| 研究課題/領域番号 |
19KK0115
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
吉澤 望 東京理科大学, 理工学部建築学科, 教授 (40349832)
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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2019-10-07 – 2022-03-31
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| キーワード | 光環境の３次元記述手法 / Volume Photon Map / Visual Light Field / Photon Flow |
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| 研究実績の概要 |
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、スイスHSLUとの共同研究により、以下の３項目の研究・開発を進めることを目標とする：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すること、２）本手法により人が認識する光の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こと。
研究がスタートした2019年度後半には、上記の目標1)および2)について、以下の成果を得た。
1) a. Photonの向きに影響を与えないようにHenyey-Greenstein位置関数を1とし、エネルギーを吸収しないように設定した関与媒質でモデル全体を覆い、空間内のPhoton Mapを作成することにより、Photon分布密度からスカラー照度を算出する方法を確立した。さらにb. 各Photonに色を持たせることにより、光量のみならず光色の情報も伝達できるよう開発を行った。
2) ある実空間内の光の流れを本手法で記述した結果をモニター上に提示して、被験者にGauge Objectと呼ぶ球に生じる陰影を予測させることにより、実空間における陰影知覚と比較してLight Fieldが正しく知覚できているかどうかを判定する。2019年度後半は、HDR(High Dynamic Range)モニター上での輝度・色の再現、呈示手法の検討を行い、日本において限られた条件（Gauge Object上の輝度バランスがほぼ一定の条件）を用いた第１回の被験者実験を実施した。これにより本記述手法により人が認識する光の場Visual Light Fieldを正しく予測できる可能性を示すことができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
2019年度に予定していたVolume Photon Mapアルゴリズムを利用した光環境の３次元記述手法の確立は、初期段階は予定通り終了したが、Photon Map計算上で直接スカラー照度を求める手法については次年度の課題として残っている。また2020年3月第１週にHochschule Luzern, HSLU に研究代表者・研究分担者・研究協力学生の計４名が訪問し、Goniophotometerと検証用の昼光導入装置の事前調査を実施し、さらに実験解析・分析と論文執筆に向けた準備を進める予定であったが、新型コロナウィルス対策のため延期となり、現在までこの部分の進捗に遅れが生じている。３次元記述手法を用いたVisual Light Fieldの予測については、2020年1月までに、HDR(High Dynamic Range)モニター上での輝度・色の再現、呈示手法の検討を行い、限られた条件（Gauge Object上の輝度バランスがほぼ一定の条件）を用いた第１回の被験者実験を実施できた。ただし当初は追加の被験者実験を2020年3月中に準備し、2020年4月から被験者実験を行ってその結果・分析をまとめて、英文Journalに投稿予定であったが、2020年3月以降の予定が新型コロナウィルス対策に伴う大学入構禁止措置により、全てストップしている状況である。
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| 今後の研究の推進方策 |
2020年度は上記の目標1)～3)について、以下の研究を推進する。
1)Photon Map計算上で直接スカラー照度を求める手法の開発を進める。
2)追加の被験者実験を日本で実施して、本記述手法により人が認識する光の場Visual Light Fieldを正しく予測できるとする仮説を検証する。新型コロナウィルスの状況を検討しながら、可能であれば2020年7月以降に実施できるよう準備を進める。ただし実験実施時期は大学の指針に合わせてその都度予定を再調整する。
3)a.Goniophotometerを利用したシミュレーション用反射モデルBSDFsの作成、b.BSDFsを用いた昼光導入装置を備えた空間のシミュレーション、c.対象空間におけるLightFieldの実測（魚眼レンズを用いた輝度測定）、d.実測とシミュレーションの比較を通した新たな３次元表現手法の有用性の検証。2020年3月第１週にHochschule Luzern, HSLU に訪問してGoniophotometer利用に向けた準備を行う予定が中止になったため、a.反射モデルBSDFsの作成とc.対象空間の実測を含めて、2020年秋と2021年3月に２回HSLU を訪問して作業をまとめて実施する。ただし新型コロナウィルスの状況を見ながら予定は都度調整する。
新型コロナウィルス対策のため、2020年度前半は月１回以上のHSLUとのWeb Meetingを通して、Volume Photon Mapアルゴリズムを利用した光環境の３次元記述手法の改良と、Visual Light Field認識に関する被験者実験の準備、および英文論文の作成を中心に進める。2020年度夏以降の予定も変更せざるを得なくなった場合は、2021年度も含めた研究計画・スケジュールの見直しをその時点で改めて行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2020年3月に予定していた研究代表者・研究分担者２名・協力学生１名：計４名のスイスHochschule Luzern, HSLUへの訪問が、新型コロナウィルス問題のために直前に延期となったため、そのための旅費および必要機材（ノートPC）が全て次年度への持ち越しとなった。研究推進のため、2020年度に２回（秋および2021年3月）、HSLUへ訪問し、Goniophotometerによる測定・被験者実験分析・Volume Photon Mapアルゴリズムを利用した３次元記述手法の改良打ち合わせを行う予定とするが、新型コロナウィルス問題の状況にっては、2021年度研究計画も含めて改めて全体の研究スケジュールの調整を行う。
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