汽车灯具道路照明仿真显示

最显着的就是在新材料和生产工艺方面的进展使得汽车前照灯的设计更加灵活。

　　如反射器， 已不仅仅限于简单的抛物面反射器， 更加复杂的反射器（如自由曲面反射器） 也开始应用到汽车前照灯系统中。然而， 复杂的系统所需要的设计周期也变长， 这在现代化大生产中是不允许的。

　　因此如何在尽量缩短设计周期的前提下设计出性能优越的汽车前照灯就成为一个迫切需要解决的问题。

　　计算机辅助设计软件（Computer Aided Design Soft2ware） 就是解决这个问题的一个有效的工具。

　　一般的汽车前照灯的计算机辅助设计软件的输出结果都是25m 测试屏上的等照度曲线。虽然通过等照度曲线设计人员可以获得前照灯光型分布的信息， 但是它并不能回答这样一个问题： 此光型分布在真实的道路场景上的效果如何？ 为此， 人们开发出一种汽车灯具道路照明仿真程序， 它能够将前照灯的光型转化为模拟的道路场景。通过前照灯的光型仿真显示， 一方面对于设计人员和生产厂家而言，可以尽早检查， 修改设计方案， 而不需要等生产出原型后再修改， 从而大大缩短了设计的时间和费用；另一方面， 对于一般客户而言， 可以很直观地知道所需要的前照灯的照明效果， 而不需要制造模型。

　　2 两种方法

　　在汽车灯具道路照明仿真程序中一般使用两种不同的方法： 基于反射系数的模拟和基于真实场景的模拟。

　　2.1 基于反射系数的模拟方法

　　基于反射系数的模拟方法以计算前照灯的光型分布为基础， 然后根据路面以及路上各种物体的反射系数得到前照灯的模拟效果。基于反射系数的模拟方法的流程见图1.

图1 基于反射系数的模拟流程图

　　首先， 在计算机中建立道路的几何模型。道路的几何模型可以是预先存在程序的数据库中的。程序可以根据用户所要求的道路参数（道路的宽度，路面的反射特性， 周围的物体如树木、信号标志、弯道等等） 来查找数据库， 找到最接近的模型作为道路的基本模型。道路的几何模型还可以由用户自己定义。首先用户可以根据预先决定的道路类型（乡间道路， 城市道路， 高速公路等） 从数据库中调入基本的模型， 然后可以任意安排各种路面上的物体， 包括树木、行人、交通信号标志、弯道标志以及过顶信号标志。用户还可以在虚拟路面上放置迎面车辆或者前面车辆来模拟交车或超车时的情景。

　　然后用户可以决定道路的状况（是湿路面还是干路面） , 天气情况（晴天， 阴天， 雨天还是雾天） .根据这些条件， 上面安排的物体（包括路面本身） 的特性包括反射系数、颜色都可以从数据库中查到。

　　最后用户可以决定观察的角度（鸟瞰图， 驾驶员的角度或者用户自己定义的角度） .这样我们就在计算机中建立了一个完整的道路模型， 它是进行模拟的基础。

　　然后， 定义汽车光源模型。光源模型可以是自己通过黑体辐射原理计算的， 也可以是其他程序的输出结果。在这个阶段， 用户可以决定车灯的位置以及观察者的位置。程序还可以根据光源模型以及反射器和配光镜的类型计算25m 测试屏上的光型分布， 作为专业设计人员的参考。最后就是亮度模拟。

　　在定义了道路的各种参数特性和车灯的光型分布之后， 就可以进行亮度模拟了。亮度模拟的传统方法就是使用蒙特卡罗光线追踪法。现在， 许多程序也采用基于能量传输的光通转移方法来进行亮度模拟。

　　但是两种方法都必须知道路面和物体上各点在光线入射角度上的反射系数。亮度模拟的结果就是路面和物体上每一点的精确的亮度数值， 这些亮度数值可以转化为计算机显示屏上的灰度。于是最终就可以在显示屏上得到所定义的车灯光型分布在虚拟道路上的照明效果。