Formations METRICS. Module 2 Modélisation et simulation de l éclairage naturel au moyen de VELUX Daylight Visualizer. Corentin Haubruge Magali Bodart

ARCHITECTURE ET CLIMAT Université catholique de Louvain Centre de Recherches en chitecture Formations METRICS Module 2 Modélisation et simulation de l éclairage naturel au moyen de VELUX Daylight Visualizer Corentin Haubruge Magali Bodart Vendredi 7 septembre 2012 Ces formations sont financées par la Région Wallonne, et soutenues par Electrabel, Laborelec et la Fondation Louvain. 1

Modé lisation ét simulation dé la lumié ré naturéllé au moyén du logiciél VELUX Daylight Visualizér Corentin HAUBRUGE Magali BODART Mai 2012 Projet METRICS, financement Electrabel 2

Table des matières 1. Introduction... 5 1.1. Présentation de VELUX Daylight Visualizer... 5 1.2. Informations générales... 6 1.3. Enjeux du tutoriel... 6 1.4. Présentation de l interface de VELUX Daylight Visualizer... 7 1.5. Raccourcis des commandes fréquentes... 8 1.6. Guide intégré... 8 2. Modéliser un projet... 9 2.1. Présentation du modèle étudié... 9 2.2. Importer un modèle depuis Sketchup... 10 2.3. Importer un modèle depuis AutoCAD... 14 2.4. Projets comprenant des obstructions extérieures... 15 2.5. Modéliser sur VELUX Daylight Visualizer... 16 2.5.1. Plancher et murs... 17 2.5.2. Toiture et plafond... 19 2.5.3. Fenêtres et portes... 20 3. Attribuer des matériaux aux surfaces.... 25 4. Placer des équipements... 28 5. Préciser la localisation... 29 6. Placer des caméras... 30 6.1. Placer une caméra pour une vue de dessus... 30 3

6.2. Placer une caméra coupe... 31 6.3. Placer une caméra perspective... 32 7. Simulation et rendus... 33 7.1. Le rendu «image unique»... 34 7.1.1. Le type de rendu.... 34 7.1.2. Les conditions de ciel... 34 7.1.3. Le moment de la simulation... 36 7.1.4. La taille de l image... 36 7.1.5. La qualité de l image... 36 7.1.6. Calculs de luminance... 37 7.1.7. Calcul d éclairement... 42 7.1.8. Calcul du facteur lumière du jour... 44 7.2. Le rendu des vues sur une année... 46 7.3. Le rendu d animation... 48 8. Récapitulatif des résultats... 49 4

1. Introduction 1.1. Présentation de VELUX Daylight Visualizer VELUX Daylight Visualizer est un logiciel gratuit pour le calcul de l éclairage naturel. Il a pour but de promouvoir l usage de la lumière naturelle dans les bâtiments et d aider les concepteurs grâce à la prédiction des niveaux d éclairement et de l apparence des espaces. VELUX Daylight Visualizer est un outil de modélisation intuitif permettant une génération rapide de modèles 3D dans lesquels les ouvertures de toiture et de façade sont librement introduites. Des outils tels qu un éditeur de surfaces, la caractérisation du type de ciel, ainsi que des réglages de vues et des paramètres d éclairage naturel permettent des prédictions précises. Dans le cadre de projets plus complexes, VELUX Daylight Visualizer permet d importer des projets conçus sur AutoCAD ou Sketchup, qui offrent plus de flexibilité dans les possibilités de modélisation, VDV ne permettant que de créer des formes orthogonales. Il est alors possible d ajouter des obstructions, et de leur attribuer un matériau spécifique. En plus des rendus (cartographies) et des animations dynamiques (films) photoréalistes, les simulations sous VELUX Daylight Visualizer permettent d obtenir des valeurs de luminance, d éclairement et des facteurs de lumière du jour. Des points de calculs ponctuels peuvent être affichés lors des simulations, mais il n est cependant pas possible d extraire et d exporter ces résultats de calculs, ni de définir une grille personnalisée. Le calcul se fait par une technique combinant le lancer de rayons inverse et le photon mapping. Le logiciel a été validé par l ENTPE, selon la norme CIE 171 : 2006, «test cases to access the accuracy of lighting computer program». Sur base de cette vérification, il est établi que VELUX Daylight Visualizer peut simuler les différents aspects suivants de la lumière naturelle avec une erreur maximale inférieure à 5.13% et avec une erreur moyenne inférieure à 1.29% : - La conservation du flux lumineux - La transmittance directionnelle du verre clair - La réflexion lumineuse à travers des surfaces diffuses - La réflexion diffuse avec des obstructions interne - La composante directe pour une toiture sans ouverture vitrée (ciel CIE 1 à 15) - La composante directe sous une toiture avec ouverture vitrée (ciel CIE 1 à 15) - Les composantes directe et externe réfléchie pour une façade sans ouverture vitrée (ciel CIE 1 à 15) - Les composantes directe et externe réfléchie pour une ouverture de façade vitrée (ciel de type CIE de 1 à 15) - Les composantes directe et externe réfléchie pour une ouverture de façade non vitrée avec un masque horizontal continu (ciels types CIE 1 à 15) - Les composantes directe et externe réfléchie pour une ouverture de façade non vitrée avec un masque vertical continu (ciels types CIE 1 à 15) 5

