V光环境视觉与光量单位解析实用教案

1、1全篇(qun pin)共分五讲：第一讲：光环境、视觉(shju)与光度量单位第二讲：颜色的 基本概念与光环境质量评价第三讲：天然光环境(一)-昼光光源与采光设计第四讲：人工光环境（一）-人工光源与采光第五讲：人工光环境（二）-室内环境照明设计第1页/共25页第一页，共26页。2第一讲：光环境、视觉与光度量(dling)单位光是一种光是一种(y zh(y zhn n) )电磁辐电磁辐射能射能人类的生活离不开光人类的生活离不开光第2页/共25页第二页，共26页。3主讲(zhjing)内容： 1.1、 光环境概述 1.2 、眼睛与视觉 1.3 、视觉特性 1.4 、基本光度量单位(dnwi)及其应

2、用 1.5 、材料的光学性质第3页/共25页第三页，共26页。4光环境(hunjng)的三种设计理念理念之一：设计空间就是设计光亮理念之二：对主动光源和被动(bidng)光源的理解理念之三：光环境中光与影的应用第4页/共25页第四页，共26页。5金贝尔美术馆-路易斯康 美术馆是一个(y )将天然采光设计和空间造型相结合的经典范例 ！第5页/共25页第五页，共26页。6设计(shj)理念之二：对主动光源和被动光源的理解人们(rn men)习惯上有这样一个认识，只有太阳、灯管、灯泡这些自身发光的才叫光源，而实际上被照亮的界面也是一种光源。-这是两种不同的光源，前者可称之为主动式光源，后者为被动式光

3、源；好的光学设计(shj)，应该让光的表现有非常强的目的性，每一种光都对应着一种实体，光照在物面上，把点光源变成了面光源，形成了室内亮度和景色的互动。第6页/共25页第六页，共26页。71.2 眼睛(yn jing)与视觉 光是一种能够在人的视觉系统上引起光感觉的电磁辐射(din c f sh)，光的波长范围为380nm780nm。波长大于780nm的红外线、无线电波等，以及小于380nm的紫外线、X射线等，人眼均感觉不到。第7页/共25页第七页，共26页。81.3 视觉(shju)特性视觉都是一个(y )极其复杂的系统，视觉系统有很大的自调能力，能对传递的信息自行调节到最佳清晰度。它具有以下

4、特性：1.3.1 亮度(lingd)阈限暗视觉：指在黑暗环境里（0.001cd/m2以下的亮度(lingd)水平），杆体感光细胞起作用，暗视觉只有黑灰白三色。相当于晚上暗处。明视觉：指在明亮环境中（大于3 cd/m2的亮度(lingd)水平），视网膜锥体细胞起作用，分辨颜色和细部。中间视觉：在3 -0.001cd/m2之间，相当于道路照明和居住区照明的明暗。人眼对光的适应范围远比人能够感受的温度变化大的多，其阈限为： 10-6cd/m2106cd/m22视野双眼不动视野范围在垂直方向的角度约为130，水平方向约为180视野周围12内的物体能在视网膜中心窝成像，清晰度最高，这部分叫中心视野。向外

5、30 是视野清楚区域第8页/共25页第八页，共26页。91.3.4 光谱(gungp)光视效率不同波长的光在视觉上形成不同的颜色，如700nm的光呈红光，580nm呈黄光，单一波长的光呈现一种颜色，称为单色光。在光亮环境中，辐射功率相等的单色光看起来555nm的黄绿光最明亮(mngling)；在较暗的环境里，510nm的蓝绿光最为敏感。第9页/共25页第九页，共26页。10光谱光视效率：国际照明委员会（CIE）根据(gnj)大量的实验结果，人眼观看同样功率的辐射，不同波长的光，感到的明亮程度不一样。人眼的这种特性常用光谱光视效率V()曲线来表示。在人获得相同的视觉感受时，波长m（视感觉最大值处

6、-555和510nm）和波长的单色光辐射通量（辐射源在单位时间内发出的能量，单位为瓦，W）的比。 V()= e.m /e第10页/共25页第十页，共26页。111.4 基本(jbn)光度量单位及其应用常用的光度量有：光通量、照度(zho d)、发光强度和亮度1.4.1 光通量描述(mio sh)光源的量 光通量 : =Kme,V() 单位：流明（Im） 光通量建筑光学中，常用光通量表示一光源发出的光能多少，是描述光源的量。如100w白炽灯发出1250Im的光通量，40w日光灯月发出2200Im的光通量。第11页/共25页第十一页，共26页。121.4.2 发光强度描述(mio sh)光源的量光

7、通量是说明某一光源向四周空间发射出的总光能量，不同光源发出的光通量在空间的分布是不同的。光通量的空间密度即发光强度。发光强度：点光源在给定方向(fngxing)的发光强度，是光源在这一方向(fngxing)上立体角元内发射的光通量与该立体角元之比。 I=d/d 单位：坎德拉（cd）如在有限立体角内传播的光通量是均匀分布的，则有： I= / 发光强度 ：I= / 立体角 ： =A /r2A: 锥体顶点为球心，任一长度(chngd)r为半径作一球面，被锥体截取的一部分球面面积。第12页/共25页第十二页，共26页。131.4.3 照度(zho d) 描述被照面的量照度：被照面(zho min)上接

