Как ведет себя свет

Ученые Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева разработали программу, которая позволяет рассчитать и провизуализировать в трехмерном пространстве распределение света.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Данная программа предназначена в большей части для инженеров-светотехников, а также специалистов, обладающих знаниями и компетенциями в области светотехники. Благодаря 3D-визуализации программа обеспечивает лучшее понимание распределения света в пространстве, что особенно полезно для сложных светотехнических проектов.

Наличие удобного и интуитивно понятного графического интерфейса позволяет пользователям легко изменять параметры и сразу видеть результаты своих изменений. Возможность визуализировать отражательные плоскости и изменять настройки в реальном времени ускоряет процесс разработки от 30% до 50%. Это достигается за счет отсутствия необходимости в разработке 3D-моделей светодиода и зеркала для каждого конкретного случая, как бы это потребовалось для расчета в других светотехнических программах. В разработанной программе достаточно задать геометрические размеры зеркала и светодиода, а также расстояние между ними.

Программа написана с использованием языка программирования Java и библиотек Jzy3d для создания и визуализации трехмерных графиков и Swing для создания графического пользовательского интерфейса приложения. Она поддерживает расчет и моделирование для углов наклона зеркала от 0 до 90 градусов относительно оси абсцисс. Это позволяет пользователям гибко настраивать и оптимизировать зеркальные системы для различных сценариев освещения. Кроме этого, в ней используются продвинутые алгоритмы для расчета отраженных лучей и других параметров, что обеспечивает высокую точность моделирования распределения света.

Программа имеет ценность для проектных институтов и частных компаний. Она позволит специалистам смоделировать и подобрать светораспределение светодиодных источников света для различных типов помещений и внешних условий. Кроме того, следует отметить, что цены на импортные программы для оптического расчета достаточно велики, поэтому разработанная программа позволяет осуществить их импортозамещение.

Евгений Кузнецов, аспирант третьего года обучения направления подготовки «Электро- и теплотехника» МГУ им. Н. П. Огарева, ответил на вопросы «Ъ-Науки»:

— Что такое фотометрическое тело?

— Сила света — это излучение света по отношению к его направлению. Если сила света, излучаемого прибором в пространство, представлена векторами, выходящими из центра (фактического или условного) источника, концы этих векторов находятся на поверхности, ограничивающей объем, известный как фотометрическое тело. Его показатели используют, рассчитывая распределение силы излучения в пространство. Наша программа позволяет рассчитать и смоделировать то, как именно будет распространяться свет от источника.

— В каких областях науки и технологий это может быть полезно?

— Данная программа может быть полезна для специалистов в области светотехники, поскольку она позволяет упростить разработку и оптимизацию светильников и осветительных приборов с применением зеркальных отражателей. Программа позволяет определить оптимальное положение отражателя, чтобы направить свет в нужные области пространства, что увеличивает выход светового потока светильника при минимальных затратах энергии. Это достигается за счет оптимизации отражающих поверхностей и корректировки углов отражения.

Зеркальные отражения могут влиять на визуальное восприятие освещенного пространства. С помощью программы можно добиться желаемых световых эффектов и обеспечить визуальный комфорт, что особенно важно для архитектурного и интерьерного освещения. Программа расчета может быть использована для создания светильников с нестандартным светораспределением. Это открывает возможности для внедрения уникальных дизайнерских решений и технологий.

— Кто сможет пользоваться этой программой?

— Пользоваться программой смогут различные специалисты и профессионалы в области светотехники и смежных дисциплин. Инженеры-светотехники — основные пользователи программы. Они разрабатывают и оптимизируют светильники, проектируют оптические системы и рассчитывают их параметры для достижения заданных светотехнических характеристик.

Дизайнеры освещения — специалисты, занимающиеся разработкой проектов освещения интерьеров, экстерьеров, общественных и промышленных объектов. Программа поможет им оценить, как будут распределяться световые потоки и как будет выглядеть конечное освещение.

Ученые, занимающиеся исследованиями в области светотехники и оптики, могут использовать программу для проведения симуляций и анализа поведения света при зеркальном отражении. Студенты и преподаватели светотехнического направления подготовки. Программа будет полезна для образовательных и исследовательских целей.

— Есть ли в нашей стране подобные программы для визуализаций света?

— На данный момент существует много зарубежных программ для расчета оптических систем световых приборов, таких как LightTools, Tracepro, Zemax, FRED, SPEOS, ASAP и Apex. А для расчета объективов чаще используются программы Code V, Zemax, Synopsys, Oslo и Optalix. Однако многие из этих программ являются платными и предоставляют более широкий функционал для более универсального расчета оптических систем.

— Чем уникальна программа, написанная учеными Мордовского государственного университета?

— Наличие удобного и интуитивно понятного графического интерфейса позволяет пользователям легко изменять параметры и сразу видеть результаты своих изменений. Возможность визуализировать отражательные плоскости и изменять настройки в реальном времени ускоряет процесс разработки. Можно ожидать, что процесс проектирования может быть сокращен в среднем на 30–50%. Это достигается за счет отсутствия необходимости в разработке 3D-моделей светодиода и зеркала для каждого конкретного случая, как бы это потребовалось для расчета в других светотехнических программах.

В разработанной программе достаточно указать (задать) геометрические размеры зеркала и светодиода, а также расстояние между ними, что значительно упрощает процесс. Дополнительно программа автоматизирует многие этапы, такие как расчет углов падения и отражения света, что позволяет сократить временные затраты и уменьшить вероятность ошибок при ручном вводе данных. Это позволяет инженерам сосредоточиться на оптимизации и проверке решений, а не на рутинных расчетах и моделировании.

— Где может быть использована эта технология?

— Данная программа может использоваться инженерами-светотехниками при проектировании осветительных приборов с учетом влияния зеркальных поверхностей, исследованиях в области фотометрии и разработке новых методов и технологий для улучшения светораспределения. Также данная программа может быть использована в учебном процессе для демонстрации принципов светораспределения, влияния отражающих поверхностей на освещение. Это может способствовать более глубокому пониманию студентами теории и практики светотехники, а также развитию навыков работы с современными инструментами для проектирования и анализа осветительных систем.

Подготовлено при поддержке Минобрнауки