灯光设计原理

一、光的艺术作用

（一）、光艺术的起源阳光、月光、星光和火光伴随着原始人的生活，旭日与夕阳交替，白昼和黑夜循环，原始人在光的沐浴下生成发育繁衍。火的发明使用，使人类进入了新的文明阶段，火不仅用来照明、取暖、烧烤食物，到了晚间，原始人围着火堆，举起火把狂欢舞蹈，一堆堆火光映红了一张张欢乐而喜悦的脸，一串串舞动的火把构成火蛇巨龙，这就是人类早期的用光构成的原始光艺术雏型。

随着火、蜡烛、油灯、汽灯、电灯等人工光源的发明创造，人类跨越了一个又一个文明阶段进入了当今灯光照明高科技时代，由于人工照明技术的迅速发展和人造光源的普及，人们的夜生活变得越来越丰富多采，灯光艺术作为一种新的视觉艺术形式，把人们的生活空间装点得更加美丽。在现代环境艺术设计、舞台艺术设计、室内装饰等方面，灯光艺术已被广泛地应用。

（二）、光的艺术魅力光照的作用对人的视觉功能的发挥极为重要，因为没有光就没有明暗和色彩感觉，也看不到一切。光照不仅是人视觉物体形状、空间、色彩的生理的需要，而且是美化环境必不可缺少的物质条件。光照可以构成空间，又能改变空间；既能美化空间，又能破坏空间。不同的光照不仅照亮了各种空间，而且能营造不同的空间意境情调和气氛。同样的空间，如果采用不同的照明方式，不同的位置、角度方向，不同的灯具造型，不同的光照强度和色彩，可以获得多种多样的视觉空间效应：如有时明亮宽敞，有时晦暗压抑；有时温馨舒适，有时烦躁不安；有时喜庆欢快，有时阴森恐怖；有时温暖热情，有时寒冷冷淡；有时富有浪漫情调，有时产生神秘感觉等等，光照的魅力可谓变幻莫测。

在光照下，人和物就会产生明暗界面和阴影层次的变化，并在视觉上赋予立体感。如果改变源的光谱成分、光通量、光线强弱、投射位置和方向就会产生色调、明暗、浓淡、虚实、轮廓界面的各种变化，这是运用光照艺术渲染环境艺术气氛和烘托人物性格的重要手段。如同一头像摄影，如果取顶光直射照明，那么，人脸给人以冷漠、严肃、阴森的感觉；如果取斜上方半侧光照明，那么人脸轮廓分明给人以性格外向、精明能干的感觉；如果取多光源散光照明，那么，给人以性格随和，心情愉快的感觉；如果取向上直射照明，那么会给人以恐怖、凶残、愤怒的感觉。光雕是现代造型艺术的新形式，有艺术家利用玻璃、冰块、透明塑料等透光材料制成各种造形和灯具，光线从内部或外部照射，通过投射光的透射、折射、反射等物理特性的充分发挥，构成光辉灿烂的立体艺术，也有利用小型彩色灯泡、灯珠、霓虹灯、光导纤维等灯具材料，直接构成五彩缤纷的灯光图案画面。由灯光和音乐互相配合而创造的综合艺术在现代表演艺术和环境艺术中十分流行，如现代摇滚歌星表演时，利用灯光照明的明暗、色彩、强度，使整个舞台颜色瞬息万变，从而使歌迷们陶醉于一种快节奏梦幻般的超现实世界。又如，灯光和音乐配合还用于音乐喷泉、露天广场、歌舞厅、溜冰场以及商业建筑等环境艺术气氛的渲染，设计师运用计算机控制灯光和音乐编制的程序，使音乐的节奏同步配合灯光的强弱和摇曳，从而获得声、光、色的综合艺术效果。

