2021 Fiscal Year Research-status Report
A New Expression of Three-dimensional Light Flow in Architectural Spaces and its Visual Interpretation in the Context of Human-centric Lighting Design
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19KK0115
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
吉澤 望 東京理科大学, 理工学部建築学科, 教授 (40349832)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高瀬 幸造 東京理科大学, 理工学部建築学科, 講師 (20739148)
谷口 景一朗 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任助教 (80746496)
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| Project Period (FY) |
2019-10-07 – 2023-03-31
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| Keywords | Photon Flow / 物理的光場 / 視覚的光場 / スカラー放射照度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、持続可能性と建築環境快適性の両立を目指した次世代の昼光照明設計手法の提案に向けて、昼光照明設計におけるPhoton Map アルゴリズムの活用では世界トップの実績を持つHochschule Luzernとの共同研究によって、以下の３項目の研究・開発を進めることを目標とした：１）Volume Photon Mapアルゴリズムを用いた光環境を３次元的に可視化する手法の確立、２）本手法により人が認識する光場を従来よりも正しく予測できることを被験者実験を通して明らかにする、３）最新の昼光導入装置を備えた空間での検証を通して昼光照明設計のためのツールとしての有効性を立証する。４）Photon Flowを熱環境評価に応用する。研究３年目となる2021年度には、上記の１）２）４）について、以下の成果を得た。
１）Volume Photon Mapを生かした３次元可視化手法Photon Flowの基礎は2020年度までに完成したが、2021年度はRadianceへの公式な組み込みに向けたバグ修正・確認等を進めた。現在最終検証を進めている段階である。
２）2021年度はモニター上に空間を呈示することで実空間と同じVisual Light Fieldを認識できることを予備実験で確認した上で、より複雑な照明環境下におけるLight Field認識に関する検証実験を行い、照明環境が複雑になるとPhoton Flowを観察した際に得られる光場の認識が、よりVisual Light Fieldに近づくことを明らかにした。
４）Photon Flowの応用として熱環境にスカラー放射照度という概念を導入することにより、人体の日射熱取得についてPhoton Flowで可視化すると同時にASHRAEの示した評価尺度であるERFsolarをより簡易に計算する手法を確立した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
１）Photon Flowによる光場の可視化は完成したため、第一報目の論文をジャーナルに投稿し、現在再査読対応中である。２）Photon Flowがもたらす光場の認識が、どのような照明環境下においてPhysical Light FIeldあるいはVisual Light Fieldの近づくのかを検証するための追加の被験者実験の実施とそれに基づく第２報目の論文投稿の準備はほぼ終了した。４）若手研究分担者が特に関わる熱環境への応用について、Photon Flowからスカラー放射照度を算出することにより人体への昼光による熱放射環境を予測する手法についても開発が終わり、３報目の論文の準備も済んでいる。ただし、２）については、Photon Flowが照明デザインにおいて果たす役割（どのような際に物理的光場を観察者が十分に把握できるか）について、2021年度の実験結果では曖昧な部分が残ったため、さらなる追加実験と検証を実施したい。また４）については現在Volume Photon Mappingに基づく不具合が見つかり微修正中である。残りの３）昼光導入装置を備えた空間での検証については、コロナ禍のために、2021年度もHochschule Luzern, HSLU への訪問が叶わず、Goniophotometer計測責任者（Dr.L.Grobe）も状況が変わりプロジェクトから離れたため、BSDFsの既存データを測定・送付してもらうことが不可能になった。そのため、当初予定していた複雑な窓装備への応用をGoniophotometerの実測データをもとに行うことは諦め、その代わりとして、熱環境への応用において様々な窓装備におけるPhoton Flowの計算を進めその有効性を検証した。
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| Strategy for Future Research Activity |
１）Photon Flowによる光場の可視化に関する論文については再査読対応を2022年5月までに終了したい。２）Photon Flowがもたらす光場の認識については、2022年度に追加実験を実施すると共に、照明デザイナー等の実務者の評価を集めていきたい。Photon Flowは物理的光場を建築設計者・照明デザイナーがより直感的に認識できるようにするためのツールであるが、照明環境によってはPhoton Flowを観察した際に視覚的光場の認識に近づくことがあることが明らかになってきた。そのため、どのような場合に物理的・視覚的光場の認識がそれぞれ生じるのか、2022年度以降もさらなる検証が必要である。３）Goniophotometerについては共同研究者のDr.Roland Schregleが2022年5月でHSLUを離れることになったため、それまでにスイスを訪問して今後の知見を得るために見学・データの取得依頼を行う予定である。４）Photon Flowの熱環境への応用については、Volume Photon Mappingを用いた際に窓装備によってスカラー放射照度とERFsolarの関係性がずれる問題を解決して、第３報目の論文を夏までにジャーナルに投稿したい。なおこの件の報告を2022年8月のRadiance Workshop（トロント）にて報告予定である。またPhoton Flow計算のRadianceへの正式な組み込みについては、現在Dr.SchregleとDr.L.Grobeによって最終的な検証が進められており、2022年度夏までの公開を目標としたい。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた主たる理由はコロナ禍のためスイスへの渡航によるGoniophotometerによるデータ取得とそれに伴う分析・国際学会発表が一切できなかったためである。2022年度は共同研究者のDr.Schregleが2022年5月でHochschule Luzern, HSLUを離れることになったため、それまでに研究代表者が現地へ赴きGoniophotometerの確認を行うこと、2022年8月にRadiance Workshop(トロント）へ研究代表者および若手共同研究者が参加しPhoton Flowの熱環境への応用について発表すること、さらに日射熱取得評価へのPhoton Flowの応用について実建物への応用とその検証を進めること、反射グレア評価に応用することを目的として、その実験装置製作・解析に研究予算を充てる予定とする。
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