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建筑光学

建筑广西超全精修版，复习用思维导图。主要内容有：建筑光学基本知识、天然采光、和建筑照明。逻辑清晰，希望对你有帮助。

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编辑于2022-01-03 17:27:59

建筑光学

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建筑光学

建筑光学基本知识

眼睛与视觉

光的作用

影响工作效率

影响心理舒适，身体健康

美化环境，表现建筑艺术

节能，保护环境

眼睛

构造

最外面是膜

角膜在中间

结合膜在两边

膜后面是虹膜

前房

前方后面是晶状体中心

晶状体由旁边的睫状肌控制

后房

功能区

瞳孔

起相机的光圈作用

均能控制进光量

晶状体

起照相机透镜作用

具有自动聚焦作用

视网膜

类似照相机的胶卷

均能对光纤产生反应

感光细胞（视网膜上）

锥状感光细胞（锥体细胞）

眼睛中心部位（黄斑）

灵敏度差

可以感觉颜色

明视觉

能分辨物体细部和颜色

对环境明暗变化做出快速反应

杆状感光细胞（杆体细胞）

眼中心的四周

灵敏度高

无颜色感觉

暗视觉

能看到物体，但不能分辨其细部和颜色

对明暗变化反应迟缓

视觉特点

视觉就是由进入人眼的辐射所产生的光感觉而获得的对外界的认识

试看范围

视觉中心

水平面

180°

垂直面

130°

视觉上限

70°

视觉下限

85°

中心视野

2°

明暗视觉

明视觉

在明亮的环境中，主要由视网膜的锥体细胞起作用达到视觉（高于几个cd/㎡的锥体细胞起作用的视觉）

暗视觉

在暗环境中，主要由视网膜杆体细胞起作用达到感觉（低于百分之几cd/㎡的亮度时的视觉）

中间视觉

视网膜的锥体感光细胞和杆体感光细胞同时起作用，而且它们随着正常人眼的适应水平变化而发挥的作用大小不同（介于明暗视觉之间的视觉）

光谱光视效率

人眼在观看同样功率和辐射，在不同波长时感觉到的明亮程度不一样

光谱光视效果曲线V/λ

特定光度条件下产生相同视觉感觉时，波长λm和波长λ的单色光辐射通量的比值。

λm

视感最大处

明视觉

555nm

黄绿

暗视觉

507nm

绿（接近蓝绿）

普尔金耶效应

在不同光亮条件下人眼的感受性不同的现象

基本光度单位和应用

四个单位

光通量

K=683lm/W

单位时间内人眼感受光辐射能量的大小

单位lm

发光强度I （除以立体角）

某一光源向四周发射出的光能总量

光通量的空间密度分布

单位cd

立体角：任意一个封闭圆锥面所包含的空间

单位sr

同一个灯一个角度是不会变的

照度E （除以面积）

对于被照面而言，常用在其单位面积上的光通量多少来衡量它被照射的程度

单位lx

英制单位：英尺烛光

因为除以的是面积，所以点光源遵循距离平方反比定律

亮度

单位投影面积上的发光强度

L=I/A*cosα

单位sb、cd/㎡

两个关系

发光强度与照度的关系

E=I*cosi/r²

距离平方反比定律

照度和亮度的关系

E=L*Ω*cosi

立体角投影定律

某一发光表面在被照面上形成的照度，仅和发光表面的亮度及其在被照面上形成的立体角投影有关。

i是入射角（射线与法线的夹角）

总结

材料的光度性质

规则反射与透射

经过反射或透射后，光分布立体角未变化

规则反射

入射角等于反射角

入射光线、反射光线及法线处于同一平面

规则透射

无漫透射的情景下，按照几何光学定律进行的透射

透明玻璃

光学性质

材料反射或透射的光源亮度和发光强度，因材料的吸收和反射，而比光源原有亮度和发光强度有所降低，其值为原有值乘以反射/透射/吸收比

光反射比

光透射比

光吸收比

扩散反射与透射

经过反射或投射后，立体角变大

漫反射与漫透射

漫反射/透射就是在宏观上不存在规则反射/透射时，由反射/透射造成的漫射

粉刷墙面

乳白玻璃

照度单位lx，如果亮度单位是asb，则不用÷Π；r=ρ

朗伯余弦定律

漫反射材料的最大发光强度在表面的法线方向，其他方向的发光强度和法线方向的值有如下关系：Ii=I0*cosi

i：与表面法线的夹角

混合反射和透射

既漫也有规则

油漆

磨砂玻璃

在规则反射（透射）方向，具有最大亮度，而在其他方向也有一定亮度，分布如图

取决与材料的光滑程度和内部分子结构

可见度及其影响因素

定量表示人眼看物体的清楚程度

室内

标准观察条件下恰可感知的标准试标的对比或大小定义。

室外

人眼恰可看到的标准目标的距离定义

能见度

影响因素

亮度

1500lx-3000lx的照度最满意

最低亮度（最低亮度阈）10-5asb也就是10-5/Πcd/㎡

感到刺眼是16asb

视角

识别对象对人眼所形成的张角

α=3440*d/l

视角越大看得越清楚

亮度对比C

观看对象和其背景之间的亮度差异，差异越大，可见度越高

