Jednym z najbardziej krytycznych aspektów, które należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu pomieszczenia do uprawy konopi w pomieszczeniach, jest prawidłowe umieszczenie opraw oświetleniowych, aby zapewnić jak najlepsze pokrycie świetlne. Jeśli zostanie wykonane nieprawidłowo, intensywność światła może być nierównomierna na całym obszarze uprawy lub nawet niepotrzebnie zmarnowana. Na szczęście istnieją programy, które mogą modelować natężenie światła w całym pomieszczeniu i generować wirtualną mapę natężenia światła. Większość z tych programów została napisana w celu wykorzystania w projektowaniu architektonicznym na potrzeby oświetlenia ludzkiego i została ponownie wykorzystana do modelowania oświetlenia uprawy, często bez modyfikacji uwzględniających inne zamierzone zastosowanie.
Chociaż oprogramowanie architektoniczne do mapowania światła może dać ogólny obraz zmian natężenia światła w pomieszczeniu, istnieją pewne istotne ograniczenia. Ludzkie oczy są w rzeczywistości dość słabe w wykrywaniu niewielkich różnic w natężeniu światła; nasza tęczówka automatycznie kurczy się pod wpływem jaśniejszego światła, wpuszczając mniej światła i zmieniając nasze postrzeganie tego, jak intensywne jest to światło. Architektoniczne oprogramowanie do mapowania światła może więc pozwolić sobie na dość „niechlujne” obliczanie rzeczywistego natężenia światła, ponieważ nasze oczy nie będą w stanie dostrzec różnicy. Oprogramowanie oświetlenia architektonicznego wykorzystuje wiele skrótów, aby skrócić czas potrzebny na wygenerowanie mapy światła. Ale dlaczego potrzebne są skróty? Odpowiedź leży w sposobie, w jaki oprogramowanie uwzględnia różne wartości, aby uzyskać natężenie światła.
Jak mapowane jest światło
Warto mieć podstawową wiedzę o tym, jak faktycznie działa oprogramowanie. Aby obliczyć natężenie światła dla pojedynczego punktu w pomieszczeniu, wystarczy wiedzieć, ile światła „widzi” ten punkt z każdej oprawy oświetleniowej w pomieszczeniu. Jest to proste obliczenie uwzględniające odległość od źródła światła, a także kąt od światła do obliczanego punktu. Światło rozchodzi się lub zmniejsza intensywność, im dalej oddalasz się od źródła światła, proporcjonalnie do kwadratu odległości. Kąt jest ważny, ponieważ oprawy oświetleniowe zwykle starają się skierować światło tam, gdzie jest to pożądane, a zatem nawet w tej samej odległości od oprawy oświetleniowej mogą być dramatycznie różne intensywności światła. Znając bezwzględną intensywność (całkowity strumień) oprawy oświetleniowej, względną intensywność pod określonym kątem od określonej oprawy oświetleniowej oraz odległość od oprawy oświetleniowej, można łatwo obliczyć natężenie światła w dowolnym miejscu, to jest pochodzące bezpośrednio z oprawy.
Nie dotyczy to jednak światła odbitego, które jest znacznie większym składnikiem natężenia światła, niż większość ludzi zdaje sobie sprawę. Aby uwzględnić światło odbite w pomieszczeniu o czterech ścianach, oprogramowanie do mapowania światła musi obliczyć, ile światła zostanie odbite od każdej z czterech ścian do konkretnego miejsca, dla którego oblicza intensywność. Odbywa się to poprzez obliczenie, ile światła pada na każdą ścianę z oprawy oświetleniowej, a następnie ile tego światła zostanie odbite do miejsca, które próbuje modelować. Samo dodanie czterech ścian do symulacji zmieniło jedno proste obliczenie w dziewięć - jedno dla światła padającego na modelowany punkt bezpośrednio z oprawy, po jednym dla światła padającego na cztery ściany w odpowiednim miejscu, które należy ustawić pod kątem, aby odbijało światło w modelowanym punkt, a następnie po jednej dla tych czterech ścian do modelowanego miejsca.
FIGA. 2. Pokazane są dwa pliki wyjściowe oprogramowania do mapowania światła, które mogą zademonstrować różne potrzeby w planowaniu pomieszczenia do uprawy konopi zoptymalizowanego pod kątem kwitnienia (u góry) w porównaniu do uprawy warzyw w pomieszczeniu (u dołu). Obliczenia programowe mogą pomóc w określeniu odstępów i liczby mocowań oraz gęstości strumienia wymaganych mocowań, a także w oszacowaniu zużycia energii i potencjalnych plonów.
Tak więc w przypadku „prostego” pomieszczenia o czterech ścianach z jedną oprawą oświetleniową potrzeba dziewięciu obliczeń, aby określić natężenie światła w danym miejscu. Jeśli dodasz drugie urządzenie oświetleniowe do modelu, potrzeba 18 obliczeń na punkt; 10 opraw oświetleniowych wymaga 90 obliczeń na plamkę. Jeśli dodasz w pomieszczeniu obiekty, które odbijają lub pochłaniają światło, dodajesz kolejne dwa obliczenia na oprawę oświetleniową dla każdego obiektu. Ta algorytmiczna procedura znana jest jako śledzenie promieni, ponieważ zasadniczo śledzisz każdy promień światła od jego źródła do modelowanego miejsca.
Nawiasem mówiąc, w ten sposób powstają najwyższej jakości obrazy generowane komputerowo - śledzenie promieni wszystkich źródeł światła na wszystkich modelowanych obiektach w scenie może dać niezwykle szczegółowe i realistyczne obrazy. Jednak liczba wymaganych obliczeń dramatycznie rośnie wraz z każdym źródłem światła i każdym obiektem w modelowanej scenie do tego stopnia, że renderowanie pojedynczego obrazu może zająć komputerom godziny lub dni.