1.2. Informations générales - Le programme VDV est téléchargeable en anglais, en français, en allemand, en italien et en espagnol. - La version 2.5 du logiciel ne fonctionne que sur les systèmes d exploitation Microsoft Windows XP ou Windows VISTA. Une nouvelle version 2.6 sortie en juin 2012 permet aussi l utilisation du logiciel sur Mac OS. - Il n y a pas de fonction «Annuler» sur VDV. - Un fichier de propriétés du modèle est disponible dans «Fichier > Propriétés du projet», mais uniquement pour les modèles réalisés dans VDV, pas pour un modèle importé. 1.3. Enjeux du tutoriel Ce tutoriel propose la modélisation d un local simple de bureau et le calcul de la luminance, de l éclairement et du facteur lumière du jour sur ce modèle, tout en explorant les différents paramètres de simulation. Toutes les étapes développées par la suite ont été réalisées sur VELUX Daylight Visualizer 2.5.9. Pour débuter, les possibilités de modélisation d un local seront passées en revue. Ensuite, la paramétrisation du ciel et les conditions de simulations seront expliquées, en vue de l obtention de rendus et d animations. 6

1.4. Présentation de l interface de VELUX Daylight Visualizer Huit étapes de modélisation et simulation Outils de la vue en plan Outils de la vue 3D Fenêtre de vue en 3D Fenêtre de vue en plan Outils de la vue en coupe Fenêtre de vue en coupe Options de la tâche en cours pour chacune des étapes Guide intégré de la tâche en cours 7

1.5. Raccourcis des commandes fréquentes Fonction Commande Raccourci Nouveau Projet Fichier > Nouveau projet Ctrl + N Ouvrir un projet Fichier > Ouvrir Ctrl + O Importer un modèle («.skp», «.dxf» ou «.dwg») Fichier > Importer projet Ctrl + I Enregistrer le projet Fichier > Enregistrer Ctrl + S Espacement de la grille Editer > Espacement de la grille Ctrl + G Ajuster la vue au modèle entier Ctrl + F Mesurer Ctrl + M Pan (déplacement du modèle dans une fenêtre) Clic droit + clic gauche Préférences : choix de la langue et types de ciel CIE. Editer > Ctrl + P Afficher la valeur d éclairement en un point, après simulation Clic droit au point voulu Clic droit au point voulu Calculer la moyenne de l éclairement pour une surface après simulation Clic gauche et étendre à la surface Clic gauche et étendre à la surface 1.6. Guide intégré A chaque étape de conception, des informations sont affichées dans la partie droite supérieure de l interface pour guider l utilisateur dans la progression de la modélisation puis de la simulation de l éclairage naturel. Modélisation géométrique du projet. Ajout de mobilier à l intérieur de la scène. Paramétrage, simulation de l éclairage naturel, et présentation des résultats. Paramétrage des matériaux de surfaces. Définitions de la localisation et de l orientation du projet. 8

2. Modéliser un projet Pour créer un modèle, vous avez deux possibilités : importer un fichier (skp, dxf ou dwg), ou créer votre local directement dans VDV. Les deux premières sections de ce chapitre expliquent comment importer depuis Sketchup et AutoCAD, et la dernière section présente les étapes de conception sur VDV. 2.1. Présentation du modèle étudié La première étape consiste à modéliser votre projet avant de paramétrer une simulation de la lumière naturelle. La géométrie retenue pour ce tutoriel est un modèle simple d un local de bureau qui comprend deux ouvertures de fenêtre sur une des façades. Nous faisons également l hypothèse que la simulation a lieu à Bruxelles, et que les fenêtres sont orientées Sud. Les figures ci-dessous indiquent les mesures principales (en centimètres) nécessaires à la modélisation du local. Fenêtres Fenêtre Plan du local Elévation de la façade avec fenêtres Coupe longitudinale Les murs, le plancher et le toit sont tous épais de 40 cm. L intérieur du local mesure 600 cm de long, sur 360 cm de large, et 280 cm de hauteur. Les vitrages sont épais de 20 mm, et se situent dans les baies d ouvertures, du côté intérieur (les vitrages sont donc enfoncées à 38 cm de la façade extérieure). 9

