导图社区 建筑光学基本知识
建筑光学基本知识整理总结。建筑光学研究的是一种能直接引起视感觉的光谱辐射。下图知识点主要包括眼睛和视觉、基本光度单位、材料的光学特质、可见度、颜色等等。
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建筑光学基本知识
研究对象
一种能直接引起视感觉的光谱辐射
研究波长为380~780nm的可见光
波长大于780nm的红外线，无线电波以及波长小于380nm紫外线，X射线等人察觉不到
眼睛与视觉
眼睛的构造
瞳孔
水晶体
视网膜
感光细胞
锥体细胞
分布
锥体细胞主要集中在视网膜的中央部位，称为“黄斑”的黄色区域，中央窝密度最大
作用
锥体细胞在明亮环境下对色觉和视觉起决定作用
即它能分辨出物体的细部和颜色，并对环境的明暗变化做出迅速的反应，以适应新环境
杆体细胞
杆体细胞自中央窝向外其密度迅速增加，在离中央窝20度附近其密度最大
杆体细胞在黑暗环境中对明暗感觉起决定作用
它虽能看到物体，但不能分辨其细部和颜色，对明暗变化的反应缓慢
人眼的视觉特点
视看范围（视野）
双眼不动的视野范围
水平面180°；垂直面130°，上方60°，下方70°
中心视野
黄斑区所对应的角度约为2°的区域
具有最高的视觉敏锐度，能分辨最微小的细部
由于此区域没有杆体细胞，在黑暗环境中这部分不产生视觉
视觉清楚区域
中心视野往外直到30°的范围内
观看物体的最有利位置
通常站在离展品高度的2~1.5倍距离观看展品就是使展品处于视觉清楚区域
明暗视觉
明视觉
＞1cd/㎡
指在明亮环境中，主要由视网膜的锥体细胞起作用的视觉
能够辨认很小的细节，同时具有颜色感觉，而且对外界亮度变化适应能力强
暗视觉
＜0.01cd/㎡
指在暗环境中，主要由视网膜杆体细胞起作用
只有明暗感觉而无颜色感觉，也无法分辨物件的细节，对外部变化的适应能力低
中间视觉
介于明暗视觉之间的视觉
光谱光视效率
定义
人眼在观看同样功率的辐射，在不同波长时感到的明亮程度不一样，人眼的这种特性用光谱光视效率V（λ）曲线表示，
它表示在特定的光度条件下产生相同视感觉时，波长λm与波长λ的单色光辐射通量的比
λm选在视感最大值时（明视觉为555nm，暗视觉为507nm）
相关知识点
明视觉光谱光视效率设为1.0
明视觉在黄绿光部位最亮，越趋向光谱两端越暗
普尔金耶效应
在不同光亮条件下人眼感受性不同的现象
基本光度单位和应用
光通量Φ
某一光源向四周空间发射出的光能总量
单位：流明（lm）
V(λ)=1.0
发光强度I
光源在给定方向上的单位立体角内的光通量
单位：坎德拉（cd）
1cd=1lm/1sr
立体角Ω
单位：球面度（sr）
Ω=A/r²
I=Φ/Ω
照度E
落在被照面上的单位面积光通量密度
单位：勒克斯（lx）
1lx=1lm/1㎡
E=Φ/A
发光强度和照度的关系
上式适用于点光源，一般当光源尺寸小于至被照面距离的1/5时，即将该光源视为点光源
亮度L
单位投影面积上的发光强度
单位：坎德拉每平方米（cd/㎡）
1cd/㎡=1cd/1㎡
其他单位：
熙提（sb）1sb=10000cd/㎡=1cd/cm²
阿熙提（asb）1asb=1/πcd/㎡
子主题
照度和亮度的关系
立体角投影定律
材料的光学性质
光的反射、吸收和投射
光反射比ρ+光吸收比α+光透射比τ=1
光的分布变化取决于材料表面光滑程度和材料内部分子结构
反光和透光材料分类
规则的
扩散的
漫反射
均匀扩散
规则反射和投射
规则反射定义
无漫射的情况下，按照几何光学的定律进行反射
特点
入射角等于反射角
入射光线，反射光线，法线共面
规则投射定义
无漫射的情况下，按照几何光学定律的透射
如材料两个表面彼此平行，则透光材料的光线方向和入射方向保持平行
扩散反射和投射
漫射材料
漫射材料定义
漫射材料又称为均匀扩散材料，这类材料将入射光线均匀地向四面八方反射或透射，从各个角度看其亮度完全相同，看不见光源形象
宏观上不存在规则反射时，由反射造成的漫射
氧化镁，石膏，粉刷，砖墙，大部分无光泽，粗糙的建筑材料
漫透射
宏观上不存在规则投射时，由透射造成的漫射
乳白玻璃，半透明塑料
透过它看不见光源形象或外界警务，只能看见材料本色和亮度的变化
常用来做灯罩，发光顶棚，以降低光源的亮度，减少眩光
朗伯余弦定律
混合反射与透射材料
混合反射
光滑的纸，粗糙的金属表面，油漆表面
