技術資料

照明環境シミュレーションシステム「iVR-360™」

新技術開発部 照明技術開発課

1．はじめに

弊社は，これまでに光環境評価技術として3DCGを用いた照明設計手法を確立し，さまざまな照明施設の設計，提案に活用してきた。図1に異なる視点からシミュレートした照明環境を示す。

従来の3DCGを用いた技術では，あらかじめ設定された視点と視線方向の照明環境のシミュレーションしか行えなかった。また，近年注目されている技術としてバーチャルリアリティ(以下，VR)があるが，VRは仮想空間を自由に動き回ることができるものの，照度や輝度といった物理的な測光量を定量的に評価することはハードウェアの計算処理上の問題で困難である。

そこで，3DCGを用いて，光学的に算出した照度，輝度の数値情報を有する360°パノラマハイダイナミックレンジ(以下，HDR)画像を作成し，それを用いた照明環境シミュレーションシステム「iVR-360」を開発した。

本稿では，iVR-360の機能概要とシステムの基本原理について述べる。

2．機能概要

2.1 照明環境評価システム「iVR-360」の機能概要

iVR-360の起動画面を図2に示す。

iVR-360は，操作画面と出力画面で構成されており，PCを用いて操作する。操作画面上のパラメータを設定することで，あらかじめ設定した視点位置から360°任意の視線方向で照度や輝度などの定量的な照明環境のシミュレーションが可能である。

なお，シミュレーションの制作には，施設の3Dモデル(BIM等)，材質データ(反射率データ)，照明設計データが必要となる。

2.2 各機能と活用例

iVR-360に搭載されている主な機能と活用例を以下に示す。本システムを利用することで，さまざまな評価，検証を行うことができる。

①照度，輝度の表示

図3のように，任意の位置での照度，輝度を表示することができる。

②明るさの検証

図4は一定以下の照度を青く，図5は一定以下の輝度を赤く表示している。例えば，フィールドの明るさ(照度，輝度)の評価，検証が可能である。

③グレア評価

図6は一定以上の照明器具の輝度を赤く表示している。例えば，プレーの妨げになるグレアの評価，検証が可能である。

④視認性評価

図7は順応輝度(背景輝度)に対する各画素の輝度対比を可視化したものである。これにより例えば，ボールの見やすさの検証が可能である。

3．基本原理

3.1 360°パノラマHDR画像の作成

図8はエクイレクタングラー形式の3DCG画像である。この画像を射影変換し，全天球オブジェクトにマッピングした360°パノラマ画像をモニターに出力する。

エクイレクタングラー(equirectangular)とは，投影法の一種であり，正距円筒図法のことを指す。VRパノラマではよく使われる投影方式である。例えば，この方式で投影した世界地図は図9のようになる。

3.2 HDR画像のトーンマッピング

HDR画像は，RGB値を32bitの浮動小数点で記録するため，照度や輝度などの物理量を数値として記録することが可能である。従って，HDR画像を360°パノラマ画像形式で出力することにより，任意の視点での照度，輝度データを保持することが可能となる。さらに読み込んだ画像から得られた数値をモニターに出力する際に，その明るさに応じてトーンマッピング(階調値化)することで，測光値に忠実な画像表示が可能となる。HDR画像に保存されたsRGB値と，モニターに出力する際のRGB8bit(256階調)へのトーンマッピングは以下の手順である。

①HDR画像に保存された，sR，sG，sB値をXYZ三刺激値に変換する。

②XYZ三刺激値をモニターの最大表示輝度Ymoni(cd/m²)でトーンマッピングする。

③sRGBmoniをガンマ補正する。

(a)sRmoni，sGmoni，sBmoni ≦ 0.0031308のとき

(b)sRmoni，sGmoni，sBmoni ＞ 0.0031308のとき

④sR'moni，sG'moni，sB'moniを8bitに変換する。

4．おわりに

本稿では，弊社の照明環境シミュレーションシステム「iVR-360」の機能概要と基本原理について述べた。本システムは，任意の視点から360°自由な視線方向に照度や輝度などの定量的な照明環境の評価，検証が可能である。本システムを活用することで，施主様や運営者様と照明設備施工前にイメージが共有でき，照明設計上の指標値も確認できるため，検討にかかる時間を短縮することができる。