Il existe quelques règles importantes à respecter lors de l importation et la modélisation sur VELUX Daylight Visualizer : - Dans Sketchup ou AutoCAD, chaque matériau doit être différencié par un nom propre. Ce ne sont pas les couches qui seront importés, mais chacune des matières utilisées. Vous pouvez donc les nommer avec des dénominations telles que «béton murs», «verre TL70% vitrage Sud», - Les verres de vitrage doivent être composés d une surface plane polygonale, à laquelle sera appliqué un matériau de type «Vitrage» dans VDV. - Si vous voulez modélisez une ouverture dans un mur (un trou non vitré), vous aurez des erreurs lors de la simulation sur VDV, qui ne sait pas traiter les vides. Vous devez prévoir une surface, à laquelle sera par la suite attribué un matériau de verre qui a un facteur de transmission de 100% et un indice de réfraction de 1.0. pour simuler une fenêtre qui n existe pas. - Le modèle importé ne peut pas comporter de NURBS, mais peut être composé de polygones. - Les polygones doivent être correctement connectés, afin d éviter les pertes de lumières dans des interstices de connections de surfaces. 2.2. Importer un modèle depuis Sketchup Il est primordial de bien préparer dès le départ l organisation des différentes couches de votre modèle pour pouvoir l importer dans VDV. Lors de la modélisation sur Sketchup, quelques règles doivent être respectées en vue d une bonne importation dans VDV : - Les différents matériaux doivent être identifiés et attribués aux éléments du modèle. Il n est pas obligatoire de tous les définir avec précision dans Sketchup, car ils seront paramétrés dans VDV avant simulation. Dans Sketchup, pour éditer et appliquer des matériaux, ouvrez «Fenêtre > Matériaux», ce qui vous permettra de choisir des matériaux, et de les modifier (voir figure page suivante). - Il est nécessaire de placer un vitrage à chaque ouverture, faute de quoi le logiciel VDV ne lance pas les calculs de simulations. Pour dessiner une fenêtre dans Sketchup, placer un plan à la place du vitrage, et attribuez lui une matière de type «translucide» (ou «translucent»). - Veillez à retenir les unités utilisées sur Sketchup, afin de bien pouvoir vérifier l échelle du fichier importé dans VDV. 10

Réglage des paramètres des matériaux dans Sketchup Importer le modèle créé et enregistré sur Sketchup : Fichier > Importer projet (ou Ctrl + I) > «nom du modèle Sketchup» Voici ce que vous obtenez alors dans les fenêtres de VDV (cf. page 11). Lorsque vous importez le modèle, voici comment il apparait dans les différentes fenêtres de visualisation. En ce qui concerne la mise à l échelle, il vous suffit de choisir dans le menu déroulant les unités utilisées dans Sketchup : si votre modèle a été construit en utilisant des mètres comme unité, sélectionnez «mètre» et cliquez sur «Appliquer». (1) 11

Déplacez les axes pour modifier les vues en plan et coupe. (2) Notez que dans la version 2.5 de VDV, l outil «mesure» ne fonctionne pas, mais La version 2.6 a corrigé ce problème. Vous apercevez également que le modèle Sketchup n a pas d épaisseur, ce qui n est pas grave, tant que les matériaux ont été correctement définis et que le volume est bien «fermé». 2 1 12

Etape 2 : paramétrer les matériaux dans VDV La deuxième étape permet d attribuer les matériaux aux composants de votre modèle. Vous constatez que la liste des éléments (1) reprend la liste des matériaux de votre modèle créé dans Sketchup. Cependant, les paramètres de ces matériaux n ont pas été importés dans VDV, et vous devez les redéfinir. En sélectionnant chaque item dans la liste des éléments, vous devez lui attribuer un «Matériel» (2), et affiner ce choix dans la liste déroulante «surface» (3). Vous devrez également sans doute modifier les paramètres, via l option «Personnaliser» (4). 6 Pour appliquer des matériaux aux surfaces, rendez-vous directement au chapitre 3. Voici à quoi ressemble le modèle importé après cette opération : 1 2 3 5 4 13

2.3. Importer un modèle depuis AutoCAD Il est important de bien construire le modèle AutoCAD en respectant quelques notions : - Définissez des unités (m, cm, ou mm) utilisées dans ACAD - Créez une couche (layer) pour chacun des matériaux utilisés (sol, plafond, mur, vitrage, châssis, obstructions, protections solaires ). Les images ci-dessous illustrent le modèle retenu dans ce tutoriel modélisé dans AutoCAD et importé dans VDV. Les unités du modèle importé dans VDV doivent être ajustées à celles utilisées sur AutoCAD ; cliquez ensuite sur «Appliquer» Une fois le modèle importé dans VDV, vous devez continuer avec les étapes d application de matériaux de surfaces, de définition de localisation et de génération de rendu. Ces étapes sont expliquées aux chapitres 3 et suivants. 14

2.4. Projets comprenant des obstructions extérieures Il n est pas possible de créer des obstructions extérieures directement dans VDV. Si vous voulez placer des obstructions (murs voisins, contexte environnant, ) vous devez alors obligatoirement créer votre modèle sur un autre logiciel tel que Sketchup ou AutoCAD, et l importer dans VELUX Visualizer. Notez que la prise en compte des obstructions extérieures est essentielle à la précision de vos calculs. Les graphiques ci-dessous, où sont représentés les résultats de simulation du FLJ pour le même local, sans obstruction (à gauche) puis avec une obstruction devant la fenêtre côté Ouest (à droite) pour des orientations et des conditions de ciel identiques, montrent bien l effet non négligeable des objets environnants. Obstruction N 15

2.5. Modéliser sur VELUX Daylight Visualizer Dès que vous ouvrez VDV, choisissez l option «Nouveau projet», qui vous guidera dans la conception puis la paramétrisation lumineuse de votre projet. Lorsque vous avez choisi cette option, une fenêtre d option d espacement de la grille s ouvre, vous permettant de modifier le maillage des points d accroche de la grille du fond de la fenêtre principale où sera créé le modèle. Si votre projet a été conçu en utilisant un module particulier, il peut être utile de le considérer comme espacement de la grille. Dans notre cas, nous prendrons un maillage de 600 mm : Vous pourrez toujours par la suite modifier le maillage de la grille en cours de travail via les commandes : Editer > Espacement de la grille (Ctrl + G) 16

