景觀照明設計不僅是通過燈光的運用來表現(xiàn)主題景觀本身,更重要的是使其和諧融入人居環(huán)境,使體驗者感受到精神的愉悅與享受。故而“人”才是景觀照明的根本,以此為出發(fā)點,通過運用不同的技術手段組合來達到景觀照明“人性化”的目的。
光與人的關系
人通過視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺等感覺來獲取外部信息,了解周圍世界。據報道,人類有80%的信息是通過視覺渠道來獲取得。視覺是由進入人眼的輻射所產生的光感覺而獲得的對外界的認識。視覺不是瞬間即逝的,其過程和特性都比較復雜,至今還存在我們未知的一些領域。視覺體驗的過程是由大腦和眼睛密切合作而形成的。
人的視覺系統(tǒng)類似于圖像識別系統(tǒng),主要由三個部分組成:眼球肌、眼睛的光學系統(tǒng)和視神經系統(tǒng)。眼睛在眼球肌的作用下運動,捕捉光線,光線通過眼睛的光學系統(tǒng)將光線聚集在視網膜上,并通過生物電化學作用傳輸?shù)揭暽窠?,最終傳輸至大腦,產生光的感覺或產生視覺。
光線通過眼睛發(fā)生的主要光學過程為:當波長為380nm~780nm的可見光輻射進入眼睛的外層透明保護膜后,發(fā)生折射,光線從角膜進入瞳孔,進入的光量通過瞳孔的收縮或者擴張自動地得到調節(jié)。光線通過瞳孔和晶狀體后,由晶狀體和透明玻璃狀體液將光線聚集在視網膜上,人眼結構示意圖如圖1所示。
圖1人眼結構示意圖
照明是為視覺提供光環(huán)境,因此照明科技必然與人對光感受聯(lián)系在一起。這包括照明測試、照明評估、照明設計和照明規(guī)劃等分支。所以照明是一門交叉學科,并且與物理學、生理學、心理學、建筑學、美學、經濟學、環(huán)境科學等都有一定聯(lián)系。而光與人的關系也比較緊密,除了在視覺上,同時在生理上,心理上,以及照明在人類文明的進步史上的位置都有密切的聯(lián)系。
光環(huán)境相關的照明參數(shù)
光強、光通量和光效
光度學中最基本的單位是發(fā)光強度,以I標示,單位是坎德拉(Candela),記作cd,它是國際單位制中7個基本單位之一。其定義為發(fā)出頻率為540×1012Hz(對應在空氣中555nm的波長)的單色輻射,在給定方向上輻射強度為(1/683)W/sr時,光源在該方向上的發(fā)光強度規(guī)定為1cd,光通量與光強關系示意圖如圖2所示。
光源在單位時間內發(fā)出的光量稱為光源的光通量,以Φ表示,單位為流明(lm)。一個在所有方向上光強均為1cd的點光源,其輻射出來的總光通量即為4πl(wèi)m。它是根據輻射對標準觀察者的作用導出的光度量。對于明視覺,若輻射體的光譜輻射通量為Φe(λ),其光通量Φ的表達式為
式中,Km為輻射的光譜光(視)效能的最大值,單位為流明/瓦(lm/W),在單色輻射時,明視覺條件下的Km值為683 lm/W(當λ=555nm時);V(λ)為光譜光(視)效率;P(λ)為輻射體的光譜功率分布函數(shù);Φ為光通量(單位為lm,1lm=1cd·1sr)。
圖2光通量與光強關系示意圖
發(fā)光效率簡稱光效,是衡量光源節(jié)能的主要指標,用η來表示。光效是光源輸出光通量與輸入功率的比值,它標示電能轉化為光能的效率,即光源每消耗1W電能所發(fā)出的光通量,光效的單位是流明/瓦(lm/W)。光源的光效差異很大,從白熾燈的10lm/W以上到低壓鈉燈的200lm/W以上。根據光通量的定義,理論上光源的最大光效值可以達到683lm/W。
照度和亮度
衡量光環(huán)境的照明參數(shù)有很多,最為直觀地即是照度和亮度。光照度(簡稱照度)是表征被照明物體表面被照亮程度的量,用E表示,單位為勒克斯(lx),1lx=1lm/m2。它表示每單位表面接受到的光通量。如微小的面積dA上受到的光通量為dΦ,則此被照表面的照度為
照度的單位除了勒克斯(lx)外,在北美地區(qū)使用英尺燭光(fc),1fc=10.76lx。
光源在某一方向的光亮度(簡稱亮度)L(j,θ)是光源在該方向上的單位投影面在單位立體角中發(fā)射的光通量。亮度的符號為L,單位為坎德拉每平方米(cd/m2=lm/m2·sr)。如在微小的面積dA和微小立體角dω內的光通量dΦ(j,θ),則亮度為:
式中,
d2Φ(j,θ)——通過給定點的束元傳輸?shù)牟o定方向立體角dω內傳播的光通量;
dA——包括給定點的輻射束截面積;
θ——輻射束截面積與輻射束方向的夾角,亮度的國際單位坎德拉每平方米(cd/m2),光通量的形成如圖3所示。
圖1-3光通量、光強、照度、亮度之間的關系示意圖
圖3光通量的形成示意圖
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