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1、第第21章建筑光学基本知识章建筑光学基本知识第1页，本讲稿共37页光的性质：光的性质：l可见光：可见光：波长在波长在 380 760nm 之间的电磁波辐射。之间的电磁波辐射。l不同波长的光在视觉上形成不同的颜色。不同波长的光在视觉上形成不同的颜色。l多色光：多色光：一般光源发出的光往往是由不同波长的电一般光源发出的光往往是由不同波长的电磁波组成，这样的光，称为多色光。磁波组成，这样的光，称为多色光。l单色光：单色光：波长单一的光，称为单色光。波长单一的光，称为单色光。第2页，本讲稿共37页2.1.1 基本光度单位及应用基本光度单位及应用一、光通量一、光通量 二、发光强度二、发光强度三、照度三、
2、照度四、亮度四、亮度第3页，本讲稿共37页一、一、光通量：光通量：l光通量光通量：是按照国际约定的人眼视觉特性：是按照国际约定的人眼视觉特性评价的辐射能通量（辐射功率）。用评价的辐射能通量（辐射功率）。用 表示，单位：光瓦，流明（表示，单位：光瓦，流明（）。）。第4页，本讲稿共37页l光谱光效应函数光谱光效应函数 V ：描描述人眼对不同波长单色光的视述人眼对不同波长单色光的视亮度感受性的差异。如图亮度感受性的差异。如图13-1(对应教材对应教材p135p135图图2.1-3)2.1-3)l明视觉光谱光效应函数明视觉光谱光效应函数：将：将 黄绿光黄绿光=555=555nmnm的感觉量定为的感觉量
3、定为1 1，其余波长光的感觉量都小，其余波长光的感觉量都小于于1 1，如图中的实线；，如图中的实线；暗视觉光谱光效应函数暗视觉光谱光效应函数：以：以 的蓝绿光的蓝绿光=510=510nmnm的感觉量定的感觉量定为为1 1，如图中虚线。，如图中虚线。第5页，本讲稿共37页l光通量的计算公式：光通量的计算公式：若为多色光，则光通量为各单色光的总和。即：若为多色光，则光通量为各单色光的总和。即：波长为波长为 的辐射通量的辐射通量l单位换算：1光瓦等于辐射通量为1W，波长 的黄绿光所产生的光感觉量。光瓦单位太大，常用另一较小单位流明（）。1光瓦第6页，本讲稿共37页二、发光强度：l发光强度发光强度：指
4、光源所发出的光通量在空：指光源所发出的光通量在空间的分布密度。间的分布密度。l不同光源发出的光通量在空间的分布往不同光源发出的光通量在空间的分布往往不同。往不同。l公式计算：当点光源在某一方向上的无公式计算：当点光源在某一方向上的无限小立体角限小立体角 内发出的光通量为内发出的光通量为 时，则该方向上的发光强度为时，则该方向上的发光强度为 第7页，本讲稿共37页l发光强度的单位：发光强度的单位：坎德拉坎德拉（CandelaCandela），符号），符号 。立体角的单位：立体角的单位：球面度球面度，符号，符号 。如图如图13-213-2，在一半径为，在一半径为 的球心的球心 O O 处放一光源，
5、它向球表面处放一光源，它向球表面 ABCD ABCD 所包所包围面积围面积 S S 上发出上发出 F F 的光通量。的光通量。面积面积 S S 在球心形成的立体角为在球心形成的立体角为 ：则这一方向的发光强度为：则这一方向的发光强度为：第8页，本讲稿共37页三、照度：三、照度：l照度照度：表示被照面上的光通量密度。：表示被照面上的光通量密度。l计算公式：计算公式：设被照面无限小面积设被照面无限小面积 上所接受的光通量为上所接受的光通量为 ，则该点处的照度为：，则该点处的照度为：当光通量当光通量 均匀分布在被照面均匀分布在被照面 上时，则上时，则此时被照面的照度为：此时被照面的照度为：l单位：勒
