Simulare le scene luminose con l’aiuto del computer

(articolo pubblicato in “Il Giornale dell’Installatore Elettrico”, edizioni DBInformation – marzo 2018)

Come sanno tutti gli operatori professionali del settore lighting, gli illuminamenti e le luminanze delle superfici si ottengono con calcoli elementari ma ripetuti molte volte. D’altronde si tratta di quantificazioni assolutamente necessarie per valutare la distribuzione delle luce nello spazio costruito. Nella pratica questo lavoro è relegato al primo stadio del progetto illuminotecnico, quello del cosiddetto “calcolo manuale”, finalizzato alla valutazione di larga massima della congruità, rispetto alle finalità del progetto, di una fonte luminosa selezionata nella grande offerta di prodotti. Nel prosieguo del lavoro il calcolo manuale lascia il passo – ormai nella maggioranza dei casi – al calcolo computerizzato. Si può dire che oggi l’uso del computer nel ruolo di principale ausilio all’attività di progettazione costituisca una parte rilevante, assai diffusa e consolidata, dell’impegno progettuale. E dunque pensiamo che valga la pena approfondire tale tematica e comprendere così quali siano gli effettivi vantaggi offerti dai software specifici per gli impianti di illuminazione.

Velocità unita a precisione delle procedure di calcolo

Cominciamo col dire che la prestazione che colpisce di più già al primo approccio è la rapidità combinata alla precisione matematica e geometrica con cui si ottengono i risultati. Anche un computer non particolarmente potente permette di ricavare in una manciata di secondi una gran quantità di dati fotometrici per ogni superficie od oggetto presenti in un ambiente indoor o outdoor. L’unica condizione per non rallentare il processo di calcolo è costituita dal livello di dettaglio dell’elaborato grafico che simula l’ambiente da illuminare. Si raccomanda sempre di non appesantire troppo i file con elementi architettonici o di arredo dalle forme complesse e dettagliate, con finiture ricche di particolari o molto voluminose. Di solito l’importazione di oggetti modellati in tre dimensioni con software CAD grava sull’occupazione della memoria e tende a rallentare tutte le procedure in particolare il calcolo e il rendering. E’ preferibile, per quanto è possibile, modellare direttamente nel software illuminotecnico sfruttando i comandi a disposizione.

La velocità del calcolo e nella elaborazione dei rendering è una delle caratteristiche peculiari da non penalizzare in nome della restituzione grafica dei dettagli. La rapidità di lavoro del computer è determinante nello sviluppo del progetto perché consente di sperimentare diverse soluzioni, con modifiche anche drastiche su tutti i fronti: spazi di varia volumetria, apparecchi di diverso tipo, nuove dislocazioni, sorgenti luminose in alternativa alle tradizionali. Lavorando su ambienti dalle dimensioni contenute (indicativamente dai 20 ai 150 m2) il calcolo è abbastanza veloce e per moltiplicare le possibili soluzioni impiantistiche può essere ripetuto più volte in poco tempo. Analizzando i risultati finali nella ricca documentazione di output si sceglie la soluzione migliore semplicemente scartando le altre.

Gruppi di fonti luminose con regolazioni separate dei flussi luminosi

Una volta stabilite le caratteristiche degli apparecchi, la loro quantità zona per zona unitamente alla loro dislocazione nell’ambiente, è possibile creare dei raggruppamenti e regolare separatamente i flussi emessi ottenendo così una serie di scene luminose. Facciamo un esempio: immaginiamo di dover progettare l’illuminazione di un ufficio. In base al tipo di attività che vi si svolgerà si decide di installare tre gruppi di apparecchi. Con le accensioni separate e le regolazioni dei flussi sarà possibile avere luce per differenti funzioni: la sola pulizia del locale, la custodia e la sorveglianza, il suo uso parziale per pochi operatori, il pieno utilizzo nei casi di intensa attività collettiva. Inoltre si potrà integrare la luce naturale con quella artificiale in modo da ottimizzare il consumo di energia elettrica evitando sprechi. Ovviamente ogni scena è corredata dei dati fotometrici relativi alla specifica attivazione e regolazione dei flussi luminosi emessi. In pratica, simulando in tal modo l’effettiva gestione dell’impianto, sarà possibile costruire diverse composizioni di luci e rappresentare visivamente tutta la flessibilità d’uso dell’impianto.

