基于影子轨迹线反求采光效果的技术研究郑鹏飞,林大钧,刘小羊,吴志庭(华东理工大学机械与动力工程学院,上海200237)摘要:根据“立竿见影”现象及竿影日照图的原理,分析影子的形成原理和影子随时间的变化规律,建立了时间、太阳位置和影子轨迹关系的数学模型,利用影子轨迹图分别推导出求解建筑物朝向、间距、采光时间的数学公式。设计算法通过VisualBasic和VisualLisp编程,研制计算机反求实验平台,构建利用竿影轨迹图反求建筑采光效果的方法。关键词:计算机应用;影子轨迹;建筑采光;竿影日照图中图分类号:TP391文献标志码:AReversingEffectofBuildingLightingTechnologyBasedonShadowTrackLineZHENGPeng2fei,LINDa2jun,LIUXiao2yang,WUZhi2ting(SchoolofMechanicalandPowerEngineering,EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai200237,China)Abstract:Accordingtothenaturalphenomenonthatproducesashadowofobjectsunderdirectsunlight,theformationprincipleofsticksunlightshadowchartwasstudied.Analyzingshadowvariationwithtime,themathematicalmodeloftime,solarpositionandshadowtrackwasbuilt.Theequationofbuildingtowards,space,andlightingtimewerederivedusingshadowtrackchart.ThecomputerexperimentplatformofreversewasdevelopedbyprogrammingVisualBasicandVisualLisprealizingreversealgorithm.Finally,areversemethodoftheeffectofbuildinglightingbasedonsticksunlightshadowchartisconstructed.Keywords:computerapplication;shadowtrack;buildinglighting;sticksunlightshadowchart空气、热、声、光、日照、色彩等因素对提高建筑质量、生活环境起着重要作用[122]。美国建筑大师路易·康在“静谧与光明”的演讲中曾说过“设计空间就是设计光亮”,这句话深刻地揭示了日照在建筑设计中的重要地位。物体在光线照射下产生的阴影与其形状和光线位置有密切关系,影子形状随着光线变化而变化。Ne′eman等[3]提出了根据实际要求来建筑日照设计中主要涉及住宅布置、建筑间距、房屋朝向等问题[4],文献[526]详细阐述了日照在城市建筑中的重要性以及亟待解决的问题,提出需制定日照标准。马咏真[7]以工程实例切入,绘制出棒影日照图,并计算出相应的日照时间。孟莹等[8]在规划城市建筑时,利用棒影日照图分析得出了太阳高度角方位角及棒影长度的对比表。徐[9]丰通过构设计建筑物的朝向、间距、合适的日照时间的思路。建辐射历计时系统,对太阳高度角和方位角的取值收稿日期:2009204220作者简介:郑鹏飞(19842),男,浙江兰溪人,硕士研究生,主要研究方向:计算机图形学。E2mail:pfzheng@126.com范围作了重新定义。纵观该技术的研究现状,仍停留在应用范围窄、自动化程度低、尚未建立比较完整的通用化数学模型的层面上。因此,本文提出一种基于影子变化轨迹反求建筑物采光效果的方法,根据日照图的绘制原理,利用图解法建立根据影子轨迹线反求对建筑物采光效果的数学模型,进一步搭建成一个计算机辅助处理平台。1“立竿见影”现象一根直立的竿,其影子的位置在一天中随太阳的位置不断变化。假设某天某时刻的太阳位置如图1所示,立于地面上的竿高为H,太阳光线通过竿顶P点,在地面上形成一个影子点P′,影子的长度OP′为L。定义太阳光线与地面的夹角∠PP′O=β,则其数学关系式为:体,地球与近似球体为同一球心,太阳绕地球在近圆形的椭圆轨道上运行。定义与地球赤道位于同一平面上的球面圈为赤道圈;与地球地平线圈位于同一平面上的球面圈为地平圈;与地球上经度圈位于同一平面上的球面圈为时圈(通过地球南、北极的球面圈称为经度圈);经过太阳位置L点、并垂直于地平圈的球面圈为方位圈,经过太阳位置点平行于地平圈的球面圈为高度圈[10]。L=cotβ(1)H图1轨迹线形成图Fig.1Formationoftrajectory地球上某一点所受的日照变化情况,是由地球自转及绕太阳公转引起的。一天中,地球自转一周360°,(地球每小时自转15°,称之为时角(Ω)),太阳位置也随时间变化,因此可获得不同时间竿顶落影点P′,诸P′点形成了一天的竿影轨迹线。相反地,可以将影子轨迹线看成是界于受光和背光的临界线。基于这一原理,可以求...