块或单元来组装二维照明器具，该二维照明器具成形为任何不规则或规则的多面体。例如，该形状可以是包括六个等边三角形的六边形，该六个等边三角形在它们的三个侧(边)中的两个侧处结合在一起组成。
其他形状和设计是可能的，并且在各种情况下可能是期望的，并且在设置之 后形状和设计不需要是静态的。在各种实施例中，灯面板、相应的连接和控制技术被设计 成动态地适应整个组合件的形状和设计的变化(在一些情况下，允许“热交换”，其中在 组合件被供电时，可配置灯面板被移除/添加到该组合件中)。尽管在各种实施例中描述了 三角形，但申请人还进一步开发了其他形状(例如，正方形)，并且许多原理同样适用于 其他形状(例如，各种多面体)。
在照明面板是三角形的示例中，每个三角形可以依次发射从多个LED产生的 光，这些光可以具有不同的颜色。三角形也可以单独控制。例如，一个三角形以高强度发 射红光，而组合件中的另一个三角形发出较低强度的蓝光。构建这样的几何结构的固有组 合意味着甚至可以使用少量的块来构建许多不同的形状。
组合的灵活性使得普通用户能够设计符合其特定需要的照明器具组合件形状(或重新布置它们)，而不是限于由制造商设定的形状。形状包括大部分垂直延伸的形状，使得可以根据光的色调以及变化的光强度的空间质量来模拟日出或日落；它包括复杂的形状，诸如心形、金字塔形、鸟的轮廓、旗帜和其他抽象的表现形式，它们都能够实现用户 的自我表达和设计理念。
构建这种动态且灵活的系统在技术上具有挑战性，因为与传统的固定形状/设 计相比，结构、控制和电力互连不是先前已知的。例如，从机械角度这些可配置照明单元 需要能够稳定地彼此连接，并且还希望共享电力、数据、电信号等。
因此，需要方法和流程来辅助提供足够的电流和在照明组合件中传送提供的 控制信号。例如，在一些实施例中，单个可配置照明单元连接到控制/电源。控制/电源可 以配置成向其连接的可配置照明单元提供电力/控制信号，然后通过一系列连接器(提供机 械、电和/或数据连接)和结合部分在整个照明组合件中传送控制信号和电力。连接器具有 特定的设计，由此连接器可以(1)将可配置照明单元连接在一起，使得它们能够承受第 一方向上的冲击和移动(例如，剪切力)，而且(2)能够通过在垂直于第一方向的第二 方向上施加足够强的力从可配置照明单元移除(例如，将连接器从可配置照明单元拉拔“出 来”)。可以通过施加阈值损坏或力水平来分离单元。阈值损坏或力水平可取决于冲击或 施加力的角度或方向。阈值损坏或力水平可取决于冲击或施加力的类型。阈值损坏或力水 平可以承受第一方向上的冲击和移动(例如，剪切力)，但是也能够通过在垂直于第一方 向的第二方向上施加足够强的力来实现分离可配置照明单元(例如，通过将连接器从可配 置照明单元拉拔“出来”)。
关于(1)，连接器需要能够抵制破损，因此抵制剪切力的第一阈值应是高的， 考虑到可配置照明单元可能被使用并且被放置在各种不同的环境设置中。关于(2)，连 接器需要能够抵制拉拔力到第二阈值(例如，使得连接器不太“松”并且容易移除，但同 时超过第二阈值的话，连接器应可以从可配置照明单元移除，以便它们可以重复使用、移 动到另一个部分、移动到另一个照明单元等等。因此，阈值损坏或力水平可以由不同的阈 值限定。
可配置照明单元可包括一个或多个孔以接收连接器，并且可配置照明单元还 可具有“可连接的”子部分(例如，侧的角或中点，或其他区域)，由此可配置照明单元 配置成彼此可靠附接。
由于控制和电源还在整个组合件上提供控制信号，在一些实施例中，其直接 连接到仅一个或多个可配置照明单元，该组合件配置成通过在可配置照明单元之间传送的 信号执行用于进行布局检测的电子方法。
换言之，令人愉悦的照明的产生还可以要求每个可配置照明单元在某种意义 上了解其在较大的结构/组合件内的位置。可能需要通过在组合件中发送一个或多个探测信号来识别间接连接。当新的可配置照明单元在组合件被供电时被添加到该组合件时，新的可配置照明单元可以配置成传送控制信号(该控制信号指示新的可配置照明单元的加入)以由控制/电源接收，并且类似地，当先前连接到另一个可配置照明单元的可配置照明单元被检测到移除时，该可配置照明单元也可以配置成传送指示该移除的另一个控制信号，使得可以相应地更新该布局检测模型。
在模拟日出的特定非限制性示例中，发射的光的类型不仅应从低强度的暖白 色转变为高强度的冷白色，发射的光也应改变使得在垂直结构中更高的照明单元以相对增加的强度发射，而在垂直结构中更靠下的照明单元以相对较低的强度发射。在该意义上，布局检测在基于计算机的照明效果确定中是重要的。与没有布局检测的简单方法相比，可以通过与控制器协同工作的可配置照明单元来呈现更多元和更复杂的照明效果。布局检测模型(其存储在各种数据结构中并周期性地或响应于检测到的刺激地被维持)，为生成动态视觉效果提供几何基础，由此可配置照明单元是可交互的视觉元件，其协同呈现动态视觉效果。
因此，本发明的另一方面是一种方法，通过该方法，组装照明器具的动作触 发同时的布局检测，该布局检测又生成较大的组合件中每个单元所在处(或其处境)的抽 象表示。如果没有这种方法，单个单元仍然只是单独的部件，就像房间里单独的灯泡一样。 使用这种方法，单元成为更大的结构的一部分，该结构超过了其各部分的总和。一个房间 里的两个灯泡是两个光源，其简单地加起来将照明加倍。以上述方式结合的两个照明单元 成为一个不同的照明器具，其中每个单元在其他单元中了解其处境，因此该照明器具超过 了两倍照明的光源。
布局检测产生的组装的照明器具有许多可能的抽象表示。存在高度颗粒性的 表示，诸如每个单独照明单元的笛卡尔坐标的阵列。但是，颗粒性表示可能不适合创建逻 辑指令。上面的模拟日出仅需要关于特定可配置照明单元在组合件的垂直轴线上的所在处的信息。另一个示例是心形照明器具，其用于从中心向外脉冲输送光。
该照明设计需要关于每个单元在径向轴线上的所在处的信息，其中原点位于 组合件的几何中心处。因此，本发明的一部分是，给定一个检测到的照明器具布局，导出 有意义的几何表示的方法，其是独创照明设计的执行中的关键。
一种这样的照明设计是通过不同强度和颜色的光同时可视化音频，上述光移 动通过由用户以许多可能形状之一组装的照明器具。例如，当音乐播放以设定情绪或创造 氛围时，照明器具正以彩色光演变、脉动或流动，其中彩色光适应于音乐并进一步增强音 乐的感觉。另一个示例是由语音或其他环境噪声产生的音频的可视化。相应于人类存在或 行动的光可以使空间变得有生气，并且在其中更加舒适，以便吸引潜在客户的目光并成为 难忘的体验。为了完全可视化音频的许多不同特征，需要上面论述的不同几何表示，以便 能够实现在已知但以其他任意形状的组装好的照明器具中光演变的许多方式。
为了说明的目的，可以想象以下示例的一组情况：她家中的人在不到两分钟 的时间内将二十个单独的可配置照明单元组装成创意形状，比方说穿过墙壁的水平波纹状。 照明器具组合件通过墙上插头连接到电源/控制系统，并通过Wi-Fi连接到手机或笔记本电脑，所有这些都在不到一分钟的时间内完成。通过按下按钮或通过语音命令选择呈现程序。通过单独的音乐系统，播放节奏音乐曲调，其产生音频波。照明器具开始在低强度白光背景上从左到右脉冲输送强红光，其与音乐节拍同步。
各个可配置照明单元的处境意识、照明器具/组合件的组装容易程度、组合件 在几何上表征的具体方式以及音频如何映射到整个照明器具中的光演变，都是在创造这种不同的艺术体验中所涉及的技术因素。不同方面可以单独使用，也可以一起使用，并且各种元件可以彼此独立地起作用。在下面的描述中给出这种说明性实施例。
空间的照明设计涉及光的许多因素。照明设计师Richard Kelly定义了照明设 计的关键变量。除了空间的亮度之外，照明设计还应考虑光在空间中的分布、光的光谱特 性和“主要表观光区域相对于视平面的方向”。已经发现空间的主观感知(包括尺寸感) 取决于这些变量中的一些。
光产生和分布硬件
图1是图示100，其示出空间有多亮、光分布的均匀程度、光源位于何处以及 其占用者对空间大小感知的定性的依赖性。在21世纪初，已确定人眼包含固有光敏的视 网膜神经节细胞，这种细胞对视力没有贡献，而是调节昼夜节律。细胞可以仅通过蓝光激 活并抑制褪黑激素(其诱导哺乳动物的嗜睡)的产生。白天中午的日光富含蓝光，而一天 结束时的日光则转向红光波长。这些是人类生物所发展到的光节律状态。
越来越多的研究表明人工照明可以破坏这些节律而损害个体的健康。个体在 构成最佳照明上的差异是可以预见的，其中所谓的以人为中心的照明设计已被预示为，空 间的人类占用者及其直接和间接需求应如何决定照明进行的方式的典范转换。在很少的地方这与在护理设施中一样明显，在这些设施中健康状况日益普遍的老年男性和女性得到照顾。有证据表明，照明可以通过一天期间的光谱变化或亮度和空间动态来有利地调节疾病症状，该亮度和空间动态在如何安全地在空间内移动和避免跌倒方面提供了明确的指导。因此，在空间设计中，照明的空间和光谱特性的组合是强大的混合，其不仅适合于照明的基本功能，而且适合于其占用者的幸福状态。
对此的一个示例是午餐餐厅和晚餐餐厅的照明差异。前者的照明通常是激活 的和正式的，通过明亮的照明获得，其包含更大量的蓝光波长，并且通常来自高高地在餐 厅顾客上方的照明设备。后者的照明通常是放松的和亲密的，通过昏暗的照明获得，其包 含更多的红光波长，并且通常来自更靠近顾客的照明设备，例如桌子正上方的吊灯或桌子 上的灯。
最近已经在人为因素(其不仅与亮度控制有关)方面得到类似考虑的其他照 明应用是学校、护理设施和街道照明中的照明。以上都是超过空间照明形式的照明示例。 更确切地，该照明的位置和光谱有助于空间气氛、其功能性以及居住在该空间中的人们的 健康程度。
发光二极管(LED)是当直流电流(DC)穿过二极管的p-n结时以窄波长带 发光的半导体。LED的材料成分决定了带结构，因此决定了发出光的光谱，等等。LED 成分的实例是砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)和氮化镓(GaN)。LED存在于各种可见 光输出器中，诸如紫色、蓝色、绿色、琥珀色、红色，以及不可见光的输出器，诸如紫外 线(UV)。大多数商业LED灯产生白光，其是不同波长的光的混合物。白光的常规特征 在于其相关色温(Correlated ColorTemperature，CCT)和一些关于光的准确呈现颜色的能 力的指标；这些指标包括颜色渲染指数(Color Render Index，CRI)、颜色质量标度(Color Quality Scale，CQS)和色域面积指数(Gamut Area Index，GAI)。
白光的CCT量化红光分量对比蓝光分量的程度，其中CCT的较低值意味着 存在更多的红光，因此导致光的更温暖，更像火的外观。通过示例性的方式，典型烛光的 光约为1800K，来自日落期间的太阳光约为2500K，以及阴天中午的光线接近10000K。获 得白光混合物的一种方法是通过材料不同的LED的组合，这些材料不同的LED产生视觉 上不同的光，这些光在辅助光学器件诸如透镜中混合，或通过由材料中的小颗粒或结构不 规则部的散射，来自LED的光在照亮空间之前行进通过该材料中的小颗粒或结构不规则部。
获得白光混合物的另一种方法是在发射较低能量、较长波长的光之前，通过 用吸收部分光的不均匀的荧光体涂覆蓝色或紫色LED，然后通过在荧光体中的原子振动自 由度的弛豫来减少总能量。由于更简单的结构，后一种方法在市售LED灯中更常见，尽管 前一种方法的示例也存在，特别是以所谓的红-蓝-绿(RGB)灯的形式存在。
RGB灯和照明领域中已知的复杂性通常是材料不同的LED对热的反应不同。 已知LED随着温度升高而损失更多发光输出到非辐射弛豫模式。某些类型的LED比其他 类型的LED损失更多，其中已知GaP LED特别容易随着温度升高而降低光通量。有些方 法涉及反馈循环以消除颜色坐标中任何明显的漂移。发射相对窄的光谱是LED相对于传统 白炽灯照明效率高的部分原因，传统的白炽灯通过包括大量不可见波长的热辐射发射非常 宽的光谱。
由于LED是半导体，因此它们通常安装在灯中的印刷电路板(printable circuitboard，PCB)上。PCB也是如微控制器(MCU)和处理器的电子器件的基础。因此，LED 灯的硬件可以相对容易地扩展以包括计算装置。这是连接的LED灯或智能照明的硬件基础。 MCU可以体现简单的逻辑以改变驱动灯中的多个LED的电流。在包含具有不同光谱的 LED的灯(诸如RGB灯)中或包含具有不同CCT的各种白光LED的灯中，到LED的不 同的相对电流又导致变化的混合光谱。在前一种情况下，光变成颜色可调的，而在后一种 情况下，白色色调可以改变，类似于日光在一天期间的变化。
到MCU的信号可以依次从集成天线接收的无线信号中获得，或者可以通过有 线连接接收。必须调节天线，以最小能量损失地在适当范围内接收或发送感兴趣的信号。 必须设计诸如天线长度和形状的特性以及天线如何电连接或机械连接到灯的电部件或机 械部件附近，以确保最佳性能。此外，世界上大多数司法管辖区都规定了允许装置在哪些 频段进行传输。在商业产品中不能接受在预期频率的某个倍数或分数处产生强谐波频率的 天线设计。
通过计算机模拟以及在消声室中的测试，只要灯或照明器具不太小或者没有 贴近导电的材料部件(从而是对电磁波的屏障)，就通常可以在常规频率(900MHz和2.4GHz)下实现用于传输的这些特性。然而，无论接收信号的方法如何，多种类型的LED的控制意 味着控制方面不仅仅是二进制控制(如通/断开关)，或一维控制(如标准调光开关)。该 属性定义了向用户提供直观界面以与灯或照明器具交互的挑战，因为传统的灯开关不足以 传输更复杂的信号。为了实现考虑到上述变量的空间的照明设计，控制挑战甚至进一步增加，因为多个装置必须随时间改变或者由多个可能情况中的任何一个触发。
该解决方案的一部分是设计可以构造控制并与照明器具通信的软件。与万维 网(WWW)的基础技术一样，数据和信号的通信受益于在增加的抽象层中分层的设计。 在低层次下，信号被视为二进制电信号，而在较高层次下，命令以更接近人类对系统理解 的单元描述。引入抽象层的优点是，只要层之间的通信界面保持相同，它就简化新功能、 安全性或增强硬件的开发。这是软件模块化(其通常被认为是高质量软件的必要特征)的 一个示例。较知名的抽象层设计之一是开放系统互连(Open System Interconnection，OSI) 模型，它为装置通信定义了七层。在每一层，开发人员将引入不同的特定软件方法来处理 该层的特定任务。对于公共领域中可用的任何给定层，有几种不同的方法，它们或者向公 众全部公开，或者作为公司或组织内的机密规范。每种方法在它们的安全性、能量效率、 存储器效率、快速和容错方面可以是不同的。
由于上述的模块化，在产品或服务开发中仍然可以选择软件通信方法的各种 组合，并且仍然具有执行相同主要功能的应用，仅关于某些性质的程度有所变化。
具体地，抽象使得在数据通信的较低层次上非常不同的装置能够通过在较高 层次上的公共方法来交换数据。例如，通过被动红外辐射(IR)在房间中记录运动的装置， 当被触发时可以使用流行的超文本传输协议(Hypertext Transfer Protocol，HTTP)在物理层将低层次的信号作为消息，以JavaScript对象表示法(JavaScript Object Notation，JSON) 的形式，传送到因特网，其由移动装置通过在因特网上传输数据的标准方式接收，然后通 过移动装置的软件设计中的层，触发物理的移动装置信号，从而向所有者警报由IR信号 检测到的运动。
移动装置的开发者和运动传感器都不必公开通信的较低层的细节。开发人员 遵从在更高层次上的用于传输数据的开放标准。因此，对于涉及一个或多个装置的许多应 用创新，数据通信的具体细节在设计上并不取决于任一装置的软件或硬件设计的低层次的细节。
现代装置通信的这种特性是连接可穿戴装置的创新的实际基础，该可穿戴装 置记录携带所述装置的人的一些生物特征，以及该人居住的空间的一些状态变量。生物特 征可以例如是心率、皮肤温度、神经波动、睡眠状态。通过物理传感器，生物特征触发低 层次的电信号，其在软件设计中向上传送达增加的抽象层，直到传感器数据以可由第二装 置(例如为LED灯)的上部软件层接收的形式存在。
相同的软件技术是，将视频信号转换为特定色调、饱和度或亮度的照明的创 新的一部分，该照明放大显示器上内容。在那种情况下，控制信号不是来自另一个硬件装 置，而是来自数据的数字流，该数据的数字流电视中将转换成动作图片。该应用程序示出 了，在适当的抽象层，所有数据都可以被接收并通过软件解释为较低层次的信号，无论它 们是在电视上设置给定像素的颜色的指令，还是为在家庭、酒吧、室外区域或其他公共或 私人场所中的某个预先配置的位置处的一个照明器具或多个照明器具分配何种颜色和强 度的指令。其他应用包括将物理硬件连接到社交媒体的数据流。一个示例是CheerLightsTM， 它使具有特定软件架构的任何LED灯能够从社交媒体平台TwitterTM上的在线消息接收控 制信号。
一些实施例描述了可配置LED灯具，其通过新颖的硬件和软件设计能够满足 上述照明设计目标中的一个或多个。
在一些实施例中，该系统能够实现光谱、光中心轨迹、动力学和/或完整的2D- 槽-曲面细分空间配置。该系统不仅限于配置光谱，或适度地某些空间配置。
在一些实施例中，提供一种多部件的可配置LED灯。
一些实施例基于明显平坦发光结构。平坦结构是光导，其具有引入光的区域。 光可以通过光导传导。在整个光导中，引入一些元件或微结构以从光导取出光并产生照明。引入光的表面区域通常小于取出光的表面区域，差异在从10到1000倍之间。
光导可以由诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或对可见光 完全或部分透明的类似聚合物的材料制成。
聚合物材料具有的折射率大于1，通常在1.4和1.5之间。因为该折射率大于 周围环境的空气的折射率，所以在光导内传导的光可以经受全内反射(TIR)。
这可能意味着光不会离开光导到达空气，除非入射角超过从斯涅尔定律获得 的临界值。因此，如果需要，光导能够以高度受限的光扩散的方式引导来自光源的光。这 意味着即使光导的曲率低于某个临界阈值，光也会被引导到环境中而没有明显光损失。
为了产生环境照明，可以从光导提取或向外耦合光。进行提取使得多个光线 中的全部或一些改变方向至大于从斯涅尔定律和光导的材料特性得出的临界入射角的程 度。
概念上最简单的方法是使小反射颗粒(诸如二氧化钛)均匀遍及光导地随机 结合。因此，靠近颗粒行进的光将增强散射并改变通过光导的路线，特别是一些光将相对 于光导与周围空气之间的界面以允许光从光导中逸出的角度传导。只要颗粒很小，就可以 设计颗粒的分布，使得当光被引入光导时，对于人类观察者面板将显得被均匀地照明。从 光导提取光的另一种方法使用表面粗糙化，例如通过激光、丝网印刷、蚀刻或刮擦。
通过将结构元件添加到光导的表面，其破坏了原本均匀的表面，提取光的概 率增加。当光照射到界面时可以进行直接提取，因为由于表面粗糙化，入射角大于临界值。 由于角度上的TIR，粗糙表面还可以反射光，使得在下一次撞击光导和环境之间的界面时， 角度超过临界值并且光被提取到环境中并因此有助于照明。可以确定的方式对表面进行改 性以更细致地控制所提取的光。由于添加到光导的结构的确定的和特定的放置和形状，作 为距光源的距离的函数的性质(诸如提取效率、提取程度)以及提取的光的角度等性质都 更容易设计。
在光导的周边的一部分处，可以施加反射带或其他部件，使得在其从光源传 导一直到光导的端部而未从光导中被提取的光反射回光导中，使得提取事件再次成为可能。 这可以被视为回收事件，其中允许从光源发出的光再次行进通过光导。该带的反射率可以 非常高，高于95％，甚至高于99％。反射在本质上可以是分散的并且是完全反射的。另 一种可能的解决方案是，边缘被构造成增加边缘处的TIR的概率，从而实现与反射带相似 的结果，而没有添加的部件。然而，这确实改变了边缘的视觉外观，除非它被一些不透明 的结构元件(如铝框架)隐藏起来而看不到。
在一个实施例中，使用多个CCT不同的LED作为光源，使得驱动电流的相 对变化产生不同的白光色调。
在另一个实施例中，使用不同颜色的LED，或者换言之，使用具有不同窄光 谱的LED，使得可以通过驱动电流的相对变化来调节颜色。在这些实施例中，向外耦合还 必须考虑视觉上不同的光的空间可变性。例如，如果一部分的表面元件比绿光和蓝光更多 地向外耦合红光，另一个部分比红光和绿光更多地向外耦合蓝光，另一部分比红光和蓝光 更多地向外耦合绿光，那么被照亮的表面在颜色上将看起来非常不均匀。在某些应用中， 这是一种理想的效果，因为它可以为照明添加额外的动态。在某些应用中，这是不希望的 效果；例如，颜色均匀性是美国环境保护署(EPA)定义的能源之星认证的标准之一。
光线在它们向外耦合之前行进的距离越长，它们将变得混合程度越高。一个 实施例在光导的薄侧引入光并且从正交表面发射光，该正交表面是相当长的，与光在发射 表面的相对侧上被引入到面板的实施例相比，该行进距离相对较长。
不同的LED放置得越近，行进距离必须越短以达到给定的混合程度。因此， 在示例性实施例中，视觉上不同的LED彼此靠近地放置，并且允许光在导光面板中以减少 的、最少的或没有向外耦合地行进一小段距离。这样，可以优化(例如，最大化)人类观 察者所感知的颜色均匀性。
