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研究生: 古家豪
Jia-Hao Gu
論文名稱: Unreal Engine在隧道照明模擬上應用之初探
A Preliminary Study of Unreal Engine on Tunnel Lighting Simulation
指導教授: 謝佑明
Yo-Ming Hsieh
口試委員: 陳鴻銘
Hung-Ming Chen
吳翌禎
I-Chen Wu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年: 2023
畢業學年度: 111
語文別: 中文
論文頁數: 100
中文關鍵詞: Unreal engine隧道照明模擬照明模擬互動性眩光模擬
外文關鍵詞: Unreal engine, Tunnel lighting simulation, simulation interactivity, glare
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  • 在隧道照明的設計流程中,設計人員是利用各種數據與圖表化的資料進行設計,但在照明設計不良的隧道由於隧道內部與外部的亮度差導致眩光,進而導致追撞或自撞的傷亡。所以施工前的照明模擬顯得格外重要。
    目前市面上的隧道照明設計軟體如DIALux evo在光照模擬展示能力互動性較低,但在電子遊戲領域,美國電子遊戲製作公司Epic Games旗下所開發的遊戲引擎Unreal engine是擁有快速開發能力的遊戲開發程式,對於照明與環境的互動性是格外重視的。在近年開發出將BIM軟體的模型檔案能完整的匯入到Unreal engine中的程式,以進行後續的操作與模擬,並利用遊戲引擎的遊戲操作開發與環境燈光建立能力,以達到Unreal engine在照明模擬上的可行性,並利用Unreal所提供的光適應性功能達到眩光模擬的效果。
    本研究中將照明模擬軟體的功能以Unreal engine實現,包括照明視覺化,太陽角度與亮度模擬,並增加了與環境互動性強的車輛行駛模擬,提供視角切換與控制、車燈亮度調整、隧道燈照明調整,以幫助設計人員精進隧道照明的設計與提供隧道的眩光模擬功能,幫助設計人員減少設計失誤導致眩光發生。進行驗證後,得到與現行軟體的平均亮度差異為±5%之間,與現地影像的SSIM對比為61% ~ 73%之間,驗證中能看到Unreal engine所建構的照明模擬系統有一定的正確度,雖然還不夠完善但可供專業人員擁有另一種選擇。


    Tunnel lighting design is important to maintain tunnel users’ safety. Improper tunnel lighting design can cause low visibility inside tunnels and glare when exiting tunnels. The glare is caused by strong contrast of lighting conditions inside versus outside of tunnels. These poor sighting conditions may cause car accidents, causalities, and even fatalities. Therefore, tunnel lighting simulation before construction is crucial to achieve proper design.
    The tunnel lighting design software on the market such as DIALux evo often pays less attention on interactivity and visualization. These two properties, on the other hand, are the main focuses of computer games. Unreal engine offered by Epic games is a game engine that allows developers to rapidly create highly interactive computer games with visual realism. Recently, Unreal engine gained the ability to completely import building information models, and has been used in architectural visualizations. Furthermore, Unreal engine can simulate the eye adaption effect that can be used in simulating the glare effect when exiting tunnels. With better interactivity, visual realism, and eye adaption, it is thus possible to use Unreal engine to build a better tunnel lighting simulation tool.
    This study established the procedure for tunnel lighting simulation using Unreal engine. Users can interactively control the sun position, drive vehicles, switch between different view positions, turn on and off different lights, control brightness of each light, etc. These flexibilities allow users to improve the design of tunnel lighting. The simulation also provide tunnel glare simulation to help designers improve their design by considering such effect. The verification shows the average brightness difference with commonly used lighting simulation software is ±5%, and the SSIM comparison with actual images is between 61% and 73%. It can be concluded that the lighting simulation using Unreal engine has a certain credibility.

    論文摘要 I ABSTRACT III 誌謝 V 目錄 VIII 圖目錄 XI 表目錄 XV 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 研究流程 2 1.3 論文架構 6 第二章. 文獻回顧 7 2.1 隧道光照設計 7 2.1.1 相關法規 8 2.1.2 現行設計標準 9 2.2 隧道光照分析 11 2.2.1 現行方式 11 2.2.2 LED路燈的優勢 13 2.3 現行燈光模擬 15 2.3.1 2D燈光模擬 15 2.3.2 3D燈光模擬 17 2.4 DIALux evo 相關研究 18 2.4.1 光汙染研究 18 2.4.2 隧道照明設計 18 2.5 Illuminating Engineering Society of North America 18 2.6 遊戲引擎應用相關研究 19 第三章. 研究方法與工具 20 3.1 遊戲引擎的選用 20 3.2 Unreal Engine 21 3.2.1 Unreal Engine的基礎 22 3.2.2 Blueprint 24 3.2.3 Unreal Datasmith 25 3.2.4 Spline 25 3.2.5 Lumen 26 3.2.6 Unreal engine 中的IES 26 3.3 系統驗證方法 28 3.3.1 結構相似性指標 28 3.3.2 平均照度 29 第四章. 模擬建置 30 4.1 隧道環境建置 30 4.1.1 Revit檔案轉換流程 30 4.1.2 導入Unreal engine 31 4.1.3 隧道模型建置 32 4.1.4 Spline建立 35 4.2 燈光建置 36 4.2.1 燈具導入 37 4.2.2 燈光相關調整 38 4.3 隧道行車模擬與即時操作 38 4.3.1 車輛外型與物理 38 4.3.2 車輛控制建置 39 4.3.3 視角建置與調整 39 4.4 系統建置流程 41 第五章. 模擬展示 42 5.1 照明區段視覺化 42 5.2 車輛視角視覺化 47 5.3 車輛車燈亮度調整 53 5.4 太陽角度與亮度調整 53 5.5 隧道燈開關 57 5.6 視角控制 59 5.7 光適應性模擬 60 5.8 小結 62 第六章. 模擬驗證 63 6.1 Unreal engine與DIALux evo的差異 63 6.2 平均照度驗證 65 6.3 影像對比 67 6.4 可能誤差 77 6.5 小結 78 第七章. 結論與建議 79 7.1 結論 79 7.2 建議 80 參考資料 81

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