在拉斯维加斯大道周围的建筑群中，Vdara® 酒店以独特的月牙形设计脱颖而出。虽然它极富视觉吸引力，但也因在酒店泳池休息区形成的焦散面而引发了诸多关注。由于这一外形设计，在一年中某些日期的某一时间段，特定位置的客人会被阳光严重晒伤。这里，我们模拟了 Vdara® 酒店中焦散面的成因。
解密焦散面
让我们先从这一场景开始。想象您正坐在厨房餐桌旁喝水、吃早餐，阳光从附近窗户中照射进来。听起来很像一天的完美开始，不是吗？继续享受这份闲适，喝下一口水之前，您不妨观察下由玻璃杯所折射的阳光。您可能也注意到了玻璃杯投影中那个明亮的弧形区域。
一杯水折射出的阳光焦散面。（“一杯水形成的焦散带来较强的太阳辐射” 照片由 Heiner Otterstedt 拍摄。已获得Creative Commons Attribution Share-Alike 3.0授权，并通过Wikimedia Commons分享）。
这一日常生活场景就是我们所能见到最基础的焦散面示例。“焦散”或“焦散面”是指空间中一组连续的点，点上的光强由于弯曲的表面或物体对光的反射或折射变得非常大。焦散面就像封袋一样，经反射或折射的光线在其中进行传播。
英文中焦散面（caustic）一词的词根是希腊语“kaustikos”，意即“燃烧的”，当一些光线被投射到另一个表面上时会变得非常强。有时，如此强的光线甚至会造成晒伤。这就是拉斯维加斯 Vdara® 酒店中的情形。
Vdara® 酒店案例
Vdara® 酒店于 2009 年 12 月 1 日正式营业。它是 CityCenter™ 城市综合体的一部分，有 57 层，面积为 1,600,000 平方英尺，总共提供 1,495 间酒店公寓，还有一座两层的 SPA 和沙龙、一间咖啡馆，以及带休息区的游泳池。酒店之所以选择交错状圆弧设计，是为了呼应马路对面 Aria® 赌场酒店的弧形设计。
拉斯维加斯 Vdara® 酒店。（“Vdara 酒店图片，拉斯维加斯，内华达州”- 图片由 Cygnusloop99 自行拍摄。已获得Creative Commons Attribution Share-Alike 3.0授权，并通过Wikimedia Commons分享）。
酒店的反射外立面和凹面设计很有吸引力。但在 2010 年 9 月，客人们开始抱怨在酒店泳池边休息时被太阳严重晒伤，设计的问题就开始暴露出来。酒店的设计会反射和聚焦太阳光线，从而在泳池边的特定区域形成高强度辐射区。某些时候，辐射会变得非常强，不仅会造成晒伤，还会造成塑料杯、人字拖，以及杂志等的融化。一天中，泳池休息区中的光线聚焦区域以及光线强度会发生变化。由于全年中太阳高度角会不断变化，所以这一现象仅会在一年中某个时间段内造成问题。
根据CNN 2010 年的文章，酒店开业前，酒店设计师就曾尝试通过贴膜来阻止可能出现的太阳光聚焦。这大约减少了 70% 的问题。不过在夏季高温期以及一天中的特定时间段，仍需要在酒店泳池休息区安装额外的遮阳设备来提供保护，比如更大的遮阳伞。
焦散面的影响显而易见，如果我们能可视化晒伤事件报道期间（时间和日期）的泳池区域焦散面的形成会如何呢？为实现这一点，我们借助案例库中已有的一个射线光学模块模型。该模型基于 M Vollmer和 K-P Möllmann 的论文“摩天楼映反射造成的焦散面效应：仿真和实验”而创建。
模拟焦散面的形成
Vdara® 酒店所形成的焦散面模型针对 CityCenter™ 城市综合体的一小块区域，其中包含 Vdara® 酒店和 Aria® 赌场酒店。在模型中，入射的太阳辐射在 Vdara® 酒店的外立面发生反射，转而射向酒店的泳池休息区。
Vdara® 酒店的太阳光入射通量
随着光线在凹面发生反射，反射波前的主曲率半径值开始变小。这些曲率半径对应每条光线到附近焦散面的距离，当光线在弯曲边界发生反射或折射时，这些曲率半径就会改变。光强随主曲率半径的变小而增大。
最终，一个或两个主曲率半径接近零，并在焦散面上形成一个点。这些点上的光强实际不会达到几何光学近似中所预测的无限大，但仍会变得相当大。这些焦散面附近区域照射热通量非常高，可能会导致大面积晒伤。
模型中使用了受照面边界条件，直接描述酒店立面反射出的太阳光线，而非分析整个太阳辐射环境，这提高了建模效率。通过附加的累加器特征，每道光线的强度都被投射到泳池和周围休息区的边界网格单元上。在仿真中加入该特征，更易于可视化焦散面与地面的交叉点。
结果
下方的绘图显示了光线在 Vdara® 酒店发生反射后的轨迹，箭头显示了入射太阳辐射的方向。太阳辐射的方向复现了酒店泳池在 9 月上午 11:30 的情形。光线在酒店弧面发生反射后，由于光线在泳池休息区的某些区域聚焦，光强开始增大。
绘图显示了光线轨迹，以及太阳光辐射的方向矢量（黄色箭头）。
以下动画（由我的同事 Ruud Börger 创建）显示了 2010 年 9 月上午 11:30 到下午 1:00 间投射到泳池区域的光强。正如您看到的那样，高强度区域最早出现在泳池靠近停车场的区域，然后向着马路的方向扫过泳池休闲区。
下一步
- 自己动手操作：下载Vdara 酒店所产生的焦散面模型
- 有关射线光学模块的简介，请阅读近期发布的相关博客。
Aria、CityCenter 和 Vdara 都是 CityCenter Land, LLC 的商标或注册商标。
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