第二章-环境艺术照明设计基础PPT课件

第2章环境艺术照明设计基础 目录1光与视觉 知觉1 1视觉的基本概念与性质1 2视觉对光的反应2光与色2 1光与色的基本概念2 2光线对色彩的影响2 3照明设计中一般的色彩处理方式 3光的基本性质4光的度量4 1光的度量4 2亮度的限界4 3最佳墙面亮度4 4最佳顶棚亮度4 5照明的均匀性4 6最佳亮度值5眩光的防止与利用5 1眩光的类型 1光与视觉 知觉 光线让我们识别周围物体的形状 色彩 运动等的特征与状态 这样的感知是通过人的眼睛 即人的视觉完成的 人通过光感受到物体的立体感 质量 色彩以及在空间中的位置等等 可见人的视觉是依赖于光而产生的 那么光与视觉之间的关系是怎样的呢 如何对光进行合理科学的设计 才能满足人的生理和心理的需求 我们将从两个方面来讨论 1 1视觉的基本概念与性质1 2视觉对光的反应 1 1视觉的基本概念与性质 1 视力 观看的能力与识别的力量 2 视野 人的视觉有一定的范围 称之为视野或视场 在正常亮度范围内人的视野将随亮度的提高而增大 但当亮度过高时 由于瞳孔的缩小反而会使视野变窄 同时视野还随颜色 对比 物体的动或静 物体的大小以及人种等不同而产生变化 3 恒常现象 一个物体在照明的性质与强度发生变化的情况下 人对该物体还保持着原有的认知状态 这种现象就叫恒常现象 如白天在室外阳光下看植物的颜色是绿色 夜晚在灯光下感觉仍然是同样的绿色 4 后像 物体对人的视觉神经刺激消除之后 在视网膜上仍然残留着原物体的影像 这种现象称为后像 后像一般又分为正后像和负后像 正后像也叫积极后像 是与原物体的亮度和色调相同的后像 负后像也叫消极后像 是与原物体的亮度和色调正好相反的后像 一般情况下 刺激消失后两种现象交替出现 但是感觉到正后像的现象是较少的 5 视觉及知觉 视觉定义为 眼睛所察觉的 或 看见或察觉的知觉 知觉广义地定义为 心理和感受带来的 理解 变为对光线的视觉 听觉或其他感受 6 视觉疲劳 当人长时间在恶劣的照明环境下进行工作 容易引起视觉疲劳 疲劳可分为全身疲劳和眼睛局部疲劳 全身疲劳主要表现为以疲倦 食欲不振 肩上肌肉僵硬麻木等为主的自律神经失调的症状 眼睛疲劳表现为眼睛痛 头痛 视力下降等症状 眼睛局部的疲劳往往是全身疲劳的起因 视功能疲劳的增加会随着照度的增加而得以改善 但也有基本范围 照度在500lx以下时 容易出现上述疲劳状况 500 1000lx的照度范围适合于绝大多数连续工作的室内作业场所 1000lx以上的照度对改善视功能 缓解视疲劳没有多大好处 lux是物理学上的 照度单位 照度是反映光照强度的一种单位 其物理意义是照射到单位面积上的光通量 照度的单位是每平方米的流明 Lm 数 也叫做勒克斯 Lux 1Lux 1Lm m2 1 2视觉对光的反应 1 识别阈限 识别阈限的概念 视觉系统极其复杂 它有很大的自调能力 但这种能力有一定的限度 即视觉器官可以在一个较大的强度范围内感受到光的刺激 但同时也存在一个最低的限度 当低于这一限度时 就不再能引起视觉器官对光的感觉了 能引起光觉的最低限度的光量 就称为视觉识别的阈限 一般用亮度来度量 故又称为亮度阈限 影响视觉的亮度阈限的因素 视觉的亮度阈限与诸多因素有关 与目标物的大小有关 目标越小 亮度阈限越高 目标越大 亮度阈限越低 与目标物发出光的颜色有关 对波长较长的光 如红光 黄光 亮度阈限值要低些 对波长较短的光 如蓝光 阈限值就越高 与观察时间有关 目标呈现时间越短 亮度阈限值就越高 呈现时间越长 亮度阈限值就越低 一般情况下 亮度超过106cd m2时 视网膜可能被灼伤 