2.5.1. Plancher et murs Pour commencer, la première paroi du local peut être dessinée en positionnant le curseur dans la fenêtre de vue en plan, puis en cliquant et glissant dans la direction du mur. Aucune mesure à part la longueur n est nécessaire à ce stade, vous devez seulement dessiner le mur. Les autres paramètres seront introduits par après. Pour pouvoir éditer la longueur d un mur, vous pouvez cliquer dessus et le faire glisser dans la direction sélectionnée (le mur doit apparaître en vert pour pouvoir être déplacé). Mur non sélectionné Mur sélectionné et éditable 17

1 3 4 2 5 Vous pouvez tracer les quatre murs aux dimensions internes du local (3,6 x 6 m), la vue en plan affichant les mesures des murs. La visualisation 3D (1) et la vue en coupe (2) vous permettent de vérifier que le projet est bien en place. Les axes bleus (3 et 4) sont les axes de coupe, l axe représenté de manière plus épaisse étant celui de la coupe active. Dans notre cas, c est donc la coupe longitudinale qui est activée dans la fenêtre «Section» (4). Notez également que vous pouvez choisir la hauteur de coupe en plan de votre projet, il suffit pour cela de modifier la position de l axe de coupe (5) dans la fenêtre «Section». 18

Il s agit maintenant de déterminer la hauteur et l épaisseur des murs. Pour cela, positionnez votre curseur au-dessus d un mur (sa couleur deviendra vert clair), et cliquez dessus (sa couleur passe alors au vert foncé). Une fois le mur sélectionné, vous pouvez modifier ses paramètres dans la fenêtre «Caractéristiques du mur». Notez que si vous utilisez une de ces fonctions :, vous devez recliquer sur l icône en cours de sélection afin de la désactiver, sans quoi vous ne pourrez pas sélectionner un mur ou un élément de votre projet. Dans la fenêtre «Caractéristiques du mur», entrez les valeurs de 2800mm pour la hauteur et de 400 mm pour l épaisseur du mur. Vous remarquez que tous les murs qui appartiennent au même niveau sont modifiés au même moment. 2.5.2. Toiture et plafond La seconde étape de la modélisation consiste à modéliser la toiture du projet. Trois options se présentent, le toit plat, le toit à une pente, le toit à deux pentes. Dans notre cas, nous utiliserons celle du toit plat (1). 1 L épaisseur de 40cm et le débord nul sont gardés comme paramètres. Si vous ajouter un débord, vous pouvez décider de sa largeur dépassant, qui sera la même de chaque côté. Cette option est utile si vous voulez dimensionner des protections solaires fixes horizontales, comme des auvents. 19

2.5.3. Fenêtres et portes Pour passer à l étape suivante, cliquez sur l onglet «Fenêtres/Portes». Pour ajouter un de ces équipements, vous pouvez choisir entre fenêtre de toit, produit de façade, ou une ouverture intérieure. 1 Il faut placer deux fenêtres dans le mur exposé au Sud, vous devez donc choisir «Produit de façade» «Fenêtre de façade Catégorie 1» La principale différence entre les catégories 1 et 2 est simplement leur sens d ouvertures. Dans le cadre de ce projet, vous pouvez sélectionner la fenêtre à châssis étroit et systèmes de baies (1). 2 Vous pouvez maintenant dimensionner votre fenêtre (2) : - Largeur «W» de 90cm - Hauteur «H» de 210cm La position du vitrage dans le mur (3) : - Distance «X» de 0cm Une fois le paramétrage terminé, revenez dans la fenêtre principale en cliquant sur OK. 3 Si vous voulez modifier une fenêtre une fois qu elle a été créée, vous pouvez cliquer sur l élément, puis sur l onglet «propriétés» 20

Dans la fenêtre principale, vous constatez que la fenêtre nouvellement placée est indiquée en rouge, dans une position aléatoire sur le plan. Deux étapes sont nécessaires : la déplacer jusqu à ses coordonnées réelles, et identifier l erreur décelée par le logiciel. Un élément en rouge dans le plan indique un problème à résoudre au niveau de la modélisation. 21

Vous pouvez tout d abord déplacer la fenêtre jusqu à sa position désirée : sa distance au mur doit être de 45cm (1). 1 Il reste ensuite à positionner la fenêtre de sorte à ce qu elle soit bien placée en hauteur, car le problème se pose bien là (2) : 2 22

Par défaut sur VDV, l allège de la fenêtre est de 90 cm (2). Or, comme la hauteur de la fenêtre est de 2,1m et que le mur s élève à 2.8m, il y a une impossibilité géométrique. Pour corriger cela, il est nécessaire de modifier la hauteur au-dessus du plancher de la fenêtre en introduisant la valeur 699 mm : Vous pouvez désormais créer la seconde fenêtre. Pour cela, vous pouvez redéfinir un produit de façade de type fenêtre, ou tout simplement copier la première fenêtre créée, puisqu elle est identique. Faites simplement un copier/coller via le menu Editer, puis placez la seconde fenêtre à 90 cm du mur supérieur, ou encore à 225 cm du mur inférieur (1). 1 23

