Transformando el diseño de iluminación con realidad extendida

Esta revisión examina cómo la tecnología de Realidad Extendida (XR) se puede usar para crear diseños de Iluminación Inteligente en edificios. La iluminación inteligente es una idea nueva que se ha probado en muchos espacios comerciales en los últimos diez años. El objetivo es entender cómo XR puede mejorar el diseño y la planificación de sistemas de iluminación en edificios inteligentes. Revisamos un total de 270 trabajos de investigación desde 1968 hasta 2023 para recopilar información.

Empezamos discutiendo la historia del diseño de iluminación y los métodos de modelado clave. Luego explicamos cómo la simulación de iluminación se integra en entornos inteligentes y la tecnología XR. Por último, discutimos las últimas tendencias y desafíos en este campo.

#Antecedentes

Desde hace más de 500 años, los investigadores han estudiado cómo la luz afecta nuestra visión. Figuras notables como Leonardo da Vinci y Antony van Leeuwenhoek han hecho contribuciones significativas a nuestra comprensión de la luz. En los últimos años, ha habido un interés creciente en cómo la luz puede afectarnos más allá de la percepción visual, incluyendo nuestro estado de ánimo y bienestar. La iluminación centrada en el ser humano es un término que se refiere a una iluminación que considera tanto los efectos visuales como los no visuales, buscando mejorar nuestra salud física y mental.

A medida que la tecnología avanza, se necesitan mejores modelos y simulaciones para entender cómo la luz afecta los entornos. XR es una tecnología que ofrece nuevas formas de estudiar los efectos de la iluminación. Esta revisión tiene como objetivo proporcionar información sobre los enfoques tradicionales y modernos de la simulación de iluminación que utilizan XR.

#Realidad Extendida (XR) y Entornos Construidos Inteligentes (SBE)

XR incluye tecnologías como la realidad virtual (VR), la realidad aumentada (AR) y la realidad mixta (MR). Estas tecnologías fusionan el mundo real con elementos digitales para crear experiencias inmersivas. Sin embargo, la forma en que los investigadores y profesionales usan estos términos puede llevar a malentendidos.

Los entornos construidos inteligentes (SBE) son espacios que utilizan tecnologías avanzadas como el Internet de las Cosas (IoT) para mejorar el rendimiento de los edificios y la comodidad del usuario. XR puede contribuir significativamente al diseño de iluminación en estos entornos.

La iluminación juega un papel crucial en cómo se perciben y utilizan los espacios. Afecta el uso de energía, la comodidad del usuario e incluso el bienestar mental. Al usar XR, arquitectos y diseñadores pueden crear simulaciones virtuales para probar diferentes diseños de iluminación. Esto les ayuda a tomar mejores decisiones, evitar errores y reducir costos.

#Desafíos en el Diseño de Iluminación XR

A pesar de sus ventajas, usar XR para el diseño de iluminación viene con desafíos. Estos incluyen los altos costos del equipo XR, preocupaciones sobre la privacidad de datos y una falta de estándares y directrices claras para usar XR en edificios inteligentes. Sin embargo, los beneficios de usar XR incluyen iteraciones de diseño más rápidas, ahorros en costos y experiencias mejoradas para los usuarios.

Esta revisión tiene como objetivo proporcionar un recurso útil para aquellos interesados en usar XR para mejorar el diseño de iluminación en edificios inteligentes.

#Metodología de Investigación

Una revisión sistemática de literatura (SLR) ayuda a identificar, analizar y resumir investigaciones previas sobre un tema específico. El objetivo es responder preguntas de investigación específicas y encontrar vacíos en el conocimiento.

Nos enfocamos en cómo las tecnologías XR se aplican al diseño de iluminación inteligente y los factores que afectan las experiencias de los usuarios en hogares inteligentes. Para lograr esto, seguimos la metodología PRISMA, un enfoque ampliamente aceptado en la realización de revisiones sistemáticas.

#Objetivos de Investigación

Los principales objetivos de investigación son:

1. Investigar las tendencias actuales en iluminación inteligente y herramientas de simulación de iluminación.
2. Revisar la aplicación actual de XR en el diseño de iluminación inteligente.
3. Explorar cómo los sistemas de iluminación inteligente pueden mejorar el bienestar y la comodidad del usuario.

#Preguntas de Investigación

Buscamos abordar las siguientes preguntas de investigación:

1. ¿Cuáles son los últimos desarrollos en herramientas de simulación de iluminación?
2. ¿Cómo se puede usar la tecnología XR para modelar sistemas de iluminación en SBE?
3. ¿Cuáles son los efectos psicológicos de la iluminación en el comportamiento humano?

#Estrategia de Recolección de Datos

Para recopilar estudios relevantes, usamos palabras clave específicas relacionadas con entornos construidos inteligentes, tecnologías XR y diseño de iluminación. Buscamos en varias bases de datos, incluyendo la ACM Digital Library y IEEE Xplore.

Después de recolectar artículos potenciales, establecimos criterios de inclusión y exclusión para asegurarnos de que los estudios seleccionados fueran relevantes y creíbles.

#Estado Actual de las Herramientas de Simulación de Iluminación

El campo del diseño de iluminación inteligente está evolucionando rápidamente y se utiliza en sectores como la arquitectura y el entretenimiento. A diferencia del diseño de iluminación tradicional, la iluminación inteligente ofrece nuevas funcionalidades. Por ejemplo, puede crear diferentes ambientes, aumentar el ahorro de energía y enfocar la luz en áreas concurridas mientras reduce la luz en zonas menos pobladas.

