用于空间认知与光环境模拟的辅助实验教具制造技术

本实用新型专利技术为一种用于空间认知与光环境模拟的辅助实验教具，包括实验箱主体、日光模拟器、影像采集器、滑动作业台和遮光布罩，滑动作业台承载研究模型，日光模拟器模拟不同时刻的日光投射情景，影像采集器选择适合的拍摄点并摄像，遮光布罩套在实验箱主体上用于遮挡外光。本实用新型专利技术能够精确模拟太阳运动的行径轨迹，获取模拟环境下静态或动态的建筑模型影像，有效辅助建筑设计中空间认知及光环境模拟的教学研究。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及建筑设计实验教学领域，具体为一种辅助建筑设计教 学的实验教具，用于空间认知与光环境模拟的教学研究。
技术介绍
目前，建筑设计教学多局限于功能与形式等范围的指导，对环境等问题 的探讨，也只关注建筑室外环境气候条件与建筑群组的设置安排关系。在 设计者所创造的室内环境中，对自然光所塑造的光影变化情形考虑较少。 然而，光影随时间变化与建筑环境创造的实验性设计是目前学生所关注并 感兴趣的方向。因此，在建筑设计教学的实践过程中，光、影和空间认知 的课题是设计启蒙教育中相当重要的课程内涵。在过去的建筑设计课堂中，教师均会指导学生制作缩尺模型(Scaling Model)，便于学生直接以目视的方式观察模型内部建筑室内环境中的光影 情形。学生在观察的过程中，由于仅能从模型外部观察室内的环境情况， 无法让自身以进入模型之中的方式进行视觉体察，导致观察的结果仅能从 宏观的角度片面解释设计成效，而无法引导设计者自身置入模拟建成环境 中进行实质空间认知。这也是导致学生在学习设计环境创作过程中，无法 以细腻的方式探索设计环境的原因。在建筑物理环境的光环境实验课程中，学生制作缩尺模型，利用人工大 穹(Sky Dome)或三参数日照仪，进行设计环境的室内光环境或室外曰影 环境的模拟。但是实验所需作业环境较大，因此这些实验只能在静态的实 验室中进行，与设计研究所需的动态创作环境实有相悖。在戴维'科尔布 (David Kolb)的学习模式中，经验认知模型和设计创作的过程为抽象4概念产生、行为实验、直接经验和观察反思的循环。因此，设计创造思维 程序是一种创作、认识、检讨、修改与再创作的反复创作与改正的螺旋向 上反馈过程。学生在建筑设计环境创作过程中的缩尺模型制作并非仅作为 设计成果最终展现的手段，而应作为设计创作过程中不断设计与改正的工 具。因此，倘若能一改过去传统的用模型来静态呈现，为可现场操作进行 设计创作与修改的动态呈现，则可提升学生对创作的学习兴致，更能激发 学生的设计创作潜能而创建意想不到的人造环境。在现有的建筑设计实验技术中，技术专利号03256654.9,该专利是用于建筑空间辅助设计的实验光箱，它详细地描述了如何解决过去建 筑与室内设计和光环境设计不能有机结合的问题，有助于实现建筑设计与光环境设计的一体化，期使设计更为直观和准确。然而，该实验光箱由于 仅能满足建筑设计与光环境结合等部分的实验需求，就目前的设计教学应用仍有诸多局限性，主要表现在以下几个方面1、 该实验光箱体积较大、重量沉重，只能勉强在平面进行平缓推移， 并无法有效自由搬移，而使得该光箱无法顺畅地运用于现今多元化的设计 课堂。2、 该实验光箱采用六面体的六向投射光源，仅能模拟环境漫射光，而无法精确模拟太阳运动的行径轨迹进行直射光的模拟投射，即无法进行建 筑物室外的日影模拟。3、 该实验光箱在实验进行时，研究者仅能从模型外来观察研究空间的 室内情况，而无法使研究者的观察视点伸入到研究模型之中，这导致研究 者的视点自由运动特性受限，无法获取动态的模拟结果。4、 该实验光箱的影像采集输出方式，仅能由研究者目视或在模型外以 摄影方式取得影像。无法将模拟结果直接通过计算机屏幕进行研究环境的 观察，或通过投影设备将影像投射至投影屏上直接进行辅助教学。5、 该实验光箱构造复杂，不易加工处理；且成本过高，不易进行普及应用推广。
技术实现思路