N oubliez pas de bien placer les vitrages du côté intérieur du mur. En plan, vous pouvez apercevoir deux vitrages : le premier est bien placé (1), le second est encore à rapprocher du mur intérieur (2). Sur la représentation 3D, vous pouvez également vérifier sa position latérale (3). 3 2 1 La modélisation du local est à présent terminée en ce qui concerne sa géométrie. Les étapes suivantes vont permettre de caractériser les matériaux et la localisation, avant de paramétrer les calculs de simulation. 24

3. Attribuer des matériaux aux surfaces. La première étape consiste à choisir la surface à définir : Les propriétés optiques de surfaces sont données par leurs coefficients de réflexion (ou de transmission pour les éléments transparents), par exemple : - Sol 20% - Plafond 70% - Murs 50% - Vitrage v = 70% (transmission lumineuse) - Baie et menuiseries 50% (l encadrement de la baie représente la surface entourant le châssis de la fenêtre, perpendiculaire au sens du mur) 1 Commencez par l onglet «étage», qui reprend le sol du plancher. Comme aucun des matériaux proposés par VDV ne convient, vous devez personnaliser la surface vous-même. Une fois la fenêtre «Surface personnalisée» ouverte, vous devez décocher l option «avec ou sans texture», ce qui vous permettra ensuite de définir les valeurs de RGB, afin d appliquer un coefficient de réflexion au choix. Pour le sol de couleur grise et de coefficient de réflexion est de 20% introduisez les valeurs RGB de 20, 20, 20. Une fois ces paramètres enregistrés, fermez la fenêtre «surface personnalisée» et voici ce que vous retrouvez pour les caractéristiques du sol (2) : 2 25

Passez ensuite à l onglet «Plafond», et optez pour l option de surface «Personnaliser». Vous pouvez ensuite introduire les valeurs indiquées sur la réprésentation suivante (1) En ce qui concerne les murs, mêmes options : réglez les paramètres RGB pour obtenir un coefficient de réflexion égal à 50%, et ajustez la rugosité à 5% et la spécularité à 0%.(2) 1 Caractéristiques de la surface du plafond du projet 2 Caractéristiques de la surface des murs du projet 26

Pour les fenêtres, une distinction est faite entre le dormant, l habillage et le vitrage : Le dormant représente dans notre cas le châssis de la fenêtre ou encore l encadrement de la baie, ses caractéristiques sont reprises ci-dessous (1). L habillage modélise les menuiseries, voir second tableau (2). Le vitrage est caractérisé par les paramètres du dernier encadré. Le programme propose un choix pour des coefficients de transmission lumineuse de 78%, 68% ou 42%, mais nous devons personnaliser ce paramètre pour obtenir une transmission lumineuse de 70% (3). 1 Caractéristiques de la surface des dormants des vitrages 2 Caractéristiques de la surface de l habillage des vitrages 3 Transmission lumineuse du vitrage 27

4. Placer des équipements 1 2 En cliquant sur l option «sélectionner un équipement», une fenêtre s ouvre. Trois catégories d équipements sont proposées, selon le type d activité dans le local : résidentiel, tertiaire, ou scolaire. (1) VDV vous propose différents modèles, et le choix entre quatre coloris/matériaux. (2) Lorsque vous choisissez un équipement, vous pouvez ensuite le déplacer (en cliquant dessus et en le faisant glisser (3)) et l orienter selon les besoins du projet(en cliquant sur le point vert et en choisissant un angle de rotation(4)), mais vous ne pourrez pas en modifiez la taille. Pour supprimer un objet, cliquez dessus puis appuyez sur la touche «Delete». Concernant le mobilier importé : - soit vous avez réalisé votre géométrie dans VDV, dès lors vous utilisez la bibliothèque VDV. - soit vous avez importé un modèle dans VDV, et vous devez avoir intégré le mobilier avant l'importation car vous ne pouvez pas utiliser la bibliothèque VDV. 4 3 28

5. Préciser la localisation Après les étapes de modélisation, vous devez également déterminer la position de votre projet, ainsi que son orientation. Dans l onglet déroulant des localisations, choisissez Bruxelles. Les coordonnées de longitude et latitude se modifient automatiquement (1) Le local à modéliser a ses deux fenêtres orientées vers le Sud, vous devez donc modifier l orientation du projet à 90 (2). Dans la fenêtre du plan du local, la direction du nord est mise à jour également selon vos paramètres (3). Vous pouvez aussi choisir une localisation libre : le dernier choix de la liste déroulante est l item «Localisation» ou «Custom» et permet de de rentrer la latitude et la longitude de votre choix (4). 1 2 3 4 29