由于上述光导的特征，光导可以制造得相对较薄。光源是LED封装，其可选 地由多个视觉上不同的LED半导体组成，并且具有在其最短尺寸上可以是几毫米的发光表 面。光导应充分地(例如，完全地)覆盖LED的发光表面，以有效地利用所产生的光。为 了能够将光导物理连接到管理LED的热量所需的其他组件，或者为了以安全的方式覆盖为 LED供应DC所需的电子部件，光导可以比发光表面的最短尺寸厚至少2至10毫米。
以其他方法或上述回顾从面板中提取光不需要增加面板的厚度，因为它基于 比面板或LED封装小至少一个数量级的颗粒或结构变化。因此，照明器具的形状因子可以 很薄，如果需要，只有几毫米。
照明器具的几何形状原则上可以是任何二维结构。示例实施例是等边三角形。 等边三角形是对称组D3的简单二维结构，并且是所有三角形中最对称的。等边三角形是 一个构成表面，其是几个三维的实体；特别是由等边三角形组成的五个柏拉图实体中的三 个。较大的三维结构，诸如测量学的球面也是在边缘处结合的等边三角形的产物。由于等 边三角形中的60度角是360度的简分数，因此可以用等边三角形对曲面进行曲面细分， 换言之，三角形是没有重叠或间隙的片材。
这些性质一起使得等边三角形成为构造更大的结构(平面的或三维的)的通 用部件。图2中示出了实施例的示例，在示例性照明器具200处，具有一个或多个连接器 2002、LED 2004、连接肋2006和导光板/漫射器2008。任何规则或不规则多面体也可以用 于各种实施例。其他实施方式是可能的，并且这些部件仅作为示例示出。例如，可以有更 多的LED2004，连接器2002可以在不同的位置操作，可以有其他形状等。也可以使用除 LED 2004之外的照明装置。
正方形属于D4对称组，并且90度角也允许表面的曲面细分。正方形是立方 体中的表面元素，其是五个柏拉图表面之一。五边形属于D5对称组。然而，正五边形的 108度角不是360度的分数，因此它不能用于曲面细分表面。
十二面体的表面元素，其是五种柏拉图实体中的最后一种。正六边形可以由 六个等边三角形构成，因此任何部分或全部由六边形组成的结构可以由多个等边三角形构 成。通过规则多面体的组合，当在边缘处结合时可以产生许多三维结构，例如英式足球/ 足球中的球的传统形状。
光导的光提取单元
如本文所述，发射到光导面板中的光必须完全或部分地改变方向以离开面板 并用作环境的照明。无论光重新定向的基本物理过程如何，这些点都可以称为提取点。
当任意单位的光离开面板时，较少的光保留在面板中以在随后的提取点处发 射。因此，提取的光量可以在面板上变化，其中在LED光源附近提取更多的光。出于功能 或美学原因，一些照明应用要求非均匀性低于设定阈值。
假设设定了光导面板的形状因子，以及光源的放置及其光通量。设计中的变 量(在某些情况下，唯一的变量)是提取点的坐标和性质。在更常见的情况下，提取点的 性质在整个面板上是相同的，要优化的变量(在某些情况下，唯一的变量)是这组提取点 的放置，以便获得所需水平的均匀性。
在等边三角形形式的光导面板的示例中，在三角形的顶点中具有光源，并且 在平坦面板的侧部处具有高反射带，提取点的分布是一个非平凡的逆问题。对于大多数结 构而言，应用类似的复杂性。正方形提出了一个可以通过简单几何解决的问题。目标是来 自光导面板的明显均匀的光表面。在物理方面，在光导面板的任何表面元处的发光度应从 整个光导面板的平均发光度偏离不超过某小的相对或绝对阈值。
以等式的形式，目标函数是：
其中S是定义应被照亮的表面的点的集合，M(s)是给定表面元s处的发光度。
用于发光度的标准单位是勒克斯(lux)并且易于通过设备测得或者在光学软 件中建模。
该方法的目的是在给定面板的形状、给定光源的放置的情况下，通过调节提 取点的分布来最小化目标函数L。给定提取点的分布，可以应用标准光学模拟工具来确定 发光度函数。
所谓的射线追踪方法将光模拟为以离散方式传导通过介质的多个射线。射线 追踪涉及构造麦克斯韦方程的近似解。对于包括小衍射元件的一些材料，可以在模拟之前 校准给定材料的光学性质。
一旦已经校准了足够精确的方法以在给定提取点的配置的情况下计算目标函 数的值，则使用零阶或一阶方法来迭代地优化该配置。一个实施例使用遗传方法。它按照 以下步骤进行。
多个配置被随机初始化。该配置在数学上表示为特征向量，被称为给定配置 的基因。为每个配置计算目标函数。表现最佳的配置通过遗传算子的有限集进行转换。遗 传算子通常包括：突变，其随机扰乱给定的配置，同时保留配置的大多数元；交叉，它以 某种方式组合两个表现最佳的配置，诸如取一个配置的基因的前半部分并与另一个配置的 后半部分组合。
通过迭代，配置群体朝向最小化目标函数的解决方案变化。遗传方法复杂地 并行，因此可以使其快速运行(例如，在某些情况下，非常快)。相关的随机优化方法是 模拟退火。它随机修改配置，并且当且仅当目标函数减少或者仅增加小于每次计算时生成 的随机数时才接受新配置。
随着优化的进行，允许增加的阈值逐渐减小或退火。这种结构允许该方法从 路径上的浅局部最小值逃逸到全局最小值。两种方法都是在不计算梯度的情况下完成的， 因此它们是零阶方法。一阶方法通常比零阶方法需要更少的迭代，但它们需要对目标函数 的梯度进行精确或近似的计算。麦克斯韦方程可以解析地或数值地微分，从而其产生梯度。 因此，可以采用梯度下降优化或具有惯性优化的梯度下降来找到目标函数的最小值。
结构和电连接，3D和2D
前面的部分描述了单个平坦照明器具的示例实施例的构造。构造每个单元以 允许将多个单个单元方便地组装成大型照明器具。由于等边三角形的独特性质，如前所述，可以制造多个二维和三维结构。
本章节描述许多实施例，其允许将照明单元方便且安全地定制组装成更大的 照明器具。
图3是由多个三角形3002组成的二维照明器具的图示300。此外，还假设组 合件经受重力3006，其可以在三角形的平面中具有非零力矢量。因此，如果三角形3004 中的一个附接到墙壁，而其他三角形3002不附接，则可以存在将三角形从彼此分开的力 (例如，重力)。从机械角度来看，各种可配置照明面板的重量是重要的考虑因素。可能 需要合适的连接器，其一方面能够在经受某些方向上的力时避免意外损坏，同时能够较轻 易地被移除。
换言之，图3中的结构在没有进一步约束力的情况下不处于稳定点。在不丧 失一般性的情况下，根据结合在一起的两个三角形来描述该方法。对于本领域技术人员而 言，下面描述的方法可以容易地应用于由两个以上三角形组成的照明器具，或者应用于由 形状为正方形、菱形、矩形、平行四边形、五角星形、六边形或者任何规则或不规则多边 形的照明单元组装的照明器具。
可以利用便利的锁定机构，或者，在一些实施例中，可以利用紧密的摩擦配 合，使得照明面板之间的连接器可以抵制剪切力，同时如果用足够的力沿着用于插入/移除 的轴线拉动也能够容易地移除。由于在常规使用中(而不是在插入/移除连接器时)照明面 板之间经受的力可以在多个方向上，因此其可以用于提供足够稳定的连接，同时提供可移 除的连接。
已经在LED照明中使用磁力以使一个部件可以与另一个部件分离。由此获得 的模块化结构使得比其他部件更早破败或失效的各个部件能够替换而不是替换整个灯具。 然而，这些创新的确不会将照明装置彼此电联接或机械联接以形成更大的照明设备，而是 该结构意味着使得电工能够容易地将一个功能上不同的部件从一组其他功能上不同的部 件替换。
在移除特定部件的过程中许多这样的模块化装置暴露灯的高压结构的部分。 因此，受过电安全培训的人员必须完成更换相关部件的任务。LED照明中的磁力的另一个 应用是使灯能够在带电轨道上连续可调地放置。该应用需要磁力的结合功能以实现机械可靠性和安全的电传导以为LED封装供电。但是，它没有将多个灯单元结合在一起成为功能和结构上新的单元。
关于使各个照明单元成为更大的照明装置的机械附接和电附接的先前工作， 已经使用了边缘，该边缘具有相互的突起和凹口的以及可以插入装置以用于机械附接的对准孔。该实施方式允许照明单元的视觉照明部分的相对连续的结合。但是，它需要一个单独的装置来机械地结合那些部分。此外，组装的照明单元的端侧可以具有结合所需的突起和凹口以及孔，这在一些应用中可以从产品的期望外观中移除，除非整个灯具安装在覆盖该端侧的定制框架中。
一个实施例通过明显的立方体散热器将其上安装有LED的PCB与其上放置 有电驱动器的PCB分开。在该立方体的四个正交的侧上，描绘了电附接和机械附接多个立 方体的器件。电连接被描绘为双面凸形连接器，其将接近一起的立方体的两个侧上的两个 凹形连接器连接，并且该机械连接被描绘为模块间的卡扣，当与另一个立方体的侧上的插 槽对准时创建结合两个立方体的约束力。一些实施例包括该方案以在立方体散热器内包括 无线模块。
一些实施例利用磁力以电安全且方便的方式结合平坦面板，而不使结构，该 结构用在端侧处将从期望的最小和均匀视觉外观移除，或对于用户而言使得组装复杂化。
一些实施例包括等边三角形，其中LED光源位于三角形的顶点中。电和磁性 连接器也放在顶点的两侧上。在图4中，示出与照明面板4002相关的另一示例实施例400。
该实施例解决了机械连接问题。在一侧上，磁体4004安装在实体块上，该实 体块可以由塑料、非磁性金属或木材(仅举一些示例)构成。磁体的极化为使得相对于照 明单元的其他部件向外指向的整个表面具有相同的符号，例如正极化。
因此，磁体的面向内的部分是负极化的，因为磁单极子实际上是不存在的。 其上安装有磁体的块通过弹簧附接到照明单元4002的框架。弹簧的结构可采用任何标准 形式，诸如举三个具体实例：螺旋弹簧、扁平螺旋拉伸弹簧或片簧。
在图4中，在缩回位置下，弯曲将块连接到框架的突出部分所需的力实现受 到正常重力的该块处于的平衡位置。在顶点的块结构的相对侧上是与上述块互补尺寸的凹 口。在凹口的最内部分处安装磁体，其尺寸与安装到上述块上的磁体相同或相似。
该磁体的极化方向与块上磁体的极化方向相反。在上面给出的示例中，这意 味着凹口中磁体的朝外侧是负极化的。在本发明的该实施例中，在凹口内没有移动部分。
当两个照明单元放置在彼此附近并且顶点明显地或完全对准时，块的正极化 磁体和凹口内的负极化磁体之间的磁引力产生将两个照明单元拉到一起的力，并将块拉出其缩回位置并进入凹口内。
块可以填充凹口，或者在块和凹口的底部之间留下一些空的空间，这意味着 两个磁体没有物理接触。在这种配置中，连接器已被致动。
在以下力条件下可以进行致动：第一，磁力大于弹簧力加上施加在块上的重 力以保持在缩回位置下，该磁力是以等于或略大于凹口的深度的间隔，将块朝向凹口中磁 体拉动的磁力。在这些条件下，块可以开始将其自身插入凹口中，而无需由用户施加任何 其他的力。第二，当块移动到凹口中时，吸引磁力应继续大于来自弹簧的力以将块更深地 拉动。由于根据胡克定律，随着距离缩短，磁力的大小反向增加，并且弹簧力在偏离平衡 的小偏差处线性增加，只要第一个条件适用于任何有意义的弹簧设计，则第二个条件就成 立。第三，在块从其缩回位置延伸一段距离时，将出现等于磁吸引力的力，该力将在磁块 的完全致动状态下限定块的平衡位置。
反作用力的起源可以是分子物质之间普遍存在的交换排斥力，或者可以是弹 簧已经延伸到力以非线性方式快速增加的点的结果。
当块进入凹口并到达其完全致动状态时，该构造将一对照明单元锁定在这样 的位置，该位置使得照明单元在照明单元平面内的剪切力和垂直于照明单元平面的剪切力下保持附接。此外，磁力防止在适度分离力下单元平面内的照明单元分离。总而言之，这 意味着磁性锁定机构为一对结合的照明单元提供显著的刚性，在组合件的正常使用下预期该对结合的照明单元承受重力或其它力扰动。
通过优化弹簧常数、凹口的深度、磁矩的大小以及弹簧延伸进入高度非线性 区域的点，可以调节锁定机构的机械特性以便于使用，以及用于剪切力和分离力的强健性。
定性指导包括：处于完全致动状态的磁力不应超过人们为了分离一对照明单 元而方便施加的限度；并且块进入凹口的深度应足以提供对剪切力的抵制力。然而，在一 定深度以上几乎没有提供额外的抵制力，并且在没有照射表面太大损失的情况下在顶点内容纳较大块，这一结构挑战对最佳块尺寸提出实际限制。事实上，通过为一些面外剪切力提供空间，这对连接的照明单元变得更加便于分离，因为用户可以相对于彼此略微弯曲两个单元以减小磁力。
图5中示出磁性锁定机构500的另一个实施例。该机构与上述具有一些相似 之处。顶点的两侧具有锁的不同部分，一对对准的照明单元带到一起时形成为该。一侧包 括杆5002，杆5002缩回在顶点内，由弹簧5004(在该实施例中为螺旋弹簧)保持在位。 杆包含具有磁性部件，该磁性部件的面向外侧是特定极化的。
锁的另一侧是凹口，在该凹口内设置有物理上刚性的磁体5006，其中磁极化 与杆相反。为了对照明单元的平面内的分离力提供非常强的抵制力，图5中的实施例包含 杆5002可以附接到其中的突出部分。这意味着在完全致动状态下，杆通过附加的非磁性 机构锁定到另一个照明单元(因此使分离所需的力非常高)。只有当控制突出部分和照明 单元的平面的相对位置的弹性结构被按压时，杆才移出孔并允许用户以合理的力分离照明 单元。
本文描述的实施例解决了照明单元之间的机械连接，并且共享磁力将锁拉入 到为组合件提供刚性的位置的特性。
图6A和图6B提供了另一实施例的图示600A和600B，由此更详细地示出照 明单元的孔。示例性孔6002通过凸缘6004和6006具有减小的轮廓，这有助于将凸形连 接器部分保持在位。这些凸缘6004和6006允许凸形连接器和凹形孔的紧固件自由连接， 并防止沿一个方向的运动。在一些实施例中，提供切口6010，使得用户可以容易地与位于 孔6002内的凸形连接器交互(例如，用户可以滑动连接器并在其上施加力以将其从孔6002 移除)。示出了突起6008(可以有更多或更少，但是示出了四个)，并且在一些实施例中， 这些突起6008可以包括导电材料(用于传输电力或数据)。
在一些实施例中，突起6008具有弹簧特性，其有助于将它们的定位和定向偏 向向上的位置。当孔6002接收凸形连接器时，凸形连接器向下压在突起6008上，使得突 起6008向上推动在凸形连接器上并将凸形连接器保持抵靠在凸缘6004和6006上，以提 供在剪切方向和插入/移除方向上的固定。突起6008上的弹簧张力可以设定成使得在施加 高于分离阈值的力时，突起6008可从凸形连接器拆卸下来，并且因此凸形连接器可从孔 6002移除。
另一个实施例采用与图5相同的机构，并且还提供电连接。进入凹口的块配 备有电连接点，例如所谓的弹簧销连接器。在凹口内部也构造接收连接点，使得一旦它们 与弹簧销建立接触，电信号就可以在两个照明单元之间传导。图7中给出该实施例的图示 700。
图7中的中间两个引脚是产生电连接的弹簧销；外部两个销是磁体。弹簧销 连接器是弹簧加载的(弹簧以7002示出)，使得销的压缩是导电的必要但不充分的条件。 为结构提供额外的安全性，使得当弹簧销暴露时，意外电击的风险降低到安全认证标准(例 如美国保险商试验所Underwriters Laboratories Inc.TM(UL)的那些)设定的可接受限度以下。电连接器也可以采用其他形式，例如压缩连接器。压缩连接器与弹簧销连接器共享该特征，即需要压缩以使连接器能够传输电力。其他不需要任何压缩或其它驱动的连接器也是可能的，例如两件式连接器，其概念上类似于真空吸尘器、落地灯、电池充电器中使用 的插入墙壁插座内的连接器。
尽管可行，但是这些连接器将在照明单元上产生明显的突起，这在应用中将 是产品美学和使用的不期望的特征。
在图8的图示800中给出使用弹簧和弹簧销的组合电连接和机械连接的另一 个实施例。在这种情况下，弹簧销(或其他电连接器)位于块的端部并且磁体位于中间部 分8002，在没有吸引磁力的情况下将块保持在缩回位置的弹簧8004、8006具有螺旋形状。 基本动作与图7中的图示中的实施例相同。关于先前实施例描述的磁性大小、块尺寸和弹 簧常数的优化考虑也适用于此。
上述实施例在产品的外部上具有磁性结构。所描述的实施例也限于一对照明 单元的组合件，其中两个单元的平面对准。换言之，三维组合件是不可能的。在图9中， 给出实现三维组合件900的实施例的图示。在照明单元的框架内，形成中空空间，圆柱形 磁体放置在该中空空间内。中空空间呈三个部分重叠的圆柱形的形状，该圆柱形的直径等 于或略大于圆柱形磁体的直径。
该结构允许磁体根据其经受的重力和磁力在中空空间内滚动。通过成形如上 所述的中空空间，磁体在空间内的位置在典型的力条件下具有三个稳定点。当具有相同结 构的另一个照明单元进入前者的范围内时，另一个照明单元中的磁体将吸引给定照明单元中的磁体。两个磁体滚入两个磁体尽可能靠近的稳定点中。
吸引力提供两个照明单元的机械连接，其为两个照明单元的平面中的剪切力 和分离力提供刚性。与锁定实施例不同，由于不发生机械互锁，因此预期剪切力的刚性较 低。该实施例的优点在于，通过用于容纳机械连接部件的相对小的空间，组合件可以制成 三维的，因为两个侧可以一定角度结合。
此外，表面可以完全没有任何表面突起或凹口，因为磁体隐藏在框架内，由 于吸引力源自由磁体引起的磁场。为了使磁场到达框架外，应同时考虑以下设计因素：磁 矩的大小、将两个照明单元中的两个磁体分开的膜宽度，以及制成照明单元的框架的材料 的磁导率。
考虑因素包括：磁矩越大，则离磁体越远处将存在显著的磁势，这意味着膜 宽度可以更大。材料的磁导率越大，与自由空气相比，场线行进的差异越大；与用于预测 材料发生变化时将会发生什么没有一点关系，因为形状也会发生变化。然而，如果磁体完 全封闭在高磁导率的材料诸如镍、铁或诸如Mu金属的合金中，则封壳外部的磁场预计会 显著减小。如果磁体完全封闭在磁导率等于或接近空气的材料诸如塑料、铜、木材和铝中， 则磁场不受干扰或被适度扰动，并且因此一对照明单元相对分离(其上仍然存在锁定两个 单元的足够大的磁力)，是非常接近磁体悬浮在自由空间中的假设情况的。
图9中的实施例设计成共同考虑框架材料、磁矩和膜宽度的选择，以便在这 对照明单元之间获得适当的吸引力。
前一实施例中的内部磁体可以可选地设计成也提供电连接。图9中的图示包 括铜连接器，它们两个在外部上与相邻照明单元上的相应连接器接触，内部连接器包围在 磁体周围。磁体周围的内部连接器连接到照明单元内的电子器件。
外部连接点具有面向内的一侧，其与围绕磁体的铜连接。当磁体由于外部磁 力和重力而滚动到新位置时，通过另一组外部铜连接器实现电传输，而另外两个接触表面 不传输电力。
在形成一个或多个接触使得可以在两个结合的单元之间传导电的各种实施例中，也可以传输数据。通过文献中可用的任何数据编码方法以串行方式(或其他方式)完 成数据传输。
一种这样的方法是幅度调制，其中电信号的幅度在两个离散值之间被调制， 接收处理器或其他计算装置将其映射到二进制值，该二进制值是将数据编码的二进制串的 一部分。另一种这样的方法是频率调制，其中电信号的频率在两个离散值之间被调制，接 收处理器或其他计算装置将其映射到二进制值，该二进制值是将数据编码的二进制串的一部分。
数据可以通过还在单元之间传输电力的连接传输，这与文献中已知为电力线 通信(PLC)的方法基本相同。数据可以通过专用于数据信号自身的连接传输。这需要将 额外的引脚和导电线添加到结构中，但是它可以简化为了解释数据信号而必须执行的逻辑 指令。
可以通过该连接发送数据的速率与文献中用于计算机硬件的串行连接的范围 相同，并且可以在每秒300比特到每秒115200比特的范围内。在微观层面上，该连接可 能包含缺陷或不匹配，这又会在信号中导致噪声。可以采用标准的数字信号处理方法来减 少这对任何能够形成合理物理接触的引脚结构的影响。因此对于所描述的任何实施例，可 以假设数据在通过连接传输时不被更改。
在一些实施例中，还可以使用并行通信方法。
在组合件中的两个连接单元之间传输数据的能力意味着，在任何连接点处连 接到组合件的一个微处理器或其他计算装置可以向组合件中的任何单元发送一串数据或 从其接收一串数据。如果计算装置另外连接到天线，则它可以从未通过线缆连接到组合件 的外部源接收数据，并且在整个组合件中传输该数据或其一部分，或反之亦然，其中在组 合件中产生的数据被发送到外部装置。
磁性机械连接的另一个实施例是具有暴露的磁体条带的连接。每个磁体安装 到框架上，使得它仅暴露具有一个磁极化的侧。该解决方案具有与以上描述并且在图9中 示出的实施例类似的特性：分离力和剪切力的刚性，但是对于剪切力小于包括移动块的实 施例的剪切力。在图10中，在该应用中示出该实施例的图示1000，其中等边三角形形状 的四个照明单元已组装成四面体。为使得此成为可能，磁体可以安装在照明单元上，使得 极化是适合的，并且在作为预期用途的一部分的任何配置中没有净排斥磁性相互作用。
示出每个拐角连接10004、10006，在每个顶点处具有相对的磁体对。相反的 对用于磁吸引(对10008和10010)。
在图11中，给出每个顶点处的六个磁体如何被极化，以及它们如何安装在每 一侧的表示1100。图11中的每个括号包含三个元素，它们代表三个磁体的极化，这三个 磁体既是同一顶点的一部分，又在同一侧上；括号内元素的顺序使得最左边的元素代表最 顶部的磁体，中间元素代表中间磁体，以及最右边的元素代表最底部的磁体。
元素在左侧或右侧，或磁体在顶部或底部的描述是任意的；抽象表示的显著 特征是表示是有序的，并通过单调的、从而保顺序的函数映射到有序的磁性结构。此外， 符号也是任意的，只有相对的极化才是重要的。
