一种非旋转对称照明系统模型的快速建立方法
【专利摘要】本发明公开一种非旋转对称照明系统模型的快速建立方法，具体步骤如下：首先，利用网格能量划分的原理，计算照明系统表面点云数据；进而，通过DDE(Dynamic Data Exchange)通信，建立数值分析软件Matlab与照明仿真软件TracePro间的通道，将点云数据传输至TracePro中；最后，通过TracePro宏语言对数据点进行拟合，并利用切片法快速形成实体模型。该方法具有很强的便捷性及程序延展性，利用此方法设计的照明系统模型可以自动且快速地生成，并且当加入关于扩展光源照明系统迭代反馈的程序模块时还可以进行自动优化。
【专利说明】
一种非旋转对称照明系统模型的快速建立方法
技术领域
[0001] 本发明属于非成像照明领域，具体涉及一种基于LED光源的照明系统模型快速建 立的方法。
【背景技术】
[0002] 目前，进行二次光学配光设计时，一般需要三个步骤:步骤1，在构建光源与目标面 的映射关系后，通过数值分析软件(如Matlab)计算出照明系统表面的数值解。步骤2,将步 骤1中求得的数值解导入至三维建模软件(如Sol idWorks)中，建立实体模型。步骤3，将实体 模型导入至照明仿真软件(如TracePro)中，进行模拟分析。但是，此类配光设计方案需要使 用多个软件协同操作，在一定程度上会增加设计的复杂程度。
[0003] 尤其，进行扩展光源照明系统反馈优化时，表面数据需要在三个软件中连续传递， 而传统方法的手动传输大大限制了设计的自由度。并且，我们还可以发现在建模软件中构 建非旋转对称的机械模型时会更为加繁琐，当迭代优化时设计者的工作效率急速降低。
[0004] 鉴于上述情况，本发明提出一种非旋转对称照明系统模型的快速建立方法，旨在 简化其设计过程，通过数值分析软件与照明仿真软件之间的数据通道，实现步骤1到步骤3 的直接过渡。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在解决上述非旋转对称照明系统设计过程中存在的问题，发明一种非旋 转对称照明系统模型的快速建立方法。
[0006] 为此，本发明所采用的整体技术方案如下：
[0007] 首先，利用网格能量划分的原理，在Matlab中计算非旋转对称照明系统的表面点 云数据;进而，通过DDE (Dynamic Data Exchange)通信，建立数值分析软件Mat 1 ab与照明仿 真软件TracePro间的通道，将点云数据传输至TracePro中；最后，通过TracePro宏语言对数 据点进行拟合，并利用切片法快速形成实体模型。
[0008] 本发明提出的快速建模方法，其特征在于，所述具体设计步骤如下：
[0009] 步骤1:非旋转对称模型数据点的计算；
[0010] 所述照明系统表面点云数据通过网格划分法计算，首先，以点光源能量分布建立 起球坐标系，分别沿经炜线等能量划分光源，沿经线方向的Θ角分划成m份(m=l，2,3…M)， 沿炜线方向的@角划分成η份(η = 1，2,3···Ν);进而，将矩形目标面沿横纵方向（对应经炜方 向）划分m X η份等面积的单元矩形，建立对映关系；最后，构建照明系统经炜方向的两条主 次母线，衍生全部点云数据P(n，m);
[0011] 步骤2:利用切片法构建实体模型；
[0012] a)基于DDE通信的数据传输
[0013]使用命令"channel = ddeinit( 'TracePro'，'Scheme'）"建立软件间的进程通信； 计算得到的面型数据，以Matlab作为客户端，通过DDE函数传输至TracePro服务器中，所调 用的命令为:ddpoke( 'channel '，'Matlab data'）。
[0014] b)特征数据点的择优选取
[0015] 进行计算三维面型时，定经线方向的母线为主母线，炜线方向为次母线，所得衍生 数据点均沿着炜线方向生成(衍生线的数目为m条，每条衍生线的数据个数为η个），为减少 数据在TracePro中的运算量，根据系统表面的光滑度要求及光源光强特性，沿炜线方向择 优选取特征数据点。