6. Placer des caméras Une fois le projet totalement modélisé (géométrie, équipements, surfaces, localisation, ) et avant de passer à la partie des calculs de simulations de l éclairage de la lumière naturelle, il est important de placer des caméras qui vous permettront de visualiser les espaces modélisés. Il suffit pour cela de passer à l onglet général «Caméra» : Vous pourrez dès lors choisir une des trois vues suivantes : «vue de dessus», «coupe», «perspective». Dans chacun des cas, vous devrez placer une caméra, les sections suivantes expliquent les différentes méthodes. Dans ce projet, nous utiliserons la vue perspective, mais avant cela les deux autres vues proposées sont expliquée ci-dessous. 6.1. Placer une caméra pour une vue de dessus 3 1 2 4 Cette première possibilité place une caméra qui vous permet de voir votre projet en plan, sur une surface à 85cm de haut (hauteur paramétrable (1)), qui correspond à la zone de travail. Vous pouvez limiter la zone de travail en cliquant sur le premier bouton (2), pour vous contenter de la surface d un bureau ou d un espace spécifique à votre projet. Vous pouvez modifier la surface de travail en l étirant par le biais des poignées noires (3). Notez que la zone de travail est toujours comprise à l intérieur des murs du projet et qu il n est possible de ne placer qu une seule caméra à la fois. Pour sortir du menu «zone de travail», cliquez sur le bouton (4) 30

6.2. Placer une caméra coupe Ce type de caméra permet d orienter la vue dans une des quatre directions possibles (les quatre directions orthogonales dans le plan) en faisant glisser l axe (en bleu dans la fenêtre du plan) voulu dans le projet. L axe bleu représente le trait de coupe, et le sens donné à l axe détermine la direction de la caméra. Vous pouvez travailler avec l axe de coupe latéral (1), afin de produire deux vues (2 et 3), ou vous pouvez également travailler avec l axe de coupe longitudinal (4) et produire deux autres vues (5 et 6) : 2 3 6 1 4 5 Ces vues seront utilisées dans les fenêtres de production de rendu (voir les sections suivantes). 31

6.3. Placer une caméra perspective La caméra perspective est une caméra que vous pouvez placer et orienter librement. Ci-dessous, vous trouverez les étapes de paramétrisation de la caméra. 1 Déplacez la caméra dans le plan : nous la placerons à 3m du mur percé par les deux fenêtres (1). Orientez la caméra dans la direction souhaitée (vérifiez sur la prévisualisation dans la vue 3D) ; orientez la caméra vers les deux fenêtres (270 ) (2). Ajustez l inclinaison de la caméra, vers le haut ou le bas (vous pouvez voir l effet de l inclinaison en coupe et en vue 3D) ; laissez la caméra droite (0 ) (3). Ajustez la hauteur de la caméra par rapport au sol : placez la caméra à 115cm de hauteur (4). Déterminez la longueur focale à 28mm (5). Voici ce que vous devriez obtenir dans le récapitulatif de votre paramétrage de caméra avant de passer à la suite : 2 3 4 5 32

7. Simulation et rendus Lorsque vous passez au dernier onglet «Rendu» (1), voici ce que vous devriez obtenir : 1 2 3 Vous avez toujours une vue du champ de la caméra dans la fenêtre 3D (2), et les options de paramétrage de la simulation se retrouvent dans la partie inférieure de la fenêtre (3). Les sections qui suivent présentent les différents rendus disponibles sur VDV, à savoir : «image unique», «vues sur un an», et «animation». Enregistrez votre projet afin de pouvoir y revenir lors de changements éventuels. 33

7.1. Le rendu «image unique» Ce type de rendu permet de créer une vue de la scène depuis l objectif de la caméra, sous les conditions paramétrées par l utilisateur. 7.1.1. Le type de rendu. Le premier paramètre est le choix du type d information souhaitée : - La luminance (cd/m 2 ), qui est la mesure photométrique de l intensité lumineuse par unité de surface de la lumière dans une direction donnée. - L éclairement (lux), qui est la mesure photométrique du flux lumineux incident par unité de surface. - Le facteur lumière du jour (FLJ), qui est une métrique statique évaluant le rapport de l éclairement naturel intérieur reçu en un point à l éclairement extérieur simultané sur une surface horizontale, en site dégagé, par ciel couvert. 7.1.2. Les conditions de ciel Les quinze types de ciel de la CIE sont repris dans les paramètres de condition de ciel dans VDV. Toutefois, par défaut, seuls trois types fréquents de ciels sont proposés par défaut dans l onglet déroulant de ce paramètre : - Le ciel couvert. - Le ciel intermédiaire. - Le ciel dégagé. 34

Ce nombre de ciels est limité, néanmoins, il est possible de choisir plus de ciels CIE disponibles dans cette liste de «Conditions de ciels». La commande «Ctrl+P» ouvre la fenêtre ci-jointe. Elle regroupe les différents ciels qu il est possible de sélectionner pour la simulation de votre modèle sous éclairage naturel. Pour cela, cliquez dans les cases vides pour cocher les items désirés, décochez ceux qui ne vous intéressent pas. Dans notre cas en guise d illustration, nous sélectionnons le ciel «10 Partly cloudy with brighter circumsolar region» (1). Une fois votre sélection effectuée, cliquez sur OK. De retour dans les paramètres de votre ciel, ce ciel apparait alors dans le menu déroulant des options (2) : 1 v 2 Si vous voulez réinitialiser les réglages, cliquez sur le bouton (3) en bas à gauche (qui ne comporte pas de titre dans cette version). 3 Réinitialiser les réglages En ce qui concerne notre projet, nous paramétrons le «ciel 1». Notez que pour calculer les FLJ, il est obligatoire de se retrouver en ciel couvert, du type 1 dans le classement CIE. 35