所以人只能忍受不超过106cd m2的亮度 2 明适应人的眼睛可以在直射的阳光下看见物体 也能够在月光下看见物体 同时人的瞳孔在不同的亮度下会发生大小的变化 这种变化会调节进入瞳孔的光线量 而且人眼还具有呈幅度地增强视网膜灵敏度的能力 3 暗适应当人从明亮的环境一下子进入黑暗的环境时 在最初的一段时间里 什么也看不见 在逐渐适应黑暗后 才能区分周围物体的轮廓 这种从亮处到暗处 人的视觉阈限下降的过程就称为暗适应 一般人要在黑暗处停留30 40分钟 视觉阈限才能逐渐稳定在一定的水平上 因此 在实际照明设计中 要考虑到人眼的明适应和暗适应的特征 加强过渡空间与过渡照明的合理安排和设计 才能避免视觉障碍情况的发生 4 视觉灵敏度视觉作业越困难 需要的光线就越多 虽然人眼的适应能力使人有可能在非常低的照度水平下工作 但是要有效地完成复杂的工作 这种照度水平是不够的 因此 较高的照度水平更适于复杂的视觉作业 视觉灵敏度 或分辨细节的能力 与物体上的照度水平直接相关 还与物体与它的背景或环境有关 眼睛要辨别目标物 实际上是需要将它与之所置入的背景做比较才可能实现 目标物与背景之间要有一定的差异 才容易被辨认 这种差异有两种 一种是目标物与背景具有不同的颜色 另一种是目标物与背景具有不同的亮度 在工作时 视觉作业和背景之间满意的关系是 视觉作业的亮度是背景的3倍 还不应忘记亮度和物体颜色的反射系数有关 例如 如果视觉作业的反光系数低 要保持它与背景的亮度为3 1的关系 就需要增加视觉作业上的光线数量 建筑物的功能决定所需的光线数量 一些建筑物或建筑物内部区域需要高的照度水平以满足使用者的视觉需要 而另一些区域需要较低的照度水平 如下例 储藏20lx锅炉房100lx教堂的正殿100 200lx住宅中的起居室100 300lx学校教学处300lx办公室 计算机房300lx一般办公室500lx精密电气安装1000lx医院手术台 局部区域 15000 30000lx 室内照明标准 英国照明学会 1994年照度水平的变化范围很大 从最低的20lx到最高的30000lx 光线的需要取决于视觉做业的难度 老年人需要较高的照度水平 对不同的照明方式做评价时 不要忘记所选择的系统必须既要满足使用者的情感需要又要满足其视觉需要 使用者对空间的感知与视觉的需要同等重要 5 识别速度光线进入眼睛 作用于视网膜并形成视觉 这个过程是需要一定时间的 识别速度是指从看到物体到识别出它的外形所需时间的倒数 即1 t 一般用秒计算 识别速度与照明有直接关系 良好的照明条件可以缩短形成视觉所需的时间 即提高了视觉识别速度 从而提高了工作效率 与识别速度有关的因素 识别速度与目标物尺寸 即视角大小 亮度对比 环境亮度 或背景亮度 有关 在一定的环境亮度下 物体越大 识别速度越快 而亮度对比变大时 识别速度也会变快 当物体尺寸一定时 提高亮度可以提高识别速度和准确度 合理的照明水平为150lx 当亮度对比下降或物体变小时 维持原视觉水平所需的照明水平也需提高 视力 视觉灵敏度 识别速度这三项指标与视觉机能有着密切的联系 而环境的亮度对它们会产生直接的影响 比如 一间采光不好的房间 如果有适宜的辅助照明设备 人的视觉机能立即会得到改善 2光与色 人类是在自然状态下进化的 因此我们本能地相信在昼光下所看到的物体的颜色 而人工光源所产生的颜色虽然已经大大得到改善而没有早期电灯所产生的失真 我们仍然相信在 光线 下的颜色 这里所说的 光线 指自然光 自然光是颜色的参照物 因为所有其他形式的光线都或多或少地改变了所看到的颜色 在昼光下看到的颜色被认为是真正的颜色 