C=ΔL/Lb目标亮度与背景亮度的差除以背景亮度

均匀照明无光泽的背景和目标：C=光反射比之差除以背景光反射比

辨别几率为95%时的关系。发现天然光更有利于辨别。

视觉功效曲线

物体亮度、视角大小与亮度对比对可见度影响是相互有关的。

同一根曲线来看，它表明观看对象在眼睛处形成的视角不变时，如对比度下降，则需要增加照度才能保持相同的可见度。

对比和照度可以互补

比较不同的曲线你（表示不同的视角）后可以看出：目标（视角）越小，需要的照度越高

天然光比人工光更有利于可见度的提高，但是在试看大的时候，这种差距不明显

识别时间

眼睛观看物体时，只有当物体发出足够的光能，形成一定的刺激，才能产生视觉感觉。在一定条件下，亮度*时间=常数（邦森-罗斯科定律）

适应

用暗到亮或从亮到暗环境中从看得清到突然看不清，经过一段时间才逐渐看清的过程

明适应

暗到明

暗适应

明到暗

例题：看电视时，房间完全黑暗好，还是有一定亮度好，为什么？

人的感光细胞分为：杆体细胞和锥体细胞。在亮环境下是锥体细胞起作用，在暗环境下是杆体细胞起作用。当房间亮一些时，不会使杆体细胞和锥体细胞交替起作用，可以减少视觉疲劳。同时，房间亮一点也可以避免产生不舒适眩光。

眩光

视野中由于亮度分布或亮度范围的不适宜，或存在极端的对比，以至于引起不舒适的感觉或降低观察细部或目标能力的视觉现象。

根据眩光对视觉的影响程度

失能眩光

影响看清了

不舒适眩光

不一定影响看清，影响看得舒适性，间接引起视疲劳

形成眩光的过程

直接眩光

视野中，特别是靠近视线方向存在的发光体所产生的眩光

减轻或消除

限制光源亮度

增加眩光源的背景亮度，减少二者亮度对比

减小形成眩光的光源视看面积，即减小眩光源对观测者眼睛形成的立体角

尽可能增大眩光源的仰角

示意图

反射眩光

视野中反射所引起的眩光，特别是在靠近视线方向看见反射像所产生的眩光

减轻或消除

尽量使视觉作业的表面为无光泽表面，以减弱规则反射而形成的反射眩光

应使视觉作业避开和远离照明光源同人眼形成的规则反射区域

使用发光表面面积大、亮度低的光源

使引起规则反射的光源形成的照度在总照度中所占比例减少，从而减少反射眩光的影响。

示意图

光幕反射

由于视觉对象的规则反射，是视觉对象的对比度降低，以至部分地或者全部难以看清细部

避免措施

尽量使用无光纸和不闪光墨水

改变光线透射方向（侧面来）

减少来自干扰区的光，增加干扰区外的光

示意图

颜色

人眼识别颜色

人眼可以感觉：颜色、形象、亮度等

人眼对颜色变化比对亮度变化更敏感

颜色——光作用于人眼引起除形象以外的视觉特性

颜色形成

正常人眼可以感觉出各种颜色：红色、橙色......颜色视觉是由于光能量分布不同引起的。

分类与属性

分类

显色方式

光源色

光源射出光的颜色

物体色

光被物体反射或透射后的颜色

物体色中包含表面色

漫反射、不透明物体表面的颜色

表面色：主要从入射光中减去一些波长的光后产生的（除了显示波长其他颜色都吸收）

红纸白光照是红色。绿光照是黑色

视感觉

无彩色

从白到黑一系列中性灰色

有彩色

除了黑白以外各种颜色

颜色属性

色调H

红黄蓝......

明度V

一般亮度越大，或τ、Γ越大，明度越大

Γ就是光反射比（材质反射的漫反射光能的百分比）

白色与黑色举例

表面色

当Γ＞0.8，一般认为是白色，如新下白雪、氧化镁

当Γ＜0.04时，一般认为是黑色，如Γ≈0.02的黑丝绒

光源色

当亮度很高时，感觉是白色的

无光是黑色的

当亮度很低的时候，感觉是发黑或发暗

彩度C

饱和度，即颜色的纯洁性单色光最饱和即彩度最大

混合方法

加色法

光源色的相加混合（光源色）

三原色：红，绿，蓝

补色：某一颜色与其补色适当比例混合可以得到白色

你的光谱加我的光谱

减色法

染料涂料的物体色减法混合（物体色）

三原色：青色，品红，黄色

补色：某一颜色与其补色有一定比例的相加混合可以得到灰色

你的不吸收的光谱被我吸收了

示例

色度系统

光的等色实验为依据，由进入人眼能引起有彩色或无彩色感觉的可见辐射表示的体系。

表面色直接评价的基础上，用构成等感觉指标的颜色图册表示的体系

孟塞尔表色系统

每一个部位对应的颜色：孟塞尔标号表示色的三个独立主观因素：HVC：它目前是国际上通用的表色系统

光源色温、相关色温和显色性

色温

在辐射作用下既不反射也不透射，而能把落在它上面的辐射全部吸收的物体称为黑体或称为：完全辐射体

黑体继续加热时，它的相对光谱功率分布最大值将向短波方向移动，相应光色将按顺序红-黄-白-蓝方向变化，不同温度下，对应的光色变化在CIE色品图上形成的弧形轨迹，叫做黑体轨迹或称为普朗克轨迹

由于不同温度的黑体辐射对应着一定的光色，所以人们就用黑体加热到不同温度时所发出的不同光色来表示光源的颜色

通常把某一种光源的色品与某一温度下的黑体色品完全相同的黑体温度称为光源的色温Tc

白炽灯和卤钨灯的色品坐标正好在黑体轨迹上，所以用色温来描述此种光源的光色最合适。

蜡烛色温800-900红色，融化的钢水色温3000k左右，黄白色。