[0016] c)切片法的具体操作
[0017]将特征数据点通过TracePro宏语言（Scheme语言)进行放样处理，其样条方式在三 次样条插值曲线(cubic-spline)、b样条曲线(b-spline)、连续样条(spline)中选取;再将 样条曲线的两边端点与原点相连，形成一个切片面;循环多次进行上述操作后，将每条炜线 方向的衍生线端点连接原点，形成切片面组，其系统的基本面构框架形成；通过Scheme语 言，将面构框架之间的切片面组进行扫掠成体
[0018] 通过上述步骤1及步骤2就可快速的实现非旋转对称照明系统模型的快速输入。
[0019] 本发明提出的快速建模方法，与传统方法相比具有的优点如下：
[0020] a)本发明通过动态数据交换(DDE)技术，实现了照明系统模型自动且快速地生成， 且不需要经机械建模软件就可以将模型直接输入至照明仿真软件中。
[0021] b)此方法具有一定的程序延展性，当加入关于扩展光源照明系统迭代反馈的程序 模块时可以进行自动优化，避免了传统手动优化的弊端。
[0022] c)本发明提出构建模型的切片法，有较强的普适性，对于一般轴对称的三维模型 都可利用此快速建立模型，如旋转对称结构、非旋转对称的路灯花生壳结构等。
【附图说明】
[0023] 以下通过附图对本发明所提出的快速建模方法做进一步详细的描述：
[0024] 图1是本发明技术方案的整体流程图；
[0025] 图2是基于矩形目标面的匀透镜系统照明参数示意图；
[0026]图3是Matlab照明系统线构图；
[0027]图4是基于切片法的扫掠示意图；
[0028]图5是衍生线为15时所生成的实体模型；
[0029]图6是衍生线为45时所生成的实体模型；
[0030]图7是衍生线为45时实体模型的仿真照度图；
[0031]图8是衍生线为45时实体模型的仿真光强图；
[0032] 1-匀透镜照明系统、2-LED点光源、3-矩形目标面、11-阴影部分。
【具体实施方式】
[0033]为了对本发明进行详细阐述，以下结合附图进行说明，但以下所描述的实例仅用 于解释本发明。
[0034]图1是本发明技术方案的整体流程图，主要以Matlab与TracePro之间的DDE通信机 制为媒介，将系统表面计算模块与机械建模有机地结合在一起。其中Matlab负责根据映射 关系进行数据处理，而TracePro负责利用schenme语言及切片法对数据进行实体化操作。
[0035]图2是利用本发明所举的一个实施例:矩形目标面的匀透镜系统快速建模，所述系 统属于一种非旋转对称结构。实施例中匀透镜照明系统1是基于LED点光源2设计的，其光强 曲线按照朗伯函数分布，其照明目标是在点光源1距矩形目标面3的垂轴距离Η处产生a*b的 均匀照明。进而，通过切片法快速输入至照明仿真软件中。
[0036]所述实施例中照明系统的参数具体有:透镜高度h为10mm，目标面距光源的长度Η 为10000mm，目标面的长a、宽b分别是40000mm及10000mm，且透镜材料选用亚克力(ΡΜΜΑ)。
[0037] 根据上述照明具体参数，设计的主要步骤如下：
[0038] 步骤1:非旋转对称模型数据点的计算。
[0039] 所述照明系统表面点云数据通过网格划分法计算，首先，以点光源能量分布建立 起球坐标系，分别沿经炜线等能量划分光源，沿经线方向的Θ角分划成m份(M为100)，沿炜线 方向的P角划分成η份(N为100);进而，将矩形目标面沿横纵方向（对应经炜方向）划分100 X 100份等面积的单元矩形，建立对映关系;最后，构建照明系统经炜方向的两条主次母线，衍 生全部点云数据P(n，m);
[0040] 图3是使用Matlab进行计算所得到的系统线构图，其点云数据为三维空间坐标。因 此，如需得到实体模型，需要进行第二步实体化操作。
[0041 ]步骤2:利用切片法构建实体模型。
[0042] a)基于DDE通信的数据传输
