Lichtsimulationen

Lichtsimulationen bezeichnen den computergestützten Prozess zur Vorhersage der räumlichen Verteilung von sichtbarem Licht in Szenen, etwa Innenräumen oder urbanen Umgebungen. Ziel ist es, Beleuchtung, Blendung, Energiebedarf und visuelle Qualität von Entwürfen zu bewerten und zu optimieren.

Grundlegende Rechenverfahren umfassen Strahlverfolgung (Ray Tracing), Radiosity, Photon Mapping sowie Monte-Carlo-Integrationen. Oft kommen Hybridansätze zum Einsatz, die Stärken verschiedener Modelle kombinieren. Die Berechnungen berücksichtigen Geometrie, Oberflächenbeschaffenheit (BRDF) und Lichtquellen.

Zentrale Eingaben sind Geometrie, Materialeigenschaften, Lichtquellen, Himmelmodell und Standort sowie Tageszeit und atmosphärische Bedingungen. Ausgaben umfassen Beleuchtungsstärke in Lux, Leuchtdichte, Irradianz und spektrale Verteilungen; Visualisierungen, Renderings oder analytische Berichte.

Anwendungsbereiche reichen von Architektur- und Innenraummplanung über Tageslicht- und Energiestudien bis zur Stadtplanung und visuellen Effekten in der Computergrafik. Kennzahlen wie klimabasiertes Tageslichtmodell (CBDM) und Daylight Autonomy dienen der Bewertung.

Die Validierung erfolgt durch Messungen und Vergleich mit realen Messdaten, oft goniometrisch oder gonioreflectometrisch. Zentrale Herausforderungen sind Rechenaufwand, Skalierung, komplexe BRDFs, spektrale Modellierung und die Integration von Wetter- bzw. saisonalen Variationen in Echtzeit.