照明工程师与设计师在设计室内照明时要想圆满地解决可能出现的各种问题 就需要对色彩及其在室内的作用有基本的了解 2 1光与色的基本概念 1 色相 指红 黄 蓝等的有彩色所具有的属性 2 彩度 是颜色的鲜艳程度 3 明度 指颜色的明亮程度 4 色表 观察光源本身时所得到的颜色印象 5 色温 这个术语是用来描述光源的色表的 黑体是特殊形式的热辐射体 用普朗克定律可以计算出它在各种温度时的光谱辐射分布 光源与黑体颜色相同时 该黑体的温度就称为光源的色温 黑体在800 900K温度时的颜色为红色 3000K时为黄白色 5000K时白色 在8000 10000K之间时为青蓝色 6 显色性 光源的显色性是指光源显现物体颜色的特性 它以显色指数CRl表示 CRl的最大值为100 值越高 表示光源的显色性能越好 所照物体颜色表现越逼真 国际照明委员会 CIE 将灯具的显色性分为5个组 这里标出了他们与显色指数 CRI 的关系 1A准确的色彩匹配CRl90 1001B良好的显色性CRl80 892一般的显色性CRl60 793微弱的显色性CRl40 594差的显色性CRl20 39 lA类 除了钨丝灯及卤钨灯外 很少有其他种类的光源能达到这一标准 仅有某些专业荧光灯和金卤灯可以达到这项标准 专用于绘画作品检测的光源 1B类 三基色荧光灯属于这一等级 它适用于商业及工业照明等色彩要求比较严格的场所 另外 紧凑型荧光灯 某些金卤灯和白SON灯也属于这一范畴 2类 该类光源用于显色性不太重要的场所 如某些商业场所 包括普通荧光灯和金卤灯 3类 该类光源包括的种类很多 它的显色性能很差 包括高压汞灯和钠灯 4类 最后 在显色性不太重要的地方 标准的高压汞灯和低压钠灯还是令人满意的 显色指数有15种颜色 15种颜色名称 R1 淡灰红色 R2 暗灰黄色 R3 饱和黄绿色 R4 中等黄绿色 R5 淡蓝绿色 R6 淡蓝色 R7 淡紫蓝色 R8 淡红紫色 R9 饱和红色 R10 饱和黄色 R11 饱和绿色 R12 饱和蓝色 R13 白种人肤色 R14 树叶绿 R15 黄种人肤色 取前8种常见颜色的显色指数的平均值 记为Ra 表征此光源显色性当光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波时 会使颜色产生明显的colorshift 色移 色差 色差程度越大 光源对该色的显色性越差 直属 Ra 等级显色性一般应用 90 100 优良需要色彩精确对比的场所80 89需要色彩正确判断的场所60 79 普通需要中等显色性的场所40 59对显色性的要求较低 色差较小的场所20 39 较差对显色性无具体要求的场所白炽灯的理论显色指数为100 但实际生活中的白炽灯种类繁多 应用也不同 所以其Ra值不是完全一致的 只能说是接近100 是显色性最好的灯具 具体灯具的Ra值可见下表所举 光源显色指数Ra 白炽灯97日光色荧光灯80 94白色荧光灯75 85暖白色荧光灯80 90卤钨灯95 99高压汞灯22 51高压钠灯20 30金属卤化物灯60 65钠铊铟灯60 65镝灯85以上 CIE色彩组和显色指数 CRI 有关的灯的类型 当选择一种灯时 有必要保证它的显色性处于可接受的范围内 除了这些之外 建议选择装饰材料时要在昼光和可选的灯光下都看一下 常用光源的对比数据 几种主要光源的对比数据 2 2光线对色彩的影响光线的重要性还在于它本身的颜色以及它对各个物体和表面的固有色的影响 我们可以把绝大多数的光看做白光 不同光的光谱分布由光源的性质而定 最均衡的白光是中午的日光 清晨的日光颜色在紫色至红色之间 随着时间的推移 从橙色黄色系列转变成中午的青白色 