Application du principe de simulation inverse

Nous avons choisi notre objet d’étude, les ouvertures, et nous présentons ici l’application du principe de simulation inverse dans la conception architecturale. Nous pouvons imaginer enrichir les outils d’aide à l’esquisse par l’intégration de la simulation inverse de l’éclairage naturel, pour passer d’une description

CHAPITRE4 : POSITIONNEMENT

géométrie est vue comme une relation entre l’environnement et l’éclairage naturel, qui génère un potentiel d’ouverture dans cette géométrie. La simulation inverse de l’éclairage naturel serait un moyen de montrer ce potentiel d’ouverture de la géométrie.

Nous proposons une méthode pour maîtriser certains paramètres géométriques du bâtiment à partir de l’éclairage naturel. L’idée d’approximation qui existe lors de la conception est conservée dans cette méthode pour explorer des solutions potentielles. L’intégration de la notion de simulation inverse dans l’esquisse architecturale soulève la question de l’approche du problème de simulation inverse. Dans notre approche, l’ouverture est elle-même considérée comme une source de lumière naturelle, et la simulation inverse comme une recherche d’émittance des sources de lumière.

Approximation

Les travaux précédents négligent la notion d’incertitude dans la conception. Cette notion est très présente dans la conception architecturale, qui est un cheminement orienté par des intentions. Certaines techniques de simulation de la lumière sont pourtant adaptées à l’évolution de la précision des calculs. La radio-sité hiérarchique [Hanrahan et al., 1991] est utilisée par Yu [Yu et al., 1999] pour retrouver les réflectances des surfaces, mais ce dernier l’exploite principalement pour son efficacité et non pour son caractère progressif.

Une méthode intégrant la notion d’approximation permettrait de suivre naturellement la maturation du projet. Nous proposons de faire le calcul de certaines propriétés géométriques de l’ouverture sans pour autant aboutir forcément à une solution géométrique. Cette démarche constitue une aide à la conception qui donne une orientation pour progresser dans le raisonnement, et non une aide au dessin.

4.1 DE L’INTENTION À L’OUVERTURE

L’ouverture comme source intermédiaire de lumière naturelle

La simulation inverse de l’éclairage peut être exprimée par les interrogations suivantes : d’où vient la lumière et en quelle quantité ? Étant donné que l’éclairage vient d’une source de lumière naturelle, la question est de savoir si l’on voit ou non cette source de lumière naturelle. C’est un problème de visibilité des sources de lumière naturelle. Cette visibilité est déterminée par les propriétés géométriques des ouvertures. Le problème de simulation inverse de l’éclairage naturel serait donc un problème de géométrie inverse. Or, la recherche de ces propriétés géométriques est complexe car les combinaisons de formes, de tailles et de positions des ouvertures sont très nombreuses. C’est pourquoi la question de la visibilité est généralement négligée dans les problèmes de géométrie inverse.

En revanche, cette question de visibilité est prise en compte dans les problèmes d’éclairage inverse. Si l’on considère l’ouverture comme une source intermédiaire de lumière, alors la recherche de la géométrie de l’enveloppe peut être vue comme un problème d’éclairage inverse. La difficulté posée par cette approche est liée aux propriétés des sources de lumière naturelle, qui sont étendues et de nature hétérogène (proche ou distante). Cela donne aux ouvertures, en tant que sources intermédiaires de lumière, un caractère anisotropique qui doit être pris en compte pour conserver toutes les nuances de l’éclairage naturel.

Si l’on considère ce problème comme un positionnement de sources intermédiaires de lumière naturelle, la position influence aussi les propriétés d’émittance de ces sources. En effet, le déplacement d’une ouverture sur une

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l’ouverture. Cette propriété de transparence est liée aux matériaux qui composent l’enveloppe du bâtiment : opaque pour les murs et transparent pour les ouvertures. Les propriétés géométriques de l’ouverture dépendent directement de la frontière entre les élément opaques et transparents. Le problème de simulation inverse de l’éclairage naturel peut donc s’exprimer sous la forme d’un problème d’éclairage inverse, et plus précisément de recherche d’émittance de sources anisotropiques.

4.2 HYPOTHÈSES

4.2 Hypothèses

La démarche précédente est concrétisée par la proposition de deux hypothèses, qui permettent de mettre en œuvre les principes de la conception par l’intention d’ambiance lumineuse à travers la simulation inverse de l’éclairage naturel.

La première hypothèse concerne les moyens d’expression des intentions d’am-biance lumineuse. La visualisation de la lumière elle-même facilite l’expression des intentions. En effet, cette visualisation vient s’ajouter à la représentation de la scène pour comprendre la relation entre la lumière et l’espace, et les conditions d’émergence d’une ambiance lumineuse. Une intention d’ambiance lumineuse peut alors être exprimée non seulement par une répartition lumineuse spatiale et temporelle de l’éclairage naturel, mais aussi par des descripteurs de contraste ou de direction. Le moyen d’expression de l’intention est basé sur une interface graphique et l’action sur les paramètres visibles.

La deuxième hypothèse considère l’ouverture comme une source de lumière et propose un modèle d’éclairage inverse pour rechercher l’émittance de sources anisotropiques. En comparant la lumière apportée par les ouvertures potentielles avec la description de l’intention d’ambiance lumineuse, nous pouvons dégager des indications sur les propriétés géométriques et photométriques des ouvertures. C’est une formalisation de la relation entre la lumière et l’espace par la simulation inverse de l’éclairage naturel. Ce modèle constitue une aide à la conception par l’intention d’ambiance lumineuse car elle ne donne pas une solution définitive,

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