反射方向可看到光源的大致形象，但轮廓不像规则反射那样清晰清晰，而其他方向有类似漫反射材料具有一定量度，但不像规则反射那样亮度为零
混合透射
磨砂玻璃
透过它可以看到光源的大致形象，但不清晰
可见度及其影响因素
可见度（视度）定义
用来定量表示人眼看物体的清楚程度
可见度影响因素
亮度
人眼能看到的最低亮度为0.00001asb
亮度增大，可见度增大
当亮度超过16sb时，人们就感到刺眼，不能坚持工作
照度满意区间1500~3000lx
物件相对尺寸
视角α
里科定律
亮度*面积=常数
识别小物体，需要更高的亮度
亮度对比C
亮度对比即观看物体和其背景之间的亮度差异，差异越大，可见度越高
识别时间
邦森-罗斯科定律
亮度*时间=常数
即呈现时间越短，需要越高的亮度才能引起视感觉
对于移动对象，识别时间短促而辨认困难时，按照度标准值分级提高一级
明适应
暗适应
眩光
眩光定义
在视野中由于亮度的分布或亮度范围不适宜，或存在着极端的对比，以致引起不舒适感觉或降低观察细部或目标能力的视觉现象
眩光分类
按对视觉影响程度分类
失能眩光
降低视觉对象可见度，但不一定产生不舒适感觉的眩光
不舒适眩光
产生不舒适感觉，但不一定降低视觉对象可见度
影响人们注意力，长时间增加视疲劳
按眩光形成过程分类
直接眩光
由视野中，特别是在靠近视线方向存在的发光体所产生的眩光
反射眩光
由视野中的反射所引起的眩光，特别是在靠近视线方向上看到反射像所产生的眩光，反射眩光往往难以避开
减轻或消除直接眩光的措施
限制光源亮度
增加眩光源的背景亮度，减少二者之间的亮度对比
减小形成眩光的光源视看面积
尽可能增大眩光源的仰角
当眩光源仰角小于27°时，眩光源影响显著，当仰角大于45°时，眩光影响就大大减少
不同仰角的眩光感觉
极强眩光区
14°以下
强烈眩光区
14°~27°
中等眩光区
27°~45°
微弱眩光区
45°~60°
无眩光区
60°以上
减轻或消除反射眩光的措施
尽量使视觉作业的表面为无光泽表面，减弱规则反射而形成的反射眩光
使视觉作业避开和原理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
颜色
颜色的基本特性
颜色形成
物体色是被感知为物体所具有的颜色，它是由光被物体反射或透射后形成的
物体色取决于光源的光谱能量分布，物体的光谱反射比，光谱透射比分布
人眼感觉到的表面色主要决定于物体的光谱反射比分布，光源的反射光谱分布
颜色的分类和属性
物体分为无色彩和有色彩两大类
无彩色（知觉意义上是无色调的知觉色）
纯白-光反射比为1的理想的完全反射体
纯黑-光反射比为0的理想的无反射体
光反射比最高的是氧化镁，0.98
最低的是黑丝绒，0.02
物体表面光反射比在0.8以上时，物体为白色，光反射比在0.04以下时，物体为黑色
有彩色（所感知的颜色具有色调，除无色彩以外的各种颜色组成的）
色调
色调是指各彩色彼此相互区分的视感觉的特性
物体的色调取决于光源的光谱组成和物体反射（透射）的各波长光辐射比例对人产生的视感觉
明度
是颜色相对明暗的视感觉特性
彩度
是指色彩的纯洁性
物体色彩度取决于物体反射或透射光谱辐射的选择性程度
颜色混合
颜色的减色混合原理
相加混合（光源色）
红、绿、蓝
相减混合（物体色）
青、品红、黄
表色系统（色度系统）
CIE-1931标准色度系统
利用光的等色实验结果作为依据，由进入人眼能引起有色彩或无色彩感觉的可见辐射表示体系，即以色刺激表示的体系
孟塞尔表色系统
建立在对表面颜色直接评价基础上，用构成等感觉指标的颜色图册表示的体系
光源的色温和相关色温
光色
物体黑体温度在：红色800K~900K→黄色3000K→白色5000K→蓝色8000K~10000K
光源的色温
通常把某一种光源的色品与某一温度下的黑体的色品完全相同时黑体的温度称为光源的色温，符号Tc，单位：绝对温度K
相关色温
把某一种光源的色品与某一温度下黑色最接近的黑体温度称为相关色温，符号Tcp
光源的显色性
光源的显色性是显现物体颜色的特性，用显色指数来度量，用显色指数Ra表示
显色性优良
100~80
显色性一般
79~50
显色性差
Ra小于50
光源的显色性主要取决于光源的光谱功率分布
特定波长对显色性影响
提高光源显色性
450nm（浅紫蓝光）
540nm（绿偏黄光）
610nm（浅红橙光）
降低显色性
500nm（绿光）
580nm（橙偏黄光）
