We conducted a 60-second experiment

We conducted a 60-second experiment (144 frames of simulation). The initial condition is a dark room and the LED input setpoint is [0.3, 0.3, 0.4] for all fixtures. External disturbance was not included in the experiment, and the controller parameters were specified with different weights on chromaticity uniformity and intensity uniformity (˛Uc = 1, ˛Ub = 0.01) and a weight on energy ˛E that is 0 from t = 0 to 30 s and ˛E = 0.04 from t = 31 to 60 s.
The top row of Fig. 18 compares the color sensor readings and LED inputs for three situations: the actual measurements from the physical space (left column), the simulated measurements in Experiment 4 with the calibrated color sensor model (middle column) and the results of Experiment 4 using the non-calibrated color sensor model based on the orthographic camera used throughout Experiments 1–3 (right column). The bottom row of Fig. 18 does the same for the normalized energy consumption.
We can see that the left and middle columns of Fig. 18 are almost identical. On the other hand, using an uncalibrated sensor model results in simulated color sensor readings that differ substantially from the actual behavior. These results illustrate the importance of calibration, and show the potential for the simulation to produce both photorealistic visualizations and correct numerical results when the material properties of the room and the response of the sensor are carefully measured and included in the model.
6. Conclusions and future work
We demonstrated an interactive framework for pre-visualizing and tuning the parameters of a lighting controller, based on a combination of photorealistic simulation and advanced control algorithm design. In our preliminary experiments, we showed how the simulation made it easy for a user to interactively refine the objective function for a controller in a series of design iterations. The simulation framework easily allows fixtures to be changed or moved, sensors added, or occupants introduced. We believe the tight coupling between advanced lighting control system design and environmental simulation will be productive for lighting designers and engineers, and can potentially minimize unanticipated or undesirable lighting behavior in built environments. While our experiments involved computer-generated animations of the lighting in a room over time from a single viewpoint, the camera could be easily moved as desired.
On the other hand, the experiments in the paper only represent a few scenarios out of the many possible real world environments and controller choices. More research is needed to make the simulation framework more generally applicable, such as a tool for automatically transforming a blueprint or CAD model into the pre-computed geometry and lightmaps required to investigate controller behavior. A bigger challenge, both technical and social, is the insertion of lighting pre-visualization tools into the typical architectural design process, especially in the early phases when the choice of lighting controller might significantly impact choices about lighting fixtures or facade elements. In future work, we plan to collaborate directly with architects and lighting designers to find ways of making the simulation framework more applicable to common practice.
Many research directions follow from this initial prototype. We are currently in the process of physically measuring light fields and transfer functions in the physical conference room under construction, to make the simulation of this space even more accurate (i.e., following on from the experiments in Section 5.4). We are also in the process of accurately characterizing and simulating new prototype sensors to be designed and deployed. We expect the lighting control simulation to inform both the development of these new sensors (e.g., necessary directional and spectral sensitivity) as well as the placement and characteristics of lighting fixtures in the constructed space.
We are also exploring several directions to make the simulation more realistic. These include moving beyond RGB sources and sensors to multispectral responses; incorporating wall-mounted sensors or sensors not collocated with fixtures; modeling occupant tracking with ceiling-mounted time-of-flight sensors, and exploring dynamic desired light fields (e.g., that adapt to moving occupants or changing weather).
A key unresolved problem, well beyond the scope of this study, is that of deciding the “right” time-varying light field for a given environment and use case. A control algorithm can be designed to accurately reach a desired setpoint, and simulation can do an excellent job of visualizing the results, but determining the setpoint itself is quite challenging. For example, the setpoint could vary according to the number, position, and pose of occupants, their activity (e.g., working in small groups, holding a discussion, watching a presentation, watching a film), and the time of day (e.g., using circadian theory to expose the occupants to warmer colors after sunset). The situation is further complicated by the challenges of designing a controller that can simultaneously satisfy the subjective preferences of multiple users, and the practical need to override the controller if the occupants find the result unsatisfactory [6]. Our continuing investigations in this area will engage lighting designers to help address these difficult questions.