6、克斯单位：勒克斯第9页，本讲稿共37页四、亮度：四、亮度：l物体在视线方向上的发光强度越大，投影面积越小，就物体在视线方向上的发光强度越大，投影面积越小，就感到它越亮，即亮度越大。感到它越亮，即亮度越大。l亮度单位：熙提亮度单位：熙提sb，l太阳亮度太阳亮度20万万sb，蓝天，蓝天0.22.0sb，白炽灯灯丝亮度，白炽灯灯丝亮度300500sb。第10页，本讲稿共37页2.1.2 人眼的视觉特性人眼的视觉特性一、视觉一、视觉二、亮度二、亮度阈阈三、视野三、视野四、视力四、视力五、眩光五、眩光第11页，本讲稿共37页一、视觉一、视觉l视觉视觉：指人眼通过对光的感受由大脑中产生的感觉。：指人眼通过
7、对光的感受由大脑中产生的感觉。l视觉的形成过程视觉的形成过程：光源（太阳或灯）发出光辐射；光源（太阳或灯）发出光辐射；外界景物在光照射下产生颜色、明暗和形体的差异，外界景物在光照射下产生颜色、明暗和形体的差异，相当于形成二次光源；相当于形成二次光源；二次光源发出不同强度、颜色的信号进入人眼瞳孔，二次光源发出不同强度、颜色的信号进入人眼瞳孔，借助眼球调节，在视网膜上成像；借助眼球调节，在视网膜上成像；视网膜上接受的光刺激（即物象）变为脉冲信号，视网膜上接受的光刺激（即物象）变为脉冲信号，经视神经传给大脑，通过大脑的解释、分析、判断而经视神经传给大脑，通过大脑的解释、分析、判断而产生视觉。产生视觉
8、。第12页，本讲稿共37页二、亮度阈二、亮度阈l亮度阈亮度阈：指能够引起视觉感觉的亮度范围的上、：指能够引起视觉感觉的亮度范围的上、下限值。下限值。物体具有一定亮度是在视网膜上成像以引起视觉物体具有一定亮度是在视网膜上成像以引起视觉感觉的基本条件。感觉的基本条件。l实验表明人眼能感觉到物体存在一个最低亮度阈实验表明人眼能感觉到物体存在一个最低亮度阈 ；视觉可以忍受的亮度上限约为；视觉可以忍受的亮度上限约为 ，超过这一数值，视网膜就会因辐射过强而受到，超过这一数值，视网膜就会因辐射过强而受到损伤。损伤。第13页，本讲稿共37页三、视野三、视野l视野视野：指当头和眼睛不动时：指当头和眼睛不动时 人
9、眼能察觉到的空间范围。人眼能察觉到的空间范围。l视野范围视野范围：单眼视野在垂直方向的角度单眼视野在垂直方向的角度 约约 ，水平方向约，水平方向约 ；双眼视野较小一些，约占总视野中的双眼视野较小一些，约占总视野中的 范围。范围。视线周围视线周围 内物体能在视网膜中心成像，内物体能在视网膜中心成像，清晰度最高，这部分叫清晰度最高，这部分叫“中心视野中心视野”；目标偏离中心视野以外观看时，叫目标偏离中心视野以外观看时，叫“周围视野周围视野”；视；视线周围线周围 视觉环境的清晰度也较好。视觉环境的清晰度也较好。第14页，本讲稿共37页四、视力四、视力l视力视力：指任凭借：指任凭借 视觉器官辨认视觉器
10、官辨认 目标或细节的敏锐程度。目标或细节的敏锐程度。在数量上，视觉敏锐度等于刚在数量上，视觉敏锐度等于刚 能分辨的视角的倒数，即能分辨的视角的倒数，即l视角视角：物体大小（或其中某细节的大小）对眼睛形成：物体大小（或其中某细节的大小）对眼睛形成的张角。如图的张角。如图13-913-9。视角计算式视角计算式 较小时较小时的近似式的近似式 通常用通常用“分分”表示视角大小：表示视角大小：第15页，本讲稿共37页l眼分辨细节的能力主要是中心眼分辨细节的能力主要是中心 视野的功能。医学上常用兰道视野的功能。医学上常用兰道 尔环或尔环或“E”型视标检验人的型视标检验人的 视力。如图视力。如图13-101