给定这种表示，使得能够通过结合任何一组侧来构造四面体，而没有任何侧 经受净排斥力的设计的对称性质如下：首先，在任何一侧和顶点的三个磁体在表示中从左 到右交替的方式极化。其次，在围绕垂直于照明单元的平面的矢量的旋转下保持顶点的磁 极化。换言之，每一侧与另一侧都是相同的。第三，在围绕照明单元的平面中的矢量的旋 转下顶点的磁极化逆转。换言之，无论是否需要平面或三维组合件，两个单元都可以通过 净吸引磁力结合。图11中的虚线表示哪些顶点处于磁接触状态。
在另一个实施例中，电连接和机械连接通过辅助材料件形成，该辅助材料件 插入结合的两侧上的两个凹形连接器中。在示例性实施例中，辅助件是PCB桥并且由小的 印刷电路板构成，因此其能够在两个结合的面板之间传输电力和可选的数据。
凹形连接器可以放置在任何位置并且在侧上以任何数量放置，但是为了获得 关于机械力的对称性，一个连接器可以位于侧的中间。由于桥只有几毫米厚，因此需要很 小的空间来集成。然而，它确实要求用户在组装流程中采用一个额外的步骤。图12中示 出实施例1200。
如1200的示例中所示，面板的可连接部分的凹形部分可具有相应的孔12002， 孔12002设计成接收连接器的凸形部分。如图所示，可以存在一个或多个突起，其有助于 确保在一个或多个面板之间建立稳定的连接。例如，除了提供机械稳定性之外，突起可以 是加载弹簧的夹子，其也用于传输电力和/或数据。突起有助于将凸形连接器部分紧密地偏 置在孔12002中。
孔12002和相应的凸形连接器部分的尺寸可以设定成使得可以建立摩擦配合， 孔12002在一个方向(例如，插入/移除轴线)上具有开口并且在另一个方向上具有实心结 构特征。在一些实施例中，突起被设计成当遇到剪切力时增加对意外移除的抵制力，同时 当用户故意在插入/移除轴线上拉拔或插入凸形连接器时通过提供轻微的抵制力来促进移除。由于组合件遇到的非由用户有意导致的力可能在多个方向上，因此这种配置可有利于提高组合件的重新组装和重新配置的便利性，同时在用户没有主动移除或重新布置面板时在面板之间提供一些稳定联接的措施。
例如，电连接可以通过印刷电路板上暴露的铜焊盘上的弯曲金属片产生。金 属接触以对压缩挠性的方式弯曲。当PCB桥插入面板的凹形连接器时，金属接触部分地变 形并且产生与凹形连接器内的金属焊盘的电接触。反过来也是可能的(例如，凸形连接器 上的金属焊盘，凹形连接器上的金属金属)。在另一个面板上进行相同的连接，从而电连 接两个面板。由于金属接触的压缩，通过PCB桥的应用也产生了约束机械力，该机械力防 止面板在重力或其他合理的扰动力下分离。类似于包括互锁块的实施例，PCB桥使得结构 对于在平面上和平面外的剪切力也是刚性的。在其他实施例中，PCB桥加强有结构部件， 该结构部件进一步加强桥，以使其对弯曲和扭转力稳固，否则弯曲和扭转力会不可逆地破 坏该薄板。在可重新配置的面板的情况下，对抗可能导致弯曲、扭曲、无意移动的剪切力 的强度是重要的。如果面板不稳定或强烈联接，则整个组合件或其部分可能会掉落和/或损 坏。损坏的面板可能导致各种安全问题(电风险、危险风险)。
结构部件的一个示例是粘合到PCB板的一个塑料脊状部或多个塑料脊状部， 在结合时垂直于照明单元的侧，或者在结合时平行于照明单元的侧，或者在结合时既平行 于又垂直于照明单元的侧。结构部件的另一个示例是塑料壳，除了增加宽度并因此增加桥 的刚性之外，其覆盖金属焊盘之外的所有部分而不由用户看到或触摸到。PCB桥的一个 实施例的电连接在图13中示出。图13示出电路布局1300。该实施例创建四个导电连接。
在该实施例中对结构提供四个连接：电力、接地、串联连接和布局检测引脚 (将在下面详细描述)。可以设想到其他实施例，其中使用较少的引脚来提供具有与上面 列举的相同的一组特性的结构。可以设想到其他实施例，其中导电走线的物理布局是不同 的。可能存在两个单独的通道，在13002和13004处使用不同的阴影线示出。
如所描述的，在一些实施例中，可以利用相同的结构和连接部件来执行多个 任务。例如，有助于将连接器在孔内适当偏置的突起可以是导电的并且设计成不仅确保强 大的机械连接，而且还用于传输电力和/或数据。此外，连接器和孔的机械特性可以高度抵 制平行于面板的连接部分的剪切力，但是仅稍微抵制沿插入/移除轴线的力。在仅存在一些抵制力(例如，达到阈值)的情况下，可以进行足够强(但不太串)的连接以确保稳定的 联接，但也允许用户在没有工具(诸如螺钉、闩锁等)帮助的情况下容易地移除和插入。 因此，力阈值可以取决于力的方向(例如，平行)。
布局检测，硬件和软件
给定安装在墙壁、天花板或其他平面结构上的多个照明单元的物理组合件， 该组合件应被映射到适合于屏幕(例如智能手机、平板电脑上的触摸屏、适于笔记本电脑 或台式电脑的屏幕)的视觉表示。这种映射的目的在于它实现了对照明器具控制众多变量 的方便方法，以便创建、选择或配置许多不同照明设置中的一个。组合件可以布置成连续 的形状。
在没有结构的清晰表示的情况下，用户将必须通过每个照明单元的数字或表 格表示单独地对每个三角形进行寻址，而不需要关于各个单元如何被几何组装为整体的信息。为了实现这一点，数据应从作为传递基本电信号的硬件部件的物理层传递到逐步更高抽象层，最终允许以单元了解数据，其简化了面板组合件和辅助装置之间的更高抽象层的通信，辅助装置诸如手机、可穿戴式腕带、运动检测器或视频、音乐或社交媒体内容的数 字数据流上的触摸屏。
本部分描述了旨在解决所述问题的创新的硬件和软件方面。
构建给定物理结构的虚拟表示的任何方法的基础要求每个照明单元具有唯一 标识符(ID)。可以在制造期间分配该唯一ID并将其存储在作为照明单元构造的一部分 的非易失性存储器中。这要求该ID是全球唯一的，因为在制造时不知道哪个照明单元可 以与哪个其他照明单元组合。
替代地，嵌入式软件可以在供电和初始化时确定照明单元的数量并分配本地 唯一ID。因此，不丧失一般性地，可以假设多个照明单元的任何给定组合件中的每个照明 单元携带唯一ID，该唯一ID可以由软件从非易失性或易失性存储器获取，该非易失性或 易失性存储器是单独照明单元，或照明单元的整个组合件的一部分。
在最粗糙的粒度级别，该方法包括：(1)对于多个照明单元的给定物理组合 件，构造单元如何连接的抽象表示。(2)通过无线或有线连接将抽象表示的数字实例发 送到具有处理器和屏幕的装置，诸如智能手机、笔记本电脑或台式电脑。(3)在接收装 置的处理器上运行的软件解释该抽象表示，并将其变成物理组合件的二维图形表示。该方 法的主要质量指标是图形表示与物理组合件相比的视觉相似性。次要质量指标是在数字化 存储或传输时抽象表示的大小。
将通过示例描述该方法。图14是两个组合件及其相关矩阵的图示1400。
在图14的左侧，给出组合件14002的图示。唯一ID被任意设置为0、1、2、 3和4，而不丧失一般性。图的下面是相应的邻接矩阵14006。该矩阵被构造成使得第一行 中的元素分别表示具有ID 0的照明单元是否连接到ID 0、1、2、3或4的照明单元。对于 此表示，未定义与其自身的连接，因此根据定义将其设置为空。如果存在连接，则将相应 的矩阵元素设置为单位值。矩阵元素可以从任何二进制的表示取值，诸如真(TRUE)和 假(FALSE)、向上箭头和向下箭头、填充的圆盘和空环、1和0等。邻接矩阵是与图论 有关的概念。可以设想到邻接矩阵的等效表示，特别是邻接列表。使用邻接矩阵作为物理 组合件的抽象表示的缺点是，它对于对称操作(平移、旋转、镜像)是不变的。第一个不 变性对于手头的问题不是问题，只要图形表示不是为了可视化物理组合件相对于房间或其 他空间中的其他对象的位置即可。
在用户可以通过触摸界面旋转图形表示(这是在触摸屏界面的当代应用中通 常采用的简单操作)的情况下，旋转的不变性不是问题。替代地，照明单元可以包含确定 重力矢量的方向的加速度计。然后，图形表示的假定方向将使得重力向量在屏幕上指向下。 对于面内镜像操作的不变性也不是问题，因为在该操作下图形表示也是相同的。最有问题 的不变性是与组合件平面正交的镜像。在图14的右侧，给出图14左侧上的组合件的镜像。
这是一种独特的物理组合件；由于镜像不变性，它仍具有相同的邻接矩阵 14006。因此，如果抽象表示是邻接矩阵，则有可能物理组合件看起来像图14的左侧，而 图形表示看起来像图14的右侧。这会使用户迷惑和因此无法满足上面定义的主要质量指 标。一种可能的解决方案是使用户能够通过按下按钮或执行一些旋转触摸或滑动命令不同 的触摸或滑动命令来对图形表示形成镜像。然而，这增加了要求用户的不可忽略的输入， 其在触摸屏装置的当代应用中是很少用的。
为了打破镜像对称操作的不变性，必须将某些特征添加到表示中，其对镜像 不是不变。其中一个特征是手征性或手性，这是分子结构、粒子物理和抽象拓扑理论中常 用的一般概念。在图15A、图15B和图15C中示出与图14中所提供的物理组合件相同的 物理组合件1500A、1500B和1500C的图示。在示例a、b和c中，对于每个照明单元，已 经向三角形的每一侧分配了任意但不同的指数。此外，根据惯例进行分配，其从a到b到 c创建顺时针运动。
物理组合件的抽象表示给出为与邻接矩阵非常相似的矩阵，因此被称为手性 邻接矩阵。图15左侧的手性邻接矩阵中的第一行表示照明单元0经由照明单元0中的侧 指数c连接到照明单元2。例如，相同矩阵的第三行表示照明单元2经由其侧指数b连接 到照明单元0，经由其侧指数c连接到照明单元1，以及经由其侧指数a连接到照明单元3。 图15中间的物理结构是镜像的，但使用遵循顺时针指数顺序的照明单元。然而，两个抽 象表示是相似的，因为特别是照明单元2和3的连接性，不可能使图15中最左侧和中间 组合件的抽象表示相同。在图15中最右侧的图中，最左边的绘图已被形成镜像，包括侧 指数。抽象矩阵表示是相同的，但顺时针指数顺序被破坏。换言之，只要接收装置上的软 件执行顺时针指数手征性变换，则物理组合件的图形表示将破坏镜像的不变性，从而保持 手征性并且不需要用户如以上设想地进行手动镜像转换。该表示对于旋转和平移仍然是不 变的。但是，如上所述，对主要质量指标而言，这些不变性问题较少。
在给定物理组合件的情况下获得图形表示的不同方法是使用或智能手机、笔 记本电脑或台式电脑上的相机或其他光敏部件。通过对物理组合件举起相机，然后启动序列，该序列中照明单元接通，并以与唯一标识符相同的顺序快速关闭。由于智能手机应用程序的软件可以访问唯一ID，因此记录的光学变化提供照明单元的放置与其ID之间的映射。只要光学装置在该序列期间保持相对固定，则记录的数据也提供足够的信息以导出照明单元的方向和相对位置。可以应用特征检测方法来确定在给定时间图像中被照亮特征存在的位置。
在物理层处的硬件设计的一个实施例用于实践所描述的用于布局检测和图形 表示的创新如下。每个面板的每一侧都配有以下输出引脚：电力、接地、双向串行通信和 专用布局检测引脚。参见图13，在一个这样的实施例中的PCB上的电路。电源引脚将来 自电源(诸如电网或电池)的电流提供到所有面板，以便在LED的p-n结上驱动DC，以 及为结构的任何数字硬件部分供电。
在整个照明单元组合件上，电力是并联连接的。接地引脚提供与电接地参考 点的标准连接。串行双向引脚使数据能够在照明单元之间传输。数据可以在照明组合件上 传输控制命令，以便通过例如脉冲宽度调制(PWM)方法或其他电流调制方法来调节相对 驱动电流。串行连接也可以在面板之间传送以数字形式表示的其他数据。
这样的应用的示例包括：由连接到组合件的麦克风检测到的音频信号到接收 器，该接收器可选地通过自然语言处理(NLP)软件解释音频信号的含义；由运动传感器 检测的运动信号(运动传感器使用被动红外或微波信号扫描房间，以便确定是否有被辐射 发现的足够大的身体运动)，其随后由软件解释，以确定运动是否应触发照明的变化或另 一个事件(诸如发送到远程装置的警报)；音频信号到扬声器，它将通过串行连接发送的 数字信号解释为被感知为声音的膜的振动，其可用于为空间配备本地声音和音频，这与光 信号一起可以为占据空间的人提供指导。
可以设想到其他应用，其中将数字信号发送通过串行连接到物理附接到照明 组合件的辅助硬件。布局检测引脚发送表示上述唯一侧指数的电信号。电信号例如可以在 侧之间的电压不同，并且通过存储在非易失性存储器中的查找表被映射到抽象指数上。例如，由微处理器通过本领域公知的任何手段检测到的-5mV的电压可以理解为意味着三角形照明单元的侧“a”。在图16和图17中表示了引脚连接硬件。在图16中，微控制器16002 与通信接口16004一起示出，通信接口16004与各面板16006、16008和16010通信。图 17中示出替代示例，其中在每个面板处不具有接收器/发射器，而是可以由MCU推断布局 检测，因为来自每个面板17006、17008和17010的信号可以一起被多路复用。
除了上述方法之外，可以使用减少数量的引脚来执行传递侧指数的相同功能。 具体地，可以通过应用多路复用继电器来在照明单元之间发送信号来实现布局检测方法， 该信号使得能够在软件中对指数进行解释。另外，通过将电力与通信相结合，可以进一步 减少引脚的数量。向谐波或部分谐波电流添加数字信号在本领域中是已知的，并且已经应 用于电力线通信(PLC)。
可以将相同或类似的信号处理技术应用于本发明，以便减少硬件引脚的数量， 而增加软件中的电力信号的逻辑处理。另外，如果无线电力和无线通信用于照明单元之间 的串行通信、布局检测和电力传输，则引脚的数量可以进一步减少到一或零。在不使用PCB 桥而是使用通过磁吸引进入凹口的块或嵌入的圆柱形磁体的实施例中，使用相同的硬件技术来电连接照明单元，以便能够在单元之间传输数据和布局信息。无论将电力和数据连接到照明单元和任何辅助装置以及从照明单元和任何辅助装置连接处电力和数据的方法如何，只要传输的数据符合上述手性约定，就可以检测物理布局并准确地将其映射到图形用户界面，除了以上部分中描述的限制以外。
所描述的方法允许将照明单元动态地添加到已经存在的组合件以及图形表示 的明显瞬时更新。当新的照明单元通过上述任何物理连接被连接时，可以更新与图15一 起描述的手性邻接矩阵。
可以通过所发现的通过布局引脚接收的信号的变化，来触发更新矩阵的动作。 布局引脚的状态可以由组合件中某处的微处理器定期轮询。处理器中的时钟使软件能够每秒、每100毫秒、每十分之一毫秒或任何时间间隔设定来轮询布局引脚的变化，因为简化 了本发明以实践。过于频繁的轮询，以及处理器过于活跃，这可能会降低其他操作的速度， 或者需要处理器的功耗远非最佳。如果照明单元之间的物理连接确实按预期形成，则过于 频繁的轮询和图形表示的更新将是滞后的并且可能使用户感到困惑。
替代地，可以通过布局引脚在接收到非零信号时发送的中断信号来触发更新 矩阵的动作。中断信号由处理器接收，并且处理的任何当前事件都被中断，以支持矩阵更 新例程。中断方法的优点是不必定期轮询引脚的状态，从而节省处理器电力。中断方法的 缺点是它需要实现更复杂的逻辑。
具体地，必须适当地处理中断的优先级，以便在运行或尝试同时运行多个进 程时不使控制逻辑创建冲突命令或破坏数字存储器。本领域中描述的输入和输出方法可以 用在本发明的实施例中，以便处理这些类型的操作以更新物理组合件的图形表示。
非限制性说明性实施例
以下部分描述本发明实施例的非限制性示例以及其应用如何解决上述照明设 计问题。
照明单元的可配置(例如，高度可配置)的性质使得用户能够构建定制照明 器具，该定制照明器具又可以采用多个(例如，大量或非常大数量)的状态。例如，在由 十个照明单元组成的照明器具中，其中每个顶点具有一个红色、一个绿色和一个蓝色LED 灯串，其中通到每个灯串的驱动电流被独立控制，并且其中照明单元中的每个顶点独立于 所有其他顶点而受到控制，并且每个照明单元独立于每个其他单元而受到控制，且每个 LED灯串的驱动电流以255个唯一值离散化，光学外观的总数等于当在基数为10的数字 系统中表示时超过两百个数字的值。
该变化不仅涉及发射光谱的性质，而且该变化还涉及发光处的空间特性。这 使得能够实现多个功能上和视觉上不同的照明状态，以及在功能上和视觉上不同的照明状 态之间时间上的同等重要的过渡。
在通过上述硬件和软件设计给定物理组合件及其相关的抽象表示的情况下， 可以多种方式实现照明单元组合件上的光的色调、饱和度和强度的自动变化。
任何给定照明单元的照明设置可以在照明单元的整个表面采用均匀或几乎均 匀的颜色的实施例中表示为三个元素的矢量，每个元素要么表示色调、饱和度和亮度，要 么表示RGB值，要么表示CYMK值；在不同颜色表示之间的双射变换，因此数学表示的 选择对于要描述的应用是非限制性的。通过在某个预设或随机频率下为每个照明单元独立 地和随机地选择矢量的三个元素来获得简单的动态照明模式。
该实施例产生随机(或看起来是随机的、伪随机的或图案化的)视觉外观， 其中照明单元在颜色和亮度外观之间以非连续方式切换。
另一个实施例将给定组合件中的一个照明单元指定为源，其如上所述地选择 三个元素。其他照明单元通过漫射过程获取其相应矢量的值。直接靠近源单元的照明单元 采用与源相同的矢量值，在预设的滞后之后。直接靠近该直接靠近源单元的照明单元的照 明单元相继采用与源相同的矢量值，在额外的滞后之后。这个过程一直持续到组合件的所 有照明单元部分都获得了源的视觉外观。
该实施例仍然在所选颜色空间中的点之间产生非连续过渡。为了使该过程对 于人类观察者是连续的，在目前为止以所描述的两种方式中的任一种中获取的任何照明单元的两个色点之间的过渡在一些实施例中是通过插值函数的连续步进来完成的。插值函数可以是线性的，也可以是多项式函数或样条插值。插值函数从开始到结束点的步进速度是设计的参数。在一些实施例中，所选择的矢量元素被约束，因此减少了动态探索的自由度。约束可以例如是亮度保持不变。在这些实施例中仅色调和饱和度改变。
约束例如可以是色调和亮度被约束到某些设定值。在这些实施例中，仅给定 颜色的饱和度改变，这适用于仅需要的一设定种类的颜色(诸如红色、绿色、蓝色、紫色) 的应用。约束例如可以是仅选择黑体曲线上的点，从而将探索的颜色空间限制为白光。在 一些实施例中，源照明单元不在颜色空间中的点之间跳跃，而是在颜色空间中的附近点之 间连续地转换。这也使得对于人类观察者而言在颜色和亮度上，或颜色或亮度上的过渡看 起来是平滑的。
平滑地探索颜色空间的方法的选择可以是从存储在易失性存储器中的一部分 点中的选择，要么由用户通过触摸屏界面，要么通过预设数量的选项来选择。该方法也可 以是随机游走，其中通过对当前点的小的随机调节来选择每个新点。将矢量设置从一个照 明单元空间地传送到相邻照明单元的方法也可以遵循多个选择或预设方法中的任何一种。另一种方法使用组合件的图形表示的坐标来计算具有最大特征值的物理组合件的主要部件。然后将组合件中的照明单元的空间坐标投影到占优势的主要部件上。该操作根据它们沿占优势的主要部件的位置对照明单元进行排序。
该顺序用于在给定面板获取源颜色的时刻进行排序。这些实施例的共同之处 在于它们以随机方式产生视觉外观的全部或一些方面，以便产生视觉上令人愉悦、平静、 激动或吸引人类注视的照明设计。图18中示出这些类型的颜色变化。在图18中，在各种 屏幕截图18002、18004、18006和18008中示出了不同协议的图示1800。这些中的每一个 示出用于控制适于用户的可视化的不同选项。例如，用户可以从调色板中选择颜色、为特 定面板指定颜色、提供可以发生过渡效果的路径、提供组合件由其循环的颜色“轮”等。 如屏幕截图中所示，布局检测可以有利地用于在用户的图形用户界面上呈现组合件或者在 有利于用于可视化效果的生成和控制。
照明的变化可以遵循协议而没有随机分量，而是模拟特定类型的照明或体现 一些设定函数，其中随机变化是不期望的。接下来给出这种说明性实施例。
说明性实施例包括模拟的日出和日落。人类经历的日光的过渡包括光在天空 中主要来自的地方的变化以及光谱的特性。在晚上，太阳低并且与一个人的眼睛成一直线，并且其具有琥珀色或红色外观，因为由大气层较低层的分子组成所暗含的瑞利散射增加，其几乎消除了所有蓝光。在一天的中午，太阳从远高于一个人的眼睛的高处以高强度产生光，并在光混合物中带有更多的蓝光。该描述包括光的强度、光谱和轨迹的变化。这些都 是可以在当前创新中以任意精度以集成方式重新创建的属性。通过以至少沿着空间的垂直轴线非零的变化安装照明单元，可以调节光轨迹，因为照明单元的相对坐标是已知的。
通过以上述方式调节照明单元中的多个视觉上不同的LED的驱动电流来控制 颜色坐标和亮度的变化。在空间的和光谱的起点和终点之间的变化率可以要么通过虚拟时间，要么通过从辅助装置或从应用程序界面到WWW上可用的时钟(诸如高度准确参考原 子钟)的界面获取的现实世界时间，来控制。
另一个说明性实施例包括在紧急情况下的寻路。可以设想到，使用移动光来 在紧急情况(例如火灾)下引导人们。在一些其他方法中，这是附接到地板或墙壁的下部 部分的LED条带，其中每个LED被接通和断开，使得其产生光沿着条带在一个方向上移 动的外观。
通电时时发光的LED与断电时较暗LED之间的对比产生运动的外观。在一 些方法中，设想到使用不同光谱的LED之间的对比度的优点。与明显移动的光形成对比的 背景光可以是白光，并且明显移动的光可以是红光。这种配置的潜在优势在于白色背景光 提供一般照明，而红色移动光产生运动的外观，因此有助于寻路。可以构思背景和移动光 的其他示例，只要颜色对比度足够高即可。一些实施例包括在光的强度、光谱和光轨迹(在 一些实施例中可以集成方式变化的特性)的变化。
