- https://www.ladybug.tools/epwmap/
- https://energyplus.net/weather（可靠用于采光研究）
- http://climate.onebuilding.org/
- 标题信息：包括城市名称、纬度、经度和时区。
- 日期和时间，
- 位置：经纬度，
- The DNI,
- The DHI.
简介 – 准确的天气数据在采光研究中的重要性
Ocean由 Eclat Digital 开发，是一种光谱光线追踪器，可提供高精度照明计算。由于其特定的光谱特性，它可以对材料进行高度物理准确的描述，并提供物理上真实的预测图像。依靠有效且强大的物理方法，它保证了渲染和现实世界之间的完美匹配，因此可用于评估场景元素接收到的光量，例如穿过玻璃结构并到达建筑物的地面。
在处理物理真实感渲染时，即在日光研究的情况下，照明条件起着重要作用。因此，能够获取给定位置的天气信息，即辐射可观测对象，对于模拟真实的照明条件是必要的。
本文介绍了在我们的渲染软件 Ocean 中使用天气数据.我们首先关注所需的天气数据，然后我们讨论Ocean Sky Importer 新功能，最后进行案例展示。
天气数据要求：了解 EPW 文件以获得逼真的照明
目前存在几个提供天气数据的来源。正如文献中提到的，在处理量化辐射研究时，避免仅使用一年的测量值（TRY、TMY等）的天气源是很重要的，因为这些数据源不能很好地代表典型的长期天气行为。
这就是为什么，我们将只关注来自EnergyPlus网站的数据，其主要来源是国际能源计算天气（IWEC），确保了足够长的数据采集时间（~15年）。提供 EnergyPlus 天气 （EPW） 文件的站点列表：
本节将列出在Ocean中创建逼真的照明条件的重要元素。EPW 文件的格式可以在此处找到：EnergyPlus 它通常由 8 行的标题组成。
图 1 – EPW 文件头示例。
EPW 文件中的关键数据元素：
在此标题中，检查源是否为 IWEC 数据（第一行，位置 5）非常重要。这对于确保数据的可靠性非常重要。然后，为了创建Ocean环境，我们将需要城市名称、其位置（经度和纬度）和时区。最后三个信息是计算太阳位置所必需的。不需要标头的其余部分。
现在让我们切换到文档的正文。每一行都包含了很多信息，如日期、照度数据、大气信息、辐射数据……我们首先需要获取日期和时间信息（年、月、日、小时、分钟）。
图 2 – EPW 文件的正文示例。
主体数据：
包含日期、时间、直接法向辐照度 （DNI） 和漫射水平辐照度 （DHI）。
然后，我们将只关注辐射信息：DNI 和 DHI 测量。DNI 代表直接法向辐射，单位为 Wh/m²，表示在相应日期时间之前的 60 分钟内在垂直于太阳光线的 s 表面上接收的太阳辐射量。DHI 代表漫射水平辐射，单位为 Wh/m²，表示在相应日期时间之前的 60 分钟内在水平表面上接收的天空辐射量（仅漫射部分，即不包括太阳的所有天空）。
总之，我们从 EPW 文件中得到的是，对于每一行：
由此，我们可以构建真实的照明条件，基于直射太阳模型（表示太阳辐射的直接分量）和Perez 全天空模型（捕获漫反射部分）的关联。
Ocean™ Sky Importer：创建逼真的照明条件
Ocean天空导入器对话框允许将天气数据导入ocean™。导入天气数据时，创建的照明条件将由两个贡献组成：直射太阳模型和 Perez 全天空模型根据所需的研究，您可以将所有每小时照明条件连接起来，以便在更长的时间段（> 1 小时）内进行定量研究，或者按一小时的步长将照明条件分开。图 4 给出了示例。
图 4 – Sky 导入器示例。左：导入时不拆分时的相应结果。“对象”工具箱中只有一个环境。级联环境是子加性环境的加性环境。右图：导入时拆分时的相应结果。环境列表位于“对象”工具箱中。
现在让我们详细讨论旋转角度选项。此选项允许修改太阳在天空中的方位角位置。事实上，有时在处理大型三维建筑物模型时，与地理方向相比，该模型的方向不正确，修改太阳位置比修改三维模型的方向更容易。
为了便于解释，让我们考虑一个与 3D 软件的 X 轴对齐的建筑物。
实际上，该建筑将朝向东北方向建造（红色方块实际上与东轴线成35°角）。
例如，在Rhinoceros中，X轴相当于Ocean环境方向的东轴，Y轴相当于ocean™环境方向的北轴。一个自然的解决方案是旋转整个 3D 模型以正确定位它。但是，在处理客户 3D 模型时，通常会在项目期间不得不修改或添加元素到 CAD 中。如果我们将模型的方向旋转到我们这边，它将不再具有与客户模型相同的参考点，并且新元素的集成将是一种折磨。
另一种解决方案不是改变 3D 模型的方向，而是相应地改变太阳的位置。因此，在我们的例子中，修改太阳位置相当于旋转初始坐标系，如草图中所述。
这相当于将初始参考系 （X， Y） 旋转 -35° 角（三角函数约定）。这给出了一个新的坐标系（X’、Y’），它与建筑物的实际方向相匹配。-35 是用户在导入时必须在旋转参数中输入的值。