Acknowledgements
This work was supported primarily by the Engineering Research
Centers Program (ERC) of the National Science Foundation under
NSF Cooperative Agreement No. EEC-0812056 and in part by New
York State under NYSTAR contract C090145. Thanks to Brandon Andow for his perspectives on architectural and lighting design, and to the anonymous reviewer for detailed suggestions on improving the presentation of the paper.
Appendix A. Supplementary data

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

เราดำเนินการทดลองภายใน 60 วินาที (144 เฟรมของจำลอง) เงื่อนไขเริ่มต้นคือ ห้องมืด และ setpoint อินพุท LED คือ [0.3, 0.3, 0.4] สำหรับการแข่งขันทั้งหมด รบกวนภายนอกไม่รวมอยู่ในการทดลอง และมีระบุพารามิเตอร์ควบคุม มีน้ำหนักแตกต่างกันบน chromaticity ความรื่นรมย์และความรื่นรมย์ความเข้ม (˛Uc = 1, ˛Ub = 0.01) และน้ำหนักบน ˛E พลังงานที่ 0 จาก t = 0 ถึง 30 s และ ˛E = 0.04 จาก t = 31-60 sแถวบนสุด Fig. 18 เปรียบเทียบสีเซ็นเซอร์อ่านและ LED อินพุตสำหรับสถานการณ์ที่ 3: การประเมินจริงจากพื้นที่ (คอลัมน์ซ้าย), วัดจำลองใน 4 การทดลองรูปแบบการเซ็นเซอร์ปรับเทียบสี (คอลัมน์กลาง) และผลการทดลองที่ 4 ใช้แบบเซ็นเซอร์ไม่ใช่การปรับเทียบสีตามกล้อง orthographic ที่ใช้ตลอดการทดลอง 1-3 (คอลัมน์ขวา) แถวล่าง 18 Fig. ไม่เหมือนกันสำหรับปริมาณการใช้พลังงานมาตรฐานเราสามารถดูได้คอลัมน์ซ้าย และกลาง Fig. 18 เกือบเหมือนกัน บนมืออื่น ๆ ใช้เป็นเซ็นเซอร์ uncalibrated รูปแบบผลลัพธ์ในอ่านเซ็นเซอร์จำลองสีที่แตกต่างมากจากลักษณะการทำงานจริง ผลเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการปรับเทียบ และแสดงศักยภาพในการจำลองการแสดงภาพประกอบเพลงภาพและผลลัพธ์เป็นตัวเลขที่ถูกต้องเมื่อคุณสมบัติวัสดุของห้องและการตอบสนองของการเซ็นเซอร์อย่างรอบคอบวัด และอยู่ในรูปแบบ6. บทสรุปและการทำงานในอนาคตเราแสดงให้เห็นว่ามีกรอบโต้ตอบแสดงผลล่วงหน้า และปรับค่าพารามิเตอร์ของตัวควบคุมแสงสว่าง ตามภาพจำลองและออกแบบขั้นตอนวิธีการควบคุมขั้นสูง ในการทดลองเบื้องต้นของเรา เราพบวิธีการทำให้มันง่ายสำหรับผู้ใช้แบบโต้ตอบปรับฟังก์ชันวัตถุประสงค์สำหรับตัวควบคุมในการออกแบบแผน กรอบการจำลองได้อย่างง่ายดายได้แข่งขันจะเปลี่ยนแปลง หรือ ย้าย เซนเซอร์เพิ่ม หรือแนะนำการจัด เราเชื่อว่า คลัปแน่นระหว่างการจำลองสิ่งแวดล้อมและออกแบบระบบควบคุมแสงสว่างขั้นสูงจะมีประสิทธิภาพสำหรับวิศวกรและนักออกแบบแสงสว่าง และอาจสามารถลดพฤติกรรมไม่พึงปรารถนา หรือสภาวะแสงในสภาพแวดล้อมที่สร้างขึ้น ในขณะที่เราทดลองเกี่ยวข้องกับคอมพิวเตอร์สร้างภาพเคลื่อนไหวของแสงสว่างในห้องเวลาจากจุดเดียว กล้องอาจจะได้ย้ายตามต้องการบนมืออื่น ๆ ทดลองในกระดาษเพียงแสดงกี่สถานการณ์สภาพแวดล้อมของโลกได้และตัวเลือกตัวควบคุมหลาย วิจัยเพิ่มเติมเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้กรอบการจำลองขึ้นโดยทั่วไปสามารถใช้ได้ เช่นเครื่องมือสำหรับเปลี่ยนพิมพ์เขียวหรือรูปแบบ CAD เป็นเรขาคณิตคำนวณล่วงหน้าและ lightmaps ที่จำเป็นในการตรวจสอบลักษณะการทำงานของตัวควบคุมโดยอัตโนมัติ ท้าทายใหญ่ สังคม และทางเทคนิคเป็นการแทรกไฟเครื่องมือแสดงภาพประกอบเพลงก่อนเข้ากระบวนการออกแบบสถาปัตยกรรมทั่วไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระยะต้นเมื่อเลือกตัวควบคุมแสงสว่างอาจมากส่งผลกระทบต่อทางเลือกเกี่ยวกับโคมหรือองค์ประกอบด้าน