说明性实施例包括高亮度表面以调节季节性情感障碍(SAD)或其他健康状 况。大脑中血清素激素的水平取决于对阳光的接近，具体地随着光度的增加，血清素水平 增加。
这种关系已被用于为经受SAD的个体创建专用灯和房间。通过所描述的照明 器具，由于其高的表面积、可调节的光谱和对个体编程的能力，它可以在需要时用于该应 用，但是在完成治疗应用时重新配置用于一般照明、情绪照明等。由于照明器具的软件集 成，还可以基于使用可穿戴装置传输的实时生物识别数据自动完成调节。
这些装置测量佩戴它的人的特性，诸如心率、心律、脑波、行走速度、血压、 眼球运动、手臂运动、呼吸频率和节律。通过背景技术中描述的软件抽象，数据测量方式 的确切性质不限于所描述的应用。只要生物识别相关数据在更高的抽象层以标准格式传输， 则控制照明单元的处理器就可以获得该值，并通过预设表或学习的参数函数将测得的生物 识别映射到期望的照明状态，能够通过照明单元的组装产生的视觉感觉来要么增强人体在 空间中的良好健康状态，要么调节潜在有害的健康状态。除了色调、饱和度和亮度之外， 视觉感觉还可以包括垂直、水平和其他空间变化。
说明性实施例包括节律的视觉增强或情感音频信号。音频信号可以创造有节 律的感觉，并在特定的文化处境下唤起情感。照明具有相似的能力。本发明实现实施例， 其中由控制处理器获得数字音频信号和可选的与音频类型、每分钟节拍、艺术家、用户关 键字或其他分类有关的元数据。
通过表格，可以将类型和每分钟的节拍映射到动态或静态照明状态。例如， 在特定文化处境下被视为悲伤的歌曲，诸如阿黛尔(Adele)的“变化无常(Turning Tables)”、高梨康治(Takanashi Yasuharu)的“空蝉(Utsusemi)”或贝多芬(Beethoven)的“月光 奏鸣曲(Moonshine Sonata)”，可以通过元数据字段，即对歌曲的情绪进行分类，以具有 较高饱和度的单元在照明单元之间以与每分钟节拍成比例的速率漫射，由淡蓝色光在视觉 上表示并在情感上强化。例如，一首包含慢速部分与快速、强烈和兴奋部分之间转换的歌 曲，例如Pantera乐队的“这种爱(This Love)”、弗兰克·扎帕(Frank Zappa)的“Montana” 或维瓦尔第(Vivaldi)的“小提琴协奏曲夏(Summer violin concerto)”，可以通过一种 推断节律或振幅的变化的方法，随着音频的变化改变亮度和色调，特别是为了进一步强调 歌曲的过渡。在一些实施例中，该方法可以是对数字音频通道的子集进行离散傅立叶变换 以推断节律和节拍，或者是预测方法，诸如决策树、神经网络或支持矢量机，其是用于从 数字音频通道的相对或绝对属性推断主观声音属性的学习方法。该实施例中的音频信号从 软件接口获得，但是可以设想到的是，它也可以从辅助麦克风获得，该辅助麦克风记录安 装照明组件的空间中的音频变化。
图19是示出根据一些实施例的，描绘了系统的部件的示意性框图1900。
可以提供一种照明装置，其中存在控制器装置1901，其向各可配置照明单元1912、1914、1916、1918、1920提供各种命令和控制信号。在该示例中，仅一个可配置照 明单元1912中连接到控制器装置1901。
控制器装置可以包括各种单元，其可以通过物理电路、片上系统、现场可编 程门阵列、微处理器、计算机可读介质等来实现，并且这些单元包括控制器单元1902、电 力输送单元1904、布局检测单元1906、效果呈现单元1908、联网单元1910和数据存储器 1950。这些单元彼此协作以跨可配置照明单元1912、1914、1916、1918、1920提供各种 照明效果，诸如可视化、过渡、单个照明单元的选定激活等。
可以存在更多的可配置照明单元，并且可配置照明单元1912、1914、1916、1918、1920作为示例被示出。这些可配置的照明单元可以使用一个或多个连接器可移除地联接到一起，多个可配置照明单元形成一个或多个连续形状，可通过重新布置多个可配置照明单元来重新配置这些连续形状。这些连续形状可以是令人赏心悦目的形状，并且用户可以在他们认为合适时寻求重新布置、移动、添加、移除照明单元。该系统允许灵活地实现形状，并且在一些实施例中，被设计用于照明单元的“热交换”。每个照明单元1912、1914、1916、1918、1920和控制器装置1901可以通过专用连接器彼此连接，该专用连接器专门设计成 提供(1)机械稳定性，(2)电力传导，和/或(3)信号传导。可以单独控制每个照明单 元1912、1914、1916、1918、1920以修改所提供的照明的特性。例如，可以从照明水平、 颜色、效果(例如，闪光)等改变照明。
连接器可以是凸形连接器或凹形连接器，或两者的组合。在一些实施例中， 照明单元1912、1914、1916、1918、1920每个皆具有与可连接子部分配合的对应孔，并 且每个照明单元可具有多个可连接子部分，使得连接的放置具有灵活性。连接器设计成用 于与孔的结构特征配合，使得它们可以稳定，最重要的是在剪切方向(或除了插入和/或移 除方向之外的方向)上稳定，其次在插入/移除的方向提供一定程度的阻力(例如，通过偏 置突起)。
连接器提供可移除的联接。并非所有实施例本身都需要物理连接。例如，通 过空气的磁性连接是可能的，其中通过感应或其他无线手段传输电力、数据等。然而，有 用的是，在允许解除联接之前使可移除联接仅抵制特定的力阈值，使得用户能够在没有设 备的帮助下通过他们的空着的手操作移除，或者移除闩锁、复杂的紧固件等。这在快速设 置和传输很重要的情况下(例如，在夜总会、移动组合件、，舞台布景中)是有用的。
功率输送单元1904可以是AC源或DC源，并且向部分的照明单元(在此示 出一个)提供电力，然后通过它们的互连将电力传导到其他照明单元。控制信号也相应地 传导，使得照明单元可以协作以呈现令人愉悦的视觉效果。电力传输单元1904可以确定 从电源汲取的电量，并且在一些实施例中，可以主动地控制提供给一个或多个照明单元的 照明元件的驱动电流。可以控制电力流的各个方面，例如，总电流、总电压、总功率等。 电力输送单元1904还可以配置成以各种休眠模式操作以节省电力。
布局检测单元1906可以与数据存储器1950协作地操作，以维持一个或多个 数据结构，该数据结构保持系统如何检测到可配置的照明单元被彼此定向或联接的表示。 可以使用数据结构来维持该布局一段时间，该数据结构利用除旋转、平移等之外(例如， 无论如何，除了旋转、平移等之外)的表示以减少整体处理和存储器要求(在一些情况下， 约束在存储器1950中的可用存储)。布局检测单元1906可以接收通过各种互连传导的各 种刺激，诸如表示单元被添加或移除的中断信号等，并且这些中断信号可以由单元本身生 成或由检测到改变的相邻单元生成。布局检测单元1906还可以维持照明单元的标记边缘/ 顶点之间的特定互连的图形表示，使得其可以在向一个或多个照明单元的发送信号中利用 基于计算机的寻路技术来维持一个或多个有效通信路径(或识别潜在的环路)。在一些情 况下，布局检测单元1906可以被认为是几何监控单元或引擎。
例如，布局可以被维持为适合于存储图的链表数据结构，或者基于对布局的 修改而周期性更新的特殊配置的矩阵。在特定示例中，布局检测单元1906可以配置成基 于指示通过一组一个或多个物理连接的单个可配置组合件之间的联接特性的数据来执行 整数阵列的推导，使得不考虑平移或刚体旋转时几何上不同的任何两个可能的组合件产生 不同的整数阵列，并且使得在平移或刚体旋转之后几何上相同的任何两个可能的组合件产 生相同的整数阵列。
布局和物理布置还可以通过邻接矩阵、邻接列表和距离矩阵等来表示，并且 至少在连接的图形系统上维持基于的坐标字典。坐标字典在识别指令要发送到的特定照明 单元时非常有用。
在一些实施例中，照明单元具有由布局检测单元1906分配给它们的标识符。 还可以识别单元的顶点或边缘。在其他实施例中，在制造时为照明单元提供硬编码标识符。 在一些实施例中，连接器可以被分配标识符，或者在制造时具有硬编码标识符。例如，这 些标识符可以指示关于照明单元或连接器可用的能力。
可以利用自动图遍历方法来识别相邻侧、连接器等。例如，随着以顺时针方 向(或逆时针方向)遍历相邻的侧，直到所有的侧都被遍历，表示照明单元的侧的指数部 分的排序可以是指数的逐渐增加。在存在大量照明单元(例如，30+)的情况下，互连的 遍历是不可忽略的。通过在处理器上执行的一个或多个逻辑规则映射到有序指数的数据串 可用于传达布局修改和/或连接器移动。轮询方法可用于定期计算更新。
效果呈现单元1908可以与布局检测单元1906协作生成一个或多个可视化， 由此可视化利用检测到的布局来产生效果，在一些实施例中，这些效果比布局的朴素的效 果更复杂。例如，布局的知识可用于设置特定视觉效果的界限、确定质心等。另一方面， 在朴素的方法中，所有可视化都必须从控制器向外辐射，因为朴素的控制器不会知晓照明 结束的位置或边缘/顶点的位置。类似地，一些可视化利用由照明单元所产生形状的物理特 征(例如，“环绕”边缘、在边缘处反射、围绕整个形状的边缘行进的效果)。
网络单元1910可以与具有图形用户界面的各种计算装置通信(例如，以控制 可视化)，或者与各种联网的计算装置(例如服务器、基于云的控制器等)通信。例如， 联网单元1910可以用于艺术展览，其中来自一个地理区域的信息用于控制在远程地理区 域中提供的照明作为艺术效果。
图20是另一示例性示意性框图2000，可配置照明单元1918被移除以及可配 置照明单元1920被新添加到系统，并且另外的声音检测单元2002连接到照明单元1914。
关于可配置照明单元的添加和移除，从其移除连接的最近邻居(照明单元1916)可以发起指示改变的信号，或者新照明单元可以发送信号宣告其存在(照明单元1920)。 在其他实施例中，系统可以简单地等待直到进行新的轮询以识别单元的移除或添加。
在该示例中，提供声音检测单元2002。声音检测单元2002可以是单独的连接 器，其可以通过照明单元之间的顺序的联接而间接连接到控制器装置1901，但是在其他实 施例中，声音检测单元2002可以并入到控制器装置1901中。
声音检测单元2002可以具有连接的音频接收器(例如，麦克风)，其配置成 至少基于音频信号提供数字音频表示(或者，在一些情况下，模拟的)。音频信号可以是 环境声音、嗓音、音乐等。可以考虑其他刺激，并且示例不限于声音(例如，安全摄像机 镜头、红外移动检测)。音频接收器不需要直接连接到声音检测单元2002。例如，可以使 用远程音频接收器，只要可以将信号呈现给声音检测单元2002即可(例如，使用连接到 球赛场的面板以基于检测到的噪声水平呈现可视化)。
在音频控制示例中，照明单元可以是以物理布置互连的互连照明部件。音频 检测方面可以与物理布置的电子表示相结合，使得指示多个互连照明部件的互连照明部件 之间的地理空间关系的链接被用于生成音频可视化。在该实施例中，效果呈现单元1908 还可以配置作为音频可视化单元，其配置成提供根据数字音频表示生成的多个照明激活指 令。
照明激活指令包括定时指令集合，其表示下述中的至少一个：(i)颜色坐标， (ii)强度水平，以及(iii)照明激活的所需几何位置，然后其用于选择单个互连的照明单 元，用于呈现与所接收的音频信号协作或响应于所接收的音频信号而产生的照明效果。
可以通过附加声音检测单元2002向用户提供改进的听觉和视觉体验。在控制 器装置1901和声音检测单元2002不是同一装置的情况下，控制器装置1901可以配置成 识别控制器装置1901和声音检测单元2002之间的通信路径，并提升沿着这种路径的通信 的优先级，以减少声音检测和效果呈现中的可能等待时间。可以使用各种校准和序列来确 保声音检测单元在响应各种声音频谱时正确地操作。
声音检测单元2002在布局检测单元1906旁边周期性地在物理布置的几何形 状的中心或其他几何点(例如，质心、交叉点等)中操作，并且可以生成各种效果，其利 用物理布置的表示作为参考指数值的优势，以基于与中心装置的相应的间隔程度来识别例 如互连的照明部件。作为特定示例，可以生成基于路径的照明激活指令，其中多个照明激 活指令包括至少在视觉上表示遍历通过一个或多个互连照明部件的路径的几何图案。在确 定各种几何特征时，可以利用启发式方法(例如将结构近似为椭圆体)来减少计算处理要 求。
可以生成声音可视化效果以及在预期过渡模式处的过渡模式，并且可以在现 有可视化效果的之上布层这些模式以提供改进的听觉体验。例如，可视化效果可以响应于 关于特定频率范围获得的信息，并且不是立刻具有单一效果，而是可以通过多组照明激活 指令将多个效果布层于彼此之上，它们中的每一个以可能的加法、减法或变换方式相互作用。
上面描述的具体地用于实际上实现音频和音乐的可视化的方法和系统需要几 个逻辑处理步骤：
首先，以适于数字处理的抽象且紧凑的方式表示音频；第二，表示照明装置 组合件的几何形状；第三，将音频表示以如此的方式映射到组合件几何形状上的光变化， 使得人类观察者感知到音频和光的共同变化是和谐的。除了如何感知光之外，这些步骤还 需要了解典型人类观察者如何感知音频以及音频如何将自身在物理上表现出来。
在以下部分中，详细描述了该问题和为解决该问题而发明的方法。应理解的 是，该方法可应用于除了上述照明面板之外的照明装置。
因此，下面描述的音频可视化方法不限于照明面板，并且可以适用于其他照 明装置。申请人已经开发了这两种技术，并且虽然每种技术都是独立创新的，但申请人还 发现可配置照明单元与音频可视化技术的组合是该技术的特别令人感兴趣的应用。因此， 存在实施例，其中根据音频可视化控制可配置照明单元的。
在一些实施例中，可配置照明单元的控制器可包括音频检测和可视化呈现模 块。在其他实施例中，单独的音频检测模块和可视化呈现模块可以(例如，使用本文描述 的连接器之一或另一种类型的连接器)连接到组合件(例如，通过可配置照明单元中的孔)， 且整个组合件能够利用音频检测和可视化呈现功能。例如，单独的模块连接到不直接连接 到控制器的第一可配置照明单元。可以从组合件内的各种互连形成通信路径，使得控制器 和音频模块在响应于音频刺激或其他刺激而彼此协作呈现可视化。
用于由照明装置进行音频可视化的处境感测方法
所描述的实施例提供了照明装置，以及相应的系统、方法和计算机可读介质， 照明装置适于提供根据音频信号自动控制的多个互连照明部件。照明装置控制以物理布置互连的多个互连照明部件。多个互连照明部件中的每一个配置成发射单独可控的光。照明部件可根据一个或多个接收到的控制信号并基于多个互连照明部件的几何形状来控制。照明部件根据音频信号导致一个或多个可视化效果。照明部件是可控制的，以通过可视化效果来提供可辨别的效果和视觉上不同的输出。
装置和/或控制器电路配置成沿着光谱的维度和光源空间布置的维度将变化的音频的片段映射到变化的光输出的片段。
申请人已经制造了可由一个或多个用户重新布置的物理模块化的照明装置， 模块化的照明装置以各种地理空间图案一致地布置。
具体地，申请人设计和开发了控制平台，其包括专门配置为生成控制指令的 电子电路，当由模块化的照明装置处理时，控制指令控制模块化的照明装置以发出具有各 种图案和特征的照明。在一些实施例中，例如可以基于从具有处理器、内存和存储器的计 算装置接收的指令来对控制平台进行控制。
在一些实施例中，控制平台配置成作为独立的专用装置操作，其中控制平台 在能够接收指示控制模式的修改的信号的同时，以独立的方式操作，其中特定组的模式加 载到存储器中并例如基于模式组中的模式的循环显示而传导。所描述的专用装置可以在没 有来自任何外部计算装置的指导的情况下操作。
在号为7228190的美国专利中，描述了一种装置，其计算数字音频文件中的 音频的至少一个特性，并且使用该特性作为程序的输入，该程序一旦执行就基于输入音频 特性部分地生成至少一个照明控制信号。相比之下，当前描述的一些实施例提供了如何以 一致的方式沿着光谱的维度映射音频。
号为7228190的美国专利没有具体解决根据其空间或其他特性确定要控制哪 个照明装置的问题。光输出简单地定义为存在于空间中某些未定义的绝对位置或相对位置的一个或多个发光装置。
一些专利，诸如号为7875787的美国专利论述了在给定特定音频质量的情况 下将空间质量分配给光源的要素。然而，这些示例仅限于可视化，其仅对于诸如色度的音 乐属性的描述具有重要性，并且使用计算机屏幕。
音频可视化技术与方法
本申请的一些实施例配置成更一般地并且利用空间上可配置LED光源接近空 间维度。
每个照明装置以与所有其他照明装置的空间关系存在，因此，系统被定义为 处境感测。在更大的音频和光处理系统的处境下，利用包括呈现模块和几何模块的各种模 块，并且各种类型的音频分析和光显示是可能的。照明装置可以物理地彼此连接、无线连 接或间接地逻辑连接，例如，通过服务器或其他接口。
除了上述之外，在模块化的和/或地理空间地提供的照明装置的处境中，提供 可视化和其他响应允许进一步的可视化效果和控制，超出传统解决方案提供的那些。具体地，效果可以包括音频和音频转换的特定实施，其又产生相应的光转换。
常规方法可以提供，在特定时间点的音频用于定义特定时间点的光输出。然 而，在本文描述的一些实施例中，系统配置成编码从电流到另一个光状态而不是到特定的 光状态的转变。
控制所述灯所涉及的技术挑战尤其包括同步误差等，如果从麦克风获得音频 源，则该同步误差尤其相关。考虑到信号传导和一组未知的地理空间参数，地理空间控制 具有挑战性，由于模块化单元未以任何预定义或静态形式提供，因此可能进一步加剧这一 点。具体地，当用户重新布置模块化照明单元时，可能需要控制器周期性地更新和/或维持 所述地理空间参数的电子表示。
这些地理空间参数可能需要进一步处理以确定电子表示的各几何属性，例如 边缘、质心、顶点、聚集等。
在产生期望的可视化时，控制器可能需要计算机生成路径，例如基于地理空 间属性，诸如邻近(相邻或在特定接近区域内)照明模块，确定在特定模式“边缘”上的 照明模块，决定彼此聚集在一起的照明模块等等。
这些路径可用于各种模式的照明，例如跨路径辐射以显示动态可视化效果的 照明等。这些可视化可以根据或至少部分地基于音频信号或其特性来提供。可视化可以包 括照明模块的激活、照明特性的修改、响应于音频转换效果的照明转换效果的产生等。
可视化的生成是计算密集型的，并且在一些实施例中，利用简化的表示和其 他计算方法来减少生成可视化所需的计算资源。在一些实施例中，可以进行照明模块的地 理空间状态的电子表示的预处理，以减少对处理能力的实时要求。在一些实施例中，地理 空间状态的电子表示的确定是周期性地进行的。在一些实施例中，地理空间状态的电子表 示的确定仅进行一次，例如在通电时进行。
物理意义上，音频是压力偏离给定介质中的平衡压力的机械波。因此，音频 波的特征在于其频率、幅度和相位。人耳接收音频波，然后压力振荡被大脑解释为声音。 人类感知仅限于频率在20Hz至20kHz范围内的波，其中个体差异取决于一般健康状况、 遗传因素、年龄或耳朵内部部分的损伤。
在给定频率下感知音频的能力取决于幅度。可以用听力曲线描述频率和幅度 对人类听觉的联合依赖性；例如，幅度小于10dB的音频感知限于250Hz和8kHz之间的 频率。大多数声音，例如音乐和语音，由不同频率、相对幅度和相位的多个重叠音频波组 成，这些音频波随时间变化。正是这种波的混合产生了携带信息的声音，诸如言语，或者 使得两个乐器演奏相同的音符声音却明显不同。
当波具有不同但是被约束为某个基频的倍数的频率时，获得特定形式的混合。 当被人类观察者感知时，这会产生声音的和谐，而不是音频的混乱混合。另一种特殊混合 是几乎相同频率的两个波。
已经发现人类听觉表现出频率掩蔽，其中相对于单独播放声音的情况，人类 观察者分辨同时播放的频率接近的两个声音的能力被相当程度地削弱。人类听觉的第三个 方面是，如果频率处于人类听觉频率范围的下端而不是上端，则发现在彼此之后播放的不 同频率的声音更容易被感知为不同。
这种关于等距声音在频率或音调方面的构成的主观感受已经用Mel量表来量 化。这三个示例说明虽然物理意义上的声音是机械波的混合，但是当其被人类观察者所感 知时改混合经受了复杂的变换。这通常使得对言语、音乐和其他复杂音频的感知的分析和 研究可以使用另一组实体和属性而不是原始波属性来完成。对于音乐，这些属性包括但不 限于音调、强度、音色、节拍和色度。关于声音如何被感知的研究被称为心理声学。
光与声音类似，因为在物理意义上，光由不同频率和强度的多个波组成。普 通人类观察者可以感知的光波是相对窄的频率间隔(430THz至770THz)或者以波长表示 (390nm至700nm)的电磁波。
对于普通人类观察者，不同的频率被感知为不同的颜色，并且不同的幅度被 视为不同的强度。由衰老、视网膜损坏或遗传条件引起的眼睛结构变化可导致人类观察者 之间的个体差异。像声音一样，人类观察者对光的感知涉及复杂的变换，因为物理波触发 生理反应，首先是在眼睛(具体地视网膜)中，然后在大脑(具体地视觉皮层)中。例如， 光的能量的感知取决于频率，其中绿黄光在光照条件下是最佳的，即所谓的光学视觉。