就太阳位置而言，为了演示，让我们考虑一个早晨的太阳，其方位角位置为 ，这意味着太阳与东轴线完全对齐（见下面左边的草图）。在我们的 3D 模型未正确定向的情况下，我们将坐标系旋转了 -35°（见下面右边的草图）。正如我们所看到的，在这两种情况下，太阳都与建筑物的右下角对齐，因此就所考虑的建筑物的方向而言，照明条件将是真实的。
用例示例：验证 Ocean™ 的准确性
1. 简单场景验证
验证 Ocean 的天空导入器和能力TM系列为了准确模拟天空亮度分布，我们考虑了现有的经过验证的软件：EnergyPlus 和 Radiance 进行了基准案例研究。使用三种软件计算立方体的 5 个不同面上的年辐照度（物体接收的单位面积辐射通量，单位为 [W/m²]）（见图 6）。面孔的立方体是用基本的朗伯材料模拟的。模拟了一整年的照明条件（在ocean的情况下，照明条件是使用天空导入器生成的）。使用直射太阳模型来表示太阳辐射（太阳）的直接贡献，并使用Perez 全天空模型来捕捉漫反射部分（大气、云层等）。布鲁塞尔的IWEC天气文件可用于EnegyPlus网站，用于描述天气状况。比较结果如图 5 所示：无论考虑的面是什么，使用三个软件计算的辐照度都是一致的。这种偏差可以公平地归因于漫反射天空模型，这三个软件之间似乎略有不同，尤其是在 EnergyPlus 和其他 2 个软件之间。其他差异可能来自用于在“辐射和海洋”中对佩雷斯天空进行采样的分辨率TM系列.尽管如此，这个验证案例巩固了ocean的准确性算法。
2. 简单场景的年度辐照度研究
现在我们已经演示了天空导入器的正确功能，我们将使用与 IV.1 中相同的简单场景来说明一项年度研究。事实上，正如本文下文将要讨论的那样，在设计建筑物及其立面（使用遮阳系统、建筑物的方向等）时，为了控制和优化进入建筑物的光量，会出现问题。
在这个小例子中，我们想在一个简单的场景中处理年度研究，以评估立面对太阳的暴露。这里的想法是使用天空导入器创建 ~4500 个照明条件（1 年的照明，步长为 1 小时），然后继续进行模拟以检索到达场景的几个元素的光量，即在本例中为立方体的 5 个面。
一旦天气数据导入到 Ocean™ 中，我们就会使用 Ocean™ 的项目经理工具箱来自动化执行这批渲染场景的准备和执行。
获得的结果如图 7 所示。它表示每个面的辐照度随时间的变化。正如我们所预料的那样，无论考虑的面貌如何，全球辐照度在夏季增加，在冬季减少。
如前所述，我们在一个非常简单的场景中进行了研究，但这种研究可以在更复杂的场景中进行，并且涉及几个参数：立面的方向和倾斜度（可能是窗户、太阳能电池板等）、建筑物的位置及其周围环境（阴影效果……）等等。
3. 建筑模拟
在本节中，我们提出了一个使用 Ocean 进行建筑模拟的简单案例.在建筑物的建造过程中，经常会出现关于玻璃的问题，特别是出于能源原因，但也会出现关于太阳能电池安装的问题。当然，最重要的是能够在未来的环境中模拟建筑物，并且能够模拟建筑物的照明，例如，一年多的时间。
在演示中，我们考虑了一个完整的 3D 建筑及其内部和外部环境，位于两个不同的位置：沙特阿拉伯的吉达和比利时的布鲁塞尔。一旦3D导入到Ocean中时，将专用光学属性分配给场景的每个元素。这些光学特性可以是全光谱的。例如，对于玻璃板，我们可以将多个入射角的反射率和透射率光谱用作输入，从而对材料进行非常准确的描述。
我们模拟了 21 个位置的两个位置的照明条件。两个对应的环境是与海洋一起创建和导入的天空进口商。获得的模拟结果分别显示在图8和图9中，分别显示了外部和内部辐照度。事实上，除了美学渲染之外，ocean可以提供详细的日光指标。因此，计算了建筑物外部和建筑物内一个办公室的辐照度图。正如我们所看到的，根据位置的不同，以及太阳在天空中的位置，场景中的物体接收到的光的分布和数量是不同的。在这个例子中，对于吉达，太阳的高度非常高（87°，几乎在天顶）。由于太阳的位置，阳光不会大量渗透到办公室中，而且由于所有会引起阴影效果的阳台。这些阴影效果在外部辐照度图上是可见的，建筑物的立面没有直接的照明。相反，对于布鲁塞尔来说，太阳的高度较低，更多的光线可以到达外墙，因此更多的光线进入办公室。
更进一步 – Ocean™ Sky Importer 的其他应用
ocean Sky Importer 允许导入天气数据。它目前支持 EPW 文件。此功能允许您导入天气数据并创建逼真的照明条件，以获得更具预测性的结果。这将帮助您处理量化研究，例如建筑物的日光研究，但也将继续对建筑物内部（例如在温室中）的辐照度进行量化，以评估光伏板的照明，检查太阳浓度。
另一种可能性是继续进行日出到日落动画，以获得非常详细的 3D 场景，例如用于评估温室中作物上每天的光分布。
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