日落时则变成橙色及红色 人工光源的光谱分布由灯的性质决定 例如白炽灯发出黄白色的光 而冷白色的荧光灯发出青白色的光 光源色谱决定物的颜色 物体所显现的颜色是其表面反射自己的主色调的结果 也是它吸收了照射光线的其他色彩所致 光源色谱很重要 因为如果某种颜色的波长消失了 该色便不能反射出来 在这种光线照射下任何物体表面的该种颜色均消失 光的特性与色彩之间的关系 1 显色性与色表之间的关系 光源的显色性是不能从光源的色表来估计的 两种光源可能有同样的色表 但却有完全不同的显色性 同样 两种光源可能有显著不同的色表 但是 在某种情况下 它们可能产生同样令人满意的颜色显现 了解这种似乎有点矛盾的现象是如何发生的 会有助于我们对颜色本质的理解 2 光源和物体的联系经验表明 研究结果也证实 所用光源的光色和亮度对室内各物体表面的色彩有很大的影响 蓝色表面在黄色光的照射下可能会呈现绿色 所以在一些特殊的场所 如需要对颜色做出准确判断的场所 光源的显色性特别重要 必须慎重选择相适应的光源 3 不同色温下的光源具有的特性 及其使用范围 4 特殊温度环境下对光色的应用 在视觉作业下创造何种照明效果 5 在日常生活中 如何判断人工光源的显色性 6 不同场所所需何种显色性的光源 7 光源显色值得高低对物体颜色的影响 8 在实际运用当中 Ra值为100的光源不一定就意味着颜色显现都是理想的 也不一定意味着Ra值较低的光源在颜色显现方面就总比参照光源差 实际上 在Ra值较低的照明环境中 肤色和其他物体色 如生鲜食品 蔬菜水果等 显得比日光照明光下更吸引人 在这种意义上 可以说它比参照光源更为 丰富 因此 在实际运用当中对光源的选择不但要凭经验 还要凭感觉 9 利用波长的长短给物体加强特定的颜色 2 3照明设计中一般的色彩处理方式 1 安全光源的选择 何种是 安全光源的选择 2 背景色的处理 如何选择室内三大界面的色彩 3 背景色对光源光色的影响 4 颜色喜欢的选择 5 大面积和小面积 6 不同性别选择不同色彩 7 8 9 主次选择 根据物体选择光源 光的特性 光的发射和传播可见光的波长由长到短排列 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 3光的基本性质 4 1光的度量概念 光的度量 又称测光量 是对光进行定量分析 测量 计算的物理量 几种基本的光的度量 1 辐射通量 光源在单位时间内发射或接收的辐射能量 辐射通量的符号是 e 单位是瓦特 W 2 光通量 光源的光输出量 实质是能够用眼睛来衡量的光的辐射通量 光通量的符号是 v 单位是流明 lm 3 发光效率 单位辐射通量所产生的光通量 称之为发光效率 单位是流明每瓦 lm W 4光的度量 4 发光强度 光源在指定方向上单位立体角内发出的光通量 或者称之为光通量的立体角密度 发光强度简称光强 符号是I 单位是坎德拉 cd 5 照度 光源输出的能量叫光通量 照度 指单位面积上接收的光通量 它反映了被照物体的照明水平 照度的符号是E 单位是勒克斯 LX 基本环境条件下被照表面的照度 在自然采光下的正常工作状态下所需的照度被照物体表面的照度 6 亮度 指单位面积上的发光强度 它反映了光源或物体的明亮程度 符号是L 单位是坎德拉每平方米 尼特 cd m2 或坎德拉每平方厘米 cd cm2 几种发光体的照度值 4 2亮度的限界 亮度限界 黑限和亮限亮度限界对人眼睛的影响 概念 不能把物体从黑暗的背景中区别出来的亮度最低限度 被我们称之为 黑限 物体表面过亮 使人产生不舒适的感觉时 称为 亮限 亮度对视觉的影响及其处理方式 在工作的作业面上 