照明模型简介

照明模型 (Lighting Model):一种图形处理公式，用于模拟灯光照射到物件表面的效果。

最常用的四类光照明模型



泛光模型

最简单的光照明模型

试图刻画周围环境反射光对物体表面照明贡献

Lambert漫反射模型

直接光源对物体表面的照射有方向性，漫反射光亮度和光源入射角（入射光线和表面

法向量的夹角）的余弦成正比

Phong镜面反射模型

Phong采用余弦函数的幂次来模拟镜面反射光

Whitted整体光照明模型

仅考虑从光源直接发出的光线对物体表面光亮度的贡献

没有考虑光线在物体之间的相互反射和透射

“照明度”选项卡用于设置与广元有关的参数，这些参数也只影响当前文件。“间接照明度”组框用于设置模型的间接照明。所谓间接照明的模型将光线反射到模型或布景的其他实体上时，则发生间接照明。例如，如果照明一鲜红模型，布景中的其他实体将有一粉红色调。

“间接照明度品质”选项从包括预设置值的范围中选取：草稿（默认）、低、中、高、照片、高质照片，或者可选取定义。选择每种设置时，将以草稿（默认）这一设置作为基准来显示平均渲染速度。

“定义”选项包括以下内容。

(1)细节：控制聚光点的密度并确定查看明暗值快速变化时清晰程度。较高的设置会提高对比度，但会增加渲染时间。要增大细节的值，需要增大精度的值。

（2）平均值：控制渲染过程中不同部分模糊为一团时的那个区域的大小。如果值较低，那么高亮度区域和低明亮度区域之间的过渡会显得比较生硬。渲染时间或多或少会受到影响。

（3）精度：修改在聚光点处进行连续计算时的距离。缩小点间距需要执行更多的计算。这样会提高逼真效果，但会增加渲染时间。

（4）跳动：确定光线从一个表面向另一个表面转移的次数。增大此值将发射更多光线，但设置得过高将导致颜色扩散。

“集散线”组框用于设置模型的集散效果，集散效果为间接照明的结果。当光从一光源发射，经过一个或多个光反射或透射，碰到一散射物体，然后发射给观阅者。若想让集散效果出现，必须为外观和光源额外设定选项。

（1）使用默认集散半径：选择以允许PhotpWorks根据不经大小决定最佳半径。半径在布景中的每个点处计算。只有每个点半径内的集散光子才被渲染。

（2）自定义集散半径：当“使用默认集散半径”复选框被消除选择时，为半径输入一数值。

（3）集散精度：决定为计算集散线所使用的最大光子量。

（4）所有外观根据默认投射和接收集散线：选择该复选框以迫使所有外观投射和接受集散线，这将复写单个外观的设置。

“整体照明度”组框用于设置整体照明度的有关参数。整体照明度还包括除了由集散效果所引起之外的所有形式的间接照明。整体照明度通常影响布景中大部分物体。若想让整体照明度效果出现，必须为外观和光明额外设定选项。

（1）使用默认半径：选择以允许PhotoWorks根据不经大小决定最佳半径。半径在布景中的每个点处计算。只有每个点半径内的整体照明度光子才渲染。

（2）自定义整体照明度半径：当“使用默认半径”复选框被消除选择时，为半径输入一数值。

（3）精度：决定未计算整体照明度所使用的最大光子量。

（4）所有外观根据默认投射和接受整体照明：选择该复选框以迫使所有外观投射和接受整体照明度，这将复写单个外观的设置。

智能照明是照明技术与智能化技术相结合的产物。近年来，随着半导体照明技术的发展，使得照明的可控可管性极大地增强，为智能照明提供了照明技术基础，而智能化技术，如物联网技术、大数据技术、机器学习技术、闪联连接技术的引入，为照明提供了智能化的保障。为了满足人们提高用光舒适度、增强节能水平、实现便捷操作的照明需求，智能化逐渐成为照明控制的发展趋势。

智能照明系统由多个不同的软件和硬件组成部分构成，在家居照明、景观照明、道路照明、楼宇照明等不同的应用场景，都希望将这些组成单元进行有机融合，通过相互协作实现人性化、智能化的照明效果。因涉及物联网、大数据等众多新技术领域，智能照明系统的复杂程度也相应大大提高。分析智能照明系统的组成、接口，理清智能照明涉及的技术点及层次关系，有助于智能照明产品的规划、设计、实现、改进，对于建立智能照明标准体系也有指导作用。2100433B

