KR100309529B1 - Realtime shade simulation - Google Patents
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Abstract
1. 청구 범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
실시간 일조환경 시뮬레이션 방법 및 기록매체.Real-time solar environment simulation method and recording medium.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제2. The technical problem to be solved by the invention
건물 데이터와 지역데이터, 그리고 태양의 위치 데이터를 이용하여, 건축물의 높이 및 건물배치 형상 등에 따른 인접 건물에의 일조환경 영향을 파악할 수 있는 3차원 실시간 일조환경 시뮬레이션 방법을 제공한다.It provides a 3D real-time sunshine environment simulation method that can grasp the influence of sunshine environment on adjacent buildings according to the height of the building and the shape of the building layout using building data, local data and sun position data.
3. 발명의 해결방법의 요지3. Summary of Solution to Invention
건물 형상 데이터와 지역데이터를 입력받아, 특정지역에서 특정일, 특정시각의 태양의 고도 및 방위각을 산출하고, 상기 산출된 태양의 고도 및 방위각 데이터를 데카르트 공간 상의 좌표점으로 변환하여, 태양의 위치를 이동시켜, 태양의 위치에 따라 입력된 건물 형상 데이터에 대응되는 건물의 그림자를 지면에 생성함과 동시에 건물 상호간의 위치에 따라 인접 건물의 외벽에 그림자를 생성하되, 상기 건물 외벽면의 영역을 벗어나서 생성되는 그림자는 제거한다.Receives building shape data and area data, calculates the sun's altitude and azimuth at a specific time and date in a specific area, converts the sun's altitude and azimuth data into coordinate points in Cartesian space, and positions the sun Move the to create a shadow of the building corresponding to the input building shape data according to the position of the sun on the ground and at the same time to create a shadow on the outer wall of the adjacent building according to the position of the building, the area of the outer wall surface of the building Remove the shadows that are generated off.
4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention
건물의 일조환경을 측정하는데 이용된다.It is used to measure the sunshine of a building.
Description
본 발명은 실시간 일조환경 시뮬레이션 방법 및 기록매체에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 3차원 건물 데이터와 지역데이터 그리고 연중 날짜 및 시간에 따라 변화하는 태양의 위치 데이터를 이용하여, 건축물의 높이 및 건물배치 형상 등에 따른 인접 건물에의 일조 환경에 따른 영향을 파악할 수 있는 3차원 실시간 일조환경 시뮬레이션 방법 및 기록매체에 관한 것이다.The present invention relates to a real-time solar environment simulation method and a recording medium, and more particularly, using the three-dimensional building data, regional data and the position data of the sun that changes according to the year and time of the year, the height of the building and the shape of the building layout, etc. The present invention relates to a three-dimensional real-time solar environment simulation method and recording medium that can grasp the influence of the solar environment on the adjacent building.
일반적으로 건축법 및 주요 시도의 조례에서 규정하고 있는 일조권 관련 기준은 인동 간격의 개념과 동지 일을 기준으로 한 일조 가능 시간에 의한 제한으로 규정되어 있다. 이에 건축설계 사무소나 건설회사에서 건축설계 및 건축물 배치계획을 하는 경우, 현재까지는 특정일의 일조 가능 시간을 파악할 수 있는 방법이 없어, 해당 시도의 조례를 참고하여 법규에 위반되지 않도록 하는 인동간격 등의 설정으로 일조환경에 대한 고려가 이루어지고 있는 실정이다.In general, the criteria related to the right to sunshine provided for in the Building Act and the Ordinances of the Major Attempts are defined by the concept of the interval between people and the limitation of the amount of sunshine available based on the date of comradeship. In the case of building design and building layout plan in the architectural design office or construction company, there is no way to know the possible hours of sunshine on a specific day until now. Consideration of the sunshine environment is being made by setting.
그러나, 연증 특정일의 일조 현황 파악을 위한 방법의 부재로 인해, 법규를 위반하지 않았음에도 불구하고, 건축물이 시공된 후, 일조 가능 시간 부족을 이유로 민원이 발생하는 경우, 건설회사의 측면에서는 많은 보상 비용이 지출되고, 입주자 및 건물 인근 거주자의 측면에서는 일조 부족에 따르는 불만족을 표출하는 사례가 빈번히 발생되고 있다. 입주자 및 인근주민들의 이러한 일조환경에 대한 불만족의 표출은 주거환경에 대한 관심이 증가되면서 더욱 커지고 있고, 따라서 신축건물 주변의 일조환경에 대한 사전검토가 건축법규차원 이상으로 고려되어야 하는 실정이다.However, due to the lack of methods for grasping the status of sunshine on a certain day, even if the law is not violated, after the construction of the building, complaints arise due to lack of sunshine time. There are frequent cases of paying compensation and expressing dissatisfaction with lack of sunshine in terms of tenants and residents near buildings. The expression of dissatisfaction with the surrounding environment by residents and neighboring residents is increasing as the interest in the residential environment increases, so the prior review of the surrounding environment around the new building should be considered beyond the level of building codes.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 3차원 건물 데이터와 지역데이터, 그리고 연중 날짜 및 시간에 따라 변화하는 태양의 위치 데이터를 이용하여, 건축물의 높이 및 건물배치 형상 등에 따른 인접 건물에의 일조 환경에 따른 영향을 파악할 수 있는 3차원 실시간 일조환경 시뮬레이션 방빕 및 기록매체를 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to use the three-dimensional building data and local data, and the position data of the sun that changes according to the year and year throughout the year, the height of the building and the building It is to provide a three-dimensional real-time solar environment simulation room and recording media that can grasp the influence of the solar environment to the adjacent building according to the layout shape.
도1은 본 발명이 적용되는 일반적인 컴퓨터의 구조도.1 is a structural diagram of a general computer to which the present invention is applied.
도2는 본 발명에 따른 실시간 일조환경 시뮬레이션 방법의 전체 흐름도.2 is an overall flowchart of a real-time solar environment simulation method according to the present invention.
도3은 본 발명에 따른 입력 인터페이스의 예시도.3 illustrates an input interface according to the present invention.
도4는 본 발명에 따른 지표면 좌표값 및 높이의 입력으로 생성되는 건물의 예시도.4 is an exemplary view of a building generated by input of ground surface coordinate values and height according to the present invention.
도5는 본 발명에 따른 태양의 위치산출 및 좌표변환 단계의 상세 흐름도.Figure 5 is a detailed flowchart of the position calculation and coordinate transformation step of the sun according to the present invention.
도6은 태양의 고도 및 방위각을 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면.6 is a view for explaining a process of calculating the sun's altitude and azimuth.
도7은 태양의 고도 및 방위각을 데카르트 공간 상의 좌표점으로 변환하는 과정을 설명하기 위한 도면.7 is a view for explaining a process of converting the sun's altitude and azimuth into coordinate points in Cartesian space.
도8은 본 발명에 따른 그림자 생성단계의 상세 흐름도.8 is a detailed flowchart of a shadow generation step according to the present invention.
도9는 본 발명에 따른 건물 외벽면에 그림자를 생성하고 벗어나는 영역에 대한 처리 방법을 설명하기 위한 도면.9 is a view for explaining a processing method for the area that generates and escapes the shadow on the outer wall surface of the building according to the present invention.
도10은 본 발명에 따른 3차원 실시간 일조환경 시뮬레이션의 실행 예시도.10 is an exemplary view of executing a three-dimensional real-time solar environment simulation according to the present invention.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 일조환경 시뮬레이션 방법은, 데이터베이스를 포함하는 컴퓨팅 시스템에서의 일조환경 시뮬레이션 방법에 있어서, 건물 형상 데이터와 지역데이터를 입력받아 데이터베이스에 저장하고, 출력조건 파라메터틀 입력받는 제1단계; 상기 입력된 특정지역에서 특정일, 특정시각의 태양의 고도 및 방위각을 산출하는 제2단계; 상기 산출된 태양의 고도 및 방위각 데이터를 데카르트 공간 상의 좌표점으로 변환하고, 실제 일조 환경과 동일하도록 태양의 위치를 이동시키는 제3단계; 상기 태양의 위치에 따라 상기 입력된 건물 형상 데이터에 대응되는 건물의 그림자를 지면에 생성함과 동시에 건물 상호간의 위치에 따라 인접 건물의 외벽에 그림자를 생성하되, 상기 건물 외벽면의 영역을 벗어나서 생성되는 그림자는 제거하는 제4단계; 및 상기 얻어진 일조환경 시뮬레이션 결과를 사용자에 의해 입력된 출력조건 파라메터에 따라 출력하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the solar environment simulation method according to the present invention for achieving the above object, in the sunlight environment simulation method in a computing system including a database, receiving the building shape data and area data in a database, and inputs an output condition parameter Receiving first step; A second step of calculating an altitude and an azimuth angle of the sun at a specific date and time in the input specific area; A third step of converting the calculated altitude and azimuth data of the sun into coordinate points in Cartesian space and shifting the position of the sun to be equal to an actual sunshine environment; The shadow of the building corresponding to the input building shape data is generated on the ground according to the position of the sun, and the shadow is generated on the outer wall of the adjacent building according to the position of the buildings, but outside the area of the outer wall surface of the building. A fourth step of removing the shadows; And a fifth step of outputting the obtained sunshine environment simulation result according to the output condition parameter input by the user.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 컴퓨터에서 건물 형상 데이터와 지역데이터를 입력받아 데이터베이스에 저장하는 기능; 상기 입력된 특정지역에서 특정일, 특정시각의 태양의 고도 및 방위각을 산출하는 기능; 상기 산출된 태양의 고도 및 방위각 데이터를 데카르트 공간 상의 좌표점으로 변환하고, 실제 일조 환경과 동일하도록 태양의 위치를 이동시키는 기능; 상기 태양의 위치에 따라 상기 입력된 건물 형상 데이터에 대응되는 건물의 그림자를 지면에 생성함과 동시에 건물 상호간의 위치에 따라 인접 건물의 외벽에 그림자를 생성하되, 상기 건물 외벽면의 영역을 벗어나서 생성되는 그림자는 제거하는 그림자 생성 기능; 및 상기 얻어진 일조환경 시뮬레이션 결과를 사용자에 의해 입력된 출력조건 파라메터에 따라 출력하는 기능을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.In addition, the present invention for achieving the above object, the function of receiving building shape data and area data from a computer and storing in a database; A function of calculating the altitude and azimuth angle of the sun at a specific date and time in the input specific area; Converting the calculated altitude and azimuth data of the sun into coordinate points in Cartesian space and shifting the position of the sun to be equal to the actual solar environment; The shadow of the building corresponding to the input building shape data is generated on the ground according to the position of the sun, and the shadow is generated on the outer wall of the adjacent building according to the position of the buildings, but outside the area of the outer wall surface of the building. Shadow generation function to remove the shadows; And a computer readable recording medium having recorded thereon a program for executing a function of outputting the obtained sunshine environment simulation result according to an output condition parameter input by a user.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도1은 본 발명이 적용되는 일반적인 컴퓨터의 구성도로서, 도면에서 1은 중앙처리장치, 2는 입력장치, 3은 출력장치, 4는 메모리, 5는 데이타베이스를 각각 나타낸다.1 is a block diagram of a general computer to which the present invention is applied, in which 1 is a central processing unit, 2 is an input device, 3 is an output device, 4 is a memory, and 5 is a database.
본 발명을 위해서는 3차원 건물의 형상데이터와, 위도 경도의 좌표값을 갖는 지역데이터, 그리고 태양의 위치데이터를 저장하는 데이터베이스(5)가 구비된다. 그리고, 상기 데이터베이스(5)를 관리하고 연산을 수행하는 중앙처리장치(1)와, 사용자로부터 각 종 데이터 및 파라메터를 입력받기 위한 입력장치(2)와, 일조환경의 처리결과를 출력, 보관하기 위한 출력장치(3)와, 중앙처리장치(1)에서 연산에 필요한 데이터를 임시보관하기 위한 메모리(4)가 구비된다. 여기서, 출력장치(3)로는 모니터 혹은 프린터 등의 다양한 종류가 있을 수 있다.For the present invention, a database 5 is provided for storing shape data of a three-dimensional building, local data having coordinate values of latitude and longitude, and position data of the sun. And a central processing unit 1 for managing the database 5 and performing operations, an input device 2 for receiving various data and parameters from a user, and outputting and storing processing results of a sunshine environment. And an output device 3 for storing the data necessary for the calculation in the central processing unit 1. Here, the output device 3 may be of various kinds such as a monitor or a printer.
도2는 본 발명에 따른 실시간 일조환경 시뮬레이션 방법의 전체 흐름도이다.2 is an overall flowchart of a real-time solar environment simulation method according to the present invention.
먼저, 입력되는 3차원 건물 형상 데이터 및 지역데이터를 연계하여 3차원 건물을 모델링한다(101). 여기서, 3차원의 건물 형상 데이터는 사용자의 직접 입력에 의해 획득되거나, 기존의 상용 그래픽 프로그램에서 제공하는 파일(예를 들어, CAD 패키지의 dxf 파일)로부터 획득될 수 있다. 그리고, 입력된 특정지역에서 특정일/특정시각의 태양의 고도 및 방위각을 산출하고, 각도로 표시된 태양의 고도 및 방위각 데이터를 데카르트 공간 상의 좌표점으로 변환한 다음에, 실제 일조 환경과 동일하도록 태양의 위치를 이동시킨다(102). 그런 다음, 태양의 위치에 따라 건물 형상 데이터와 연계하여, 지면에 건물 그림자를 생성하고, 건물 상호간의 위치관계를 파악한 다음에, 상기 파악된 건물의 위치에 따라 인접 건물의 외벽에 그림자를 생성한다. 그런 다음, 이렇게 외벽에 그림자를 생성한 다음에, 외벽면의 영역을 벗어나서 생성되는 그림자를 제거한다(103). 그리고, 이러한 과정을 통해 얻어진 일조환경 시뮬레이션 결과를 사용자에 의해 입력된 일조환경 분석조건(건물 형상의 외곽선 디스플레이 기능 여부, 태양의 위치 디스플레이 여부, 에니메이션 여부 등)에 따라 컴퓨터의 모니터에 출력하거나 파일로 저장하는 등의 디스플레이 과정이 수행된다(104).First, in operation 101, a 3D building is modeled by linking input 3D building shape data and area data. Here, the 3D building shape data may be obtained by a user's direct input or from a file provided by an existing commercial graphic program (for example, a dxf file of a CAD package). Then, the altitude and azimuth of the sun at a specific date / specific time are calculated in the inputted specific area, and the altitude and azimuth data of the sun expressed in degrees are converted into coordinate points in Cartesian space, and then the sun is equal to the actual solar environment. Move the position of (102). Then, the building shadow is generated on the ground in connection with the building shape data according to the position of the sun, the positional relationship between the buildings is determined, and then the shadow is generated on the outer wall of the adjacent building according to the identified building position. . Then, after generating the shadow on the outer wall like this, the shadow generated outside the area of the outer wall surface is removed (103). Then, the results of the solar environment simulation obtained through this process are output to the computer monitor or to a file according to the conditions of the solar environment analysis inputted by the user (whether or not the display of the outline of the building shape, the position of the sun, animation, etc.). A display process, such as storing, is performed (104).
이러한 본 발명에서 지역데이터는 프로그램에서 제공되는 기본데이터로 설정되거나, 지역데이터의 추가에 의한 직접적인 지역데이터의 입력에 의해 설정된다. 그리고, 초기 파라메터 입력과정에서 건물을 구분하기 위해 사용될 건물명, 건물의 높이, 일조환경 분석시 해당 건물의 몇 층까지 그림자가 생기는지 용이하게 파악할 수 있도록 건물 층수를 디스플레이하기 위해 사용될 건물 층수가 입력되고, 화면상에서 전면 건물에 의해 후면에 위치한 건물의 그림자 영역을 명확히 파악하지 못할 경우를 대비해 건물의 형태를 외곽선으로만 표시하는 기능을 적용할 건물을 지정한다.In the present invention, the regional data is set as basic data provided by the program, or by inputting the regional data directly by adding the local data. In the initial parameter input process, the name of the building to be used to distinguish the building, the height of the building, and the number of building floors to be used to display the floors of the building so as to easily identify how many floors of the building are shadowed when analyzing the sunshine environment are inputted. In case the shadow area of the building located behind is not clearly identified by the front building on the screen, specify the building to apply the function that displays the shape of the building as an outline only.
도3은 이러한 입력 기능을 수행하기 위한 입력 인터페이스 양식을 나타낸 것이며, 도3에서 사용자에 의해 입력된 입력좌표 및 건물 높이데이터는 표1과 같은 형식의 데이터베이스로 관리된다. 도4는 이와 같은 데이터베이스로 구성되는 3차원 건물의 형상 예를 나타낸 것이며, 이러한 건물의 좌표데이터는 배열로서 저장된다.FIG. 3 illustrates an input interface form for performing such an input function. In FIG. 3, input coordinates and building height data input by a user are managed by a database having a format as shown in Table 1. Fig. 4 shows an example of the shape of a three-dimensional building composed of such a database, and the coordinate data of such a building is stored as an array.
도5는 도2의 태양의 위치산출 및 좌표변환단계의 상세 흐름도이다.FIG. 5 is a detailed flowchart of the position calculation and coordinate transformation step of the sun of FIG.
먼저, 입력된 지역데이터와 시각 데이터를 연계하여(201), 특정지역, 특정시각의 태양의 고도 및 방위각을 산출한다(202). 여기서, 시각데이터는 프로그램이 실행된 날짜와 시각을 기본값으로 설정하며, 이후에 결과의 디스플레이 시 입력시간이 변경되면 그 변경된 값에 따라 연동된다.First, the altitude and azimuth of the sun of a specific region and a specific time are calculated by linking the input area data with visual data (201). Here, the time data sets the date and time when the program is executed as a default value, and if the input time is changed during the display of the result, the time data is linked according to the changed value.
태양의 위치를 산출한 다음에, 태양의 위치를 나타내는 고도 및 방위각을 데카르트 공간 상의 좌표점으로 변환시키고(203), 변환된 좌표점을 기준으로 절대거리를 이동하여 태양빛과 유사한 효과가 나도록 한다(2O4).After calculating the position of the sun, transform the altitude and azimuth representing the sun's position into coordinate points in Cartesian space (203), and move the absolute distance based on the transformed coordinate point to produce an effect similar to sunlight. (2O4).
여기서, 태양의 고도 및 방위각을 산출하고, 태양의 좌표를 변환시키는 구체적인 방법은 다음과 같다.Here, a specific method of calculating the altitude and azimuth of the sun and converting the coordinates of the sun is as follows.
도6과 같이 태양의 위치는 지평면 상의 기점을 중심으로 천구(天球, skydome) 위를 태양이 동에서 서쪽으로 이동한다고 가정하여 구한다. 어느 시각의 천구 상 태양의 위치는 태양방위각(α)과 태양고도(h)의 두 각도로 표시할 수 있다. 즉, 태양고도(h)는 그 시각의 천구 상의 태양과 기점을 연결하는 선과 이것의 수평면 상의 투영선과 이루는 각으로, 이는 0 ∼ 90도 사이에서 변화한다. 태양방위각(α)은 투영선과 남북측이 이루는 각으로 정의되고, 일반적으로 정남을 기준으로 하여 동쪽으로는 ( + ), 서쪽으로는 ( - ) 부호를 표시하며, 이는 0 ∼ 180도 사이에서 변화한다.As shown in FIG. 6, the position of the sun is calculated on the assumption that the sun moves from east to west on a skydome around a starting point on the horizon. The position of the sun on the celestial sphere at any given time can be represented by two angles: azimuth (α) and sun altitude (h). That is, the sun altitude h is an angle formed by a line connecting the sun and the starting point on the celestial sphere at that time and a projection line on its horizontal plane, which varies between 0 and 90 degrees. The solar azimuth angle (α) is defined as the angle formed by the projection line and the north-south side, and generally indicates the positive (+) sign to the east and the negative sign (-) to the west with respect to true south, which varies between 0 and 180 degrees. do.
태양방위각과 태양고도는 위도(φ), 일적위, 진태양시 시각( t )에 의하여 결정되며, 태양고도(h)와 태양 방위각(α)은 다음의 수학식들에 의해 계산된다.The solar azimuth and solar altitude are determined by latitude (φ), daily declination and true solar time (t), and solar altitude (h) and solar azimuth (α) are calculated by the following equations.
또는,or,
단, 수학식 1에서 φ는 그 지방의 위도, δ는 일적위(日赤緯), t는 시각(時角)을 각각 나타낸다.In Equation 1, φ denotes the latitude of the province, δ denotes the unitary position, and t denotes the time.
그리고, 일적위(δ)와 시각(t)은 다음의 수학식 2 및 수학식 3과 같이 얻어진다.Then, the first deviation δ and the time t are obtained as in Equations 2 and 3 below.
여기서, n은 정월 초하루부터의 통산일(1월 1일부터 n날째), T는 표준시, L은 그 지방의 경도를 각각 나타낸다. 또 e는 균시차[단위 : 분]라 하며, 이는 수학식 4와 같이 구할 수 있다.Here, n is the business day from the first day of New Year (from January 1 to nth day), T is standard time, and L is the hardness of the fat, respectively. In addition, e is called an average difference [unit: minute], which can be obtained as shown in Equation 4.
여기서, 태양의 위치를 나타내는 고도 및 방위각만으로는 그림자를 생성하기에 부족하며, 고도 및 방위각으로 표시된 태양의 위치를 실제 태양의 거동과 유사한 거리로 이동시켜야 한다. 이때, 실제 태양의 거리는 원일점에서 152×109m이고, 근일점에서 147×109m으로 유동적이나, 본 출원인이 확인한 결과 약 1.0×108m 정도의 절대거리에서 태양이 있다고 가정하여도 그림자의 크기에는 실제와 육안으로 식별할 수 없을 정도의 오차를 보였기 때문에, 컴퓨터에서 제어 가능한 유효 숫자 및 프로그램의 효율성을 위하여 1.0×108m 정도의 절대거리에서 태양이 원구상의 표면을 이동하는 것으로 설정하였다. 태양의 고도 및 방위각으로 산출된 위치좌표를 데카르트 공간상의 임의의 좌표점으로 변환하는 과정은 다음과 같다.Here, the altitude and azimuth indicating the sun's position alone are not enough to generate the shadow, and the sun's position in elevation and azimuth should be moved to a distance similar to the actual sun's behavior. In this case, the actual distance is 152 × 10 in aphelion of the sun 9 m, a 147 × 10 9 m in perihelion of fluid or a shadow on the assumption that the sun in the absolute distance to the results the present applicant confirmed by about 1.0 × 10 8 m Since the size showed an error that cannot be discerned from the real and the naked eye, the sun moves the surface of the sphere at an absolute distance of 1.0 × 10 8 m for the computer-controlled effective number and the efficiency of the program. It was. The process of converting the position coordinates calculated from the sun's altitude and azimuth into arbitrary coordinate points in Cartesian space is as follows.
방위각이 α인 경우 원점에서 거리가 1인 점(L=1)을 도6의 X-Z 좌표축에 나타낼 때, (x, z)은 (sinα,cosα)로 표시할 수 있으며, 이점을 고도(h)만큼 회전이동시키면, 방위각 및 고도로 표시된 데이터를 원점에서 절대거리가 1인 (x, y, z)좌표로 변환할 수 있다. 이러한 방법으로 y좌표는 tan(h)를 구할 수 있으며, 각각의 좌표성분에 절대거리를 곱하면 실제 태양과 유사한 거동을 하는 좌표값을 얻을 수 있다. 이러한 과정이 도7에 도시되어 있다.In the case where the azimuth angle is α, the point at which the distance is 1 from the origin (L = 1) is represented in the XZ coordinate axis of FIG. 6, where (x, z) can be expressed as (sinα, cosα), and this is the altitude (h). By rotating as much as possible, the azimuth and elevation data can be converted into (x, y, z) coordinates with an absolute distance of 1 at the origin. In this way, the y-coordinate can be determined by tan (h), and multiplying each coordinate component by the absolute distance yields a coordinate value that behaves similar to the real sun. This process is shown in FIG.
이 방법은 방위각과 고도를 단위벡터로 표시한 후, 각 좌표성분에 절대거리를 곱하여 이동시키는 것과도 동일한 개념이며, 산출식은 수학식 5와 같다. 앞에서 기술한 바와 같이 본 발명에서는 태양까지의 절대거리(AB)를 1.0×108로 설정하였다.This method is the same concept as displaying the azimuth angle and the altitude as a unit vector, and then multiply each coordinate component by the absolute distance, and the calculation equation is as shown in Equation 5. As described above, in the present invention, the absolute distance AB to the sun is set to 1.0 × 10 8 .
다음의 수학식 6은 시뮬레이션 결과의 디스플레이 모드에서 일조환경 분석 화면을 보다 효과적으로 보이기 위해, 화면상에 태양의 모델링 화면을 디스플레이하는데 사용되는 좌표값 계산식으로, 태양의 실제 좌표값 설정방법과 유사하지만, 절대거리(VA)를 화면상에 보이는 거리인 120으로 설정하였다.Equation 6 below is a coordinate value calculation equation used to display the modeling screen of the sun on the screen in order to more effectively display the solar environment analysis screen in the display mode of the simulation result, but is similar to the method of setting the actual coordinate value of the sun. The absolute distance VA was set to 120, which is the distance shown on the screen.
도8은 본 발명에 따른 도2의 지면과 인근건물 외벽에 그림자를 생성하는 단계의 상세 흐름도이다.8 is a detailed flowchart of a step of generating a shadow on the ground and the outer wall of the neighboring building of FIG. 2 according to the present invention.
산출된 태양좌표를 시각변화에 따라 연계한 후(301), 상기 태양좌표와 건물데이터의 각 꼭지점을 연계하여, 지표면에 모든 건물의 그림자를 생성한다(302). 그리고, 임의시각에서 태양으로부터의 건물간 거리계산을 통해 건물의 위치관계를 파악하여(303), 태양에서 보다 멀리 있는 건물의 외벽면에 그림자를 생성한다(304). 그리고, 생성된 그림자 중 건물 외벽영역을 벗어나는 그림자를 절단한다(305).After the calculated solar coordinates are linked according to the visual change (301), the shadows of all buildings are generated on the ground surface by linking the vertices of the solar coordinates and the building data (302). Then, at a certain time, the positional relationship of the building is determined by calculating the distance between buildings from the sun (303), and a shadow is generated on the outer wall surface of the building farther from the sun (304). In operation 305, the shadow of the generated shadow is cut out of the building exterior wall region.
도8에서 태양좌표와 건물데이터를 연계하여 지표면에 모든 건물의 그림자를 생성하는 단계(302)는 태양의 좌표와 건물의 꼭지점 좌표로 공간상에서 직선의 방정식을 구한 후, 지표면으로 구성된 평면의 방정식과의 교점을 구하여, 각 교점을 연결한 면으로 용이하게 그림자를 표현할 수 있다. 그러나, 주변 건물에 그림자를 생성하는 단계에서는 보다 복잡한 과정을 거쳐야 한다. 왜냐하면, 다른 건물 외벽으로 결정되는 평면과, 태양과 건물간 꼭지점으로 구성되는 직선과의 교점을 구하다 보면, 태양에서 보다 멀리 있는 건물의 그림자가 태양에 가까운 면에 그려지는 결과도 초래될 수 있기 때문이다. 이에 따라 건물 외벽면에 그림자를 생성하기 전에, 건물의 중심점을 구한 후, 임의시각 태양좌표에서 건물간의 상호거리를 비교하여, 위치관계를 파악한다. 이러한 과정을 거친 후, 지표면에 그림자를 생성하는 방법과 같은 방법으로 보다 멀리 있는 건물의 외벽면에 그림자를 생성한다. 그러나 무한평면으로 구성되는 지표면과 달리 건물의 외벽은 일정한 영역을 가지고 있기 때문에, 건물의 외벽면 영역을 벗어나는 부분에 대한 처리가 필요하며, 본 발명에서 그 과정은 아래와 같은 방법에 의거하여 수행된다.In step 8, generating shadows of all buildings on the earth surface by linking the sun coordinates and the building data in FIG. 8 is obtained by calculating the equation of a straight line in space using the sun coordinates and the vertex coordinates of the building. By obtaining the intersection of, the shadow can be easily expressed by the surface connecting each intersection. However, creating shadows in surrounding buildings requires a more complicated process. Because finding the intersection of a plane determined by the outer wall of another building and a straight line composed of the sun and the vertices of the building may result in the shadow of a building farther from the sun being drawn on the side closer to the sun. to be. Accordingly, before generating the shadow on the outer wall of the building, the center point of the building is obtained, and the positional relationship is identified by comparing the mutual distances between the buildings at arbitrary time solar coordinates. After this process, the shadow is created on the outer wall of a distant building in the same way as the shadow is created on the ground. However, since the outer wall of the building has a certain area, unlike the ground surface composed of an infinite plane, it is necessary to process a portion outside the outer wall area of the building, in the present invention the process is performed based on the following method.
도9는 그 예를 나타낸 것으로, 태양의 좌표점과 인접 다른 건물의 꼭지점으로 구성되는 공간상의 직선과 하나의 건물 외벽면에서 좌표1, 좌표2, 좌표5(혹은 좌표6)로 구성되는 평면의 교점을 구한 것으로 각 교점을 연결하는 면을 생성하면, 좌표1-좌표2-좌표5-좌표6으로 구성된 건물의 외벽면 영역을 벗어나는 P2, S6 등이 나타나게 된다. 따라서, P2의 경우는 P1과 P2의 일직선상에 있으면서 좌표2-좌표6으로 연결된 건물 모서리면의 교점P로 이동하여야 한다. 본 발명에서 P1과 P2로 연결되는 공간상의 직선과 좌표2-좌표6으로 구성되는 직선의 교점을 구하는 방법으로, 컴퓨터의 오류로 공간상에서 교점이 생기지 않을 수 있는 점을 감안하여, P2를 X-Z 평면상의 P2'으로 이동하고, P1을 X-Z 평면상의 점 P1'으로 이동한 후, P1'과 P2'이 건물의 모서리와 만나는 점 좌표2와의 거리비 m'과 n'을 구한 후, m':n'의 비가 m:n의 비와 같다는 법칙을 이용하여, 공간상의 내분공식을 활용하여 P2를 교점P로 이동한다. S6도 같은 방법으로 교점P2로 이동한 후, 그림자면을 생성한다. 이와같이 건물의 외벽면 영역을 벗어나는 교점이 생성되는 경우에 대해, 모든 교점이 외벽면의 좌측에 위치하는 경우 및 모든 교점이 외벽면의 오른쪽에 위치하는 경우에는 그림자를 생성하지 않고, 교점 일부가 외벽면 영역을 벗어나는 경우에는 위와 같은 방법으로 교점이동 등을 통해 그림자를 생성한다.Fig. 9 shows an example, in which a straight line in space consisting of the coordinate points of the sun and the vertices of another building and the plane consisting of coordinates 1, 2, 5 (or 6) on the outer wall of one building. When the intersection points are generated and the planes connecting the intersection points are generated, P2, S6, etc. appearing outside the outer wall area of the building consisting of coordinates 1-2-5-coordinates 6 are displayed. Therefore, in the case of P2, it must move to the intersection point P of the corner of the building connected by coordinates 2-coordinates 6 in a straight line between P1 and P2. In the present invention, a method for obtaining an intersection point of a space straight line connected to P1 and P2 and a straight line consisting of coordinates 2-coordinates 6, in consideration of the fact that the intersection may not occur in space due to a computer error, Move to P2 'on the image, move P1 to point P1' on the XZ plane, find the distance ratio m 'and n' from point coordinate 2 where P1 'and P2' meet the edge of the building, and then m ': n Using the law that the ratio of 'is equal to the ratio of m: n, P2 is moved to the intersection P using the spatial equation of equation. S6 moves to the intersection point P2 in the same manner, and creates a shadow surface. In this case, if the intersection is generated outside the exterior wall area of the building, if all intersections are located on the left side of the exterior wall surface and all intersections are located on the right side of the exterior wall surface, no shadow is generated, and a portion of the intersections are part of the exterior wall. If it is out of the plane area, the shadow is created by moving the intersection in the same way.
이와 같은 과정을 통해 얻어진 시뮬레이션 결과를 출력함에 있어서는, 사용자에 의해 설정된 애니메이션 여부 및 애니메이션을 수행할 날짜, 시작시각, 애니메이션 간격(최소 1분간격), 애니메이션 종료시각, 태양의 위치표시 여부, 건물의 외곽선만으로의 표시 여부 등을 확인하고, 이에 따라 입력한 건물 층수 데이터로 건물의 높이방향을 나누어 일정간격으로 층수 구분선을 그리는 것을 포함한 3차원 건물을 화면상에 모델링하여 디스플레이하고, 시간간격에 따라 순차적으로 반복하여 화면상에 그림자를 디스플레이 한다. 애니메이션의 실행은 연속적으로 수행하는 것도 가능하며, 입력장치에 의해서 임의구간 전진 및 후진도 가능하다. 또한 일조환경 시뮬레이션 결과는 프린터로의 출력 및 그래픽 파일로의 저장도 가능하다.In outputting the simulation result obtained through the above process, whether the animation is set by the user, the date to perform the animation, the start time, the animation interval (at least 1 minute interval), the end time of the animation, whether the position of the sun is displayed, Check whether or not to display only the outline, and then model and display three-dimensional buildings on the screen including dividing the height direction of the building by inputting the building floor data, and drawing the floor division lines at a predetermined interval, and sequentially according to the time interval. Repeat to display shadows on the screen. The animation can be executed continuously, and the input device can be moved forward or backward in any section. The sunshine environment simulation results can also be output to a printer and saved as a graphic file.
도10은 본 발명에 의한 3차원 실시간 일조환경 시뮬레이션을 통해 얻어진 결과를 도시한 것으로, 분석이 용이하도록 태양의 위치를 표시하고, 시간 변화에 따른 애니메이션 기능 및 애니메이션 도중의 시각 표시기능 등을 포함하고 있으며, 건물 모델링 입력방식도 지표면과 닿는 4지점과 건물의 높이를 입력함으로써, 입력이 용이할 뿐만 아니라 정방형이 아닌 다양한 형태의 건물 모델링도 가능하다.Figure 10 shows the results obtained through the three-dimensional real-time solar environment simulation according to the present invention, it displays the position of the sun for easy analysis, and includes an animation function according to the time change and a visual display function during the animation, etc. In addition, the building modeling input method is easy to input by inputting four points and the height of the building in contact with the ground surface, it is also possible to model the building of various forms other than square.
상기와 같이 이루어지는 본 발명에 의하면 3차원 건물 데이터와 지역데이터, 그리고 연중 날짜 및 시간에 따라 변화하는 태양의 위치 데이터를 이용하여, 건축물의 높이 및 건물배치 형상 등에 따른 인접 건물에의 일조환경의 영향을 파악할 수 있어, 건물의 설계시에 이를 반영하여, 민원 발생의 소지를 없앨 수 있으며, 다양한 일조환경 영향 평가에 활용할 수 있다.According to the present invention made as described above by using the three-dimensional building data and regional data, and the position data of the sun that changes according to the date and time of the year, the influence of the sunshine environment to the adjacent building according to the height of the building and the shape of the building layout This can be applied to the design of buildings, thereby eliminating the possibility of civil complaints, and can be used for evaluating the effects of various sunshine environments.
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