背景的亮度无论在什么位置都应低于作业面亮度 但不应低于作业面亮度的1 3 4 3最佳墙面亮度 最佳的墙面亮度 墙面不同的色彩其亮度不同在评价墙面亮度水平时 除了要考虑本身材料的光学特性 反射比 之外 还应该考虑墙面的色彩影响 灯具也占着很大的一部分 对于最常用的照度范围500 1000lx来说 普通墙的亮度应该大约在50 100cd m2之间 最有可能得到令人满意的亮度状态是 墙面照度与水平照度之比在0 5 0 8之间时 4 4最佳顶棚亮度 影响顶棚亮度的因素 1 顶棚的最佳亮度主要由顶棚灯具表面的亮度决定 2 顶棚的亮度还取决于顶棚的高度 在顶棚足够高 以致于在视觉范围之外时 它的高度对人的舒适感没有太大的影响 这时 顶棚的亮度就可以单纯根据实际需要来选择 而顶棚高度较低 使灯具暴露在视觉范围以内 如顶棚高度在3m左右 它的亮度应该有所设计和选择 避免眩光对人的影响 3 增加顶棚亮度可选用向上照明的灯具 在顶部灯具是完全嵌入式时 顶棚如单纯依靠地面的反射光照亮 就很难达到推荐的亮度 这里的关键是选用何种灯具 同时应该使顶棚有尽可能高的反射比 4 当照明灯具采用暗装时 顶棚表面的反射系数宜大于0 6 且顶棚表面照度不宜小于工作面照度的1 10 增加顶棚亮度的方法及亮度处理 4 5照明的均匀性 不同照明环境中的亮度与照度 1 室内平均照度为1000lx时 顶棚和墙的舒适亮度值分别约200cd m2和100cd m2 2 在室内照度范围的下端 500lx 顶棚的最佳亮度大约是墙面最佳亮度的4倍 在室内照度范围的上端 2000lx 顶棚和墙面的最佳亮度水平几乎相等 但在照明设计中 如果使顶棚亮度和墙的亮度相等 视觉效果就会感到单调 除非所用的颜色不同 3 办公室 阅览室等空间一般照明照度的均匀度 按最低照度与平均照度之比确定 其数值不宜小于0 7 4 分区采用一般照明时 房间内的通道和其他非工作区域 其一般照明的照度值不宜低于工作面照度值的1 5 局部照明与一般照明共用时 工作面上一般照明的照度值宜为总照度值的1 3 1 5 且不宜低于501x 4 6最佳亮度值 不同视觉环境下的亮度值 1 最小值人脸的最小亮度值 例如刚好可以辨认出脸部特征所需要的亮度值为lcd m2 刚好可以满意地看清脸部 不特别费力就能认出脸部特征所需要的亮度值为10 20cd m2 2 最佳值墙 顶棚 作业区域 人脸部的最佳亮度如下 墙 50 150cd m2顶棚 100 300cd m2作业区域 100 400cd m2人脸 250cd m2 3 最大值天空和灯具的最大亮度值如下 2000cd m2的亮度值标志着天空开始引起眩光 1000 10000cd m2是可以容许的灯具的最大亮度值 5眩光的防止与利用 眩光的概念 室内空间产生眩光的原因 窗口设计不当 建筑物内部表面和外面的天空产生极强的亮度对比而生成的自然光产生的眩光 还有建筑物内部人工光源产生的眩光 5 1眩光的类型 眩光的分类 直射眩光和反射眩光直射眩光分类 眩光可以是直射的 也可以是反射的 直射眩光有两种 失能眩光 不舒适眩光 那种眩光出现的多 直射眩光与灯具亮度的关系及处理方式 从灯具的下垂轴开始测量 最可能出现眩光的区域由下图定义 灯具在这个区域内的亮度保持一定限度 就可以避免眩光或至少使眩光保持在可接受的限度之内 如果亮度过强 产生眩光的可能性就大 房间面积过大 吊顶会有一部分进入人的视觉范围内 势必会使人看到灯具 如发光顶棚就是这种极端的情况 这时应把顶部的亮度限制在500cd m2左右 对于与垂直线成45 角或大于45 角方向可以看见光源的灯具 应该遮挡这些光源 避免直射眩光