7.1.3. Le moment de la simulation Vous pouvez choisir entre douze dates présélectionnées, qui correspondent au 21 ème jour de chaque mois, correspondant pour les mois de juin et de décembre aux solstices d été et d hiver. Vous pouvez également paramétrer l heure de la simulation. 7.1.4. La taille de l image Résolution basse : 640 x 480 Résolution moyenne : 1.024 x 768 Résolution élevée : 1.600 x 1.200 Résolution personnalisée : au choix, mais toujours dans des proportions 4:3, avec un couple maximum de 16384 x 12285. 7.1.5. La qualité de l image Vous pouvez modifier la qualité de l image, tout en gardant à l esprit que le temps de production de rendu est directement lié à la qualité exigée. Pour des tests de réglages, il est conseillé de garder une qualité réduite. Dans notre projet, nous allons calculer les éclairements, puis les luminances, et enfin le FLJ pour deux dates : le 21 juin et le 21 décembre à 12h00. Pour chaque cas, nous ferons varier un paramètre pour nous rendre compte des possibilités offertes par ces simulations. 36

7.1.6. Calculs de luminance 21 Juin à 12h00 paramètre qualité Tout d abord, voici la représentation de rendus de deux calculs identiques, avec un rendu de basse qualité (5 secondes) et un rendu de qualité maximale (6 minutes environ). La visualisation n est pratiquement pas différentes mais notez cependant que les valeurs quantitatives (luminances et éclairements) le seront! Ceci pour rappeler qu il est possible de gagner du temps si vous n avez pas besoin d une excellente qualité d image. 37

21 décembre à 12h00 paramètre des iso-contours Voici deux images d un rendu aux mêmes paramètres, dont la seconde représente en plus les iso-contours des luminances dans le local. Les valeurs minimum et maximum sont paramétrables, pour obtenir des informations lisibles. Dans ce cas, la valeur maximum de la luminance représentée a été descendue à 30 cd/m 2. 38

21 juin à 12h00 mode de représentation des «fausses couleurs» D autres paramètres sont disponibles dans le cas d une simulation de luminance : le rendu en fausses couleurs, l exposition et la possibilité d afficher directement sur le rendu les valeurs mesurées. Pour la simulation de notre local au 21 juin à 12h00, voici le rendu en fausses couleurs : La figure de gauche représente la scène de rendu de la luminance à la date du 21 juin à 12h, en qualité basse et résolution minimale. Dans la figure du centre, l option «couleur fausse» est activée, mais le rendu des couleurs ne permet pas de reconnaitre la distribution de la luminance de manière précise, l échelle des rendus de couleurs n étant pas adaptée aux valeurs des luminances obtenues. La troisième figure présente le rendu «fausses couleur» avec une adaptation de l échelle des couleurs à une valeur maximale de 50 cd/m 2. 39

21 juin à 12h00 paramètre de l exposition Toujours pour le même rendu de simulation, vous pouvez modifier directement l exposition de la scène, ce qui aura pour conséquence d éclaircir ou d assombrir le rendu créé. De base, l exposition est définie dans VDV sur 0,05 et il est possible de l augmenter jusqu à 1,00. Soyez tout de même vigilants, la modification de l exposition rend la comparaison entre plusieurs simulations difficiles : la luminosité réelle calculée de la scène ne change pas, il ne s agit que d un mode de représentation. Cependant, il est utile de diminuer la teinte de votre rendu si vous voulez y afficher des résultats de mesures (qui sont écrits en noir), comme expliqué à la section suivante. 40

21 juin à 12h00 affichage des valeurs calculées. Vous avez également la possibilité d afficher les valeurs de luminance au terme de la simulation. Il existe deux façons de procéder : vous pouvez choisir d afficher une grille de valeurs sur toute l image de rendu, comme sur la première illustration ci-dessous à gauche, ou choisir les points de calcul manuellement, comme sur la seconde illustration. Chaque valeur affichée se réfère à l emplacement sous la croix qui l accompagne. Pour la première possibilité, activez la case entourée en (1). La grille de valeur s active alors, mais elle n est pas éditable. Pour désactiver l affichage, désélectionnez cette même option. Pour choisir des valeurs particulières, vous pouvez faire un clic droit sur l image de rendu. Il n y a pas de restriction de nombre de points définis par l utilisateur. Pour effacer les points ajoutés, vous devez activer puis désactiver l option «Couleur fausse» ou «ISO contour», et l image reprend son premier aspect. Notez encore qu il est parfois nécessaire de modifier l exposition de la scène afin d améliorer la lisibilité des résultats (2). 1 2 41

7.1.7. Calcul d éclairement Toujours dans le mode de production d image unique, vous pouvez également obtenir les résultats de calcul de l éclairement. Veuillez pour cela choisir l option «Illuminance» dans le menu «type de rendu» des propriétés de rendu de VDV : De la même façon que pour le rendu de luminance, une fenêtre s ouvre avec la représentation de la vue choisie par la caméra. Les éclairements sont alors reproduits dans la scène du décor. Voici la comparaison de deux rendus, avec les paramètres repris ci-dessus. Le premier est le calcul de luminance, le second le rendu d éclairement, ou encore le rendu représentant l éclairement arrivant sur chacune des parois représentées. 42