Il calcolo unito al rendering

Un ulteriore prestazione di grande aiuto che distingue gli attuali software illuminotecnici è data dalla combinazione tra calcolo rapido, come si è detto ad un livello elevato di precisione, e il cosiddetto rendering, ossia la simulazione grafica fotorealistica delle scene luminose corrispondenti. Sono molti i casi in cui prima di investire risorse in un nuovo impianto, si desidera vedere in anticipo il risultato, vale a dire che aspetto assumerà l’ambiente interno o esterno con la nuova illuminazione. Per sua intrinseca natura il progetto ha questa finalità: anticipare fedelmente, attraverso simulazioni con un grado elevato di realismo, con il supporto di disegni, immagini e modelli, quanto sarà costruito. Lo richiede la committenza ma è necessario per lo stesso progettista che deve compiere le sue scelte prevedendo i risultati secondo una modalità di verifica che, nel caso dell’illuminazione, è affidata principalmente alla vista.

Prima dell’avvento del computer c’erano le elaborazioni grafiche manuali. I bozzetti, le prospettive, gli scenari con contrasti, colori, ombre e riflessi erano prodotti con i tradizionali strumenti grafici e richiedevano una certa abilità manuale. Il software illuminotecnico ha reso accessibile a tutti la rappresentazione realistica dell’ambiente illuminato, il cosiddetto “rendering”. Il punto di forza è l’aver collegato il calcolo al rendering in un unico, veloce, processo di elaborazione automatica, fornendo ad un tempo la verifica quantitativa, indispensabile per il rispetto delle normative, con la valutazione qualitativa dello spezio illuminato così come si offrirà alla visione una volta realizzato l’impianto.

Il rapporto tra software CAD e software illuminotecnici

Un ulteriore motivo di interesse riguarda il rapporto di interscambio tra software con differente destinazione d’uso. Nello specifico, tra i comuni programmi CAD (Computer Aided Design) impiegati comunemente per creare piante, prospetti, sezioni, assonometrie e prospettive e i programmi di calcolo e rendering illuminotecnico, avviene uno scambio contino di dati con una serie di importazioni ed esportazioni di file. I programmi più avanzati sposano la raffinata e potente tecnologia BIM (Building Information Modeling) per modellare interi edifici. Sono software in grado di esportare e importare dei file da sottoporre a calcolo e rendering. In altri casi c’è la possibilità di utilizzare degli applicativi (i cosiddetti “plug-in”, ossia sottoprogrammi incorporati nei software), a cui è affidato il compito di sviluppare tutti i calcoli fotometrici ed elaborare i rendering. Allo stesso modo si opera per il calcolo strutturale ed energetico. Si uniscono le risorse per risolvere ogni aspetto della progettazione con un solo software.

La modellazione 3D degli spazi

Nella pratica della progettazione occorre valutare in anticipo l’entità del lavoro di definizione degli spazi, quella che comunemente viene chiamata la modellazione a computer. Sono operazioni che incidono direttamente sui risultati sia quantitativi (lux e candele al metro quadrato) sia qualitativi (scene luminose) e quindi devono essere eseguite con cura e spesso richiedono tempo. Si tratta non solo di dimensionare correttamente gli spazi comprendendo tutte le aperture (in particolare le finestre da cui penetra la luce naturale) ma anche di attribuire materiali e colorazioni alle componenti costruttive, agli oggetti e a tutti gli elementi di arredo. Bisogna sempre ricordare che gli illuminamenti e le luminanze sono influenzati dal potere riflettente delle superfici.

Le ultime versioni dei software illuminotecnici mettono a disposizioni una buona varietà di strumenti per elaborare – in due e tre dimensione, attraverso piante, prospetti e sezioni – le forme e i volumi sia costruttivi (pareti, pavimenti, tetti, finestre, porte), sia di allestimento e arredo – ma indubbiamente queste funzioni non sono al livello dei software CAD o BIM concepiti per progettare opere architettoniche ed edilizie. Ma, come si è detto, è possibile separare le funzioni della modellazione da quelle del calcolo. Quando il progetto riguarda interi edifici, ampie aree, grandi spazi, crediamo sia preferibile modellare con software CAD o BIM. Nei casi di progetti semplici, per spazi di modeste dimensioni, può convenire la modellazione direttamente nei software specializzati.

 Didascalie delle figure

Figura 1 Rendering fotorealistico di interno residenziale realizzato con il software di calcolo illuminotecnico Dialux Evo.
Figura 2 Rendering fotorealistico degli esterni di un edificio residenziale. Si notino le riflessioni multiple della luce sui cristalli del fronte finestrato (software utilizzato: Dialux Evo).
Figure 3, 4 e 5 Le tre scene luminose si differenziano per l’attivazione e la regolazione di 6 gruppi di apparecchi effettuate con i comandi visibili nella parte bassa delle figure  (software utilizzato: Dialux Evo).
Figure 6 e 7 Le due scene luminose si differenziano per la regolazione della colorazione delle fonti luminose installate nella parete a destra (software utilizzato: Dialux Evo).