存在对感知的颜色的若干数学表示，包括但不限于红-绿-蓝(RGB)坐标、色 调-饱和度-亮度(HSL)、青色-品红-黄-黑(CMYK)，由此感知的颜色表示为数学空间 中的一个点。在更高的抽象层上，颜色像音乐一样，与情绪和心理状态相关联。情绪和色 彩之间的关联在诸如营销、品牌、室内设计、整体健康和药物测试的多样的领域中进行了 论述。在实验室研究中，流行的关联并不总是被复制，任何具有统计学意义的关联的根本 原因可能是文化的、进化的或单独形成的，因此在决定因素方面具有不同倾向的人群之间 会有所不同。
考虑到光和声音的相似性，声音和光随时间的共同变化可以放大、丰富或以 其他方式调节人类观察者对给定设置、空间或事件的感知。这种关联可用于娱乐、放松、 学习、康复和商业。在舞台表演中可以找到关联音乐和灯光的具体示例，其中现场音乐表 演以及手动、半自动或全自动的舞台灯光强度、色彩和对比度控制一起发生，以放大强烈 音频的部分或将使听众集中注意力到到一个乐器或艺术家的独奏曲上。
家庭娱乐系统是另一种应用，其中声音和光被关联以提供在计算机或电视屏 幕上显示的音频和光的同时发生的变化，或者作为家庭立体声系统的简单液晶显示器 (LCD)屏幕部分上的变化。
可以使用模拟电子，或模拟电子和机械装置(其通过可听频谱的声音部分的 一个或多个分量，对机械部件或电子部件供电)，来实现以半自动或全自动方式将音频转 换为光，其产生视觉输出。音频通过多个音频滤波器以产生多个信号，这些信号在各个频 率间隔或子频带中量化声音的强度。
由此产生的信号用于驱动多个电子部件，这些电子部件产生视觉上不同的输 出。
例如，可以使来自三个有序的音频子频带的信号，来驱动彩色电视阴极射线 管内的三个电子枪。另外，音频信号可以控制阴极电视的水平和垂直同步信号，其因此在 电视屏幕上产生变化的带或矩形图案的颜色。
已经公开了用于显示变化颜色的其他装置，但是具有共同特征，即它们将视 觉输出显示为在空间刚性的屏幕或表面上的投影。在一些发明中，将立体声声音用作输入。
音频被编码为两个不同的信号，任意地命名为左和右，当其被发送到两个空 间上分离的音频扬声器时给人类观察者产生多方向音频源的错觉。两个同步音频信号由音 频滤波器以类似于先前发明中描述的方式处理。多个音频信号被转换成用于视觉输出装置的控制信号，但是在这些发明中还包括创建二维坐标，该二维坐标指定彩色点或其他几何形状的中心，其可以随着音频变化，包括其水平位置，以指示左右音频通道中的相对音频强度。
用于产生视觉输出的设备使用多个互连电子部件，诸如电位计、齐纳二极管、 电容器，以体现从声音输入信号到光输出信号的数学变换。这模糊了数学变换的本质，限 制了在给定电子部件的固定预算的情况下可以编码的变换类型，以及限制了在电路构建之后用户可以在何种方面配置改变换。
最初使用傅立叶变换在数学上分解输入声音信号，傅立叶变换将音频描述为 设定类型的基波或基本声音的有限或无限的线性组合，每个基本波或基本声音处于不同的频率下。可以针对参考声音库分析线性组合，以便提取在给定时间点存在于所接收到的声音中存在哪些音乐理论中定义的音阶、八音度、音符或其他实体。在一些实施例中，提取 的音阶或八音度用于定义颜色，其中色调和饱和度可以分别设置为音阶和八音度的函数。 如果在给定时间点从多个声音创建多种颜色，则可以通过叠加它们将它们组合成单一颜色。用于所述显示的空间布置可以是对单个图像着色，或者如果采用立体声输入，则是对两个空间上分离的图像着色。
已经考虑的另一种空间布置是与基于音乐理论中的半音阶的十二音调圆一致 的结构。已经设想到将这些可视化显示在屏幕上，诸如LCD。这些方法部分地通过对数学 变换编码的软件(其在处理器上执行)来实现。
音乐可视化的其他变体基于比频率或强度的变化粒度更小的音频属性，诸如 从某些音频表示导出的或从数据库检索的音乐曲调元数据。该元数据可以是类型、情绪或 每分钟节拍(BPM)。颜色、强度或一组屏幕坐标被定义为音乐曲调元数据的函数。视觉 显示可以用于装饰目的，或者是用于概括图像或可视化中的音乐属性的手段。
本文描述的一些实施例使得人或机器能够通过视觉相似性而不是通过排序和 浏览多列表格数据来搜索类似于给定曲调的音乐曲调(如由较小粒度的音乐曲调元数据所定义的)。这些可视化已经压缩了时间上的音频变化，因此无法在播放或演奏音乐曲调的同时显示动态光可视化。
到目前为止描述的音频可视化旨在，在单独的屏幕或装置上显示。一些装置 可以将该可视化映射到一组单独的照明装置(诸如放置在三维空间中某些地方的发光二极 管(LED)灯泡)或单独的照明装置的网状系统上。
以类似于上面的方式利用傅立叶变换处理音频，从而提取一组特征，其中音 频从麦克风或者通过检索数字音频文件获得。音频特征被映射到一组照明控制信号，其中 映射方法是在单独的计算装置或部分灯泡上的一个或多个处理器上执行的可编程软件。控 制信号通过有线或无线信号发送到照明装置，其中控制信号可以是多参数的，其包括强度 和颜色。实施例包括将特定频率范围的音频变换为由网络中的特定灯泡发射的特定颜色， 或其某种组合。
可以设想到将音频到光的映射的编程通过图形用户界面(GUI)来完成，该 GUI使得用户能够从列表中选择特定的映射函数，或者其中映射函数由某些与音频相关联 的元数据(诸如类型分类)来设置。
本文描述的一些实施例被提供为操作，该操作是将音频转换成一组照明装置 (诸如LED灯泡或面板)上的可视化的过程的一部分。该过程可以控制音频特征在其光谱 以及它们在三维空间中的位置方面被映射到光源的方式。本文描述的实施例可以为用户提 供在空间上以及光学上配置照明装置的能力，而无需详细的程序输入。
本文描述的一些实施例被提供为操作，该操作是在创建音频的可视化时导出 和使用各个照明装置的空间处境数据的方法的一部分。如本文所述，一些实施例涉及音频 到光的转换的处理，并且提供说明性实施例作为由人类观察者体验音频和光的提升的方式的非限制性示例。
数据流和处理
为了自动地构造声音到任意但已知的空间布置的多个光的映射，实现了涉及 多个中间数据结构的多个逻辑步骤。在本部分，在一组处理单元或模块及其与发送的和接 收的数据的相互依赖性方面概述了逻辑和数据流。每个单元或模块的详细信息将在后续部分中介绍。处理单元或模块包括计算机硬件或计算机的物理部分或部件(其是有形的物理物体)。
如图21的示例中所示，该方法可以有两个输入，即音频源301和定义照明装 置303的物理布置的数据。在一些实施例中，音频源301的形式为由麦克风或通常地传感 器112接收的变化气压211的机械波，传感器112配置成接收至少一定频率和幅度的音频， 在该频率和幅度内音乐或声音是人类观察者可感知的，诸如20Hz至20kHz或250Hz至 8kHz。在一些实施例中，可以通过连接406从数字音频表示213接收音频源301，如图22 的示例中所示。作为方法操作的一部分，变换可以将数字音频表示213转换为音频源301。
数字格式包括但不限于标准格式WAV、MP3、MPEG、AIFF。从发送装置312 接收数字音频表示213，发送装置312访问或包括数字音乐数据库，例如但不限于计算机、 智能手机、路由器。传输可以通过无线连接405进行，诸如但不限于蓝牙、Wi-Fi、LTE。 在一些实施例中，经由有线连接405从发送装置接收数字音频表示，有线连接405诸如但 不限于以太网、电力线通信(PLC)或标准或专有串行通信端口或引脚。
在一些实施例中，照明装置的物理布置表示为每个照明装置的中心(或者各 个照明装置的任何其他一致定义的点)的多个三维笛卡尔坐标。
笛卡尔坐标存储在存储器中并作为整数或浮点数的阵列的一部分在模块之间 传输，其中阵列中的至少一个元素可以与照明装置的唯一标识符匹配。
在一些实施例中，照明装置的物理布置表示为连接的非方向图，其中任何两 个给定节点之间的每个边表示两个对应的照明装置是空间连接的或空间邻居。在数学上， 该图可以表示为邻接矩阵、邻接列表或距离矩阵。
这些实体存储在存储器中并在模块之间作为整数或浮点数的阵列传输。可以 通过在物理布置和处理单元401之间的连接来接收这些阵列，其中无线连接包括但不限于 蓝牙TM、ZigbeeTM、Wi-Fi、LTE，并且有线连接包括但不限于以太网、PLC、标准或专有 串行端口或引脚。
物理布置表示还可以包括应用于整个组合件的全局几何数据。例如，在一些 实施例中，阵列为整个组合件定义了上下方向，如从感测重力或经由辅助装置(诸如笔记 本电脑、具有触摸屏界面或键盘输入的智能电话)通过手动配置得到。
根据所接收到的音频数据的格式，数据经受初始变换到音频波104的数字表 示。在一些实施例中，该表示是随时间203的幅度变化的离散描述，其是计算机、光盘、 数字电话中的音频的标准数字表示，通常但不一定通过脉冲编码调制(PCM)获得。因此， 音频被描述为有限的多个有序帧。
每个帧是整数或浮点数的阵列中的元素，其表示在对应于给定帧的时间点的 音频波的幅度。该表示的采样率量化了每秒的幅度样本(或帧)的数量。适于高保真音频 的典型采样率包括44.1kHz、48kHz、24kHz。
采样率越小，音频表示越紧凑，因为连续机械音频波被给予更稀疏的离散表 示。例如，对于这三个采样率，用于一秒的持续时间的音频的整数或浮点数幅度的阵列的 大小(或其中的帧数)分别为44100、48000和24000。
与原始音频相比，较低的采样率还意味着表示中的噪声更大。具体地，给定 值的采样率不能以高于采样率的频率解析音频机械波的部分。因此，低于20kHz的采样率， 诸如5kHz或1kHz，导致离散表示203中不存在高音调音符或声音。
由于预期音频由不同幅度、频率和相位的多个波组成，因此将波变换101应 用于离散表示203。从预处理模块104接收的整数或浮点阵列用作变换的输入，并且根据 有限的正交基函数集和时间相关的乘法因子获得新的表示。乘法因子作为整数或浮点数的 设定数存储在阵列中。
取决于波变换的细节，乘法因子可以是复数。因此，除了乘法因子的实值分 量之外，阵列还可以包含定义复数的虚部分量的元素。在一些实施例中，复数的整数或浮 点大小用于后续模块，而不是乘法因子。因此，可以定义一个阵列，其元素等于被乘幂2 的的实数值元素和被乘幂2的虚部元素之和。
基函数的总和(每个乘以相应的因子)在任何给定时间产生输入幅度波104 的近似数学表示。通过合理的变换设置和基本函数的有意选择，近似音频表示高度类似于 输入；变换的细节将在后续部分中给出。波形变换的确切方法可以在实施例之间变化，但 是存储在如上定义的整数或浮点阵列中的乘法因子的大小可以随时间变化并且可视化为 例如音频频谱。
图24中示出音乐短片段的音频频谱图2400的一个示例，其中以Hz为单位的 频率(y轴)示出为24002，并且时间在x轴示出为24004。在给定时间的多个乘法因子的 幅度表示了标准音频波或多个标准音频波的幅度，因此多个乘法因子是音频波的混合到一 组标准声音的精确或近似分解。基于乘法因子的大小，计算和发送音频激活阵列202，其 中它们的计算细节和阵列大小在稍后的部分中给出。
由于音频混合的音频分量被近似或完全分解，因此这种性质的表示提供了超 过PCM表示的分析优势。在一些实施例中，声音转换模块计算到目前为止处理的音频流 的次级概要指标(secondary summary metrics)，例如但不限于BPM的估计，其也也作为 阵列传输。
根据实施例，根据照明装置的物理布置的表示的格式，在几何模块103中将 表示转换为图形邻接矩阵、照明装置之间的距离矩阵或类似表示。可以为物理组合件进一 步导出各种几何数据205，在下面的部分中给出细节。在一些实施例中，这些计算在初始 设置期间仅执行一次，并且所得到的整数或浮点数据的阵列存储在存储器311中，以便在 处理音频204期间被检索。
在一些实施例中，可以通过有意的重新布置或通过对一个或多个单独的照明 装置的功能性故障或损坏而动态地改变物理布置。为了检测这些变化并重新计算几何数据，该方法对各个装置轮询它们的状态401，包括它们的几何数据。如果在两个连续时间点之间发现状态变化，则触发几何模块103并在存储器中更新数据。
物理组合件的音频激活202和几何数据204作为整数或浮点阵列输入到呈现 模块102。传输手段可以在具有处理器或用于执行不同模块的类似电路的公共装置上的共 享存储器内；传输也可以通过无线或有线连接进行。通过下面的部分中描述的许多算法， 导出一组光激活201。光激活表示了组合件303中的每个单个照明装置在该给定时间点应 采用什么强度的什么颜色坐标。
颜色坐标系可以是RGB、HSL、CMYK或颜色空间的任何其他变换，通过其 指定的颜色可以作为整数或浮点阵列被表示并存储在存储器中，通常(但不一定)每个阵 列具有三个元素。包括光激活的一组阵列被传输到模块111，模块111将指定的颜色和强 度转换成用于多个照明装置中的每个单独可控的发光二极管(LED)的驱动电流。
可以通过交流(AC)电源302的标准脉冲宽度调制(PWM)获得驱动电流， 交流(AC)电源302通过导线连接到物理组合件303或通过电力的无线传输连接。电源 302可以是来自电池或光伏太阳能电池面板的直流(DC)。在这种情况下，111中的调制 例如可以用DC-DC转换器完成。从颜色到驱动电流的映射可以通过存储在非易失性或非 暂时性存储器中的查找表来完成，在各个照明装置的制造期间进行校准。
查找表被表示为整数或浮点阵列的阵列，其中该阵列中的至少一个元素是具 有颜色坐标的阵列，并且该阵列的至少一个元素是用于照明装置内的一个或多个LED的驱 动电流的阵列。在接收到的阵列111未包含在查找表中的情况下，完成查找表中存在的至 少两个附近颜色坐标之间的插值。查找表还可以包括温度变量，因为已知随着二极管的温 度增加，LED对于给定的驱动电流发射较少的光。映射还可以通过校准序列动态地导出， 其中辅助装置记录针对给定驱动电流的设置的光谱，并将信息发送回到系统。
已经构思了将颜色映射到电流的其他方法。在一些实施例中，颜色到电流转 换模块111在物理组合件中的每个照明装置的微处理器部分上执行。光激活阵列的传输403 要么通过无线连接完成，诸如但不限于蓝牙、Wi-Fi、ZigbeeTM或者Z-WaveTM，要么通过 有线连接完成，诸如但不限于以太网、PLC或者标准或专有串行端口或引脚。
到目前为止所描述的实施例将音频处理为实时或接近实时的连续数据流。这 意味着声音转换模块101不具有关于声音尚未到来的信息，而仅具有关于当前和可能过去 的音频数据的信息。在音频数据是音乐曲调的数字表示的情况下，整个音频流存储在数据 库312中，数据库312可以是远程的并且通过因特网连接访问，或者存储在本地磁盘或数 字存储器中。
在一些实施例中，该条件用于在数字音频数据可视化之前执行整个数字音频 数据的批处理，参见图23。音频激活215作为如上所述的阵列存储在存储器313中以便当 播放音频并且同时完成呈现时，检索作为整数或浮点阵列202的流的这些数据。批处理使 得能够在声音转换模块101中采用其他算法，如以下部分中所述。
该实施例的变型涉及计算并将光激活201存储在存储器中作为整数或浮点数 的阵列，并将它们作为流检索以及播放音频。该实施例消除了在播放给定音乐曲调时动态 改变物理组合件的几何特性的能力。
为了对人类观察者实现感知的音频211和感知的光212的期望的共同改变， 音频流和光流必须是同时的或几乎同时的。对于迄今为止描述的实施例，这提出不同的挑 战。在图21中的实施例中，其依赖于麦克风或传感器112在播音频放时接收音频，直到 照明装置303改变其状态的所有数据处理和传输必须小于将被感知为对人类观察者的明显 的或干扰的滞后的某个阈值。
已经针对诸如视频的多媒体研究了同步误差。在一项特定研究中，人类观察 者未检测到低于80ms的滞后，检测概率增加，直到160ms的滞后，其检测概率接近100％。 应指出的是，该实验涉及在与检测的音频相关的视频中的唇部运动中的同步误差。
从当前实施例中的物理组合件产生的光波被期望具有比计算机屏幕更低的分 辨率，这表明80ms的滞后是可接受处理时间的保守值。在图22和图23的实施例中，在 如下的情况下，原则上容易实现同时发生，其中处理到音频源301(诸如扬声器或耳机) 的音频流213和214的是处理到物理组合件303的光激活流201的相同处理单元或类似电 子电路。
在这些实施例中，流机制将执行光激活的传输和音频数据到音频源的传输， 在执行中它们紧接彼此之后或者足够接近，使得同步误差保持低于可接受的阈值。在其他 实施例中，处理光激活和音频源要播放的音频数据的处理器不同。
这包括下述情况，其中从本地或远程数据库检索数字音频的计算机或智能电 话将数据发送到运行图22和图23中所描述方法的处理单元，以及通过当前方法发送到第 三方扬声器系统外部详细的程序控制。
只要在第三方扬声器系统和当前方法中数字音频流的处理时间足够快，就不 会发生显著的同步错误。如果两个独立音频处理算法中的一个比另一个慢得多，则两者中 最快的一个可以编程方式滞后设定量。
声音转换模块
声音转换模块101计算一组量以描述在给定时间点的音频的关键特征。在一 些实施例中，声音转换模块的计算部分毫不依赖特定物理照明组合件303地完成。
此外，声音预处理模块104处理可以输入到系统的各种音频格式，并将它们 转换成PCM表示。因此，声音转换模块也可以独立于音频的特定输入格式。
声音预处理模块104使用公布的标准数字音频格式规范来从各种输入格式转 换为一致的输出格式。输入格式包括但不限于：WAV、MP3、MPEG、AIFF、AU、TTA、 OpusTM、VorbisTM、MusepackTM、AAC、ATRAC。转换意味着任何文件头都被剥离，只保 留音频数据。输出可以是指定采样率的原始无文件头的音频PCM表示。
因此，输出被存储为整数或浮点数的阵列，其中每个元素表示在对应时间点 的音频幅度。与输入文件相比，初始转换可能意味着不会丧失音频保真度。然而，在一些 实施例中，声音预处理还包括对音频的重新采样，特别是降低采样率。可以将信号处理领 域中公布的方法和实施方式用于该任务。
可以在不同的实施例中使用两个示例方法：简单的向下采样，其仅保持阵列 的离散幅度的一部分；抽取，其在将阵列的离散幅度变换或滤波后，保持阵列的离散幅度 的一部分，以减轻时间混叠失真。采样率降低意味着音频保真度的降低。在处理的这个阶 段，音频信号不是意味着要转换成机械波以与人类听觉相互作用，而是作为到音频可视化 的输入。
因此，关于用于音频存储和检索的采样率的约定不一定转换。通过校准，较 低的采样率值可用于某些音频，其值诸如为1kHz、2kHz、5kHz、10kHz。较低的采样率意 味着从表示中移除高频声音。特别地，对于但不限于包含定义的节拍的音乐，这种在高音 频频率变化的数据丢失对于音频的有意义的视觉表示不如由人类观察者所感知那样的重 要。
一些数字音频数据编码立体声。在这种情况下，每个时间点由上述整数或浮 点阵列中的两个或更多个幅度值表示。立体声声音是一种在与人类听觉相互作用时产生音 频方向性感知的手段。在一些实施例中，声音预处理器将任何立体声输入转换为单声道输出。这通过对表示每个时间点的信号的两个或更多个整数或浮点数求和和均匀缩放来完成。 在其他实施例中，独立地处理两个或更多个音频流，并且将音频的PCM表示的两个阵列发送到声音转换模块。
在通过与机械音频波相互作用的麦克风或传感器获得音频输入的实施例中， 传感器包含模数转换。可以使用任何麦克风来捕获至少包含有意义的人类听觉范围的频率和幅度的机械音频波的振动，所述频率诸如20Hz至20kHz，或250Hz至8kHz，并且对于 至少4kHz左右的频率高于-10dB，但是对与此相比较高或较低的频率可接受较高的下限； 人类听力图提供了详细的可听声音范围。
通常情况下，麦克风的膜沿着机械波的变化压力移动或与其共振，并且膜的 运动通过附接到膜的发生元件转变成变化的电流和电压。电变化被转换成幅度变化在设定 采样率下的数字的和离散的表示。由此获得整数或浮点数的阵列。关于如上所述的数字音 频格式的采样率选择的相同考虑适用于使用麦克风的实施例中。
存在许多可用的波变换，其中应用于物理学和信号处理等。它们将一维或更 高维的连续或离散函数分解为波基函数的有限或无限线性组合。基函数的类型以及在线性 组合中将标量导出到每个基函数的数学方法在方法之间是不同的。对于音频幅度的离散 PCM表示的变换，信号沿时间轴线是离散的和一维的。离散时间傅立叶变换(DTFT)分 解一系列幅度值x[n]，其存在于时域中，如从声音预处理器获得的频域中的一组复数系数。
通过逆变换，可以再次获得信号。通过逆变换构造的信号可以是在系数序列X 被截断的情况下的近似表示，或者换言之在上述等式被计算时使用减少数量的设定频率ω。
可以将有限组频率概念化为一组频率窗口的中心。由于音频信号随时间变化， 因此系数也会变化。解决这个问题的DTFT的变体是短时傅立叶变换(STFT)。
变量m是离散时间变量的序列标识符，以及W是窗口函数，其假定其最大值 为零，并且随着函数的自变量增加或减少而对称地接近零。精确的函数形式可以倍校准， 常见的类型是矩形函数、三角函数、余弦函数、Welch函数、高斯函数、Hann函数。STFT 在给定时间点m将频域中的信号汇总为在m附近的时域而不是整个时间范围中的信号属性。
对其存在系数的有限组时间可以概念化为一组时间窗。信号的采样率x定义 了时间窗口的最高分辨率。然而，可以配置变换使得它进一步降低分辨率，并因此使得时 间窗口的数量小于输入音频信号中的帧数。
