统计指出，在疫情之前，许多企业员工有90%的时间都在室内办公。随着疫情的全世界传播，这一状况正在加剧。这无疑对人们的健康产生了不利影响。没有充足的日晒会导致维生素D和血清素水平降低，这最终会导致人产生抑郁情绪、生产力低下、睡眠质量差，甚至增加患癌症的风险。

大阪大学工程研究生院的建筑师兼研究员Muhammad Hegazy针对此问题提出了一项解决方案。自2018年以来，他与副教授Kensuke Yasufuku和教授Hirokazu Abe合作，探索如何使用虚幻引擎帮助建筑师在最大限度地利用自然光。

他的研究成果是以人为中心的照明系统，该系统获得了多个国际奖项，并在众多出版物和会议上亮相（其中包含IEEE虚拟现实会议，威卢克斯日光研讨会、BuildSim北欧会议和《亚洲建筑和建筑工程杂志》）。

Hegazy解释到：“一旦建筑建成，改善照明系统将变得复杂且昂贵。相反，如果在建筑设计初期就能明确地确定下整个建筑的照明系统，这样建筑师就可以在施工开始前选择较为合理的照明设计。”

为了找出什么样的照明系统使人们以最为舒适光照进行工作，建筑的照明系统设计师和研究人员通常会渲染一个建筑空间的全景HDR图像，然后他们会向建筑使用者发送一份问卷，问卷中会提及使用者对不同照明类型的感受。而如今他们面临的问题则是，2D的图像和现实世界的建筑之间往往有很大的差异——尤其是随天气或一天中因不同时间等因素而实时变化的光照。

“我希望我们的项目能够超越这些关于HDR研究的局限，”Hegazy继续说道。“我意识到虚幻引擎正在成为实时建筑可视化的首选工具，我发现该引擎对基于物理的照明（包括阳光和天光）的实现在真实感方面远远优于任何其他解决方案。由于此方案需要代替静态的HDR图像，我决定使用虚幻引擎来创建一个虚拟的环境，体验者们可以在其中穿行，互动和进行实时定制。我希望他们能够在体验虚拟空间的同时为我们提供对此套照明系统的反馈。”

检验理论

Hegazy创建了一个沉浸式可视化系统，用于在VR中感知日光，他认为这将有助于照明设计师和建筑师更快地创造更健康的室内空间。为了测试这个系统，他决定以路易斯·康的金贝尔艺术博物馆为原型创建虚拟模型，该艺术博物馆以精致复杂的照明设计而闻名。

“创建博物馆的虚拟模型很棘手，”Hegazy回忆道。幸运的是，由于博物馆使用的是废弃建筑建造而成，这让Hegazy可以依靠大量可用的技术图纸和文档来为自己提供参考。通过使用这些参考，他在AutoCAD中创建了建筑的2D平面图，然后将其导出到3ds Max以创建3D几何图形和初步材质。

当一切都创建完成，下一步就是将模型从3ds Max转移到Unreal Engine。“使用DataSMIth插件非常容易，它可以正确地将所有网格从从3ds Max导出到虚幻引擎，而不需要太多优化，”Hegazy解释道。“然后，我们使用SunSky在虚幻引擎中精确设置太阳的位置、亮度和色调。在此之后，我们使用蓝图功能为体验我们虚拟博物馆的人们创建了大量的可互动选项，如行走、跳跃或改变一天内的时间等。这意味着我们可以在不同的照明条件下提供更丰富的空间体验，而无需编写C++代码。”

除了奔跑、跳跃和时间转换，在VR中体验Hegazy虚拟博物馆的用户还可以拍摄空间快照，然后他们可以对每个镜头中的照明感知给出实时反馈。作为必要的验证步骤，该项目的第二阶段是对真实博物馆中的日光感知进行比较研究，Hegazy使用相同的时空设置将其与虚拟复制品进行比较。

创造更健康的室内环境

在博物馆项目结束时，Hegazy发现，尽管VR硬件在视野和亮度方面有所限制，但体验者们在对虚拟空间的日光感知与真实空间中并没有明显差异。两种环境中的体验者们都指出了相似的兴趣区域，并根据亮度对它们进行了相似的评级。

“这一发现非常重要，因为它证实了虚拟环境是改善建筑空间照明的一种准确方式，”Hegazy解释道。“这不仅有可能极大地有益于现实世界中我们的精神和身体健康。这也意味着我们现在拥有了在元宇宙中通过虚拟环境构建下一代体验所需的现实主义和互动水平。”

在Hegazy看来，随着虚幻引擎5的动态全局照明和反射系统Lumen的引入，这项研究将得到进一步的推动。

“Lumen不仅是游戏行业的规则改变者，它的革命性方法也可以在archviz和照明设计方面有很好的应用，”Hegazy说。“在我们的工作中，光表现的准确性和个人体验的沉浸感对于准确的反馈是至关重要的。借助Lumen，我们可以获得实时动态照明，而不会像过去那样影响性能。”

虚幻引擎直接的用例包括模拟一整天的光照和天气条件，这让我们不再局限于正常的日光场景。虽然这些变化最初可能是由团队推动的，但Hegazy认为，在未来，交互式工具将内置于模拟中，因此体验者可以随时改变条件，并方便研究者在更广泛的变量下记录体验者的体验反馈。

“我们创造的场景越有活力，我们就能获得越多关于人们如何与场景互动的数据。虚幻引擎将帮助我们更快地实现这一目标。”Hegazy说道。