Toutes les options d affichage sont exactement les mêmes dans le cas de la luminance ou de l éclairement : Points définis par l utilisateur Fausses couleurs Iso courbes Maillage de valeurs 43

7.1.8. Calcul du facteur lumière du jour Le rendu du facteur lumière du jour s effectue toujours dans le plan horizontal, et représente les valeurs calculées : Cette représentation permet également d afficher toutes les options précédemment énoncées : - Fausse couleur - ISO contours - Affichage des valeurs calculées selon le maillage 8x6 - Affichage des valeurs sélectionnées par clic droit - Facteur d exposition 44

Si vous affichez les «ISO-courbes», sachez que VDV représente chaque fois 9 courbes. Il est donc intéressant de paramétrer les valeurs minimales et maximales à 1 et 9 (ou multiples de 9) respectivement, afin d obtenir des courbes dont la valeur de l intensité est entière (1). Cela permet notamment d obtenir la limite des 3% de facteur lumière du jour. Il est toujours possible, par clic droit, d ajouter sur le rendu d «ISO contour» ou de «Fausses couleurs» les valeurs calculées (2). 1 2 45

7.2. Le rendu des vues sur une année Une autre option permet de calculer douze étapes de rendus, sur une année complète, pour la luminance ou l éclairement. Cette option n a pas d intérêt dans le cadre du FLJ, puisque pour rappel, cette métrique ne varie pas, quel que soit le moment de l année et l heure. Le logiciel calcule la luminance (ou l éclairement) à la date du 21 de chacun des douze mois de l année, puis rassemble les rendus dans une fenêtre. Vous devez également décider : - Les conditions de ciel (uniquement pour la luminance et l éclairement) - L heure du jour (uniquement pour la luminance et l éclairement) - La résolution de l image crée - La qualité de rendu Une fois la simulation terminée et l image finale affichée, vous aurez trois options de représentations disponibles : - Fausses couleurs - ISO contours - Exposition L affichage des valeurs calculées n est plus possible, ni sous forme de grille, ni sous forme de points libres. Sur l image de synthèse des douze vues, vous pouvez cliquer sur un des rendus, qui s affichera dans la fenêtre. Pour revenir à la vue globale, recliquez sur la vue ouverte. Lorsque vous enregistrez un rendu de «vue sur un an», VDV sauvegarde douze fichiers «.jpeg» dans le dossier spécifié. Il n est pas possible d enregistrer uniquement l image récapitulative. La page suivante reprend quelques exemples de fenêtre de rendus, pour le même local et sous les mêmes conditions, pour les calculs de luminance, d éclairement, et de FLJ, selon les trois paramètres de rendus évoqués juste au-dessus. 46

Rendus de calculs de luminance. Rendus de calculs d éclairement. 47

7.3. Le rendu d animation Dernière possibilité, vous pouvez réaliser un film d animation de rendu de la scène. Ici encore, vous avez le choix entre les trois calculs déjà mentionnés : luminance, éclairement, et FLJ (mais calculer un rendu d animation de FLJ n a pas d intérêt, pour les mêmes raisons que celles expliquées au point 4.2). Pour réaliser une séquence d animation, VDV calcule sur base des paramètres exposés ci-dessous toutes les images nécessaires à l obtention de la séquence demandée. Commencez par déterminer le type de rendu souhaité. Si vous choisissez une animation de rendus de luminances, vous aurez par exemple un film dans lequel il est possible de regarder l évolution des tâches solaires, de la distribution de la luminance au cours de la période de temps paramétrée. Si vous choisissez un rendu d éclairement, vous obtiendrez l animation de l évolution de l éclairement dans le local, dont les fenêtres apparaitront en noir comme lors des simulations sur image unique. Choisissez ensuite dans le menu déroulant «Conditions de ciel» le ciel CIE qui convient à votre simulation (rappelez-vous qu il est possible de choisir entre tous les ciels CIE, comme expliqué au point 4.1.2.). Paramétrez ensuite le mois de l année et les heures pour lesquelles vous voulez obtenir la simulation (vous ne saurez pas obtenir de simulations sur plusieurs mois) Déterminez ensuite la résolution et la qualité du rendu. Vous pouvez encoder les paramètres suivants : - Durée du film. - Nombre d images par seconde. La durée de calcul du rendu dépend du nombre d images à calculer, et de la qualité de rendu exigée. Pour un même nombre d images, le temps de rendu double lorsqu on augmente d environ 30% la qualité de l animation. 48

8. Récapitulatif des résultats Sont repris ci-dessous les résultats de calculs des simulations du projet modélisé dans ce tutoriel sous un éclairage naturel en ciel couvert, le 21 mars à 12h00. Vous y trouverez toutes les données importantes permettant de comparer vos propres résultats de simulations. Les éclairements et les luminances sont mesurés sur un plan à hauteur de 85cm. Eclairements 49

Luminances Remarques : l exposition des cartographies de luminances suivantes a été paramétrée à 0,500. 50

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