11、3-10。l视觉敏锐度随背景亮度、亮度对比、细节呈现时间、眼睛视觉敏锐度随背景亮度、亮度对比、细节呈现时间、眼睛的适应状况等因素而变化。的适应状况等因素而变化。第16页，本讲稿共37页五、眩光五、眩光l眩光眩光：指亮度过高或亮度对：指亮度过高或亮度对 比过大的比过大的刺眼光源。刺眼光源。l不同位置的眩光对视力影响不同位置的眩光对视力影响 程度不同。程度不同。如图如图13-1113-11。l眩光源的尺寸也影响刺激量的大小，眩光源的尺寸也影响刺激量的大小，尺寸大的就刺眼一些。尺寸大的就刺眼一些。l直射眩光直射眩光：直接被眼看到，引起视觉：直接被眼看到，引起视觉功能损失的眩光；功能损失的眩光；反射眩
12、光反射眩光：在一些光滑表面上，也可：在一些光滑表面上，也可能看到眩光源的反射形象，同样能引能看到眩光源的反射形象，同样能引起视觉功能的损失，称反射眩光。起视觉功能的损失，称反射眩光。第17页，本讲稿共37页2.1.3 材料的光学性质材料的光学性质一、定向反射和透射一、定向反射和透射二、扩散反射和透射二、扩散反射和透射 （一）均匀扩散材料（一）均匀扩散材料 （二）定向扩散材料（二）定向扩散材料第18页，本讲稿共37页第19页，本讲稿共37页l光的反射、吸收和透射。如图光的反射、吸收和透射。如图13-1313-13。据能量守恒，有据能量守恒，有 反射、吸收和透射光通量与入射光反射、吸收和透射光通量
13、与入射光通量之比，分别称为反光系数通量之比，分别称为反光系数 、吸收系数、吸收系数 和透光系数和透光系数 ，即即第20页，本讲稿共37页 表表13-113-1，13-213-2列出列出了常用建筑了常用建筑材料的反光材料的反光系数和透射系数和透射系数，供采系数，供采光设计时参光设计时参考使用。考使用。第21页，本讲稿共37页l为作好采光和照明设计，还需了解光通量经介质为作好采光和照明设计，还需了解光通量经介质反射和透射后分布上的变化。反射和透射后分布上的变化。l根据光通量分布变化的角度不同，反光和透光材根据光通量分布变化的角度不同，反光和透光材料均可分为两类：一类是定向的；一类是扩散的。料均可分
14、为两类：一类是定向的；一类是扩散的。光线经定向类材料的反射和透射后，光分布的立光线经定向类材料的反射和透射后，光分布的立体角没有变；而光线经扩散类材料的反射和透射体角没有变；而光线经扩散类材料的反射和透射后，入射光通量程度不同的分散在更大立体角范后，入射光通量程度不同的分散在更大立体角范围。围。第22页，本讲稿共37页一、定向反射和透射一、定向反射和透射l定向反射定向反射：光照射到表面很光滑的不透：光照射到表面很光滑的不透 明材料上，出现定向反射。人眼通过对明材料上，出现定向反射。人眼通过对 光的感受由大脑中产生的感觉。光的感受由大脑中产生的感觉。特点：（如图）特点：（如图）入射角等于反射角；
15、入射角等于反射角；入射光线，入射光线，反射光线以及反射表面的法线处于反射光线以及反射表面的法线处于 同一平面。同一平面。利用这种特点将光滑表面放在合适利用这种特点将光滑表面放在合适 位置，可将光线反射到所需位置，位置，可将光线反射到所需位置，或避免光源在视线中出现。或避免光源在视线中出现。aaa第23页，本讲稿共37页第24页，本讲稿共37页第25页，本讲稿共37页l定向透射定向透射：光照射到透明材：光照射到透明材料上，出现定向透射。料上，出现定向透射。若透明材料两表面彼此平行，若透明材料两表面彼此平行，则透过光线的方向和入射方则透过光线的方向和入射方向保持不变，只在材料内产向保持不变，只在材