可以如下完成在微处理器或中央处理单元上执行算术和逻辑运算，以便执行 如上面数学定义的波变换：(1)来自从预处理模块发送的整数浮点数阵列的一段连续元 素被检索并存储在存储器中。(2)该段中的每个元素乘以由窗口函数定义的浮点数；浮 点数可以是一。(3)由此获得的阵列中的每个元素乘以由基波定义的一组复数，其中波 被限定为频率ω的倍数；将如此获得的值加到单个复数中，该数作为阵列的元素存储在存 储器中。(4)另一组复数由另一个频率定义，并且上面定义的阵列附有通过重复第三步 骤获得的数字。(5)对于设定数量的不同频率重复前一步骤，并且获得复数阵列，其中 元素的数量等于不同频率或频率窗口的设定数量。
波变换的系数形式上是具有一个实部和一个虚部的复数。在当前的应用中， 每个基函数的大小是令人感兴趣的，而相位则不是。复系数的绝对值(或模或大小)是实 数，并且其可以显示为等于期望的幅度。系数随时间和频率的变化的幅度可以用光谱图可 视化，光谱图是热图的一种形式，其中元素(x，y)对|X(x,y)|2成比例地阴影化。该幅度 存储为整数或浮点数的阵列，其中元素数量等于不同频率的设定数量或频率数。图24给 出了从音乐艺术家贾斯汀·比伯(Justin Bieber)的音乐短片段中获得的光谱图的一个示例。
在该可视化中，节奏节拍、和声或降低或增加的总音频强度的部分是明显的。 高度饱和的阴影区域表示在幅度阵列中的相应时间和频率处的大元素，而无饱和或弱饱和的区域表示在幅度阵列中的对应时间和频率处等于零或接近零的元素。
另一种令人感兴趣的波变换是常数Q变换。它与STFT有关，但指定了一系 列频率窗口，这些窗口的宽度和间隔都在变化。具体地，频率窗口的大小随着频率的增加 而增大。这使变换的实际计算复杂化。它还在提供了在较高频率下降低的分辨率。
如上所述，这符合人类听觉在频率方面的分辨率。可以设想到其他波变换， 只要它们将时变幅度信号表示为频域中的一组基函数的有限的一组时变系数即可。其他变 换包括但不限于拉普拉斯变换、梅林变换、Z变换和余弦变换。
在一些实施例中，幅度的绝对值本身不是令人感兴趣的，而是与参考相比的 幅度的相对值令人感兴趣。反映这一点的变换是幅度归一化。
参考的选择可以是：(1)常数校准一次并且应用于所有频率和时间窗口，换 言之N(ω,m)＝N。(2)几个常数校准一次并应用于不同的频率窗口，但是是所有时间 窗口，换言之N(ω,m)＝N(ω)。(3)一个变量根据某种函数随时间变化，但在所有频率 窗口上均匀地应用，换言之N(ω,m)＝N(m)。(4)几个变量根据某些函数随时间变化， 并应用于不同的频率窗口。第二个归一化方法适合于缩放幅度以更好地响应于人类对声强 的感知。
如上所述，人类听觉对某些频率(例如4kHz)上的幅度比对听力的外部极限 (例如100Hz和10kHz)更敏感。因此，相对于靠近人类不良听觉频率的频率窗口中的音 频的数字表示，在接近人类优秀听觉频率的频率窗口中增加音频的数字表示的缩放，是朝 着更接近于感知如何的音频表示的步骤，而不是关于它的物理属性。当绝对的音乐或音频 量差异对于可视化无意义时，第三个和第四个标准化是有用的。例如，对于通过麦克风接 收音频的实施例，音量的突然增加可以均匀地增加幅度。
由于对于在可视化中的显示光的强烈程度或者使用的光的波长存在实际的上限，因此幅度的均匀增加可以最终掩盖光可视化中的任何变化。控制归一化的时间依赖性的函数可以是到目前为止观察到的幅度的总值或汇总统计量。在一些实施例中，汇总统计量是在所有频率窗口之间或者对于每个频率窗口本身直到给定时间点找到的最大非归一化幅度。在一些实施例中，汇总统计量是如上所述的最大值乘以衰减函数。衰减具有归一化函数随时间减小的效果，除非再次遇到新的高幅度值。
后一种结构控制幅度均匀减小的可能性，将音乐音量降低将产生的。在音频 作为数字音频文件被接收并批量处理的实施例中，可以在知晓整个轨迹的情况下计算归一 化。可以设想到与上面列出的函数形式类似或相同的函数形式，但是在完全了解音频中存 在何种音频变化(诸如最大幅度)的情况下选择参数值。
在给定时间点m处的归一化幅度
在本实施例中被称为音频激活202， 并且被发送到呈现模块。它们表示为整数或浮点数的阵列，其中在给定时间点m的阵列大 小等于频率窗口的设定数量。随着时间的推移，元素值在存储器中更新，以反映输入音频 的变化、标准化或两者。该阵列也可以附加到阵列的更大阵列中，这可以是批处理数据流 的情况。
在经由麦克风接收音频的实施例中，信号中可能存在来自环境声音的噪声， 诸如发动机噪声、对话或其他人类的发声。通过丢弃音频信号的高频分量可以部分地消除 随机噪声。
这是应用于当前方法实施例中的简单滤波器，因为傅立叶变换将输入信号分 解成不同频率的窗口。对于在较低频率下具有最显著特征的音频和音乐，例如定义的鼓点，较高频率数据的丢失对于有意义的可视化不是问题。对于不适用的音频和音乐，诸如歌剧女高音咏叹调，完全丢弃高频数据的滤波器对可视化是不利的。用于噪声去除的更先进的方法可以涉及放置在空间中的辅助麦克风，使得其主要接收环境噪声而不是音乐。
然后，从其初始麦克风获得的信号中减去噪声音频，这或者在其原始幅度变 化表示中，或者在波变换之后。
如上所述，可以以除了频率或音高的有序类别之外的单元来描述声音和音乐 的感知。在该方面，如上定义的音频激活是一组有序的类别。对于包含独特的和弦进行、 声乐和声或变化但反复出现的打击乐的音乐，最能代表音乐被感知方式的单元可以涉及多 个分离良好且不同的音频频带。波变换中的基函数集合，诸如傅立叶变换中的exp(-inω) 函数，可以被线性组合以形成表示输入音频的新的基；这类似于在旋转笛卡尔坐标系的情 况下如何以不同方式表示单个矢量。
导出基函数的新线性组合(或换言之，功能坐标系的旋转)的一种方式，是 通过分析原始基中的不同幅度的协方差的主要分量。这仅在包括音频的完整批处理(或至 少音频的重要片段的批处理)的实施例中是可能的。获得旋转的典型过程开始于如上所述 的针对设定数量的频率窗口ω∈{ω1,ω2,...,ωN}和时间窗口m∈{m1,m2,...,mk}的对 一组幅度X(ω,m)的计算。计算频率窗口中振幅随时间推移的协方差：
该函数avg1计算给定频率窗口的整个时间范围内的平均幅度。
例如，如果两个频率窗口包含通常一致地增加和减少的幅度，则协方差值将 大于零。例如，如果两个频率窗口包含相对于彼此完全随机变化的幅度，则协方差值将不 会与零显著不同。协方差的主要分量是频率窗口的正交线性组合，使得该组线性组合通常 包含几个元素，通过其在音乐或音频中发生不成比例的音频变化量。
换言之，预期包括多个特定频率的所分析的音乐曲调或音频片段中的主导声 音主题主要表示为沿着单个主要分量的变化。主要分量的实际计算可以通过首先将 C(ωi,ωj)表示为矩阵(或整数或浮点数阵列的阵列)来完成。上面的等式定义了如何通过 处理如前面段落中定义的存储在阵列中的乘法因子来计算矩阵的每个元素。
这尤其包括计算给定频率窗口的阵列元素与其在所有时间窗口上的平均值的 偏差。数值矩阵代数中的方法(其作为对整数或浮点数的阵列上的有限组的运算实现)， 可用于确定矩阵的特征向量，通常按其对应的特征值排序。一旦获得了特征向量，就对幅 度X(ω,m)进行线性变换并获得新的集合X(π,m)，其中不是频率窗口，而是在主窗口上分 割这些值。主窗口的数量可以与频率窗口的数量相同。主窗口的数量可以小于频率窗口的 数量，其中丢弃具有小于某个阈值的相关特征值的主窗口。可以如上所述对主窗口幅度进 行归一化，并将其转换为传递给呈现模块的音频激活。
由此获得整数或浮点数的阵列，其中每个元素表示在给定时间点对相应的主 要声音的激活。可以设想到其他方法以将变换导出到告知的一组基函数。
当在中央处理单元、微处理器或其他电子电路上作为一组逻辑和算术命令执 行时，波变换的实际计算必须是快速的。如果此条件失败，则同步错误将超过可接受的阈 值。实际上计算傅立叶变换的方法通过快速傅立叶变换(FFT)实现。
如之前的段落中所定义的那样，计算频域中的系数所涉及的求和意味着，随 着问题的大小的增加，计算工作量平方增加。换言之，随着整数或浮点数的阵列(其描述 了每个频率窗口的幅度和音频幅度，如上所述)中元素数量的增加，在中央处理单元、微 处理器或其他电子电路上执行的操作次数平方地增加。已经明确表达并公布了各种FFT方 法(Cooley-Tukey是最常见的)，随着输入阵列的大小增加，其表现出不比N·log N更差 计算工作量增加。
大多数FFT方法在某种意义上是精确的，即它们不涉及对变换方程的任何算 术近似。在有限精度实施中，随着整数或浮点阵列元素上的操作次数增加，数值误差会累 积。然而，基准研究得出结论，FFT(特别是Cooley-Tukey)对这类错误也“非常稳定”。 因此在一些实施例中，使用FFT算法来计算系数而不是使用如之前段落中描述的由阵列元 素代数定义的方程的直接数值计算。另外，标准化和线性变换及其实施与上面相同。
音频激活提供了对可能复杂的音频流的压缩表示。在一些实施例中，导出音 频的汇总统计是有用的，其在数字上表示了音频的更粗略的特征。音乐中的常见指标是每 分钟节拍(BPM)。在依赖于对整个数字音频文件的批处理的实施例中，可以实现高级且 准确的方法(该方法发现了音频的开始及其在整个曲调上周期性)，以便导出BPM。在实 时处理音频的实施例中，该方法只能使用过去或当前幅度数据的较短的片段。节拍的特征 在于其相对强度高并且其跨越短时间量。
因此，在一些实施例中，满足以下两个标准的时间点可被分类为包含节拍： (1)如由原始音频波的所有幅度(或大小)的总和定义的，音频能量的总量超过给定时 间点的时间邻域中的平均能量一定的设定阈值；(2)该点是通过峰值检测方法确定的能 量峰值。峰值检测可以实施为关于给定点的能量与所述点的紧邻附近的点的能量之间的正 差异的嵌套条件。计算连续节拍之间的间隔，并且在处理音频时将其累积。
计算累积的节拍间隔的汇总静态，诸如模或中值。从汇总间隔来估计BPM。 如果许多乐器在该音频部分处于激活状态，则此方法有时无法识别节拍。通过将上述计算 限制到较低频率窗口可以提高准确度，因为有节奏的节拍倾向于相对于其他乐器处于较低 频率。BPM表示为整数或浮点值，其与音频激活一起传输到呈现模块。
音乐的另一个示例粗略表征是其类型，例如流行音乐、摇滚音乐、嘻哈音乐、 垃圾摇滚、碾核音乐、深宅音乐。在依赖于来自远程或本地数据库312的音频的实施例中， 可以将类型编码为数字文件的元数据。如果这样做，则可以检索该信息并将其直接传递给 呈现模块。
在不存在或不检索该元数据的情况下，可以根据在声音转换模块中完成的转 换的输出或者从音频的PCM表示来预测它。存在不同精确度和精度的方法。
在一些实施例中，使用基于音频的分类方法，并且将被定义为字符串或整数 指数的预测的类型类也发送到呈现模块。
几何和物理组装
物理照明组合件303一个或多个可单独寻址的照明装置组成。术语“可寻址” 意味着对于每个照明装置存在关联的唯一标识符，并且例如可以实现为整数值。假设照明 装置至少在其光通量方面是可调的，并且在一些实施例中，相对于它们发射的光谱是可调 的。这意味着一个或多个照明装置可以发出不同的颜色，但不一定是可见光谱中的每种可 能的颜色。
照明装置可以具有各种形状因子并且产生不同角度分布的光分布。这包括但 不限于诸如全向灯泡、具有通常根据光束角描述的定向光分布的抛物面反射灯、线性光管 自身或安装在部分反射的暗灯中的线性光管、装饰灯泡(诸如产生大多数全向光的烛台灯)、平面或曲面形状(或将光发射的分布转换成高度变化图案的形状和结构)的定制照明器具装置。光源可以是白炽灯、卤素灯、荧光灯或来自发光二极管(LED)。一些实施例使用 后者，因为其中可以相对容易地调节发射的光谱。
在一些实施例中，组合件是LED照明单元的可单独寻址的面板的联合，其中 每个面板具有多边形形状并通过有线连接而结合到相邻面板，参见图25的图示2500中的 303，其示出了示例连接和相关的几何确定(例如，步骤25002、25004、25006)。有线连 接至少包括通过以太网连接、PLC或者串行端口或引脚的数据传输。该连接还可以传输电 力并提供机械支撑。在该实施例中，每个照明面板具有唯一的标识并且可以获得与其连接 的面板的标识。因此，对于几何模块103而言可以向给定的照明组合件303查询其连接图 1031。该图可以在数学上表示为邻接矩阵、邻接列表或任意等效的非方向图的穷举表示。
在更具体的实施例中，如前面的部分中所述，要么通过由吸引磁力从一个面 板插入另一个面板的刚性块，要么通过连接两个或更多个面板的印刷电路板辅助件，机械 连接和电连接面板。因此，有线连接包括双向引脚，由一个面板的刚性块和另一个面板的 相应凹口之间的导电连接形成该双向引脚，或者由印刷电路板的桥接件的导电走线部分形 成该双向引脚。由此获得的连接图与如先前定义的布局检测方法相同或从其简单地得出。 当光遇到作为面板一部分的微观颗粒或表面缺陷时，通过对射入到面板中的光的散射，光 从明显平坦面板发射到环境中。
在计算机存储器中，邻接矩阵和邻接列表被存储为一个整数值阵列或一个整 数值阵列的阵列，其中值或者表示布尔变量，其表示装置之间存在不存在连接，或者表示 连接的照明装置标识符的配对。在该实施例中，假设组合件的每个照明装置部分连接到至 少一个其他照明装置；换言之，程度为至少一个。
根据这些示例，将图连接。由每个照明装置的物理结构决定最大程度。如果 每个照明装置为三角形的形式，每侧具有一个连接器，则最大程度为3；如果每个照明装 置是正方形的形式，每侧具有一个连接器，则最大程度为4。可以计算图中任何两个节点 之间的测地距离(即两个节点之间的最短路径上的顶点数)，并以距离矩阵1032的形式 放置。
从图表示，可以通过标准三角法导出二维坐标。因此，坐标将在组合件的局 部坐标系中定义。坐标可以结合到坐标字典中，其中每个条目都在照明装置的唯一标识符 上取键。在计算机存储器中，坐标字典存储为阵列的阵列，其中阵列的至少一个值使得阵 列能够匹配由其唯一标识符定义的特定照明装置，并且阵列中的其他值是整数或浮点数， 用于在组合件的局部坐标系中定义笛卡尔坐标。
在一些实施例中，组合件是灯或照明器具(其并不通过有线连接而直接结合) 的联合体。它们可以替代地在网状网络中彼此无线连接，或者在星形网络中与中央控制集 线器无线连接，其中无线通信协议可以是但不限于BluetoothTM、ZigbeeTM和Wi-Fi。无线 连接可以确定各个照明装置之间的距离或接近度。
代替图邻接矩阵，获得具有表示欧几里德意义上的接近度的元素的矩阵，或 距离矩阵。通过凝聚成群集，可以导出连接图，其以一致的意义定义两个照明装置是否是 邻居。还可以从该数据获得如上面根据整数或浮点阵列的阵列定义的坐标字典。应指出的 是，以这种方式导出的几何特性的精确度可能低于使用有线数据连接的实施例。
这可能是由于在将网络的节点到节点的连接强度或传输速度转换为距离时的 不精确性，这可能源自物理障碍，该物理障碍使得所述连接强度或传输速度低于仅空间间 隔所产生的。对于以下部分中描述的大多数应用，预期这种降低的精确度仍然允许有意义 的可视化，尽管不能排除每个实施例的一些不一致性。
还可以设想到的是，通过触摸屏界面或键盘输入将坐标字典手动输入到该方 法。用户可以提供包括坐标字典阵列的整数或浮点数，这是通过在连接到存储器的键盘上 手动枚举它们，或者通过使用触摸屏的交互和所述屏幕上的物理照明组合件的仿真以便定义相对坐标。
该过程需要安装物理照明组合件的人员进行更大的人力，并且排除了组合件 在初始设置之后的动态变化。同样在这种情况下，可以计算替代的几何表示(例如连接图 和距离矩阵)。
从上述任一光源，从上述任一方法获得的几何数据用于构造多个几何元数据205，其随后被存储在存储器中以由呈现模块102检索204，以便将音频激活以变化的、有 意义的或艺术的方式空间映射到物理照明组合件。以下部分描述了特定的几何元数据和派生此类数据的方法。应理解的是，枚举不是穷尽的，可以设想到其他类型的几何元数据。
可以通过坐标
的算术平均值从坐标字典计算物理照明组合件的几何中心：
对于平面组合件，坐标是二维的；对于非平面物理组合件，坐标是三维的。 照明装置的坐标在存储器中表示为整数或浮点数的阵列的阵列，如上所定义的那样，并且 通过算术加法来计算几何中心，对每个几何轴计算一个，遍及坐标阵列元素的所有照明装 置，然后除以被加的元素的总数。
在处理器上执行这些操作之后，获得包含整数或浮点数的阵列，其几何中心 的坐标。具有最接近几何中心的坐标的照明装置被指定为中心装置。可以根据组合件的其 他装置与中心的间隔来为组合件中的其他装置分配指数。在一些实施例中，通过确定从中 心装置到给定装置的最短路径上的边缘的数量或者测地距离来分配该指数。
存在通过一组逻辑和算术运算来计算图中的两个节点之间的最短路径的处理 操作，该组逻辑和算术运算是关于对图连接的阵列表示，其可以在处理器上执行；这些算 法包括但不限于Dijkstra的方法。在一些实施例中，照明装置的图相对较小(小于千个节 点)和稀疏的，这意味着找到最短路径需要相对少量的逻辑和算术运算。因此，在可用的 典型处理部件和电子电路上，计算连接图中的这些路径需要相对少量的时间。
指数可以在字典中排列，其中键是距离中心装置的边缘的数量，其中指数零 指的是中心装置本身，并且与每个键相关联的值是照明装置标识符的阵列。在一些实施例 中，字典作为阵列的阵列存储在存储器中，其中至少一个元素可以与表示相对于中心装置 的距离的整数或浮点值匹配，并且整数或者浮点数的阵列与该元素相关联，其中阵列的每 个元素可以与该组唯一照明装置标识符匹配。该字典被称为中心外字典1033。该方法的变 型是将中心装置定义为图形中心或约当中心(Jordan center)。图形中心被定义为节点，其到所有其他节点的最大的最短路径是最小的。所有其他计算保持不变。
物理组合件可以近似为椭圆体形(如果其是三维的)或椭圆形(如果其是二 维的)。确定椭圆体或椭圆形形状的方法通过计算M个照明装置上的三个或两个坐标元素 的协方差来进行。
对于三维坐标的情况，这产生3乘3的矩阵，并且对于二维坐标的情况，这 产生2乘2的矩阵。通过应用于存储器中阵列(其表示坐标矩阵)的有限组的算术和逻辑 运算，遍及所有装置对于两个或三个空间维度中每一个，来计算矩阵，所有这些都在处理 器或类似的电子电路上执行。
矩阵的特征向量可以被示出为椭球体或椭圆形的轴，其中与最大特征值相关 联的特征向量是长轴(或者换言之，定义通过该物理照明组合件的空间最大延伸线的向量)。通过在处理器上执行的方法操作以数字方式解决特征值问题。因此获得分别包括两个或三个元素的两个或三个整数或浮点数的阵列，并且存在与每个矢量相关联的整数或浮点数，其表示特征值。每个照明装置坐标被投影到椭圆体或椭圆形的长轴上。
照明装置标识符阵列按照对应的投影坐标的符号和值进行排序。排序的照明 装置标识符阵列可以被理解为，当被视为一体的照明装置时，装置从物理组合件的一个外 边缘到另一个外边缘的空间布置。负值最大的装置是列表中的第一个元素，并命名为长轴 根装置。以与上述相同的方式，可以基于连接图中到长轴根装置的最短路径中的边缘的数量，为每个其他装置分配指数。
由此获得的字典被称为长轴字典1034。在一些实施例中，字典作为阵列的阵 列存储在存储器中，其中至少一个元素可以与相对于长轴根装置的整数或浮点距离匹配， 并且整数或浮点数的阵列与该元素相关联，其可以与该组唯一照明装置标识符匹配。
通过沿着具有第二最大特征值的特征向量进一步分割装置，可以获得长轴字 典的变体。坐标投影在第二特征向量以及第一特征向量上。这些值按设定数量的组进行分组，这些组在某些值周围尽可能明显地群集。例如，如果第二特征向量上的投影坐标紧紧围绕三个值中的任何一个群集，则可以沿长轴将这些装置分成三个明显平行的通道。理想情况下，三个群集中每个群集中的装置数量应相似，否则这些通道的长度将不同。
然而，如果该条件成立，则可以构造在两个指数上取键的字典：通道标识符 和到该相同通道的长轴根装置的最短路径中的边缘数量。由此获得的字典被称为长轴通道 字典。在一些实施例中，字典作为阵列的阵列存储在存储器中，其中至少一个元素可以与 唯一的组指数匹配，并且至少一个其他元素可以与在关联于给定组指数的装置组中相对于长轴根装置的整数或浮点距离匹配，并且通过两种类型的匹配元素的并集，存在关联的整数或浮点数的阵列，其可以与该组唯一照明装置标识符匹配。
物理组合件可以由各个装置的明显群集组成。例如，这些装置可以在空间上 进行组织，使得它们在视觉上接近哑铃的形状，即大的两组装置以及在这两组之间仅具有 小的且空间上狭窄的装置组合件。例如，这些装置可以在空间上组织，使得它们形成直径 增大的同心环。
例如，可以组织这些装置，使得它们形成类似章鱼的形状，即大量群集装置 的中心以及多个装置从中心形成长而窄的分支。可以设想其他空间布置，其中对于人类观 察者而言，各个装置形成更大的结构，该更大的结构又可以由松散连接的子结构或群集组 成；人类的视觉感知已被证明易于在视觉上不同部件的总体组合中发现模式和形状。
基于坐标字典或图连接性，可以使用各种群集算法以便对装置进行分组，使 得它们对组的分配对应于对人类观察者直观的空间分组。用于在处理器或类似电子电路上 执行的群集方法及其实施方式包括但不限于k-均值群集、汇总群集、谱群集、Ward群集、DBSCAN群集。