ทำงานในอนาคต เราจะทำงานร่วมกับสถาปนิกและนักออกแบบแสงหาวิธีการทำกรอบจำลองขึ้นใช้ปฏิบัติทั่วไปโดยตรงทิศทางการวิจัยหลายทำตามจากต้นแบบเริ่มต้นนี้ เรากำลังอยู่ในกระบวนการวัดทางกายภาพเขตแสง และโอนย้ายฟังก์ชันในห้องประชุมที่จริงใต้ก่อสร้าง ทำให้การจำลองพื้นที่นี้ถูกต้องมากยิ่งขึ้น (เช่น ต่อไปนี้บนจากการทดลองในหัวข้อ 5.4) เรายังมีกระบวนการกำหนดลักษณะ และเลียนแบบเซนเซอร์ต้นแบบใหม่การออกแบบ และจัดวางอย่างถูกต้อง เราคาดว่าการจำลองการควบคุมแสงเพื่อแจ้งให้ทราบทั้งการพัฒนาของเซนเซอร์ใหม่เหล่านี้ (เช่น จำทิศทาง และสเปกตรัมความไว) ตำแหน่งและลักษณะของการแข่งขันโคมไฟในพื้นที่สร้างWe are also exploring several directions to make the simulation more realistic. These include moving beyond RGB sources and sensors to multispectral responses; incorporating wall-mounted sensors or sensors not collocated with fixtures; modeling occupant tracking with ceiling-mounted time-of-flight sensors, and exploring dynamic desired light fields (e.g., that adapt to moving occupants or changing weather).A key unresolved problem, well beyond the scope of this study, is that of deciding the “right” time-varying light field for a given environment and use case. A control algorithm can be designed to accurately reach a desired setpoint, and simulation can do an excellent job of visualizing the results, but determining the setpoint itself is quite challenging. For example, the setpoint could vary according to the number, position, and pose of occupants, their activity (e.g., working in small groups, holding a discussion, watching a presentation, watching a film), and the time of day (e.g., using circadian theory to expose the occupants to warmer colors after sunset). The situation is further complicated by the challenges of designing a controller that can simultaneously satisfy the subjective preferences of multiple users, and the practical need to override the controller if the occupants find the result unsatisfactory [6]. Our continuing investigations in this area will engage lighting designers to help address these difficult questions.AcknowledgementsThis work was supported primarily by the Engineering ResearchCenters Program (ERC) of the National Science Foundation underNSF Cooperative Agreement No. EEC-0812056 and in part by NewYork State under NYSTAR contract C090145. Thanks to Brandon Andow for his perspectives on architectural and lighting design, and to the anonymous reviewer for detailed suggestions on improving the presentation of the paper.Appendix A. Supplementary data

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

เราดำเนินการทดลอง 60 วินาที (144 เฟรมของการจำลอง) เงื่อนไขแรกคือห้องมืดและการป้อนข้อมูล SetPoint LED เป็น [0.3, 0.3, 0.4] สำหรับการแข่งขันทั้งหมด รบกวนภายนอกไม่ได้รวมอยู่ในการทดลองและพารามิเตอร์ตัวควบคุมถูกระบุด้วยน้ำหนักที่แตกต่างกันในความสม่ำเสมอและความสม่ำเสมอ chromaticity เข้ม (UC = 1 UB = 0.01) และน้ำหนักใน e พลังงานที่เป็น 0 จาก t = 0 30 และ E = 0.04 จาก t = 31-60 s.
