[논문]조명공식을 이용한 시뮬레이션도구의 정확성에 관한 연구 - 점조도 공식과 Lightscape 결과 비교를 중심으로 -

김철훈; 이정욱

문제 정의

따라서, 본 연구는 조명 교육도구로서 3D Simulation 유용성에 대한연구 이전 단계로써 조명 공식과 조명 시뮬레이션 프로그램의 결과 비교를 통하여 시뮬레이션 프로그램의 정확성에 대하여 알아보기로 한다.
본 연구는 점조도 공식과 조명 시뮬레이션 프로그램인 라이트스케이프(Light scape)°와의 비교를 통하여 조명 시뮬레이션 프로그램의 정확성을 중심으로 실험되었다.
본 연구는 조명 시뮬레이션 프로그램인 Lightscape를 이용하여 조명 교육 도구로서의 효용성에 대한 평가 전 단계로 조명이론과의 비교를 통한 Lightscape의 정확성을 평가한 것이다. 검증을 위한 실험은 이상적 환경의 공간을 선정하여 점조도 공식과 Lightscape 시뮬레이션 결과를 비교하였다.
두 가지 경우 모두 예측을 위한 목적으로 사용되어 지나, 전자의 경우 가 수치조명을 이용한 공간 내 적정조도 .휘도 분포 등의 빛 환경 분석을 시행하여 향후 유발될 수 있는 문제점에 대한 예방 및 .확인 방법이라면 후자의 경우는 비수치 조명을 이용하여 빛 환경에 대한 분석적인 결과보다는 조명이 설치된 공간 연출이미지를 보여주기 위한 수단으로 사용되어 인위적으로 조작된 결과를 보여준다.

제안 방법

광원위치는 L10지점에 광도l, 000cd와 L07지점에 광도 500cd의 Isotropic 형태 광원을 천정면과 동일 평면상에 각각 설치하여 시뮬레이션하였다. 측정 및 계산은 박스 내 기준 축을 중심으로 동일한 측정값이 나오는 부분을 생략한 대상 공간의 1/2부분만을 선정하여, 匝・WL・WR면의 각8개 지점과 WF 16개 지점, 총 40개 지점을 선정하였다.
조도측정점은 각 면과 동일 평면상에 위치하며 면에 따른 기호2)를 부여하였고, 실험을 위한 모든 수치는 소수점 이하 3자리까지 표기하였으며, 점조도 계산의 사이각에 대한 수치는 삼각함수에 의해 결정하였다. 계산에 사용되는 광원은 포인트- 아이소트로픽 (Point-Isotropic) 형식과 국내 。사의 DDT007용 ies파일을 이용하여 진행하였고, 점조도 공식에서 포함하 지 않는 반사광을 시뮬레 이션에서 제외시키기 위한 방안으로 서페이스 프로세싱(Surface Processing)의 리시빙(Receiving)만 활성화 시켜 이상적 환경으로 설정 후 시뮬레이션 하였다.
실험 결과 모든 실험의 수평면조도의 오차는 약 0%로 시뮬레이션 결과와 이론 계산 결과는 동일하다고 판단할 수 있으나, 수직면 조도계산 결과는 오차가 크게 나타나고 있어 본 실험과정에서의 오류가 있음으로 판단하고, 다음과 같은 과정을 거쳐 수직면 조도에 따른 재검증 단계를 거치게 되었다.
4m <Type2>의 두 가지 형태로 설정하였다. 조도측정점은 각 면과 동일 평면상에 위치하며 면에 따른 기호2)를 부여하였고, 실험을 위한 모든 수치는 소수점 이하 3자리까지 표기하였으며, 점조도 계산의 사이각에 대한 수치는 삼각함수에 의해 결정하였다. 계산에 사용되는 광원은 포인트- 아이소트로픽 (Point-Isotropic) 형식과 국내 。사의 DDT007용 ies파일을 이용하여 진행하였고, 점조도 공식에서 포함하 지 않는 반사광을 시뮬레 이션에서 제외시키기 위한 방안으로 서페이스 프로세싱(Surface Processing)의 리시빙(Receiving)만 활성화 시켜 이상적 환경으로 설정 후 시뮬레이션 하였다.