16、料内产生微小的折射；生微小的折射；若两表面不平性，各处厚薄若两表面不平性，各处厚薄不均，因折射角不同透过的不均，因折射角不同透过的光线就不平行。光线就不平行。第26页，本讲稿共37页二、扩散反射和透射二、扩散反射和透射l半透明材料使入射光线发生扩散透半透明材料使入射光线发生扩散透 射；射；表面粗糙的不透明材料使入射光线发生表面粗糙的不透明材料使入射光线发生扩散反射。扩散反射。l据对光的扩散状况，可将材料分为均匀据对光的扩散状况，可将材料分为均匀扩散和定向扩散两类。扩散和定向扩散两类。第27页，本讲稿共37页（一）均匀扩散材料：（一）均匀扩散材料：（一）均匀扩散材料：（一）均匀扩散材料：l均匀扩
17、散材料将入射光线均均匀扩散材料将入射光线均匀地匀地 向四面八方反射或透射，向四面八方反射或透射，从各角度看，其亮度完全相从各角度看，其亮度完全相同，看不见同，看不见 光源形象。这类光源形象。这类材料的亮度和发光强度分布材料的亮度和发光强度分布如图如图13-1513-15。第28页，本讲稿共37页（二）定向扩散材料：（二）定向扩散材料：（二）定向扩散材料：（二）定向扩散材料：l某些材料同时具有定向和扩散两某些材料同时具有定向和扩散两种性质。在其定向反射（透射）种性质。在其定向反射（透射）方向上具有最大的亮度，而在其方向上具有最大的亮度，而在其它方向也有一定亮度，如图亮度它方向也有一定亮度，如图亮
18、度和发光强度分布。和发光强度分布。l这时在反射方向可看到光源的大这时在反射方向可看到光源的大致形象，但轮廓不似定向反射那致形象，但轮廓不似定向反射那样清晰，而在其它方向又类似扩样清晰，而在其它方向又类似扩散材料具有一定亮度，不象定向散材料具有一定亮度，不象定向反射材料那样没有亮度。反射材料那样没有亮度。第29页，本讲稿共37页颜色颜色颜色颜色波长波长nm红红640750橙橙600640黄黄550600蓝蓝480550绿绿450480紫紫400450第30页，本讲稿共37页颜色分类颜色分类l色调（色相）：色调（色相）：单色光在白色背景上呈现的颜色单色光在白色背景上呈现的颜色l明度：明度：颜色相对
19、明暗的特性。亮度、反射比颜色相对明暗的特性。亮度、反射比l彩度（饱和度）：彩度（饱和度）：颜色的纯洁性。白色颜色的纯洁性。白色第31页，本讲稿共37页颜色混合颜色混合l三原色：红（三原色：红（700nm）、）、绿（绿（546.1nm）、）、蓝蓝（435.8nm）l混合规律：混合规律：l1、互补色，黄、互补色，黄+蓝、红蓝、红+青、绿青、绿+品红品红=白或灰白或灰第32页，本讲稿共37页l混合规律混合规律2 2、非互补色混合为中间色，偏比重大的。、非互补色混合为中间色，偏比重大的。l3 3、表观颜色相同的光在混合相加中效果相同，无论光谱、表观颜色相同的光在混合相加中效果相同，无论光谱成分是否相同。成分是否相同。A=B,C=DA=B,C=D有有A+C=B+DA+C=B+Dl由几个颜色光组成的混合色的亮度，是各颜色亮度的总和。由几个颜色光组成的混合色的亮度，是各颜色亮度的总和。第33页，本讲稿共37页颜色的定量颜色的定量l10Y8/12l色调为黄与绿的中间色，明度为色调为黄与绿的中间色，明度为8，彩度为，彩度为12。第34页，本讲稿共37页第35页，本讲稿共37页第36页，本讲稿共37页第37页，本讲稿共37页