La simulación de iluminación es un método complejo pero beneficioso para los diseñadores. Permite comparaciones más rápidas de varios escenarios de iluminación sin necesidad de usar modelos físicos. Ejemplos de herramientas de simulación comúnmente utilizadas incluyen MATLAB, EnergyPlus y Radiance.

#Desarrollos Históricos en Simulación de Iluminación

Los primeros esfuerzos en simulación de iluminación se remontan a la década de 1970 cuando se aplicaron por primera vez métodos computacionales. A lo largo de los años, se han desarrollado herramientas y algoritmos para mejorar la precisión de las predicciones de iluminación. Hoy en día, la simulación de iluminación es cada vez más esencial para cumplir con los nuevos códigos de construcción y certificaciones.

Los principales tipos de métodos de simulación de iluminación son:

• Cálculos directos de fuentes de luz.
• Algoritmos dependientes de la vista, como el trazado de rayos.
• Algoritmos dependientes de la escena, que se centran en atributos particulares de la escena.

#Herramientas para Simulación de Iluminación

Basado en nuestro análisis de la literatura, se utilizan diversas herramientas de simulación para el diseño de iluminación:

• MATLAB: Ampliamente utilizado para cálculos relacionados con sistemas de iluminación.
• EnergyPlus: Se enfoca en el consumo de energía en edificios.
• Radiance: Conocida por su capacidad para simular efectos de luz natural.

Muchos estudios han combinado estas herramientas para obtener mejores resultados. Por ejemplo, usar tanto EnergyPlus como Radiance ofrece una visión integral del uso de energía y el rendimiento de la iluminación.

#Herramientas de Simulación Integradas

Las herramientas integradas están ganando popularidad. Por ejemplo, los estudios han combinado EnergyPlus con otras plataformas como MATLAB para mejorar el análisis de la iluminación y el uso de energía. Estas herramientas permiten a los diseñadores considerar múltiples aspectos de los entornos de construcción.

#Aplicaciones de la Realidad Extendida en el Diseño de Iluminación

#Usando XR en Iluminación Inteligente

Las tecnologías XR ofrecen oportunidades únicas para los diseñadores de iluminación. Con VR, los diseñadores pueden crear entornos completamente inmersivos donde pueden manipular las condiciones de iluminación. Esto permite ajustes y evaluaciones en tiempo real basadas en la retroalimentación del usuario.

AR se ha utilizado para superponer diseños de iluminación en configuraciones del mundo real. Esto puede ayudar a arquitectos y diseñadores de interiores a visualizar cómo sus elecciones de iluminación afectarán los entornos reales antes de hacer cambios permanentes.

#Realidad Mixta en el Diseño de Iluminación

La realidad mixta combina tanto AR como VR. Permite una mayor interacción y compromiso. Los diseñadores pueden observar cómo la iluminación interactúa con los espacios físicos y los usuarios en tiempo real.

#Efectos de la Iluminación en el Comportamiento Humano

La iluminación afecta significativamente las experiencias humanas en varios entornos. La investigación muestra que la luz impacta el estado de ánimo, la salud mental y el bienestar general. Aquí hay algunas áreas clave influenciadas por la iluminación:

#Estado de Ánimo y Emociones

La iluminación puede evocar sentimientos y respuestas emocionales específicas. Por ejemplo, luces brillantes y frías pueden energizar un espacio, mientras que luces cálidas y tenues crean una atmósfera relajante. Algunos estudios se centran en cómo la terapia de luz puede ayudar a mejorar el estado de ánimo y aliviar condiciones como el trastorno afectivo estacional (SAD).

#Rendimiento y Productividad

Los estudios indican que una iluminación adecuada mejora el rendimiento en tareas. Niveles de luz más altos suelen conducir a una mejor concentración y eficiencia. Entender la combinación adecuada de intensidad de luz y temperatura de color puede ayudar a crear entornos que aumenten la productividad.

#Interacciones Sociales

La investigación ha demostrado que la iluminación puede influir en las interacciones sociales. Por ejemplo, los espacios con poca luz pueden reducir el contacto visual y aumentar el tiempo de conversación, mientras que los entornos brillantes fomentan el compromiso.

#Percepción de Seguridad

La iluminación juega un papel crucial en cómo las personas se sienten de seguras en un espacio. Las áreas bien iluminadas animan a las personas a navegar con confianza y se asocian con tasas de criminalidad reducidas. Comprender la dinámica de la luz tanto en entornos interiores como exteriores puede mejorar la percepción de seguridad.

#Conclusión

El estudio del diseño de iluminación está evolucionando, especialmente con la integración de tecnologías avanzadas como XR. Esta revisión sistemática destaca la importancia de entender cómo la iluminación afecta las experiencias de los usuarios en edificios inteligentes. A medida que la tecnología sigue desarrollándose, la necesidad de herramientas y métodos de simulación confiables solo crecerá.

Los hallazgos de esta revisión buscan inspirar más investigaciones y exploraciones en la intersección del diseño de iluminación y entornos inteligentes. Al abrazar estas innovaciones, podemos crear mejores espacios que satisfagan las diversas necesidades de todos los usuarios.