대상 데이터

대상 공간 Type2를 이용하여 실험을 진행하였으며, 실험환경은 단일 조명 공간과 동일한 조건으로 설정하였다. 광원위치는 L10지점에 광도l, 000cd와 L07지점에 광도 500cd의 Isotropic 형태 광원을 천정면과 동일 평면상에 각각 설치하여 시뮬레이션하였다.
본 실험은 대상 공간 Typel에 Isotropic형태의 광도l, 000cd의 이상적 광원을 천정면과 동일 평면상에 설치하여 실험을 진행하였으며, 측정 및 계산은 박스 내 기준 축을 중심으로 동일한 측정값이 나오는 부분을 생략한, 대상 공간의 1/4부분만 선정하여 FL면 4개 지점과 WF면 16개 지점 총 20개 지점을 선정하였다 계산 결과는와 같이 최대 오차는 FL면 0.000259%, WF면 41.421464% 결과를 나타내었다.
실험 1과 동일한 환경에서 DD-1007용 ies파일을 설치하여 실험을 진행하였다. 계산결과는 <표 3>과 같이 최대 오차 FL면 0.
실험 대상 공간의 크기는 W:L2mxL:1.2mxH:2.4m 와 W:2.4mxL:2.4mxH:2.4m 의 두 가지 형태로 설정하였다.
광원위치는 L10지점에 광도l, 000cd와 L07지점에 광도 500cd의 Isotropic 형태 광원을 천정면과 동일 평면상에 각각 설치하여 시뮬레이션하였다. 측정 및 계산은 박스 내 기준 축을 중심으로 동일한 측정값이 나오는 부분을 생략한 대상 공간의 1/2부분만을 선정하여, 匝・WL・WR면의 각8개 지점과 WF 16개 지점, 총 40개 지점을 선정하였다. 계산결과 <표 4>와 같이 최대 오차는 FL면 0.

데이터처리

검증을 위한 실험은 이상적 환경의 공간을 선정하여 점조도 공식과 Lightscape 시뮬레이션 결과를 비교하였다.
수식의 검증을 위하여 실험 01의 수직면조도를를이용하여 재계 산 하였으며, 계산결과는 와 같다.

성능/효과

각 실험 결과 Lightscape는 이론적 계산값과 상대 오차를 이용하여 확인 결과 약 0%의 값을 도출하고 있어, 점광원 계산에 있어 Lightscape의 정확성은 검증되었다.
거리에 따른 광량의 감소는 과 같이 광원과 조사면 사이의 거리가 2배 증가함에 따라 조사 면적은 4배 증가하고, 조도는 1/4 만큼 감소하였다.
계산 결과《수식 2>를 이용한 상대 오차는 11.875141%이며, 를 이용한 상대 오차는 0.000008%의 결과를 보였다.
계산결과 와 같이 최대 오차는 FL면 0.000197%, 帆면 66.501720%, 所면 45.914121% 时면 34.811旺% 결과를 나타내었다
계산결과는 과 같이 최대 오차 FL면 0.000574%, WF면 25.013963% 결과를 나타내었다.
거리에 따른 광량의 감소는 <그림 1>과 같이 광원과 조사면 사이의 거리가 2배 증가함에 따라 조사 면적은 4배 증가하고, 조도는 1/4 만큼 감소하였다. 또한 거리가 3배 증가함에 따라 조사면적은 9배 증가하고, 조도는 1/9만큼 감소하였다. 이러한 법칙을 거리 제곱의 반비례법칙이라 한다.
현재 많은 광원이 출현하고 있으나, 그에 따른 지원은 거의 미비한 수준이며, 개발 중단에 따른 버전업은 기대하시 힘든 상태이다. 또한, 분석 방법 및 결과도출은 전문가 집단에서 사용하기에는 많이 부족하나, 기본적 조명 지식을 전달하는 교육 현장에서의 효용성은 높다. Lightscpe를 이용하여 대 학내교육에서 조명 교과목과 타 교과목 간의 연계를 통하여 공간에 대한 사실적 결과물을 도출할 수 있고, 수치적 분석을 통하여 이론적 결과값에 대한 검증도구로서의 역할은 충분하다.
먼저, 오차율이 나타나고 있는 수직면조도계산에 있어 시뮬레이션 상에서의 계산방법과 이론적 계산방법에 대한 차이를 알아보고자 광원의 Y축 기준으로 공간을 90°회전시킨후를 이용한 계산에서 결과 값은 오차를 보이지 않았으나, 을 이용한 계산에서는 계속하여 오차가 발생하였다.

후속연구

향후 본 연구는 계측기를 통한 실제 공간의 측정과 Lightscape 결과에 대한비교실험을 통하여 도구의 효용성을 검증하고, 현재 대학 내 조명교육 현황과 전문가 집단의 설문을 통한 결과 비교 분석 후 디지털 도구를 이용한 조명 교육 방법까지 진행할 것이다.

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A Study on the exactitude of simulation tool by using Illuminate formula - Focused on the comparing result of Point method and Lightscapet - 원문보기

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