V光環(huán)境視覺與光量單位解析

會(huì)計(jì)學(xué)1V光環(huán)境視覺與光量單位解析2全篇共分五講：第一講：光環(huán)境、視覺與光度量單位第二講：顏色的基本概念與光環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)第三講：天然光環(huán)境(一)--晝光光源與采光設(shè)計(jì)第四講：人工光環(huán)境（一）---人工光源與采光第五講：人工光環(huán)境（二）---室內(nèi)環(huán)境照明設(shè)計(jì)第1頁(yè)/共25頁(yè)3第一講：光環(huán)境、視覺與光度量單位光是一種電磁輻射能人類的生活離不開光第2頁(yè)/共25頁(yè)4主講內(nèi)容：1.1、光環(huán)境概述1.2、眼睛與視覺1.3、視覺特性1.4

、基本光度量單位及其應(yīng)用1.5、材料的光學(xué)性質(zhì)第3頁(yè)/共25頁(yè)5光環(huán)境的三種設(shè)計(jì)理念理念之一：設(shè)計(jì)空間就是設(shè)計(jì)光亮理念之二：對(duì)主動(dòng)光源和被動(dòng)光源的理解理念之三：光環(huán)境中光與影的應(yīng)用第4頁(yè)/共25頁(yè)6金貝爾美術(shù)館--路易斯?康美術(shù)館是一個(gè)將天然采光設(shè)計(jì)和空間造型相結(jié)合的經(jīng)典范例！第5頁(yè)/共25頁(yè)7設(shè)計(jì)理念之二：對(duì)主動(dòng)光源和被動(dòng)光源的理解人們習(xí)慣上有這樣一個(gè)認(rèn)識(shí)，只有太陽(yáng)、燈管、燈泡這些自身發(fā)光的才叫光源，而實(shí)際上被照亮的界面也是一種光源。----這是兩種不同的光源，前者可稱之為主動(dòng)式光源，后者為被動(dòng)式光源；好的光學(xué)設(shè)計(jì)，應(yīng)該讓光的表現(xiàn)有非常強(qiáng)的目的性，每一種光都對(duì)應(yīng)著一種實(shí)體，光照在物面上，把點(diǎn)光源變成了面光源，形成了室內(nèi)亮度和景色的互動(dòng)。第6頁(yè)/共25頁(yè)81.2眼睛與視覺

光是一種能夠在人的視覺系統(tǒng)上引起光感覺的電磁輻射，光的波長(zhǎng)范圍為380nm~780nm。波長(zhǎng)大于780nm的紅外線、無(wú)線電波等，以及小于380nm的紫外線、X射線等，人眼均感覺不到。第7頁(yè)/共25頁(yè)91.3視覺特性視覺都是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)，視覺系統(tǒng)有很大的自調(diào)能力，能對(duì)傳遞的信息自行調(diào)節(jié)到最佳清晰度。它具有以下特性：1.3.1亮度閾限暗視覺：指在黑暗環(huán)境里（0.001cd/m2以下的亮度水平），桿體感光細(xì)胞起作用，暗視覺只有黑灰白三色。相當(dāng)于晚上暗處。明視覺：指在明亮環(huán)境中（大于3cd/m2的亮度水平），視網(wǎng)膜錐體細(xì)胞起作用，分辨顏色和細(xì)部。中間視覺：在3-0.001cd/m2之間，相當(dāng)于道路照明和居住區(qū)照明的明暗。人眼對(duì)光的適應(yīng)范圍遠(yuǎn)比人能夠感受的溫度變化大的多，其閾限為：

10-6cd/m2~106cd/m2視野雙眼不動(dòng)視野范圍在垂直方向的角度約為130°，水平方向約為180°視野周圍1~2°內(nèi)的物體能在視網(wǎng)膜中心窩成像，清晰度最高，這部分叫中心視野。向外30°是視野清楚區(qū)域第8頁(yè)/共25頁(yè)101.3.4光譜光視效率不同波長(zhǎng)的光在視覺上形成不同的顏色，如700nm的光呈紅光，580nm呈黃光，單一波長(zhǎng)的光呈現(xiàn)一種顏色，稱為單色光。。在光亮環(huán)境中，輻射功率相等的單色光看起來(lái)555nm的黃綠光最明亮；在較暗的環(huán)境里，510nm的藍(lán)綠光最為敏感。第9頁(yè)/共25頁(yè)11光譜光視效率：國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，人眼觀看同樣功率的輻射，不同波長(zhǎng)的光，感到的明亮程度不一樣。人眼的這種特性常用光譜光視效率[V(λ)]曲線來(lái)表示。在人獲得相同的視覺感受時(shí)，波長(zhǎng)λm（視感覺最大值處-555和510nm）和波長(zhǎng)λ的單色光輻射通量（輻射源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的能量，單位為瓦，W）的比。

V(λ)=Φe.·λm

/Φe·λ第10頁(yè)/共25頁(yè)121.4基本光度量單位及其應(yīng)用常用的光度量有：光通量、照度、發(fā)光強(qiáng)度和亮度1.4.1光通量————描述光源的量

光通量:Φ=KmΣΦe,λV(λ)單位：流明（Im）

Φ——光通量建筑光學(xué)中，常用光通量表示一光源發(fā)出的光能多少，是描述光源的量。如100w白熾燈發(fā)出1250Im的光通量，40w日光燈月發(fā)出2200Im的光通量。第11頁(yè)/共25頁(yè)131.4.2發(fā)光強(qiáng)度———描述光源的量光通量是說(shuō)明某一光源向四周空間發(fā)射出的總光能量，不同光源發(fā)出的光通量在空間的分布是不同的。光通量的空間密度即發(fā)光強(qiáng)度。發(fā)光強(qiáng)度：點(diǎn)光源在給定方向的發(fā)光強(qiáng)度，是光源在這一方向上立體角元內(nèi)發(fā)射的光通量與該立體角元之比。