[0043] 首先，本方法需要构建图1中的DDE信息通道，使用"channel = ddeinit(' TracePro'，'Scheme'）"命令建立。而上述计算得到的面型数据P(n，m)需使用通过DDE函数 传输至TracePro服务器中，所调用的命令为：ddpoke( 'channel '，'Matlab data'），其中 Matlab data为系统的三维坐标。
[0044] b)特征数据点的择优选取
[0045] 如图3所示，进行三维面型的计算时，一般定经线方向的母线为主母线，炜线方向 为次母线，因此得到的大量的衍生数据点都是沿着炜线方向生成（则衍生线的数目为1〇〇 条，每条衍生线的数据个数为100个），但为了减少数据在TracePro中的运算量，需要根据系 统表面的光滑度要求及光源光强特性进行择优选取。
[0046] c)切片法的具体操作
[0047]首先，沿炜线方向择优选取的数据点，进行TracePro宏语言（Scheme语言）的放样 处理，实施例中选取连续样条(spline)进行操作。进而，将形成的衍生线两边端点与原点相 连形成一个切片面。如图4中的面0P(l，m)Q及面0P(l，m-l)Q所示，切片面属于一种无质量的 薄片。
[0048] 循环多次进行上述操作后可以得到一系列的切片面组，即系统的基本面构框架形 成。但此时的面构框架因为不是实体，还需进行模型实体化操作。
[0049] 实体化操作可以通过Scheme语言，将面构框架之间的切片面组进行扫掠成体。如 图4中阴影部分11，就是通过宏语言在面0P(l，m)Q及面0P(l，m-l)Q之间进行扫掠 ，重复迭代 后就可以形成实体。
[0050] 经步骤1及步骤2,实体模型就可以快速建立在照明系统的表面。但是，在择优选取 数据时不能采样过少。
[0051] 如图5是采样衍生线为15条时生成的实体模型，可以发现其表面有明显的棱角，与 所要求的模型相差较大。而如图6是采样衍生线为45条时生成的实体模型，表面相对光滑， 因此在做初步模型设计时，采样的衍生线数目最好大于45条。
[0052]图7及图8分别是使用衍生线为45时生成的实体模型仿真照度及光强图，可以发现 照度分布基本均匀，光强分布也基本满足蝙蝠翼型，也可论证本发明所提出的方法是切实 可行的。
[0053]此方法还具有一定的程序延展性，当加入关于扩展光源照明系统迭代反馈的程序 模块时可以进行自动优化，避免了传统手动优化的弊端。
【主权项】
1. 一种非旋转对称照明系统模型的快速建立方法，其特征在于，所采用的整体技术方 案如下:首先，利用网格能量划分的原理，在Matlab中计算非旋转对称照明系统的表面点云 数据;进而，通过DDE通信，建立数值分析软件Mat lab与照明仿真软件TracePro间的通道，并 将点云数据传输至TracePro中；最后，通过TracePro宏语言对数据点进行拟合，利用切片法 快速形成实体模型。2. 根据权利要求1所述的一种非旋转对称照明系统模型的快速建立方法，其特征在于， 所述方法的具体设计步骤如下： 步骤1:非旋转对称模型数据点的计算； 所述照明系统表面点云数据通过网格划分法计算，目标面及光源分别沿着经炜方向进 行等能量划分，建立映射关系衍生全部点云数据； 步骤2:利用切片法构建实体模型； a) 基于DDE通信进行数据传输，将相关的透镜数据传输至TracePro服务器中； b) 根据系统表面的光滑度要求及光源光强特性，沿炜线方向择优选取特征数据点； c) 切片法的具体操作:选用样条方式对特征数据点进行拟合，将拟合曲线的两边端点 与原点相连，形成一个切片面;循环多次上述操作，形成基于切片面组的基本面构框架;再 通过Scheme语言，将面构框架进行扫掠形成实体。
【文档编号】G06F17/50GK105868495SQ201610244098
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月19日
【发明人】李潇, 钱维莹, 高淑梅, 谭叶青
【申请人】江南大学