二、光构成原理

（一）、色光混合三定律人眼睛不仅对单色光产生一种色觉，而且对混合光也可以产生同

样的色觉。例如520毫微米的单色光刺激人眼产生绿色觉，将510毫微米与530毫微米的单色光混合刺激人眼也可以产生绿色觉；又如580毫微米的单色光刺激人眼产生黄色觉，将700毫微米的红光与510毫微米的绿光混合刺激人眼也可以产生黄色觉，而且人眼感觉不出这两者之间有什么差别。光谱中色光混合是一种加色混合，用3种原色光：红（R）、绿（G）、蓝（B）、按一定比例混合可以得到白色光或光谱上任意一种光。格拉斯曼将色光混合现象归纳为三条定律：补光律、中间色津、代替律。

补色律--每一种色光都有另一种同它相混合而产生白色的色光，这两种色光称为互补色光。例如蓝光和黄光，绿光与紫光，红光与青光混合都能产生白光。

中间律--两种非补色光混合则不能产生白光，其混合的结果是介乎两者之间的中间色光。例如红光与绿光，按混合的比例不同，可以和到介乎两者之间的橙、黄、黄橙等色光。

代替律--看起来相同的颜色却可以由不同的光谱组成。只要感觉上是相似的颜色，都可以相互代替。例如颜色光A=色光B，色光C=色光D，则A+C=B+ D；又如A+B=C，而X+Y=B，则A+（X+Y）=C，如：A（黄光）=B（红光+绿光），C（青光）=D（蓝光+绿光），A（黄光）+C（青光）= B（红光+绿光）+D（蓝光+绿光），其结果是A（黄光）+C（青光）=淡绿光，B（红光+绿光）+D（蓝光+绿光）=红光+绿光+蓝光+绿光=白光+绿光=淡绿光。这就是代替律。它在色彩光学上是一条非常重要的定律，现代色度学就是以此为理论基础而建立的。色光混合定律属于加色混合，它与染料、颜料的混合相反，后者为减色混合，其混合的规律也完全相反。

（二）、三原色光混合色彩物理理论中的加色法混合理论证明，红、绿、蓝三原色光等量混合时产生白光；红光与绿光等量混合产生黄光；红光与蓝光等量混合产生品红；绿光与蓝光等量混合产生青光。如果用字母R、G、B、Y、M、C、W分别代表红、绿、蓝、黄、品、青、白，则可以由下式得出混合结果：

绿光（2G）+红光（2R）→黄光（Y）红光（2R）+蓝光（2B）→品红光（M）蓝光（2B）+绿光（2G）→青光（C）红光（2R）+绿光（2G）+蓝光（2B）→白光（W）如果三原色光以二比一的比例混合，其结果如下：红光（2R）+绿光（1G）→橙色红光（1R）+绿光（2G）→黄绿红光（2R）+蓝光（1B）→曙红红光（1R）+蓝光（2B）→紫红绿光（2G）+蓝光（1B）→翠绿绿光（1G）+蓝光（2B）→天蓝因为黄、品、青分别为红、绿、蓝色光的间色，因此也可表示为：2R+Y=2R+（2R+2G）=4R+2G→2R+G（橙）2G+Y=2G+（2R+2G）=4G+2R→2G+R（黄绿）2R+M=2R+（2B+2R）=4R+2B→2R+B（曙红）2B+M=2B+（2B+2R）=4B+2R→2B+R（紫红）2G+C=2G+（2B+2G）=4G+2B→2G+B（翠绿）2B+C=2B+（2B+2G）=4B+2G→2B+G（天蓝）如图45所示，凡通过等边三角形中心点相对的两色互为补色关系，其混合的结果如下：蓝光（2B）+黄光（2G+2R）=2B+2G+2R→白光天蓝（2B+G）+橙光（R+G）=2B+2G+2R→白光青光（2B+2G）+红光（2R）=2B+2G+2R→白光翠绿（2G+B）+曙红（2R+B）=2B+2G+2R→白光绿光（2G）+品红（2B+2R）=2B+2G+2R→白光黄绿（2G+R）+紫红（2B+R）=2B+2G+2R→白光

三、灯光照明设计