I=dΦ/dΩ

單位：坎德拉（cd）如在有限立體角Ω內(nèi)傳播的光通量Φ是均勻分布的，則有：I=Φ/Ω發(fā)光強(qiáng)度：I=Φ/Ω立體角：Ω=A/r2A:錐體頂點(diǎn)為球心，任一長(zhǎng)度r為半徑作一球面，被錐體截取的一部分球面面積。第12頁(yè)/共25頁(yè)141.4.3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，符號(hào)為E。若照射到表面一點(diǎn)面元上的光通量為dΦ，該面元的面積為dA,則E=dΦ/dA單位為：勒克斯（Ix）或阿熙提（asb）照度可以直接相加：第13頁(yè)/共25頁(yè)151.4.4亮度——指光源表面的光強(qiáng)密度視覺上的明暗知覺取決于照度。亮度：?jiǎn)挝煌队懊娣e上的發(fā)光強(qiáng)度，以符號(hào)L表示。

確定物體的明暗要考慮兩個(gè)因素（1)物體（光源或受照物體）在指定方向上的投影面積—決定物象的大小；（2）物體在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度—決定物象上的光通量密度。亮度常常是各方向不同，是發(fā)光體在視線方向上單位面積發(fā)出的發(fā)光強(qiáng)度。常在亮度符號(hào)的右下角注明角度。第14頁(yè)/共25頁(yè)162）：照度和亮度的關(guān)系：指的是光源亮度（發(fā)光體或反光體）和它所形成的照度間的關(guān)系：光源在各個(gè)方向亮度相同，則：---立體角投影定律它表示：某一亮度為的發(fā)光表面在被照面上形成的照度值的大小，等于這一發(fā)光表面的亮度與該發(fā)光表面在被照點(diǎn)上形成的立體角的投影的乘積。立體角投影定律適用于光源尺寸相對(duì)于它和被照點(diǎn)距離較大時(shí)第15頁(yè)/共25頁(yè)17第16頁(yè)/共25頁(yè)181.5

材料的光學(xué)性質(zhì)在光的傳播過(guò)程中，遇到介質(zhì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射、吸收、透射現(xiàn)象。其光通量：Φ＝Φρ+Φα+

Φτ

反射系數(shù)：ρ=Φρ/Φ

吸收系數(shù)：α=Φα/Φ

透射系數(shù)：τ=

Φτ/Φρ+τ+α=11.5.1:材料的反射、吸收、透射系數(shù)第17頁(yè)/共25頁(yè)191.5.2反射1）規(guī)則反射也叫鏡反射，符合反射規(guī)律。光滑密實(shí)的表面，如玻璃面和磨光的金屬表面形成規(guī)則反射。在照明工程中，常利用規(guī)則反射進(jìn)行精確的控光。幾乎所有的節(jié)能燈具都使用曲面的鏡面反射罩，來(lái)獲取需要的光強(qiáng)分布2）定向擴(kuò)散反射（了解）定向擴(kuò)散反射保留了規(guī)則反射的一些特征，即在產(chǎn)生規(guī)則反射的方向上，反射光最強(qiáng)，但反射光束被“擴(kuò)散”到較寬的范圍。第18頁(yè)/共25頁(yè)203）擴(kuò)散反射（漫反射）漫反射的特點(diǎn)是反射光的分布與入射光的方向無(wú)關(guān)，反射光不規(guī)則的分布在所有方向上。無(wú)光澤的毛面材料或微細(xì)的晶粒、顏料顆粒構(gòu)成的表面產(chǎn)生漫反射。均勻漫反射反射光的最大發(fā)光強(qiáng)度在垂直于表面的法線方向，其余方向的光強(qiáng)與最大光強(qiáng)的關(guān)系：

Ii=Io.cosθ此式稱為朗伯余弦定律。符合該定律的材料叫朗伯體。12第19頁(yè)/共25頁(yè)21朗伯體這種材料無(wú)論入射光的方向如何，其表面各方向上的亮度都是相等的。氧化美、硫酸鋇、石膏等具有這種特性。建筑工程常用的大部分無(wú)光澤的飾面材料，如粉刷涂料、乳膠漆、無(wú)光塑料墻紙、陶板面磚等可近似看作均勻漫反射材料。兩個(gè)重要的光學(xué)公式：（光環(huán)境設(shè)計(jì)中常用的平均亮度計(jì)算公式）

L=ρ·E/π均勻漫反射材料表面亮度L=τ·E/π均勻漫透射材料表面亮度E——材料表面的照度第20頁(yè)/共25頁(yè)22第21頁(yè)/共25頁(yè)234）混合反射多數(shù)的材料表面兼有規(guī)則反射和漫反射，稱為混合反射。1.5.3透射玻璃、晶體、某些塑料、紡織品、水都是透光材料，能透過(guò)大部分入射光。材料的透光性能不僅取決于分子結(jié)構(gòu)，還同它的厚度有關(guān)。非常厚的玻璃或水將是不透明的，而一張極薄的金屬膜或許是透光的，至少是半透光的。材料透光的分布型式也可分為四種：（1)規(guī)則透射：如透明材料，在入射光的背側(cè)光源和物象清晰可見。(2