本技术目的在于提供一种用于空间认知研究与光环境模拟的辅助 实验教具，该教具能够精确模拟太阳运动的行径轨迹，获取模拟环境下静 态或动态的建筑模型影像，有效辅助建筑设计中空间认知以及光环境模拟 的教学研究。一种用于空间认知与光环境模拟的辅助实验教具，包括实验箱主体、 日光模拟器、影像采集器、滑动作业台和遮光布罩；实验箱主体包括箱体支撑架1和位于其下端的底板，在底板刻画有0 240角度的弧形方位角度标尺5;日光模拟器包括日光模拟弧形导轨13和灯具组件，日光模拟弧形导轨 13的竖直表面刻画有0 90度的角度标尺，在其沿边分布有导电触片15， 曰光模拟弧形导轨13连接于箱体支撑架1的底框，且能在所述拼接底板I: 作240弧度的转动，转动半径与所述弧形方位角度标尺5的半径相等，曰 光模拟弧形导轨13与箱体支撑架1的连接点处设有第一触头29;灯具组件 由平行光灯具和灯具夹具18构成，灯具夹具18能够沿日光模拟弧形导轨 13滑动，灯具夹具18内部设有一端与灯源连接，另一端与所述导屯触片 15连接的第二触头16，第二触头16通过导电触片15与第一触头29相连 通'，影像采集器由视频支撑架和安放于视频支撑架的摄像头27构成，视频 支撑架连接在箱体支撑架1的底框上，用于调整摄像头27的空间位置；滑动作业台包括承载平台和位于其底部的滑轮，遮光布罩用于套在实验 箱主体上遮蔽外光。本技术的技术效果体现在以下几个方面1、日光模拟器的设置方式，能够准确模拟直射日光的运动轨迹。由于 太阳在天球中行径的黄道面与赤道面间呈现倾角关系，因此实验装置中设置可360度自由控制运转的弧型灯轨，用于控制和模拟不同时刻的光点定 位，并选择点光源的卤钨灯模拟太阳光投射，塑造近似人居环境的日光投6白斗小主旦 另了l冃zB。2、 本技术利用视觉体察转移的特性，将导轨模式分成轨道导引模 式、手持推进模式与固定设点模式三模式，以设定模拟不同视高的人眼视 觉体察方式。实验装置中设置可作360度转动的导轨与导轨上可任意调变 角度与位置的影像采集器，以控制不同视高与视角的影像采集。因此，实 用新型中所采用的技术方案为利用可作360度转动的导轨与导轨上可仃 意调变角度与位置的影像采集器，实现系统的静态图像与动态影像采集功 能，可随时进行模拟环境的图片与影像的采集和制作。3、 本技术设有可操作建筑设计研究縮尺模型的实验平台，此平台 底安置可滑动的底轮，便于平台进行任意方向的自由运动，满足模拟场所 视觉运动与互动现场随机变更设计模型的需要。4、 由于在进行实验过程中，实验箱外的干扰光会对实验结果产生一定 程度的影响，需要隔绝减扰。因此，本技术在实验箱外，设置可四向 开启与封闭的遮光布罩，此遮光布罩可根据外光干扰程度而决定隔绝需求， 进行任意的遮盖与揭去。5、 本技术考虑到实验装置的"便携性"，采用拼接和折叠方式，方 便收纳，容易移位，我们按照本技术技术方案制作了一个实验教具， 收纳时其箱体尺寸为750*1500*750咖(长*宽*高)，实验时箱体尺、j为1500*1500*750mm (长*宽*高)。6、 本技术将模拟的结果可透过数据传输直接即时输入计算机中， 研究者可借助输入的图像直接进行研究模型的调整修正，此过程也可利用 投影设备直接将影像投射至投影屏上进行辅助教学，其成效则有助于学生 对于建筑环境的深入认识与空间构成的理解。本技术将感性的直觉审美与理性分析相结合，将抽象的空间认知 和形象思维赋予直观的演示，将建筑技术实验与建筑设计创作有机结合， 非常有利于设计教学和相关分析研究。附图说明图1为本技术实验教具箱体直立收纳示意图。图2为本技术拼合前结构示意图。图3为本技术拼合后俯视图。图4为本技术侧视图。图5为本技术剖本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于空间认知与光环境模拟的辅助实验教具，其特征在于，包括实验箱主体、日光模拟器、影像采集器、滑动作业台和遮光布罩；　实验箱主体包括箱体支撑架（１）和位于其下端的底板，在底板刻画有０～２４０角度的弧形方位角度标尺（５）；　日光 模拟器包括日光模拟弧形导轨（１３）和灯具组件，日光模拟弧形导轨１３的竖直表面刻画有０～９０度的角度标尺，日光模拟弧形导轨（１３）连接于箱体支撑架（１）的底框，且能在所述拼接底板上作２４０弧度的转动，转动半径与所述弧形方位角度标尺（５）的半径相等；日光模拟弧形导轨（１３）的表面分布有导电触片（１５），日光模拟弧形导轨（１３）与箱体支撑架（１）的连接点处设有第一触头（２９）；灯具组件由平行光灯具和灯具夹具（１８）构成，灯具夹具（１８）能够沿日光模拟弧形导轨（１３）滑动，灯具夹具（１８）内部设有一端与灯源连接，另一端与所述导电触片（１５）连接的第二触头（１６），第二触头（１６）通过导电触片（１５）与第一触头（２９）相连通；　影像采集器由视频支撑架和安放于视频支撑架的摄像头（２７）构成，视频支撑架连接在箱体支撑架 （１）的底框上，用于调整摄像头（２７）的空间位置；　滑动作业台包括承载平台和位于其底部的滑轮，遮光布罩用于套在实验箱主体上遮蔽外光。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：雷祖康，谭刚毅，刘勇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]