建筑物理第一讲 光环境、视觉与光度量单位

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主讲内容：

1.1、 光环境概述 1.2 、眼睛与视觉


1.3 、视觉特性
1.4 、基本光度量单位及其应用 1.5 、材料的光学性质
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1. 1 光环境概述
：光环境的涵义
光环境（Luminous environment）：是由光与颜
色在室内建立的同房间形状有关的生理和心理环境。

在生产、工作、学习场所，良好的光环境可以振奋人
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从摄影师的眼睛出发
黑、白、灰的关系 光 影之间的关系
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古罗马的万神庙
光的教堂
安藤曾说道：「我所感觉到的是一个真正存在的空间。当建筑 以其简洁的几何排列，被从穹顶中央一个直径为9米的洞孔，所 射进的光线照亮时，这个建筑的空间才真正地存在。在这种条 件下的物体和光线，在大自然里是不会感觉到的，这种感觉只 有通过建筑这个中介体才能获得，真正能打动我的，就是这种 建筑的力量。」

建筑师的任务之一，就是要为人们创造优良的 光环境。
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1.1.1.2 光环境设计

光环境设计要运用很多学科的基础理论，如建筑
学、物理学、美学、生理学、心理学、人工工效等等，
它既是科学，又是艺术，同时又受经济和能源的制约。
（1）天然光环境设计； （2）人工光环境设计；
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光环境设计的主要内容 （1）天然光环境设计，太阳是生命之源，它以无尽的光和热 哺育大地，充分利用昼光照明和渲染气氛，不仅可以获得较
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作品中呈现光、影渗透的魅力！
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一个”泛光的世界”，导致了人 们无法去感受场所的独特性！
“这种光晕般扩散的世界，就
像绝对的黑暗一样，意味着空间 的死亡”
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1.2 眼睛与视觉

视觉的形成即依赖于眼睛的生理机能 和大脑积累的视觉经验，又和照明状 况密切相关。人的眼睛和视觉，就是 长期在自然光照射下演变进化的。 光是一种能够在人的视觉系统上引起 光感觉的电磁辐射，光的波长范围为 380nm~780nm。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。 1nm=10-9 m 右图：太阳辐射的电磁波
•将复合光中各种波长辐射的相对功率量值按对应波长排列 联结起来，就形成该复合光的光谱功率分布曲线。
•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；在较暗的环境里，510nm的蓝绿光最为敏感。
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光谱光视效率：
国际照明委员会（CIE）根据 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(λ)]曲线来表示。 在人获得相同的视觉感受时， 波长λm（视感觉最大值处-555和 510nm）和波长λ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(λ)= Φe.· /Φe· λm λ
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/m2~106cd/m2 视觉阈限值遵守两定律 ： 里科定律 亮度×面积（目标）=常数
邦森—罗斯科定律 亮度×时间=常数
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1.3.2 光亮效应——韦勃定律（心理物理学的
一个著名的定律）
•对于外界光刺激的变化，人视觉的反应，韦勃通过心理 物理试验得到：能察觉到的光刺激变化同刺激水平的比 值是一常数关系。 ΔΙ/Ι=Κ（常数） •用仪器测得照明量—称为“刺激”，这是一客观物理量。 •把人眼可以感知的光刺激变化—称为“感觉”，这是一 个主观物理量。 •例如：在一照度为10lx的房间里，增加1lx的照度刚刚能 察觉出变化；在另一个照度水平为100lx的房间里，就需 要增加10lx的照度才能刚刚察出有照度的变化。两者的 比率均为0.1
Zhang-xiuxin
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全篇共分五讲：
第一讲：光环境、视觉与光度量单位
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
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第一讲：光环境、视觉与光度量单位
光是一种电磁辐射能 人类的生活离不开光
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，后者为被动式光源；
好的光学设计，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。
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好的光学设计，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。
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光通量 : Φ=KmΣΦe,λV(λ)
Φ——光通量
单位：流明（Im）
Фe,‫－－ג‬波长为‫ג‬的单色辐射能通量，W；
V(‫－－)ג‬CIE标准光度观测者明视觉光谱光视效率； Km －－最大光谱光视能，lm /W（明视觉时＝683 lm/W） 。 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。
“亮度空间”是“实在空间”的视觉转化器。
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“设计空间就是设计光亮” －－ “亮度空间”概念（一条视觉设计辅助线）
实际物体的“实在空间”只有通过亮度转化为“亮度空
间”才能被视觉所感受。
路易·康说：“设计空间就是设计光亮”，“亮度空间”
才是建筑设计作为一种空间视觉艺术的真正目的，而实体 形式的构筑只是一种准备和前提。
1.4.3 照度 ——描述被照面的量
照度：被照面上接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dΦ，该面元的面积为dA, 则 E= dΦ/ dA 单位为：勒克斯（Ix） 照度可以直接相加： E E1 E2 En
•发光强度：点光源在给定方向的发光强度，是光源在这 一方向上立体角元内发射的光通量与该立体角元之比。
• I=有限立体角Ω内传播的光通量Φ是均匀分布的，则有： I= Φ/ Ω
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发光强度 ：I= Φ/ Ω
立体角 ： Ω=S /r2 S: 锥体顶点为球心， 任一长度r为半径作一 球面，被锥体截取的 一部分球面面积。
视网膜的剖面图
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两种细胞的功能特征
•锥体细胞： 在明亮环境 下能分辨出 物体的细部 和颜色； 在环境的明 暗发生变化 时能迅速反 应，以适应 新的环境。
•杆状细胞：
在黑暗环境中 对明暗感觉起 决定作用，不 能分辨物体细 部和颜色， 对明暗的变化 反应缓慢。
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1.3 视觉特性
无论是对目标的察觉、辨认、识别，还是对光环境的一般 反应来说，视觉都是一个极其复杂的系统，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。 它具有以下特性： 1.3.1 亮度阈限
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路易·康是美国现代建筑师。
路易·康的作品:坚实厚重，不表露结构功能，他在设计中 成功的运用了光线的变化，是建筑设计中光影运用的开拓者。 在有的设计中他将空间区分为“服务的”和“被服务的”， 把不同用途的空间性质进行解析、组合、体现秩序，突破了学 院派建筑设计从轴线、空间序列和透视效果入手的陈规，对建 筑师的创作灵感是一种激励启迪。 路易·康的代表作品有宾西法尼亚大学理查德医学研究中心、 耶鲁大学美术馆、爱塞特图书馆、孟加拉国达卡国民议会厅、 等。路易·康的著作有《建筑是富于空间想像的创造》、《建 筑· 寂静和光线》、《人与建筑的和谐》等。
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“被照亮的界面也是一种光源”
被动式光源自身是一种适宜的 亮度，是一个美丽的“光亮”, 使光照与亮度统一起来。
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景物形成二次光源,照亮室内空间，给人 一种舒适、雅致的视觉！
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主动式光源表面亮度极高 以至于成为眩光，在亮度 空间中是一个“畸点”，
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设计理念之三：光环境中光与影的应用
的精神，提高工作效率和产品质量，保障人身安全和
视力健康。