8、受的光通量的面密度，符号为E。若照射到表面一点面元上的光通量为d，该面元的面积为dA,则 E= d/ dA 单位为：勒克斯（Ix）或阿熙提（asb）照度可以(ky)直接相加：inEEEEE 21第13页/共25页第十三页，共26页。141.4.4 亮度(lingd)指光源表面的光强密度视觉上的明暗知觉(zhju)取决于照度。亮度：单位(dnwi)投影面积上的发光强度，以符号L表示。 2cd/m cos/单单位位： dAdIL 确定物体的明暗要考虑两个因素（1)1)物体（光源或受照物体）在指定方向上的投影面积决定物象的大小；（2 2）物体在该方向上的发光强度决定物象上的光通量密度。亮度常常是各方

9、向不同，是发光体在视线方向上单位面积发出的发光强度。常在亮度符号的右下角注明角度。第14页/共25页第十四页，共26页。152）：照度和亮度的关系：指的是光源(gungyun)亮度（发光体或反光体）和它所形成的照度间的关系：iLEcos光源在各个(gg)方向亮度相同，则：-立体角投影(tuyng)定律它表示：某一亮度为 的发光表面在被照面上形成的照度值的大小，等于这一发光表面的亮度 与该发光表面在被照点上形成的立体角 的投影 的乘积。立体角投影定律适用于光源尺寸相对于它和被照点距离较大时LLicos第15页/共25页第十五页，共26页。16第16页/共25页第十六页，共26页。171.5 1.

10、5 材料的光学(gungxu)(gungxu)性质在光的传播过程中，遇到(y do)(y do)介质时，会产生反射、吸收、透射现象。其光通量：+ + + 反射系数：=/ / 吸收系数：= = / / 透射系数：= / /1.5.1:1.5.1:材料的反射(fnsh)(fnsh)、吸收、透射系数第17页/共25页第十七页，共26页。181.5.2 1.5.2 反射(fnsh)(fnsh)1 1）规则反射 也叫镜反射，符合反射规律。 光滑密实的表面，如玻璃面和磨光的金属表面形成规则反射。在照明工程中，常利用规则反射进行精确的控光。几乎所有的节能灯具都使用(shyng)(shyng)曲面的镜面反射罩

11、，来获取需要的光强分布2 2）定向扩散反射（了解） 定向扩散反射保留了规则反射的一些特征，即在产生规则反射的方向上，反射光最强，但反射光束(gungsh)(gungsh)被“扩散”到较宽的范围。第18页/共25页第十八页，共26页。193 3）扩散(kusn)(kusn)反射（漫反射）漫反射的特点是反射光的分布与入射光的方向无关，反射光不规则的分布在所有方向上。无光泽的毛面材料或微细的晶粒、颜料颗粒构成(guchng)(guchng)的表面产生漫反射。均匀漫反射 反射光的最大发光强度在垂直于表面的法线方向(fngxing)(fngxing)，其余方向(fngxing)(fngxing)的光强与

12、最大光强的关系： Ii=Io.cos Ii=Io.cos此式称为朗伯余弦定律。符合该定律的材料叫朗伯体。12第19页/共25页第十九页，共26页。20朗伯体这种材料无论入射光的方向(fngxing)(fngxing)如何，其表面各方向(fngxing)(fngxing)上的亮度都是相等的。氧化美、硫酸钡、石膏等具有这种特性。建筑工程常用的大部分无光泽的饰面材料，如粉刷涂料、乳胶漆、无光塑料墙纸、陶板面砖等可近似看作均匀漫反射材料。两个重要的光学公式(gngsh)(gngsh)：（光环境设计中常用的平均亮度计算公式(gngsh)(gngsh)） L=L=E/E/均匀漫反射材料表面(biomin)

13、(biomin)亮度L=L=E/ E/ 均匀漫透射材料表面亮度EE材料表面的照度第20页/共25页第二十页，共26页。21第21页/共25页第二十一页，共26页。224 4）混合(hnh)(hnh)反射 多数的材料表面兼有规则反射和漫反射，称为混合(hnh)(hnh)反射。1.5.3 1.5.3 透射(tu sh)(tu sh)玻璃、晶体、某些塑料、纺织品、水都是透光材料，能透过大部分入射光。材料的透光性能不仅取决于分子结构，还同它的厚度有关。非常厚的玻璃或水将是不透明的，而一张极薄的金属膜或许(hux)(hux)是透光的，至少是半透光的。材料透光的分布型式也可分为四种：（1)1)规则透射：如

14、透明材料，在入射光的背侧光源和物象清晰可见。(2)(2)定向扩散透射：如磨砂玻璃。第22页/共25页第二十二页，共26页。23（3 3）漫透射：如乳白玻璃具有均匀漫透射的特性，整个透光面亮度均匀，完全看不见背侧的光源(gungyun)(gungyun)和物象。（4 4）混和透射：在透明玻璃上均匀的喷一层薄的白漆，其透光性近于混和透射。第23页/共25页第二十三页，共26页。24第八章作业第八章作业(zuy)(zuy)： P201:8-1,8-2,8-6 P201:8-1,8-2,8-6光环境第一讲补充作业光环境第一讲补充作业(zuy)(zuy)： 1-11 1-11题题第24页/共25页第二十四页，共26页。25谢谢您的观看(gunkn)！第2