群集方法可能需要参数来控制它们如何执行分组，并且一些方法不太适合于 发现非球形形状的群集或仅适度分离的群集。方法的选择需要测试或其他自动或手动配置方式。由于照明装置最多由三维坐标表示，并且装置的数量在典型应用中是小的(小于一千)，因此在具有存储器访问权限的处理器上执行群集算法的计算工作量相对较小，该存储器中表示装置坐标的整数或浮点数的阵列可用。
一旦获得分组，就可以完成在组内分配装置排序的任何先前方法，例如与该 组中的中心装置的间隔指数，或与该组中的长轴根装置的间隔指数。在一些实施例中，如 此获得的字典作为阵列的阵列存储在存储器中，其中至少一个元素可以与由群集方法定义 的唯一的组指数匹配，并且至少一个其他元素可以与在关联于给定组指数的装置组中相对于某个根装置的整数或浮点距离匹配，并且对于两种类型的匹配元素的并集，存在关联的整数或浮点数的阵列，其可以与该组唯一照明装置标识符匹配。
在一些应用中，用户以非常特定的方式在空间上布置各个照明装置以模仿文 化或个人意义的一些图形或形状，并且其中用户期望将根装置或中心装置特定地定义为对其他装置排序顺序的原点。用户还可能希望手动地将装置分组以在照明时模仿特定的形状或图形。可以设想到在照明时呈现心脏符号形状的分组，在整个物理布置中呈现或者缺少这种形状。
在一些实施例中，用户可以通过触摸屏界面定义这样的分组或根装置。如上 所述从物理照明组合件获得的坐标字典，其使得能够在屏幕上对物理组合件进行图形仿真 或再现。
例如，用户可以通过触摸或语音命令与所述仿真或再现交互，从而定义了定 制布置的组。它增加了用户在安装时所需的工作量，但是能够根据需要进行特定的布置。 在一些实施例中，系统可以从外部或本地数据库访问具有文化意义的形状的相对坐标。
可以针对物理照明组合件的实际坐标运行匹配搜索，并且如果在某个阈值内 找到匹配，则可以访问重要节点上的元数据并将其用于确定分组和根装置或中央装置。根 据手动定义的组的整数或浮点阵列在存储器中的表示可以在结构上与使用群集算法来导 出照明装置组的先前表示相同。
为了完整性，一些实施例随机地分配组或顺序或根装置或其他几何变量或它 们中的任意多个。这适用于其中精确空间布置被认为与期望的可视化无关，或者其中变化 光的随机性质是期望特征的情况。此外，分配可以确定或随机方式随时间变化，这导致可 视化的附加动态质量。
上面描述的特定实施例基于整个组合件的一些几何属性对物理照明组合件中 的各个装置进行分类或分组。可以设想到其他分类和分组方法。共同的品质在于，排序或 分组能够在呈现模块中实现音频到光的映射，该模块在空间上感知到每个装置在更大的组合件中存在的位置，因此可视化可以在更大的视觉单元上，并以感知到由人类观察者所感知的有意义的空间分组的形式完成，而不是仅仅在固定结构和尺寸的单一装置上。
本文提供了完整可视化的说明性实施例。在一些实施例中，数学表示是在两 个指数(组和顺序)上取键的字典，其中每个键与装置标识符列表相关联，其中列表可以 包含一个或多个元素，并且组和顺序指数可以取一个或多个值。
这种一般形式的字典被称为几何元数据205。它被存储在数字存储器中，或者 首先被发送到单独的装置，并且在那里被存储到存储器311中以供呈现模块102随后检索。 在一些实施例中，字典被传输并存储为整数或浮点阵列的阵列，其中至少一个元素可以与 唯一的组指数匹配，并且至少一个其他元素可以与组中的整数或浮点顺序匹配，并且对于 两种类型的匹配元素的并集，存在关联的整数或浮点数的阵列，其可以与该组唯一照明装 置标识符匹配。
在一些实施例中，对于改变，几何模块103重复地轮询401物理照明组合件 303。
当检测到对图连接性或坐标字典的改变时(这或者是因为用户在音频可视化 期间故意移除了装置，或者是因为装置由于电故障或机械故障而失灵)，几何模块可以触 发下述事件，即重新计算几何元数据205、更新其在存储器中的表示，使得由呈现模块102 访问的几何元数据204正确地反映当时可用于控制的物理布置。
轮询事件之间的持续时间可以配置成平衡可用的计算资源和将光映射到当前 布置的紧迫性。已经设想到到诸如每秒10次、每秒4次、每秒1次、每分钟12次的值。
呈现模块
呈现模块102针对任何给定时间点从声音转换模块101接收音频激活202，并 且可以访问由几何模块103构建的几何元数据，其描述物理照明组合件303的一些或所有 几何关系。呈现模块计算一组光激活201，其在以如上所述的方式转换为电控制命令111 之后导致来自物理照明组合件303的特定照明输出。光激活可在数学上表示为将每个唯一 照明装置标识符与颜色坐标和强度相关联的字典；可以设想到其他数学表示。例如，呈现 模块102包括或控制物理计算机硬件以使用光激活201生成可辨别的效果和照明可视化。
字典作为整数或浮点数的阵列的阵列存储在存储器中，其中至少一个元素可 以与照明装置的唯一标识符匹配，并且对于每个这样的元素，存在关联的整数或浮点数的 阵列，其一旦由转换模块111处理就完全定义照明装置的光谱输出。由于呈现模块具有关 于当前声音和光源几何形状的信息，因此可能有更多变化的可视化。几何元数据使得光输 出的处境意识的创建。换言之，可以使音乐(或一般地，音频)的给定片段对应于来自特 定一组相对空间位置(或处境)的特定组的光学输出。
由位于空间中唯一位置的多个照明装置组成的物理照明组合件具有额外的自 由度可用以便显示音频可视化。此外，该额外的自由度意味着光波212可以采用的配置总 数非常高。
由于空间处境感知，随着时间的推移，配置之间的转换可以包括光源的几何 变换，其对人类观察者产生音频或音频转换的有意义的可视化，其中可以考虑声音和视觉 的抽象概念(例如形状、速度、情绪、强度、相似性等)的感知。因此，可以进行高度定 制的音频可视化，其是对特定的、集体的或个人的需求和偏好定制的。
如本文所述，人类对声音和光的感知是复杂的，没有可以跨文化、年龄组或 个人而应用的通用的优选，而对保真度没有一些或显著的损失。接下来描述呈现模块算法 的非限制性示例。
在不丧失一般性的情况下，假设音频激活是在任何给定时间点包含对应于N 个频率窗口的元素的阵列，该阵列通过之前部分中描述的任何方法获得。在不丧失一般性 的情况下，假设物理照明组合件由M个可单独寻址的照明装置组成。
对于下面的描述，来自任何给定照明装置的光输出被表示为0到255范围内 的三个值，其中相对值定义RGB颜色空间中的点，并且三个值的大小定义强度；如上所 述，可以使用其他颜色空间。在不丧失一般性的情况下，假定音频激活以每秒F次的速率 更新，并且光激活以每秒G次的速率更新。
在呈现算法的一个实施例中，计算以给定时间点t处的平均音频强度开始：
通过对给定时间点的音频激活阵列中所有整数或浮点数的加法，在处理器上 执行求和，除以元素总数，元素总数等于频率窗口(或主要窗口，或音频分解的其他类型 划分)的数量。
可以通过沿着颜色空间的交叉进行插值来将平均音频强度变换为色点。换言 之，平均音频强度沿着某色谱S(x)选择一个值，其中x是插值变量。色谱的示例包括：
蓝-绿-红：在插值变量x的低值处，RGB矢量的蓝色元素为255或接近其最 大值，并且绿色和红色元素为零。为了增加x，蓝色元素单调减少，而绿色元素单调增加。 在x的中间值处，绿色元素达到255或接近其最大值，而蓝色和红色元素都为零或接近零。 为了x的进一步增加，绿色元素单调减小并且红色元素单调增加，直到在x的高值处红色 元素达到255或接近其最大值，而蓝色和绿色元素都为零或接近零。对于更高的x值，RGB 元素对于红色在最大值处保持恒定，对于蓝色和绿色元素保持零或接近零值。
蓝-红：在低x值时，RGB矢量的蓝色元素为255或接近其最大值。与蓝-绿- 红色光谱不同，绿色元素对于x的所有值都是零，相反是红色元素，随着蓝色值随x增加 而减小，其增加。结果，在x的中间值处，输出颜色是紫色，其是如上所定义的蓝-绿-红 色光谱中不存在的颜色。对于更高的x值，RGB元素对于红色在最大值处保持恒定，对于 蓝色和绿色元素保持零或接近零值。
日落：黑体辐射体沿着颜色空间的一维区段产生光，范围从低表面温度下的 深红色到高温下的冷白色，以及在其间的温度下的暖白色。随着太阳落山，它产生的光线 非常接近于从高温降温的黑体辐射器。因此可以设置RGB元素，使得在x的低值处，色 点对应于类似于当太阳在高空时的太阳光的冷白色，并且随着x值的增加，RGB元素移位 以对应于类似于夕阳的颜色，直到达到深红色。
光激活阵列中的元素被设置为等于这样的颜色点，该颜色点通过使用平均音 频强度作为插值变量到上面定义的任何一个颜色光谱或颜色空间的任何其他一维交叉部 而获得。
在下一个时间点，计算新的平均音频强度，并更新可视化。
利用这种呈现方法，音频变化在整个物照明组合件上以恒定的强度产生均匀 的颜色变化。这是一个简单的呈现，它不使用处境感知。
在图6中所示的呈现机制的另一实施例中，计算从每个子带的平均音频强度 的计算1022开始。
其中w是子带指数并且|Ω(w)|是设置大小的音频激活指数的不相交子集 |Ω(w)|。可以划分这些子集，使得低频音频激活被分组在一起，中频音频激活被分组在一 起，并且高频音频激活被分组在一起。这种划分可以理解为音乐或音频的低音、中音和高 音。
在阵列元素是子带的定义细分的一部分的逻辑条件下，通过对给定时间点的 音频激活阵列中所有整数或浮点数的加法，来在处理器上执行求和；总和值在数值上除以 相应子带中的元素总数。
获得大小等于子带数量的整数或浮点数的阵列。长轴通道字典(几何元数据 204的一部分)向每个照明装置分配组和组内的顺序，如上面的部分中所定义的那样。
低频子带的平均音频强度用于控制几何组之一中的照明装置的光输出；中频 子带的平均音频强度用于控制另一个几何组的光输出；高频子带的平均音频强度用于控制除前两组之外的几何组的光输出。对于每个组，从光谱S(x)中选择1021色点，其中插 值变量是归一化的组指数。例如，如果使用蓝-绿-红光谱，则可以给低频组分配蓝色，给 中频组分配绿色，并且可以给高频组分配红色。
组ɡ中的单个照明装置D的强度基于其顺序指数k被分配1023，并且关联于 组的子带的平均音频强度如由下述公式定义：
I(D，t)＝[1+exp(k-γ·Eg(t))]-1
当在处理器或类似电子电路上执行时，该等式编码以下关系：如果给定时间 给定组中的照明装置具有低阶指数，则相关子带的平均音频强度可以是在相对低到相对高 之间的任何值，为了给照明装置分配高强度。如果在给定时间给定组中的照明装置具有高 阶指数，则相关子带的总音频强度可以相对较高，而不是相对较低，以便为照明装置分配 高强度；否则强度设置为低值。
这些逻辑关系的原因是：如果上述等式中的指数值是正数，即顺序指数大于 缩放的音频强度，则函数计算为接近零的值；如果指数的值是负数，即顺序指数小于缩放 的音频强度，则函数计算为接近1的值。
可以使用具有相同效果的其他形式的S形函数，诸如但不限于Gompertz函数 和双曲正切。参数γ被校准，并且在一些实施例中，其取决于给定几何元数据中的顺序指 数的最大值。给定如此定义的强度和如先前定义的颜色，构造光激活201，其为每个照明 装置描述要显示何种RGB元素。在存储器中，它被存储为整数或浮点数的阵列的阵列， 其中至少一个元素可以与唯一的照明装置标识符匹配，并且之于每个这样的元素，整数或 浮点数的阵列与元素相关联，其唯一地定义颜色空间中的点和光强度，其在一些实施例中 可以是三个元素的阵列，参见用于说明的图6中的201。
利用这种呈现方法，沿着物理照明组和件103的最长几何轴的三个通道将以 不同颜色显示条，这些条根据音乐的音高的强度上下移动；例如，用低音鼓创建的节奏性 节拍主要在多个照明装置的通道的一个中产生彩色光上下的节奏运动，而女高音咏叹调在 多个照明装置的通道中的另一个中产生另一种颜色的光的运动和强度。该呈现方法利用了处境感知，具体地，照明装置作为总体创建什么形状，以及每个装置如何相对于总体形状定位。
在另一实施例中，每个音频激活被分配给唯一的照明装置。通过顺序指数完 成该分配，换言之，
确定具有顺序指数k的照明装置的光输出。可以如上所述地 计算顺序指数并将其存储在字典中，例如基于其与几何中心的相对距离。
基于顺序指数，通过将其用作任何光谱(诸如但不限于上面定义的光谱)的 插值变量，给每个装置分配颜色。
在一些实施例中，在通过单调递增函数的变换之后，通过相关联的音频激活 来为给定的照明装置设置强度。在存在比音频激活更多的照明装置(即M>N)的情况下， 将一个或多个音频激活分配给多个照明装置。在存在照明装置少于音频激活(即M<N) 的情况下，则将多个音频激活分配给相同的照明装置，并且音频激活的平均值用于分配光 的强度。利用这种呈现方法，高音频强度的部分导致多种颜色的高的光强度，并且仅在频 率子带的子集中具有高的音频强度的部分仅在物理照明组合件的一些部分中导致高的光 强度，其中组合件内的颜色和位置由接合的那个子带确定。
利用该呈现方法，包含音高行进的片段将仅使照明装置的一部分发光，但是 对于人类观察者而言，光在物理照明组合件的总体形状中在空间上向外逐步扩展并且随着 行进达到更高的音高。
在另一个实施例中，如图7中所示，如上计算平均音频强度，并且通过沿着 色谱1025(例如如上定义的蓝-红)插值来获得颜色。通过将平均音频强度线性映射到光 强度来获得光强度。在当前时间t，仅为几何元数据中定义的根装置分配该颜色和光强度。 根装置可以通过上述任何方法确定，例如，到物理照明组合件的几何中心的最小距离。几 何元数据204还包含中心外字典，其基于给定照明装置和根装置之间的测地距离向每个装 置分配顺序。关联于大于根装置的顺序指数的照明装置的颜色和强度如下地分配1026：
在时间t，将顺序指数k的照明装置的颜色设置为在时间t-ts处的顺序指数k-1 的照明装置的颜色，其中先前的颜色从存储器被检索为整数或浮动点数的阵列。
在时间t，顺序指数k的照明装置的强度被设置为在时间t-ts处的顺序指数k-1 的照明装置的强度乘以因子，因子诸如但不限于1.0、0.9、0.8或0.75。
在上面的定义中ts是更新照明激活之间的时间，ts＝1/G。将适于不同顺序指 数的多个照明装置每个的颜色阵列合并1027为单个阵列。在该阵列中，至少一个元素可 以与唯一的照明装置标识符匹配，并且对于每个这样的元素，可以关联如上定义的颜色阵 列。利用相应的强度，计算1029光激活，并且将整数或浮点阵列发送到物理照明组合件 103。用定义了新颜色集的阵列更新1028存储器，使得可以在下一个时间点检索这个阵列。 在该实施例中，在给定时间点的音频瞬间地仅确定单个照明装置的颜色和强度。
然而，通过设定的时间滞后，音频确定了从根装置在空间上展开的装置的颜 色。几何元数据对可视化将在连续时间点之间如何转换编码。在呈现模块的该实施例中， 高音频强度的延长的周期将以关联于高强度的颜色对整个物理照明组合件以下述方式着 色，其中光对于人类观察者而言看似是从物理照明组合件的中心处的源转变或辐射的。
另一方面，由高强度快速周期及其间相对低强度的部分组成的音频(诸如在 具有明确定义的鼓节拍的音乐曲调中)，将在物理照明组合件中产生作为颜色环的光的行 进，其对于人类观察者而言看似从源装置径向向外移动。因此，较长时间段上的瞬时音频 变化反映在光图案和光图案的转变中。滞后时间ts可以等于音频激活更新之间的时间。在 音频激活更新的频率被认为产生过快的更新可视化的情况下，滞后时间也可以是音频激活 更新之间的时间的整数倍。滞后时间可以由用户手动设置，或者可以在制造期间校准和设置。
滞后时间还可以通过声音转换模块传递到呈现模块的辅助指标来设置。例如，BPM量化了音频的一般速度，因此滞后时间可以设置为随着BPM的增加而减小，以及反 之亦然。
该呈现方法利用了处境感知，其首先关于什么是有意义的源节点，颜色和光 的扩展环将看似从该节点发出。
其次，处境感知存在于颜色和强度如何随着时间在物理照明组合件上转变， 具体地使得照明装置从空间上附近的装置继承颜色和强度。
伪代码呈现示例
为了进一步说明上述的并在图27中示出的实施例，以及概述上述其他实施例， 在代码示例1至3中提供伪代码，并且接下来详细描述。
示例1中的伪代码表示高级软件例程，其首先通过调用感测组合件的不同照 明装置部分之间的物理连接的较低级例程来确定如何将照明装置组合件放在一起。连接阵 列转换为几何元数据，其可包括几种类型的数据结构。如上所述，通过在每次迭代的设定 时间间隔执行逻辑来运行可视化。伪代码没有准确地指定如何实施每次迭代的时间，但它 可以是暂停执行的滞后函数，使得每次迭代的总时间等于期望的持续时间。
从调用传感器的较低级例程中检索基本PCM格式中的一个音频段。如果音频 是作为数字文件获得的，则该行被替换为检索和转换数字音频片段的函数。音频片段经受 波变换。在示例实施例中，这涉及对优化的FFT例程的调用，但是如上所述，其他波变换 也是可能的。音频激活以前面描述的方式之一归一化，以便更好地将从波变换获得的物理 波特性映射到与人类观察者相关的心理声学特征。
基于该组音频激活和可用的几何元数据，运行许多可能的呈现例程中的一个 以获得光激活。它们为组合件中的每个装置指定颜色坐标和强度。该数据作为整数或浮点 数存储在数据结构中。该数据结构随后被传递到较低级例程，该较低级例程执行逻辑，该 逻辑最终调节各个照明装置中的多个LED的驱动电流。
重复命令直到触发一些中断命令，其可以通过按下控制软件界面中的按钮或 者从控制器物理移除传感器来生成。
示例2示出用于计算几何元数据的函数的特定版本的伪代码，该几何元数据 是示例1中的伪代码的一部分。该特定版本创建了中心外字典。
第一步骤基于连接阵列中表示的所有装置从连接阵列导出平均笛卡尔坐标。 该平均值表示物理组合件的几何中心。相对于该中心对所有装置计算欧几里德距离。第二 步骤是在组合件中找到最接近所述几何中心的装置，换言之，具有最小欧几里德距离的装置。如上所述，这被称为根装置。随后在所有装置和指定为根装置的装置之间计算图距离。此步骤可以使用前面部分中描述的任何方法。字典可以表示为数据阵列，其中装置的指数作为整数键，并且相关的图距离作为与该键相关联的整数值。根装置距离值根据定义等于零。
在示例3中，给出用于将音频激活呈现到物理组合件上的一种可能方式的伪 代码。作为输入，该函数接收中心外字典，如上所述。这是一个整数或浮点数的阵列，其 中阵列中的每个值是多少汇总音频由相关子带的音频组成的函数或子带的或波变换的其 他输出函数，如前所述。
第一步骤是计算总音频强度，其中子带值被平均。由于音频激活是从先前函 数的执行归一化的，因此可以假设它们在大多数情况下在0到1的范围内。光强度被计算 为通过音频强度的线性映射获得的整数或浮点数。映射可以像标识转换一样简单。
在这种情况下，颜色由分段线性函数构成，该函数将总音频激活数映射成浮 点数的三元组，每个浮点数在0到1的范围内。函数的确切形状可以在实施例之间变化， 但是在示例3的具体示例中，函数如下工作：在非常低的音频强度下，对应于蓝色的浮点 数接近1，而其他两个数字为零或接近零。随着音频强度的增加，三元组中的蓝色分量开 始减少，而绿色分量增加，从而逐渐将颜色变为青色。在中间音频强度下，蓝色分量已达 到零，而绿色为1。随着音频强度进一步增加，绿色分量减少并且红色增加，而蓝色保持 为零。换言之，颜色逐渐变为黄色和琥珀色。最后，在非常高的音频强度下，颜色变为红 色。这是一个示例，如前所述可以设想到许多其他示例。
基于计算的光强度和颜色三元组，通过将强度与颜色三元组相乘以及将浮点 数乘以255来计算RGB数据阵列。使用后一因子，假设该值是组合件中的照明装置解释 为最大驱动电流的值。可以使用其他值。
基于其与几何中心的间隔程度以及先前迭代中的RGB数据阵列，为组合件中 的每个装置分配RGB数据阵列。具体而言，将与根装置间隔开一个等级的装置分配如上 所述计算的RGB数据阵列，但是对于前一时间点的音频激活(换言之，在示例1中的当 型循环(while-loop)的前一次迭代中)。对于两个间隔等级，RGB数据阵列是如上计算 的值，但是是在当前时间点之前的两步的；等等。仅为根装置分配根据当前时间点的音频 强度计算的RGB数据阵列。
最后一步是通过预先添加当前RGB数据阵列来更新先前RGB数据阵列的阵 列。在下一次迭代中，RGB数据阵列因此在阵列中向上移动了一步。
示例1：用于实时处理从传感器获得的音频并将其映射到照明装置的几何特征 化的物理组合件的最高级例程的伪代码。
#分析并表示布局
连接_阵列＝发现_装置_连接()
几何_元数据＝计算_几何_数据(连接_阵列)
#运行可视化直到中断
当为真：
#检索最近时间窗口的音频片段
pcm_段＝传感器_检索(时间_间隙)
#构建归一化的音频激活
音频_动作＝波_变换(pcm_段)
音频_动作_归一化＝归一化(音频_动作)
#将音频激活映射到光激活
光_动作＝呈现(音频_动作_归一化，几何_元数据)
设置_光(光_动作)
如果中断_接收()为真：
中止
示例2：用于特定几何元数据的伪代码，其定义了每个装置在所连接的多个照 明装置的图内相对于其最接近几何中心的照明装置的距离。返回的数据结构称为中心外字典。
函数计算_几何_数据(连接_阵列)：
#从所有装置的中心导出距离
坐标＝计算_坐标(连接_阵列)
平均_坐标＝计算_平均(坐标)
对于多个装置中的装置：
距离_到_中心[装置]＝欧几里得(坐标[装置]，平均_坐标)
#设置根装置以及到所有其他装置和图距离
距离_最小＝最小(距离_到_中心)
根_装置＝目标函数最小(距离_到_中心)
对于多个装置中的装置：
图_距离[装置]＝计算_图_距离(装置，
根_装置，
连接_阵列)
返回图_距离