在娱乐、休息、公共活动场所，光环境的首要作用，
在于创造舒适优雅、活泼生动，或庄重严肃的环境气
氛，对人的情绪状态、心理感受产生积极的影响。
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1.1.1: 光环境的涵义 人们依靠不同的感觉器官从外界获得各种信息， 其中约有80%来自光和视觉

高的视觉功效，节约能源和费用，也是人们在生理和心理上
感到舒服满意的关键因素。 （2）人工光环境设计，自从1879年爱迪生发明电灯以来，人 类结束了借火光照明的漫长岁月，步入了人工照明的新时代。 建筑物内不仅在夜间采用人工照明，有些场所，白天也要用
人工照明，为了使建筑物在白天和夜晚都能同样的使用和美
观，掌握一些人工光环境的设计方法和实践经验尤为重要。
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光环境的三种设计理念 理念之一：设计空间就是设计光亮 理念之二：对主动光源和被动光源的理解
理念之三：光环境中光与影的应用
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设计理念之一：“设计空间就是设计光亮” －－ “亮度空间”概念（一条视觉设计辅助线）
实在空间和亮度空间：
如果把由实际物体构成的空间称之为“实在空间”，
那么由这些实际物体的亮度构成的视觉空间就称之为“亮 度空间”。
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人的肉眼只能对380—780nm的可 见光作出反应。
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眼睛的主要组成部分和其功能： 瞳孔、水晶 体、视网膜、感光细胞
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视网膜上布满了感光细
胞—锥状细胞和杆状细胞，经 光线照射产生神经冲动，传 输到视神经，再传至大脑， 产生视觉。
感光细胞在视网膜上的分布
是不均匀的：锥体细胞主要 集中在视网膜的中心部位， 成为“黄斑”的黄色区域， 黄斑区的中心有一小凹，叫 “中心窝”。黄斑区域以外 锥体细胞的个数急剧下降， 与此相反，在中心窝处几乎 没有杆状细胞，自中心窝以 外，其密度迅速增加。