แถวด้านบนของรูป 18 เปรียบเทียบการอ่านเซ็นเซอร์สีและปัจจัยการผลิต LED สำหรับสามสถานการณ์: การวัดที่เกิดขึ้นจริงจากพื้นที่ทางกายภาพ (คอลัมน์ซ้าย) วัดจำลองในการทดลองที่ 4 ที่มีรูปแบบสีเซ็นเซอร์ปรับเทียบ (คอลัมน์กลาง) และผลที่ได้จากการทดลองที่ 4 โดยใช้ที่ไม่ใช่ สี -calibrated เซ็นเซอร์รูปแบบขึ้นอยู่กับกล้อง orthographic ใช้ตลอดการทดลอง 1-3 (คอลัมน์ขวา) แถวด้านล่างของรูป 18 ไม่เหมือนกันสำหรับการใช้พลังงานปกติ.
เราจะเห็นว่าคอลัมน์ด้านซ้ายและกลางของรูป 18 เหมือนกันเกือบ ในทางกลับกันโดยใช้รูปแบบการเซ็นเซอร์ผลการ uncalibrated ในการอ่านเซ็นเซอร์สีจำลองที่แตกต่างอย่างมากจากพฤติกรรมที่เกิดขึ้นจริง เหล่านี้แสดงให้เห็นถึงผลความสำคัญของการสอบเทียบและแสดงศักยภาพในการจำลองการผลิตทั้งการสร้างภาพเหมือนจริงและผลการคำนวณที่ถูกต้องเมื่อคุณสมบัติของวัสดุของห้องพักและการตอบสนองของเซ็นเซอร์วัดอย่างระมัดระวังและรวมอยู่ในรูปแบบ.
6
สรุปผลการวิจัยและการทำงานในอนาคตเราแสดงให้เห็นถึงกรอบโต้ตอบสำหรับแสดงผลก่อนและปรับพารามิเตอร์ของการควบคุมแสงที่อยู่บนพื้นฐานของการรวมกันของการจำลองเหมือนจริงและการควบคุมขั้นสูงการออกแบบอัลกอริทึม ในการทดลองเบื้องต้นของเราเราแสดงให้เห็นว่าการจำลองทำให้มันง่ายสำหรับผู้ใช้เพื่อโต้ตอบปรับแต่งฟังก์ชั่นสำหรับวัตถุประสงค์ควบคุมในชุดของการทำซ้ำการออกแบบ กรอบจำลองได้อย่างง่ายดายช่วยให้การติดตั้งจะมีการเปลี่ยนแปลงหรือย้ายเซ็นเซอร์เพิ่มหรืออาศัยการแนะนำให้รู้จัก เราเชื่อว่าการมีเพศสัมพันธ์แน่นระหว่างควบคุมแสงขั้นสูงการออกแบบระบบและการจำลองสิ่งแวดล้อมจะมีประสิทธิผลสำหรับจุดออกแบบและวิศวกรและอาจจะลดพฤติกรรมที่ไม่คาดคิดหรือแสงที่ไม่พึงประสงค์ในสภาพแวดล้อมที่สร้างขึ้น ในขณะที่การทดลองของเราที่เกี่ยวข้องกับภาพเคลื่อนไหวที่สร้างจากคอมพิวเตอร์แสงในห้องเมื่อเวลาผ่านไปจากมุมมองเดียวกล้องสามารถเคลื่อนย้ายได้ง่ายตามต้องการ.