示例3：用于呈现方法的伪代码，其中颜色和光强度由总音频强度设置，并且 颜色和光强度到装置的映射取决于它们与几何中心的接近度，使得它们越接近，它们的值 在音频流中对应的点就越新。例如，鼓节拍将产生似乎从组合件的中心径向向外传导的脉 动模式。
函数呈现(音频_动作，几何_数据)：
#音频强度作为所有子带的平均激活
音频_强度＝计算_平均(音频_动作)
#光强度随音频强度线性增加
光_强度＝线性_插值(音频_强度)
#将RGB坐标设置为音频强度的函数
红色＝最小(1.0，最大(0.0，-1.0+2.0*音频_强度))
绿色＝最小(最大(0.0，2.0-2.0*音频_强度)，
最大(0.0，2.0*音频_强度))
蓝色＝最小(1.0，最大(0.0，1.0-2.0*音频_强度))
rgb_坐标＝[红色，绿色，蓝色]
#为当前音频帧设置RGB值
rgb_当前＝255*光_强度*rgb_坐标
#从中心向外传导RGB值
对于多个装置中的装置：
如果几何_数据[装置]＝＝0则
光_动作[装置]＝rgb_当前
否则则
光_动作[装置]＝获取_前一_rgb(几何_数据[装置])
#使用当前RGB值预先排列先前RGB值的阵列
更新_前一_rgb(rgb_当前)
返回光_动作
光激活控制实例
在另一实施例中，音频激活被转换成参数到随机变量，其确定了光图案的演 变。在这些实施例中，光可视化及其演变将以比音频激活和光激活之间的比例关系产生的 更抽象的意义反映音频。
在一个这样的实施例中，存在两种颜色(称为背景颜色和对象颜色)，其从 颜色光谱中被选取为两个不同的点，并且作为两个整数或浮点数的阵列存储在存储器中， 整数或浮点数的阵列定义了RGB空间(或颜色空间的任何其他表示)中的一个点。除了 一个之外的所有照明装置都被分配了与背景颜色对应的RGB元素。剩下的一个照明装置 被分配对应于对象颜色的RGB元素。对于所有照明装置，强度设置为常数。每次光激活 被更新，即每1/G秒一次，在处理器或类似的电子电路上执行以下逻辑和算术运算。
计算平均音频强度E(t)，其在处理器上执行，如以上针对另一实施例所述地。
从诸如均匀、高斯或泊松分布的分布中提取正随机数v。这是在本领域已知的 任何算法之后实现的，以通过处理器上的有限组的逻辑和算术计算来获得伪随机数或随机数。
如果E(t)＜v，则光激活被设置为与前一时间点t-ts的光激活相同。
如果另一方面E(t)≥v，则随机选择相对于分配有对象颜色的照明装置的 一个邻居照明装置，其中邻居信息在由几何模块计算的图连接性数据中可用，并且作为整 数阵列或浮点数的阵列在存储器中可用。随机选择的照明装置被分配对应于对象颜色的 RGB元素，并且在前一时间点t-ts被分配这些RGB元素的照明装置被设置为对应于背景 颜色的RGB元素。
呈现模块的该实施例可以产生明显光对象的可视化，其以随机速度在随机方 向上移动通过物理照明组合件，其中明显光对象移动的速度在低音频强度的部分中通常是缓慢的，并且在高音频强度的部分中通常快速。
背景颜色和对象颜色，或仅两者中的一个，也可以随机演变。在给定光谱中 的插值变量可以演变，使得在音频主要是高音调的情况下更可能朝向更高值的步长(step)， 在音频主要是低音调的情况下则相反。相关实施例计算每个子带的平均音频强度，并将如 上的相同逻辑应用于多个独立的明显光对象。换言之，它是每个子带的平均音频强度阵列 中的第一个整数或浮点数(其设置了第一个明显光对象的转换概率)，以及整数或浮点数 的第二个在每个子带的平均音频强度阵列中，以及每个子带的平均音频强度阵列中的第二个整数或浮点数(其设定款第二个明显光对象的转换概率)，如此地对于每个子带的平均音频强度阵列中的所有元素。在该实施例中，主要是一个音调的音频将以高速产生一个光对象的明显运动，而其他明显光对象以低速在照明装置之间转变。
以上实施例是随机游走的特定形式，随机游走是一种经过充分研究的数学对 象。随机游走的其他特定变体可用于控制明显光对象和背景的空间上的或光学上的转变。 需要处境感知以使光激活的演变作为人类观察者的变化可视化而出现，其中同一个对象在颜色的背景中移动，而不是随机切换多个单个照明装置的颜色。
在一些实施例中，呈现模块采用如之前的部分中所述地获得的辅助指标，例 如音频情绪或类型。音频情绪被映射到颜色，或者来自查找表，其列表表示情绪和颜色之 间的关联，或者来自特定光谱的插值，其中插值变量是情绪或情感的有序的强度。对于给 定的音乐曲调或者至少其重要部分，预期情绪是恒定的，因此随着曲调或其至少其重要部 分播放颜色也是恒定的。随时间的强度变化可以多种方式设置，其或者与目前为止描述的 实施例相同，或者其中给定色谱的插值变量改为调节强度。在特定实施例中，计算平均音 频强度E(t)。通过线性映射E(t)到光强度来获得光的强度。
在当前时间t，仅为几何元数据中定义的根装置分配该强度。根装置可以通过 上述任何方法确定，例如，到物理照明组合件的几何中心的最小距离。此外，几何元数据 包含中心外字典，其基于连接图中的边缘数量向每个装置分配顺序，该边缘是将给定的照 明装置与根装置在它们之间的最短路径上隔开的边缘。
对距根装置的一个(或更大)顺序指数的照明装置分配强度如下所述：在时 间t，顺序指数k的照明装置被设置为顺序指数k-1的照明装置在时间t-ts的强度乘以因子， 因子诸如但不限于1.0、0.9、0.8或0.75。在上面的定义中，ts是更新照明激活之间的时 间，ts＝1/G。在该实施例中，在给定时间点的音频确定单个装置的强度。然而，通过设 定的时间滞后，音频确定了由音乐情绪的映射设置的颜色强度如何从根装置展开。
在另一实施例中，立体声音频的左和右部分由声音转换模块通过上述任何方 法并行处理，并且两组音频激活被发送到呈现模块。可以配置几何元数据，使得照明装置 被分成两组。
这些可以通过用户将照明装置安装成类似于哑铃的形状来获得，其中照明装 置的两个主要群集分别位于左和右音频扬声器的上方。在呈现模块中使用从左音轨导出的音频激活以为第一几何组创建光激活；在呈现模块中使用从右音轨导出的音频激活来为第二几何组创建光激活。对于给定的组，可以根据上述方法设置RGB元素和强度，例如通 过计算给定音轨的平均音频强度并通过沿着色谱插值将其映射到颜色，并且强度设置成恒 定或设置为与平均音频强度成比例。
该呈现方法反映了物理照明组合件的空间布置中的立体声音频的空间质量。
进一步的非限制性说明性实施例
可以关于计算、传输和显示硬件以许多不同方式实现本文描述的创建处境感 知的音频可视化的方法。
在本部分中，关于可用于构造上述示例方法的物理实施例的硬件来描述说明 性实施例。可以设想到其他示例性硬件实施例。
上面描述的并在图21、图22和图23中示出的示例2100中示出的数据流和处 理是对系统和对应流程2200、2300的说明，其可以遵循关注点分离(SoC)的设计原理实 现，使得声音预处理模块104和声音转换模块101不需要关于物理照明组合件303的信息， 而是仅需要关于音频数据的信息，例如它是否是机械波211或数字音频格式213的形式。
遵循相同的原理，几何模块103可以被实现为在没有关于音频的任何信息的 情况下操作，仅利用关于物理照明组合件303的信息。呈现模块102是这样的部件，其通 过音频激活202和几何元数据204组合关于音频和照明组件的信息，以便导出照明控制命 令。然而，音频激活和几何元数据可以被实现为相对于原始音频和几何数据被相当大地压 缩，使得在模块之间仅传输具有相对小尺寸的整数或浮点阵列形式的必要信息。
最后，颜色到电流模块111是唯一需要关于物理照明组合件303中的各个照 明装置的电子硬件的信息的模块。许多说明性硬件实施例考虑到了这种分离。
在图28A中，具有图形用户界面的计算装置501(例如笔记本电脑、台式电 脑或智能电话)通过有线或无线连接(例如Wi-Fi、LTE或以太网)连接到因特网。通过 该连接601，检索数字音频文件。
计算装置至少包含处理器和数字存储器。计算装置在其处理器上执行预处理 模块、声音转换模块和呈现模块的逻辑指令部分。特定照明装置502还连接到计算装置。 此连接可以是无线连接，其中的协议可以是Wi-Fi、低功耗BluetoothTM或ZigbeeTM，也可 以有线连接，其中是PLC或串行端口连接。通过该连接602，计算装置发送表示光激活的 整数或浮点阵列的流；这些阵列包括至少一个元素，键，其可以与唯一的照明装置标识符 匹配，并且编码颜色和光强度的阵列与该元素关联。
照明设备的一部分是一个或多个微处理器。它们执行颜色到电流模块的逻辑， 以便在唯一的照明装置标识符和从计算装置发送的阵列中的匹配元素(或键)之间进行匹 配之后，根据光激活阵列中的元素调节各个照明装置的电配置。照明设备的几何配置也被 发送603到计算装置，以便在计算装置上执行几何模块。从硬件角度来看，这是一个简单 的实施例，因为它在单个装置上执行大多数模块。
在图28B中，具有图形用户界面的计算装置501(例如笔记本电脑、台式电 脑或智能电话)以与关于图28A描述的实施例相同的方式连接到因特网。然而，计算装置 仅用于执行预处理模块和声音转换模块。由此获得的音频激活作为整数或浮点阵列发送 604到单独的计算中枢503。
该中枢包含处理器和数字存储器，并且可以通过无线连接或有线连接从计算 装置501接收数据，其中可以使用诸如Wi-Fi、BluetoothTM、ZigbeeTM、以太网、串行端口 或PLC之类的协议。该中枢可以是智能家居中心，其设计为在家中固定，因此总是靠近照 明设备。
该中枢通过无线或有线连接连接到照明设备，其中可以使用如上所述的协议。 该中枢执行几何模块和呈现模块的逻辑指令，并生成表示光激活的整数或浮点阵列的流； 这些阵列包括至少一个元素，键，其可以与唯一的照明装置标识符匹配，并且编码颜色和 光强度的阵列与该元素关联。阵列被发送605到照明装置。
为了获得各个照明装置的电配置，逻辑的执行与前面的实施例相同。如上所 述，与软件的SoC一致，该实施例将硬件分离。图28C中的实施例包括在硬件上执行软件 的相同连接和分离，除了是从麦克风或传感器504而不是从因特网检索音频数据之外。
到目前为止所描述的实施例都部分地依赖于在计算装置501上完成的计算。 在这是移动装置的情况下，如果移动装置被移到无线或有线连接的至少一个的范围之外， 则音频可视化的功能有破坏的风险。在图28D中，控制中枢503执行声音预处理模块、声 音变换模块、呈现模块和几何模块。
该中枢以与上述实施例相同的方式通过无线或有线连接605将光激活发送到 照明装置502。音频数据可以要么从麦克风或传感器器504获得，要么作为数字文件通过 到因特网的连接601获得。该中枢是固定的，并可能缺少图形用户界面。因此，该中枢607 连接到包含图形用户界面的另一计算装置501。此连接的目的是在中枢上实现用户友好的 软件执行配置，例如Internet地址(从其下载音频文件)、呈现方法参数的选择，或者实 现传达手动分组的照明装置。
该数据存储在中枢上的存储器中，并在处理给定音频时被检索。在该实施例 中，音频可视化不依赖于移动装置501来执行上述逻辑命令和算术。只有固定的中枢503 在播放音频时执行任何计算。具体地，如果该中枢通过电线连接605到照明设备502，则 该实施例可以以最小的开销(其可以是标准无线协议的一部分)在软件模块之间传输音频 和光激活，这导致滞后且增加同步误差的风险高于可接受水平。
在包括到因特网的连接的说明性实施例中，可以相对于照明设备远程地执行 一些模块。例如，在图28D中，声音预处理模块和声音转换模块可以在远程计算装置上执 行，并且仅音频激活作为整数或浮点阵列通过连接601发送到控制中枢503。在这些实施 例中，对同步误差超过可接受限度的传输开销的风险可能增加。在这些情况下，音频可以 进行批处理，而不是实时处理，并且在播放音频的同时，整组音频激活被传输到中枢，存 储在存储器中，然后被检索并进一步处理。
非限制性示例套件和部件
图29示出可能的套件2900的部件，套件2900具有可配置照明单元(例如， 面板)29002、用于在运输期间辅助壁放置/保护的蜡纸29004、控制器29006、一个或多个 连接器29008(示出为凸形件/凸形链接器)、电源29010(在一些实施例中，其可以是控 制器29006的一部分)和可用于将照明单元可移除地安装在各种表面上的安装带29012。 这些部件可以组合在一起以形成用于控制和协调来自多个可配置照明面板的照明的系统。
图30是示例性连接器30002的俯视平面图3000A。连接器30002可具有一个 或多个可相互作用的元件(例如，按钮30003和30005)。例如，按钮30003和30005可 用于控制电力输送(例如，接通和断开)、照明效果之间的转换等。在一些实施例中，布 局检测有利地用于在照明效果之间引起更平稳的转换。例如，可循环通过的各种可视化可 以驻留在控制器上存在的非暂时性计算机可读存储器上(或在附接的云存储器、“中枢”， HomeKit TM装置等中)。
图31是说明将控制器31006连接到可配置照明单元31002的步骤的图呈现 3100。在31004处示出特写，并且该直接连接允许可配置照明单元31002传导电力(和/ 或数据)到其他照明单元，使得来自31008、31010的单个电力连接能够为整个组合件供 电。
图32A、图32B和图32C是可以提供的不同接口的示例屏幕截图呈现3200A、 3200B和3200C。这些不同接口中的每一个都可用于控制系统和照明的各种特征。例如， 3200A示出对各个面板的控制，3200B示出基于特定主题(例如，星夜)的控制，而3200C 示出自定义颜色混合器面板。
图33和图34是示出示例性连续形状33002、33004、33006、33008、33010、 33012、33014、33016、34002、34004、34006、34008、34010、34012、34014的呈现3300 和3400。使用可配置照明单元的各种配置，这些形状都是可能的。本文描述的实施例涉及 用于布局检测的系统和方法，该布局检测由联接到可配置照明单元的组合件的控制器执行。 布局可以指可配置照明单元的连续形状，因为可配置照明单元具有特定布局以限定连续形 状。可配置照明单元可重新配置以生成不同的连续形状和布局。
如果用户不再满足于特定的连续形状，则用户可以简单地重新布置单元并相 应地重新连接单元以创建新的连续形状(具有不同的布局)。并非所有单元都需要直接连 接，因为单元能够将电力和/或数据传输到间接连接的单元。这允许电力线放置的灵活性(例如，以最小化难看的线绳的影响)。在一些实施例中，可以在不关闭电力流的情况下放置 或移除单元，因为布局检测自动更新并维持表示单元的当前形状、取向和布局的数据结构。例如，该信息可以被传送到控制器，使得控制器能够更准确地确定组合件的功耗需求。
本文描述的实施例基于指示组合件的各个可配置单元之间联接特性的数据来 导出整数阵列，该组合件是通过一组一个或多个物理连接以特定连续形状布置的的。不考 虑平移或刚体旋转，几何上不同的两个可能的组合件生成不同的整数阵列。在平移或刚体 旋转之后，几何上相同的两个可能的组合件可以生成相同的整数阵列。
将整数阵列存储在封装在非暂时性计算机可读介质中的数据结构中，该非暂 时性计算机可读介质驻留在控制器上或与控制器通信。
本文描述的装置、系统和方法的实施例可以硬件和软件的组合来实施。这些 实施例可以在可编程计算机上实施，每个计算机包括至少一个处理器、数据存储系统(包 括易失性存储器或非易失性存储器或其他数据存储元件或其组合)，以及至少一个通信接 口。
程序代码被应用于输入数据以执行本文描述的功能并生成输出信息。输出信 息应用于一个或多个输出装置。在一些实施例中，通信接口可以是网络通信接口。在可以 组合元件的实施例中，通信接口可以是软件通信接口，例如用于进程间通信的那些接口。 在其他实施例中，可以存在实施为硬件、软件及其组合的通信接口的组合。
术语“连接”或“联接到”可以包括直接联接(其中两个彼此联接的元件彼 此接触)和间接联接(其中至少一个额外的元件位于这两个元件之间)。在可配置照明单 元的处境中，在一些实施例中，联接可以包括磁性的、机械的连接，由此两个(或更多个) 相邻的可配置照明单元彼此连接。
实施例的技术方案可以是软件产品的形式。软件产品可以存储在非易失性或 非暂时性存储介质中，该存储介质可以是压缩盘只读存储器(CD-ROM)、USB闪存盘或 可移动硬盘。该软件产品包括许多指令，这些指令使计算机装置(个人计算机、服务器或 网络装置)能够执行由实施例提供的方法。在一些实施例中，软件产品可以由控制器的处 理器执行。
本文描述的实施例由物理电子/计算机硬件实施，该物理电子/计算机硬件包括计算装置、服务器、接收器、发射器、处理器、存储器、显示器和网络。本文描述的实施 例提供有用的物理机器和特别配置的计算机硬件布置。提供可以重新配置和重新布置的可 控照明，并且所述的实施例提供布局检测、控制、电力/数据共享等的方法。
提供特定数据结构以帮助对布局的呈现和存储的计算。这些数据结构可以在 一段时间内保持和/或周期性地更新(例如，通过轮询)或响应于刺激(例如，接收到中断 信号)而更新。
尽管已经详细描述了实施例，但是应理解的是，可以对本文进行各种改变、 替换和更改。
此外，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质组 成、装置、方法和步骤的特定实施例。本领域普通技术人员从本公开内容将容易理解目前 存在或以后开发的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤，可以使用上述来执 行与本文描述的相应实施例基本相同的功能或实现与本文描述的相应实施例基本相同的 结果。如可以理解到的那样，上面描述和示出的示例仅旨在是示例性的。
Claims (10)
1.一种照明系统，其包括：
由多个可配置照明单元形成的组合件，所述可配置照明单元使用一个或多个连接器可移除地联接到一起以形成一个或多个连续形状，通过重新布置所述多个可配置照明单元可重新配置所述一个或多个连续形状；
所述多个可配置照明单元中的每个可配置照明单元具有一个或多个可连接子部分，所述可连接子部分至少包括用于接收所述一个或多个连接器中的相应连接器的孔；
所述一个或多个连接器中的每个连接器可插入第一可配置照明单元的第一孔和第二可配置照明单元的第二孔中，所述连接器包括：
一个或多个机械连接，其与所述第一孔或所述第二孔的结构特征相配合，以便联接第一可配置照明单元和第二可配置照明单元；和
一个或多个电连接，其在第一可配置照明单元和第二可配置照明单元之间实现电流；以及
电源，其可连接到所述组合件的一个可配置照明单元，所述多个可配置照明单元通过一个或多个连接器电联接到一起，使得仅需要将电源连接到一个可配置照明单元以便为所述多个可配置照明单元供电，
所述一个或多个机械连接由吸引磁力致动，所述一个或多个机械连接与吸引磁力结合以便在至少两个可配置照明单元之间提供稳定的物理联接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述一个或多个连接器中的至少一个连接器包括用于实现至少两个可配置照明单元之间的数据传输的电路。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，通过连接器与第一孔或第二孔的摩擦接合形成所述一个或多个机械连接，所述结构特征抵制连接器的剪切运动并允许沿垂直于剪切运动的插入轴线移动。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，第一孔和第二孔均包括一个或多个突起，所述突起适于在连接器与第一孔和第二孔之间施加力，从而增加摩擦接合以抵制连接器沿插入轴线从第一孔或第二孔移除。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述一个或多个机械连接配置成抵制在可连接子部分的平面的剪切力，所述剪切力高达所述机械连接或相应可连接子部分的不可逆的损坏的阈值。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于，所述一个或多个机械连接每个配置成响应于垂直于所述可连接子部分的所述平面的分离力而允许用户可逆地分离至少两个连接的可配置照明单元，所述分离力大于通过一个或多个机械连接与第一孔或第二孔的结构特征的配合而形成的阻力。
7.根据权利要求2至4中任一项所述的系统，其特征在于，数据传输包括指令组合件中的一个或多个照明单元改变一个或多个驱动电流的信号，所述一个或多个驱动电流的信号通到一个或多个可配置照明单元中的一个或多个发光二极管。
8.根据权利要求2至4中任一项所述的系统，其特征在于，数据传输包括对由传感器检索的音频进行编码的信号。
9.根据权利要求2至4中任一项所述的系统，其特征在于，数据传输包括通过对预期辐射模式扰动来对运动检测进行编码的信号。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述吸引磁力将刚性主体从第一可配置照明单元拉入第二可配置照明单元的孔中，当为零或低于设计的阈值的磁力作用在刚性主体上时，刚性主体通过弹簧保持在第一照明单元内。
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