Oprogramowanie architektoniczne do mapowania światła może skorzystać z wielu upraszczających założeń, aby znacznie szybciej wygenerować mapę natężenia światła. Zamiast modelować każdy cal kwadratowy pomieszczenia, większość z nich po prostu modeluje miejsca z próbkami co kilka stóp, a następnie przyjmuje założenia, że miejsca pomiędzy nimi są wartościami pośrednimi - pojedyncze obliczenie uśrednienia zamiast setek lub tysięcy obliczeń dla każdego miejsca. Ponieważ ludzkie oczy nie są zbyt precyzyjne w określaniu rzeczywistego natężenia światła, te uproszczenia są wystarczająco dobre do tworzenia architektonicznej mapy światła. Może to skrócić czas generowania mapy światła z godzin do kilku sekund, w zależności od częstotliwości próbkowania.
Inna niedokładność w oprogramowaniu do mapowania oświetlenia architektonicznego wynika z informacji, jakie posiada oprogramowanie o względnym natężeniu światła pod różnymi kątami od oprawy. Organizacja Illuminating Engineering Society (IES) opracowała standardowy format pliku do przechowywania informacji o intensywności oprawy oświetleniowej i jej względnej intensywności pod różnymi kątami; te pliki IES są wprowadzane do oprogramowania do mapowania oświetlenia architektonicznego, aby umożliwić modelowanie różnych opraw oświetleniowych. Pliki IES są generowane przez obiekty testujące, które umieszczają oprawę oświetleniową na platformie, która obraca się (lub obraca się wokół samego urządzenia) i mierzy natężenie światła pod różnymi kątami. W przypadku testowanych małych urządzeń (DUT), takich jak pojedyncza dioda LED, te stanowiska testowe są w stanie łatwo szybko zmierzyć intensywność pod wieloma różnymi kątami. W przypadku większych opraw, takich jak większość lamp LED do uprawy, urządzenie testowe staje się bardzo drogie, ponieważ musi być dość duże. Zamiast mierzyć natężenie światła przy każdym stopniu obrotu, znacznie taniej jest mierzyć tylko pod kilkoma kątami. Im większa oprawa oświetleniowa, tym dokładniejszy test i wynikowy plik IES, tym droższy. Większość opraw oświetleniowych LED do uprawy jest stosunkowo dużych i dlatego drogie w dokładnym modelowaniu przy użyciu tej metody.
Jeśli plik IES zawiera pomiary tylko z kilku kątów, oprogramowanie do mapowania światła architektonicznego musi przyjąć więcej założeń co do tego, jakie będzie rzeczywiste względne natężenie światła pod kątami, które nie są uwzględnione w pliku IES, zwykle po prostu biorąc średnią ważoną między dwa najbliższe kąty zawarte w pliku IES.
Rozwiązywanie problemów z roślinami
Połączenie próbkowania rzadkiego kąta w plikach IES i rzadkiego próbkowania przestrzennego przez sam model może prowadzić do znacznych odchyleń między modelem a rzeczywistością. Ponownie, dla ludzkich oczu, które mogą nawet nie być w stanie odróżnić 10% różnicy w natężeniu światła, nie stanowi to problemu, ale w przypadku roślin w pomieszczeniu do uprawy te odchylenia mogą mieć znaczący wpływ. Gorące punkty w pomieszczeniu do uprawy mogą stresować rośliny i zmniejszać plony, podczas gdy obszary o niższym niż pożądany poziomie światła mogą również zmniejszać plony.
Rośliny konopi mają różne minimalne wymagania świetlne na różnych etapach wzrostu, a maksymalne poziomy światła różnią się w zależności od odmiany. Wykorzystanie modeli mapowania światła w celu dokładnego określenia rodzaju, liczby i dokładnego rozmieszczenia i wysokości opraw oświetleniowych w celu zapewnienia optymalnego poziomu światła w całym koronie może zapewnić, że wszystkie rośliny otrzymają idealne oświetlenie. Precyzyjne modelowanie światła może również pomóc w opracowaniu układu pomieszczeń do uprawy, aby zoptymalizować wykorzystanie światła, zminimalizować marnowaną przestrzeń i zmaksymalizować dostępną powierzchnię zadaszenia.
Black Dog LED opracował własne oprogramowanie do mapowania oświetlenia w pomieszczeniu do uprawy, aby wyeliminować te problemy. Zamiast wykorzystywać rzadko pobierane informacje z testu kątowego, oprogramowanie pobiera informacje z testu natężenia kątowego dla każdej diody LED zastosowanej w naszych oprawach, aby dokładnie modelować natężenie kątowe w każdym stopniu. Oprogramowanie modeluje również każde miejsce - z dokładnością do każdego cala kwadratowego - zamiast używać rzadkiego próbkowania przestrzennego i uśredniania odczytów pomiędzy nimi. Pozwala nam to znacznie dokładniej modelować oświetlenie w pomieszczeniu do uprawy, identyfikując potencjalne gorące i ciemne punkty, które mogą nigdy nie pojawić się na mapie światła generowanej przez oprogramowanie do oświetlenia architektonicznego.
Rośliny mają inne potrzeby w zakresie widma i intensywności światła niż ludzkie oczy; po co używać oprogramowania zaprojektowanego z myślą o potrzebach ludzkich oczu do modelowania pomieszczenia do uprawy roślin?