ในทางกลับกันการทดลองในกระดาษเพียงตัวแทนของสถานการณ์ไม่กี่ออกมาจากหลาย ๆ ที่เป็นไปได้ สภาพแวดล้อมที่โลกแห่งความจริงและการเลือกตัวควบคุม จำเป็นต้องวิจัยเพิ่มเติมเพื่อให้กรอบการจำลองที่มากกว่าที่บังคับโดยทั่วไปเช่นเครื่องมือสำหรับการเปลี่ยนโดยอัตโนมัติพิมพ์เขียวหรือแบบจำลอง CAD เข้ามาในรูปทรงเรขาคณิตก่อนคำนวณและ lightmaps ที่จำเป็นในการตรวจสอบพฤติกรรมการควบคุม ความท้าทายที่ใหญ่กว่าทั้งทางด้านเทคนิคและสังคมคือการแทรกของแสงเครื่องมือสร้างภาพก่อนเข้าสู่ขั้นตอนการออกแบบสถาปัตยกรรมโดยทั่วไปโดยเฉพาะอย่างยิ่งในระยะแรกเมื่อทางเลือกของการควบคุมแสงอย่างมีนัยสำคัญอาจส่งผลกระทบทางเลือกที่เกี่ยวกับการติดตั้งแสงหรือองค์ประกอบของอาคาร ในการทำงานในอนาคตเราวางแผนที่จะทำงานร่วมกันโดยตรงกับสถาปนิกและนักออกแบบแสงเพื่อหาวิธีการในการทำกรอบจำลองบังคับมากขึ้นในการปฏิบัติร่วมกัน.
ทิศทางการวิจัยหลายคนตามมาจากต้นแบบครั้งแรกนี้ เรากำลังอยู่ในกระบวนการของร่างกายวัดทุ่งแสงและฟังก์ชั่นการถ่ายโอนในห้องประชุมทางกายภาพภายใต้การก่อสร้างเพื่อให้การจำลองของพื้นที่นี้แม้จะถูกต้องมากขึ้น (เช่นต่อไปนี้จากการทดลองในมาตรา 5.4) เรายังอยู่ในกระบวนการของการพัฒนาการอย่างถูกต้องและจำลองเซ็นเซอร์ต้นแบบใหม่ที่จะได้รับการออกแบบและใช้งาน เราคาดว่าการจำลองการควบคุมแสงที่จะแจ้งให้ทั้งการพัฒนาของเซ็นเซอร์ใหม่ ๆ เหล่านี้ (เช่นทิศทางที่จำเป็นและความไวสเปกตรัม) เช่นเดียวกับตำแหน่งและลักษณะของโคมไฟในพื้นที่สร้าง.
เราจะยังมีการสำรวจหลายทิศทางเพื่อให้การจำลองมากขึ้น เหมือนจริง เหล่านี้รวมถึงย้ายที่อยู่นอกเหนือแหล่ง RGB และเซ็นเซอร์การตอบ multispectral; ด้วยเซนเซอร์ที่ติดผนังหรือเซ็นเซอร์ไม่ collocated กับการติดตั้ง; ครอบครองการสร้างแบบจำลองการติดตามที่มีเพดานติดตั้งเซ็นเซอร์เวลาของเที่ยวบินและการสำรวจทุ่งแสงที่ต้องการแบบไดนามิก (เช่นที่ปรับให้เข้ากับการเคลื่อนย้ายผู้โดยสารหรือการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศ).
