半球空間內(nèi)照度值插值計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于LED燈具光源發(fā)光強(qiáng)度測(cè)試領(lǐng)域，涉及一種半球空間內(nèi)照度值插值計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)每種LED燈具而言，自設(shè)計(jì)定型生產(chǎn)出廠后，其發(fā)光強(qiáng)度在空間分布屬性就已固定，成為其產(chǎn)品屬性的重要組成內(nèi)容。為了描述該屬性信息，現(xiàn)有光源發(fā)光強(qiáng)度測(cè)試方法是測(cè)試固定離散位置點(diǎn)的光強(qiáng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，且這些離散位置點(diǎn)從空間分布來(lái)看，是按照半球形來(lái)分布的，其中球心為發(fā)光光源，半球截面是以通過(guò)該發(fā)光光源，平行于燈具基板的平面。在IES文件中保存的數(shù)據(jù)，就是這半球空間內(nèi)各測(cè)試點(diǎn)上的發(fā)光強(qiáng)度，從數(shù)據(jù)屬性分析上，是一些ASCII編碼且數(shù)值離散的數(shù)據(jù)點(diǎn)。用數(shù)學(xué)的方法來(lái)分析，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)可以看作分布在半球形空間內(nèi)的數(shù)值矩陣。
[0003]IES文件照度數(shù)據(jù)空間分布示意圖如圖1所示，將IES文件中照度按照空間分布，
藍(lán)色部分?jǐn)?shù)值大，紅色表示數(shù)值小，橫切球體的綠色平面為γ=90度平面。可以看出，該示例IES文件對(duì)應(yīng)的密集矩陣，在半球形空間中的形態(tài)為一個(gè)傘狀的錐體。
[0004]由于在照明相關(guān)設(shè)計(jì)分析和計(jì)算中，需要獲取半球形空間內(nèi)固定點(diǎn)之間任意隨機(jī)點(diǎn)位上對(duì)應(yīng)的照度值，因此需要通過(guò)數(shù)值運(yùn)算從周邊已知點(diǎn)位照度值推算出目標(biāo)非固定點(diǎn)位上的近似照度值?，F(xiàn)有計(jì)算方法主要實(shí)現(xiàn)0-180度和90-270度兩個(gè)相互垂直面上的照度數(shù)據(jù)，給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了越來(lái)越明顯的制約。而且，從方案本質(zhì)上分析，現(xiàn)有方案是以較高的運(yùn)算代價(jià)獲得一定精度的計(jì)算結(jié)果，這種不計(jì)代價(jià)的計(jì)算組織方式停留在以PC、工作站和服務(wù)器等傳統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境中?，F(xiàn)有的這些算法方案在移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代越發(fā)顯得有局限性，手機(jī)、平板、嵌入式智能等移動(dòng)設(shè)備上實(shí)施現(xiàn)有計(jì)算方案將會(huì)損害平臺(tái)的移動(dòng)便攜性，帶來(lái)能耗、發(fā)熱以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)缺锥恕?br>[0005]目前，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)不同類型燈具的時(shí)候，會(huì)對(duì)燈具發(fā)光特性進(jìn)行測(cè)量，將有燈具照亮的空間按照空間角坐標(biāo)劃分不同的節(jié)點(diǎn)，稱之為光域網(wǎng)，網(wǎng)的兩極沿垂直軸，最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)于0度的垂直角度。并在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過(guò)儀器測(cè)量這些節(jié)點(diǎn)上光源的照度值，獲得這6643個(gè)節(jié)點(diǎn)照度值后，以ASCII文件形式存貯為IES文件，文件中每行長(zhǎng)度不得多于132個(gè)字符，并且必須以回車符或換行符序列終止。每種型號(hào)的燈具只有唯一一個(gè)IES文件描述且發(fā)光屬性，以提供照明工程設(shè)計(jì)和施工使用。
[0006]由于存在實(shí)際計(jì)算點(diǎn)位隨機(jī)性和光源照度測(cè)量點(diǎn)位固定性之間的矛盾，在實(shí)際照度計(jì)算中常常需要獲得任一點(diǎn)的照度值，如何準(zhǔn)確迅速的獲得隨機(jī)點(diǎn)的照度值，一般有圖解法和數(shù)值計(jì)算法。
[0007]目前，對(duì)IES文件中離散數(shù)據(jù)點(diǎn)計(jì)算，在3DMax、Delux、Maya等照明相關(guān)設(shè)計(jì)平臺(tái)上基本通過(guò)擬合曲線的形式封裝，而且僅供平臺(tái)本身內(nèi)部功能模塊調(diào)用，其它平臺(tái)和第三方軟件很難方便高效的互相調(diào)用和訪問(wèn)。特別是，當(dāng)涉及到需要在Android、10S、Windows、Linux等操作系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)計(jì)算時(shí)，目前已有平臺(tái)提供的計(jì)算功能在時(shí)間效率和空間效率上較為缺乏。此外，現(xiàn)有方法更側(cè)重于0-180度和90-270度兩個(gè)互相垂直平面上各點(diǎn)的照度值，半球空間內(nèi)其它點(diǎn)位上的照度值則不易快速獲取，這限制了照度計(jì)算的應(yīng)用范圍。
[0008]在現(xiàn)有數(shù)學(xué)計(jì)算方法中，常常采用數(shù)值擬合插值的計(jì)算方法來(lái)獲得一條擬合曲線，然后再得到目標(biāo)點(diǎn)上的照度值。在眾多現(xiàn)有插值擬合計(jì)算方法中，有拉格朗日插值、牛頓插值、Hermite插值、分段插值、樣條插值等方法。其基本原理是采用構(gòu)造插值基函數(shù)，利用η次多項(xiàng)式來(lái)完成插值擬合，其計(jì)算復(fù)雜度0 (η)與η的階乘有關(guān)。其特點(diǎn)是η值越高，擬合曲線越平滑，差值精度也越高，但伴隨而來(lái)的是計(jì)算難度也越大，實(shí)現(xiàn)的代價(jià)也越大。因此，現(xiàn)有的照度分析計(jì)算軟件主要集中于PC、工作站、服務(wù)器等高密度計(jì)算環(huán)境，相關(guān)應(yīng)用也針對(duì)上述平臺(tái)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明目的是:提供一種半球空間內(nèi)照度值插值計(jì)算方法，該方法可以提供半球空間內(nèi)0-360度任意面和任意一點(diǎn)位上的照度數(shù)值計(jì)算算法，還可以在提供足夠精度前提下，以較為精簡(jiǎn)的代價(jià)獲得簡(jiǎn)便高效的計(jì)算效果，便于在手機(jī)、平板等瘦客戶端上實(shí)時(shí)計(jì)算。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種半球空間內(nèi)照度值插值計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟:
S01:讀取IES照度文件，并讀取照度文件中的照度值，以光源水平旋轉(zhuǎn)角度C為橫角度坐標(biāo)，以光源豎直旋轉(zhuǎn)角度γ為縱角度坐標(biāo)照度值建立半球空間矩陣；
S02:獲取擬插值點(diǎn)，判斷擬插值點(diǎn)在半球空間矩陣的位置；
S03:若擬插值點(diǎn)在半球空間矩陣的中間區(qū)域，用二次曲線法插值計(jì)算照度值，若在半球空間矩陣的邊界區(qū)域，用線性插值計(jì)算照度值。
[0011]優(yōu)選的，C的取值范圍為0-360°，步進(jìn)為5°，γ的取值范圍為0-90°，步進(jìn)為
1° ο
[0012]優(yōu)選的，γ為0-65°為半球空間矩陣的中間區(qū)域，γ的其余部分為在半球空間矩陣的邊界區(qū)域。
[0013]優(yōu)選的，若擬插值點(diǎn)在半球空間矩陣的中間區(qū)域，選取半球空間矩陣中與擬插值最近的三個(gè)點(diǎn)的照度值，用二次曲線法插值計(jì)算照度值；若在半球空間矩陣的邊界區(qū)域，選取半球空間矩陣中與擬插值最近的兩點(diǎn)的照度值，用線性插值計(jì)算照度值。
[0014]優(yōu)選的，所述二次曲線法插值的三個(gè)點(diǎn)的照度值的選取方法為:
S11:擬插值點(diǎn)(C，γ)在ywMPCCw，γ?+2)之間；其中，(:、(；+1、(；+2 為半球空間矩陣橫角度坐標(biāo)，γ、γη+1、丫?+2為半球空間矩陣縱角度坐標(biāo)，γ η+2-γη+1=ι° ,cn+2-cn+1=5° ;
S12:比較 C 與 C n+1+2.5 ° 以及 γ 與 γ η+1+0.5° 的大小，若 C>C η+1+2.5 °，γ>γη+1+0.5°，則 C 靠近 C?+2，γ 靠近 γ ?+2，選擇((；+1，γ?+1)、((；+2，γ?+2)和((；+2+5 °，γη+2+1° )三點(diǎn)進(jìn)行插值計(jì)算；若((；+2+5° )>360?；蛘?γ^+Γ )>90。，則取(；+2+5°減去360°，γη+2+1°強(qiáng)制取值為丫?+2后對(duì)應(yīng)的點(diǎn)；
SlS-gCXCw+S.S。，γ〈γηι+1+0.5°，則 C 靠近(:_，γ 靠近 γ ?+1，選擇((；+1，γη+1),(Cm+2，丫?+2)和 H，γη+1-1° )三點(diǎn)進(jìn)行插值計(jì)算；若((；+1-5° )〈0?；蛘?γ‘1。)<0°，則取將(；+1-5°或者丫?+1-1°加上360°或者180°后對(duì)應(yīng)的點(diǎn)；
S14:若 CU2.5。，γ>γη+1+0.5°，則 C 靠近 C?+1，γ 靠近 γ ?+2，選擇(C—，γη+1),(Cm+2，γηι+2)和((；+1-5°，γη+2+1° )三點(diǎn)進(jìn)行插值計(jì)算；若((；+1-5° )〈0° 或者(γηι+2+Γ )>90。，則取將(；+1-5°加上180°或者360。或者γη+2+1°強(qiáng)制取值為y?+2后對(duì)應(yīng)的點(diǎn);S15:若 C>C n+1+2.5 °，γΟκ+Ο.5°，則 C 靠近 C ?+2，γ 靠近 γ ?+1，選擇((；+1，γ?+2)和((；+2+5°，γη+1-1° )三點(diǎn)進(jìn)行插值計(jì)算；若(C^+5。)>360?；蛘?γη+1-1° )〈0。，則取將(；+2+5° 減去 180° 或者 360° 或者 γ^-Γ 加上 180° 或者 360°后對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。
[0015]優(yōu)選的，所述線性插值的兩點(diǎn)的照度值的選取方法為:
S21:擬插值點(diǎn)(C，γ)在((:?+1，ywMPCCw，γ?+2)之間；其