阻尼模型由于阻尼材料内部结构的复杂性，材料的阻尼特性也是很复杂的，要想建立一个精确的数学模型来表示其性能也比较困难。对于阻尼材料来说，应力、应变、时间、温度等变量之间的函数关系通常是非线性的，表示材料特性的状态方程又受到诸如外力、温度场、磁场、化学反应和辐射等外部环境的干扰。因此，描述材料的阻尼特性通常都采用近似的表示方法。

人们在长期的研究过程中已经建立了几种阻尼模型，包括标准线性模型、通用化标准模型、复模量模型、分数导数模型、GHM模型等。这些模型具有各自不同的特点和适用范围，下面分别加以介绍。

阻尼模型标准线性

对于一些小阻尼的材料，或者对于在一定的限制范围内(如小振幅情况下)聚合材料等大阻尼材料，可以用标准线性模型来描述。其状态方程是一种线性模型表示法：

σ α′dσdt=Eε δ′Edεdt(1)

式中E为弹性模量，α′为应力衰减常数，δ′为应变衰减常数。可以看出，该式形式简单，所以使得计算简单。但是与其它方法相比，它的使用范围受到很大的限制，只能在前面所说的小范围内使用。根据应用情况，这种模型主要用在地表环境中。比如范家参用该模型对固体在半平面内传播的地震波进行了计算，得到了地震波的解析解。杜启振等人在弱黏滞性条件下采用该模型对粘弹性波在地球介质中的传播用有限元方法进行了计算，得到了波场传播特征。孙昱等人将桩周围的土对桩的作用以标准线性固体模型来表示，研究了桩周土对桩的动力作用 。

阻尼模型通用化标准

为了减少上述模型在使用时的限制，可以在(1)式中引入σ和ε的导数项，使它更符合实际情况，这时得到：

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

式中E为弹性模量，α′n为应力衰减常数，δ′n为应变衰减常数。n为导数项的阶数，其值可以根据实际情况适当的选择。这种模型是标准模型的推广，主要用于理论分析上，在实际中由于其实际计算的复杂性而应用较少。由于粘弹性材料(VEM)的剪切模量随温度和频率的变化而变化，以上的模型的应用无法描述这一特性，所以一般只适用于弱粘弹性材料。而以下的几种模型主要用于对各种VEM进行计算。其中用得较多的就是复模量模型。

阻尼模型复模量

复模量模型又分为复常数模量和频变复模量模型，是分析粘弹性材料结构动力学响应特性较为有效的方法 。

复常数模量模型在许多的研究中均用复常数模量形式，即：

E=ER jEI=ER(1 jη)(3)

式中ER是存贮模量，表示存贮能量的能力;EI是损耗模量，表示能量的耗散程度;j=-1，是虚数单位;η是材料的损耗因子，有：

η=EIER(4)

在文献中还有这样一种复模量的定义：

E*=σε=σ0ε0(cosα isinα)(5)

对比(3)式和(5)式可得：

弹性模量E=σ0ε0cosα(6)

损耗因子η=tgα(7)

则粘弹性材料的应力-应变关系为：

σ=E*ε=E(1 iη)ε(8)

上述模型中，各量均为常数，并没有考虑频变特性，因此其适用范围只限于频变较小的情况。比如黄润秋等人在对隧址区山体的地震动作用特点进行研究的过程中，采用复模量模型很好的模拟了岩石体的动力学性能。Rikards等构建了复合夹层梁、板的超级单元，夹层粘弹性材料特性采用了复模量模型进行描述，但是没有考虑粘弹性材料特性随频率而变化的事实。秦惠增等人借助有关粘弹性材料结构动力学分析的复模量模型，推出简谐激励作用下形状记忆合金(SMA)层面内的变形和应力之间的关系。

频变复模量模型

复常数模量模型虽然可以使得计算简单，但是不能反映出材料的频变性质。人们为了反映材料的频变性质，通过实验方法由数据拟合来得到频变的复模量：

E(ω)=ER(ω)(1 jηv(ω))(9)

则粘弹性材料的应力-应变关系为：

σ=E(ω)ε=ER(ω)(1 jηv(ω))ε(10)

其中：ER(ω)=aEωbE，ηv(ω)=aηωbη

aE、aη及bE、bη均为拟合常数。频变复模量模型可以反映VEM的频变特性，与常数复模量模型相比，其适用范围更加广泛，结果也更准确。比如粱军用该模型对复合材料的动态粘弹性能进行了研究，分析了材料复模量随夹杂体积分数、载荷频率之间的变化规律。任志刚等人采用频变复模量模型模拟了夹层粘弹性材料特性的频率相关性，并提出了采用模态应变能迭代及复特征值迭代求解复合夹层结构的各阶频率及损耗因子的方法。但与复常数模量模型一样，它无法揭示VEM的力学本质，计算也较为复杂。2100433B