ปัญหาได้รับการแก้ไขที่สำคัญได้ดีเกินขอบเขตของการศึกษาครั้งนี้เป็นที่ของการตัดสินใจ "สิทธิ" เวลาที่แตกต่างไฟสนามสำหรับสภาพแวดล้อมที่กำหนดและกรณีที่ใช้ ขั้นตอนวิธีการควบคุมสามารถออกแบบได้อย่างถูกต้องถึง SetPoint ที่ต้องการและการจำลองสามารถทำผลงานที่ดีของการแสดงผล แต่การกำหนด SetPoint ตัวเองค่อนข้างท้าทาย ยกตัวอย่างเช่น SetPoint อาจแตกต่างกันไปตามจำนวนตำแหน่งและก่อให้เกิดของผู้โดยสารและการจัดกิจกรรมของพวกเขา (เช่นการทำงานในกลุ่มเล็ก ๆ ถือการสนทนา, ดูงานนำเสนอดูหนัง) และช่วงเวลาของวัน (เช่น ใช้ทฤษฎีเป็นกลางที่จะเปิดเผยอาศัยกับสีที่อบอุ่นหลังจากพระอาทิตย์ตกดิน) สถานการณ์มีความซับซ้อนมากขึ้นโดยความท้าทายของการออกแบบตัวควบคุมที่พร้อมสามารถตอบสนองการตั้งค่าส่วนตัวของผู้ใช้หลายคนและความจำเป็นในการปฏิบัติเพื่อแทนที่การควบคุมหากผู้โดยสารพบผลที่น่าพอใจ [6] การตรวจสอบอย่างต่อเนื่องของเราในพื้นที่นี้จะมีส่วนร่วมออกแบบแสงที่จะช่วยให้อยู่คำถามเหล่านี้ยาก. กิตติกรรมประกาศงานนี้ได้รับการสนับสนุนหลักโดยวิจัยวิศวกรรมโครงการศูนย์(ERC) ของมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติภายใต้ข้อตกลงNSF สหกรณ์ฉบับที่ EEC-0812056 และในส่วนของ ใหม่รัฐนิวยอร์กภายใต้สัญญาNYSTAR C090145 ขอบคุณที่แบรนดอน Andow สำหรับมุมมองของเขาเกี่ยวกับการออกแบบสถาปัตยกรรมและแสงและการวิจารณ์ที่ไม่ระบุชื่อสำหรับคำแนะนำรายละเอียดเกี่ยวกับการปรับปรุงการนำเสนอของกระดาษ. ภาคผนวกข้อมูลเพิ่มเติม

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

เราทำการทดลอง 60 วินาที ( 144 เฟรมจำลอง ) เงื่อนไขแรกคือห้องที่มืด และนำใส่เซตพอยต์ [ 0.3 0.3 , 0.4 ] สำหรับการติดตั้งทั้งหมด . การรบกวนจากภายนอกไม่ได้ถูกรวมอยู่ในการทดลอง และควบคุมตัวแปรที่กำหนดด้วยน้ำหนักที่แตกต่างกันใน chromaticity ความสม่ำเสมอและความเข้มสม่ำเสมอ ( ˛ UC = 1 , ˛ UB = 001 ) และน้ำหนักพลังงาน˛ E ที่เป็น 0 จาก t = 0 ถึง 30 และ˛ E = 0.04 จาก T = 31 ถึง 60 S .
แถวบนสุด 18 รูปเปรียบเทียบสีเซ็นเซอร์อ่านและนำปัจจัยการผลิตสามสถานการณ์ : การวัดจริงจากพื้นที่ทางกายภาพ ( คอลัมน์ซ้าย )จำลองการวัดในการทดลองที่ 4 กับปรับสีเซ็นเซอร์แบบ ( คอลัมน์กลาง ) และการทดลองที่ 4 ไม่ใช้เทียบสี เซ็นเซอร์แบบตามข้อ 1 – 3 กล้องที่ใช้ตลอดการทดลอง ( คอลัมน์ขวา ) แถวล่าง 18 ภาพที่ไม่เหมือนกับมาตรฐานการใช้พลังงาน
เราจะเห็นได้ว่า แล้วเสากลางของฟิค18 เป็นเกือบเหมือนกัน บนมืออื่น ๆที่ใช้ผลรูปแบบเซนเซอร์ตรวจจับสีจำลองยังไม่มีการตั้งค่าอุปกรณ์ให้เหมาะสมในการอ่านที่แตกต่างกันอย่างมากจากพฤติกรรมที่เกิดขึ้นจริง ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการสอบเทียบ