光环境的剖析和照明设计概念

1光环境的定义

光环境是物理环境中的一个组成部分。它与色环境等并列。对建筑物来说, 光环境是由光照射于其内外空间所形成的环境。因此光环境形成一个系统, 包括室外光环境和室内光环境。前者是在室外空间由光照射而形成的环境。它的功能是要满足物理、生理(视觉)、心理、美学、社会(指节能、绿色照明) 等方面的要求。后者是在室内空间由光照射而形成的环境。它的功能是要满足物理、生理(视觉)、心理、人体功效学及美学等方面的要求。上述的光源是天然光和人工光。

光环境和空间两者有着互相依赖、相辅相成的关系。空间中有了光, 才能发挥视觉功效, 能在空间中辨认人和物体的存在; 同时光也以空间为依托显现出它的状态、变化(如控光、滤光、调光、混光、封光等) 及表现力。

在室内空间中光通过材料形成光环境, 例如光通过透光、半透光或不透光材料形成相应的光环境。此外, 材料表面的颜色、质感、光泽等也会形成相应的光环境。

2光环境的影响因素

对光环境有以下的基本影响因素:

2.1照度和亮度

保证光环境的光量和光质量的基本条件是照度和亮度。在光环境中辨认物体的条件有: 1.物体的大小; 2.照度或亮度; 3.亮度对比或色度对比; 4.时间。这四项是互相关连、相辅相成的。其中只有照度和亮度容易调节, 其他三项较难调节。可以说, 照度和亮度是明视的基本条件。

照度的均匀度对光环境有直接影响, 因为它对室内空间中人们的行为、活动能产生实际效果。但是以创造光环境的气氛为主时, 不应偏重于保持照度的均匀度。

2.2光色

光色指光源的颜色, 例如天然光、灯光等的颜色。按照C IE 标准表色体系, 将三种单色光(例如红光、绿光、蓝光) 混合, 各自进行加减, 就能匹配出感觉到与任意光的颜色相同的光。此外, 人工光源还有显色性, 表现出它照射到物体时的可见度。在光环境中光还能激发人们的心理反应, 如温暖、清爽、明快等, 因此在光环境中应考虑光色的影响。

混光是将两种不同光色的光源进行混合, 通过灯具照射到被照对象上, 呈现出已经混合的光。在光环境中往往也用混光。

激光是某些物质的原子中的粒子受到光或电的激发时由低能级的原子跃迁为高能级的原子, 由于后者的数目大于前者的数目, 一旦从高能级跃迁回低能级时, 便放射出相位、频率、方向完全相同的光, 它的颜色的纯度极高, 能量和发射方向也非常集中。激光常用于舞厅、歌厅以及节日庆典的光环境中。

2.3周围亮度

人们观看物体时, 眼睛注视的范围与物体的周围亮度有关系。根据实验, 容易看到注视点的最佳环境是周围亮度大约等于注视点亮度。美国照明学会提出周围的平均亮度为视觉对象的3～ 1ö 3。就一般经验而论, 周围环境较暗, 容易看清楚物体, 但是周围环境过亮, 便不容易看清楚。因此在光环境中周围亮度比视觉对象暗些为宜。

2.4视野外的亮度分布

视野以外的亮度分布指室内顶棚、墙面、地面、家具等表面的亮度分布。在光环境中它们的亮度各不相同, 因而构成亮度对比。这种对比当然会受到各个表面亮度的制约。

2.5眩光

在视野中由于亮度的分布或范围不当, 或在时空方面存在着亮度的悬殊对比, 以致引起不舒适感觉或降低观看细部或目标的能力, 这样的视觉现象称为眩光。它在光环境中是有害因素, 故应设法控制或避免。

2.6阴影

在光环境中无论光源是天然光或人工光, 当光存在时, 就会存在着阴影。在空间中由于阴影的存在,才能突出物体的外形和深度, 因而有利于光环境中光的变化, 丰富了物体的视觉效果。在光环境中希望存在着较为柔和的阴影, 而要避免浓重的阴影。

3光环境中光的效果

在光环境中以光为主体产生出下列的效果:

3.1光的方向性效果

在光环境中光的方向性效果主要表现在增强室内空间的可见度, 增强或减弱光和阴影的对比, 增强或减弱物体的立体感。

光的方向一般有顺光、侧光、逆光、顶光、底光。光由不同的方向可产生不同的效果。顺光是接近于正面照射时的受光状态, 能显现出受光物体的主体轮廓。侧光是接近于斜向照射时的受光状态, 能使受照物体获得光的对比效果。逆光是逆向照射时的受光状态, 能使受光物体获得庄重神秘的效果。顶光是从顶部照射时的受光状态, 能使受照物体的上部明亮, 下部转暗, 甚至产生阴影。底光是从底部照射时的受光状态, 能使受照物体下部明亮, 上部转暗或产生阴影。

在室内光环境中只要调整光源的位置和方向, 就能获得所要求的方向性效果。这种效果对建筑功能、室内表面、人物形像及人们的心理反应都起重要作用。

3.2光的造型立体感效果

物体表面受平行光线斜向照射时, 便要出现受光部分、不受光部分及由前者转到后者的过渡部分。这种表面受光状态的变化称为明暗变化。物体表面上由于光的明暗变化就会产生光的造型立体感效果, 简称立体感。在光环境中室内外表面的细部、浮雕、雕塑等都会出现光的这种效果。

物体的体形为了简化可分解为平面和曲面。平面受光照射后的明暗变化取决于光的方向、表面状态、有无遮挡等因素。对于平面, 正向照射比斜向照射缺乏立体感, 其细部也显得平淡。曲面受光照射后可表现出明暗变化, 能显出立体感效果。

在室内光环境中人物形象、表面材料等受光照射后都能表现出立体感来, 会使人们获得美好的感受。

3.3光的表面效果

在室内空间中光在各表面上的亮度分布或有无光泽, 构成光的表面效果。

1.表面亮度

室内空间中光在各表面上的反射程度取决于表面与背景之间的亮度比。这种亮度比能为眼睛提供信息, 有利于眼睛适应, 使视觉功效与工作行为相互协调, 并能降低室内眩光。为了获得良好的室内光环境,顶棚、墙面、门、窗、地面、工作面及工作对象等表面之间应力求获得最佳的亮度比。

2.表面光泽

在室内空间中光照射到表面时, 在它的定向反射方向出射强烈的反射光, 同时在其他方向也多少出现光, 由于反射光在空间分布而呈现出表面的外观性质, 称为光泽。

室内表面所用的材料包括有光泽的和无光泽的。在室内光环境中有光泽的表面呈现出光亮部分和相邻的色彩部分。前者显出定向反射光, 后者显出扩散反射光。这两者的区分取决于光的方向和眼睛与表面的位置的关系。当室内表面的色彩大致相同时, 表面材料的质地、花纹对光泽会发生影响, 但这些对室内光环境的影响不大。

3.4光的色彩效果

1. 光和色彩

光和色彩属于不可分开的领域, 对室内光环境来说, 光和色彩起着相辅相成的作用。

光通过它的反射比与色彩的明度有着直接的关系。通过前人的研究, 色彩的明度与光的反射比的关系如表1。可见光的反射比越大, 色彩的明度也越大。

表1 色彩的明度与光的反射比的关系

照度0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 反射比0.00 1.21 3.13 6.56 12.0019.7730.0543.0659.10 78.66 102.58在室内光环境中为了明视, 顶棚、墙面采用明色,地面采用暗色。对于某一部位的色彩的明暗取决于光的反射比。

2.色彩效果

在室内光环境中通过光的照射, 各种材料的表面会呈现出色彩效果。为了获得明亮的光环境, 一般高明度色彩用于室内上部以取得明亮效果, 低明度色彩用于室内下部以取得稳定效果, 因此在光环境中光除了获得知觉效果以外, 还可获得诸如感情、联想等心理效果。

4光环境的研究方向