建筑光学的基本知识

1、建筑物理概论建工学院建筑系 栾蓉第三章、建筑光学的基本知识Toward概概 述述1第一节第一节 眼睛与视觉眼睛与视觉2第二节第二节 基本光度单位及应用基本光度单位及应用 3第三节第三节 材料的光学性质材料的光学性质4第四节第四节 可见度及其影响因素可见度及其影响因素5概 述 光是能量的一种形式，或说光是一种电磁辐射能。nm纳米1nm = 10-9 m780 nm380 nm 光的作用： 1.影响工作效率；室内光环境概 述2.影响心理舒适，身体健康；室内装饰照明概 述3.美化环境，表现建筑艺术；重庆市朝天门夜景概 述4.节能，保护环境； 以上海用电量为例： 年用电量为1400亿度电，其中照明用电

2、量为392亿度电（28%）。 如果照明节能50%，则节约196亿度电，减少二氧化碳56万吨。概 述第一节、眼睛与视觉第一节、眼睛与视觉 一、人眼的构造一、人眼的构造类似于第一节、眼睛与视觉第一节、眼睛与视觉 一、人眼的构造一、人眼的构造瞳孔瞳孔起照相机中的光圈作用能控制进光量。水晶体水晶体起照相机的透镜作用，但它具有自动聚焦功能。视网膜视网膜类似于照相机中的胶卷能对光线产生反应。感光细胞感光细胞分为锥体（状)感光细胞和杆体（状)感光细胞； 2002年发现了神经节感光细胞第三种感光细胞控制昼夜节律、强度和瞳孔大小等。锥体细胞和杆体细胞示意图锥体细胞和杆体细胞示意图锥体细胞锥体细胞杆体细胞杆体细胞

3、第一节、眼睛与视觉第一节、眼睛与视觉 一、人眼的构造一、人眼的构造t锥体（状)感光细胞分布在眼中心中心部位，灵敏度差差，但可感觉颜色感觉颜色（眼中有红、绿、蓝感光色素）。t杆体（状)感光细胞分布在眼中心的四周四周，灵敏度高高，无无颜色感觉。t人眼一种可见光的接收器，人类在进化过程中人眼已经适应了太阳光。第一节、眼睛与视觉第一节、眼睛与视觉 一、人眼的构造一、人眼的构造t太阳、大气层、地球示意图太阳、大气层、地球示意图第一节、眼睛与视觉第一节、眼睛与视觉 一、人眼的构造一、人眼的构造太阳光经过大气层射到地面； 地面上光辐射强度在500nm附近最大，人眼最敏感的光的波长；明视觉明视觉明亮的环境下，

4、如白天，555nm（黄绿光）；暗视觉暗视觉暗环境下，如晚上不开灯， 507nm（绿色光）。第一节、眼睛与视觉第一节、眼睛与视觉 二、人眼的视觉特点二、人眼的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。1）视看范围（视野），见图。第一节、眼睛与视觉第一节、眼睛与视觉 二、人眼的视觉特点二、人眼的视觉特点2）明、暗视觉 明视觉明视觉：在明亮的环境中，主要由视网膜的锥体细胞锥体细胞起作用的视觉 （高于几个cd/m2的亮度时的视觉）。 暗视觉暗视觉：在暗环境中，主要由视网膜的杆体细胞杆体细胞起作用的视觉（低于百分之几cd/m2的亮度时的视觉）。 中间视觉中间视觉：视网膜的锥体感

5、光细胞锥体感光细胞和杆体感光细胞杆体感光细胞同时起作用同时起作用，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（介于明视觉和暗视觉之间的视觉）。 注：本处仅介绍明视觉情况。第一节、眼睛与视觉第一节、眼睛与视觉 二、人眼的视觉特点二、人眼的视觉特点 3）光谱光视效率 在明视觉条件下： 在国际上，把人眼对555nm感觉量定为1。 通过实验确定其他波长在视感觉相同时需要辐射通量多大才与555nm相同。第一节、眼睛与视觉第一节、眼睛与视觉 二、人眼的视觉特点二、人眼的视觉特点 3）光谱光视效率 光谱光视效率V（）曲线表示在特定光度条件下产生相同视觉感觉时，在视亮度匹配实验里，波长m和波长的单

6、色光辐射通量的比： V(）=e m/ e 眼睛与视觉课后复习思考题眼睛与视觉课后复习思考题 复习：复习： 1、明视觉概念明视觉概念 2、光谱光视效率、光谱光视效率V() 思考题：思考题： 1、从人眼的构造上看，人眼的功能在哪些方面与照相机类似？从人眼的构造上看，人眼的功能在哪些方面与照相机类似？Back第二节、基本光度单位及应用第二节、基本光度单位及应用 一、光通量一、光通量 设有2个灯均发出单色光，且辐射出波长为555nm和620nm，辐射通量均为1W，这时对人的感觉是否一样？ 结果显然是不一样的。 光源表面能辐射光和反射光的物体（太阳、各种灯)。第二节、基本光度单位及应用第二节、基本光度单

7、位及应用 一、光通量一、光通量d)(d)(d0VKem 对于明视觉：对于明视觉： 为了比较任意两个灯发出的可见光多少时，由于光谱光视效率随波长分布不同，那么不能直接用辐射通量（瓦）多少比较，只能化成相当于多少555nm标准光通量进行比较。 因为 V()=em/e ， 所以 em= eV(), 把em称为光通量，简写成 。 光通量在单位时间内人眼感觉光辐射能量的大小。第二节、基本光度单位及应用第二节、基本光度单位及应用 一、光通量一、光通量 在计算时,光通量常采用下式算得： 式中： Km最大光谱光视效能，在明视觉时为683 lmW ； e, 波长为的辐射通量,瓦（W）。 光通量表示光源在单位时间

8、内发出光能的多少，类似于单位时间内水龙头喷水量的大小。)(, emVK第二节、基本光度单位及应用第二节、基本光度单位及应用 一、光通量一、光通量【例3-1】已知低压钠灯发出波长为589nm的单色光，设其辐射通量为10.3W，试计算其发出的光通量。【解】 根据明视觉（实线）光谱光视效率曲线中或从附录4的V（）中可查出，对应于波长589nm的V（）0.769，则该单色光源发出的光通量为： 589=68310.30.7695410 lm 由于光通量单位：光瓦太大了，如40瓦白炽灯约发出0.5光瓦。故常用流明，lm。 在国际上： 明视觉时，1光瓦= 683 lm； 暗视觉时，1光瓦= 1700 lm

9、。例例： 40瓦荧光灯可发出约2000 lm(约2.93光瓦)， 100瓦白炽灯可发出约1250 lm(约1.83光瓦）。 第二节、基本光度单位及应用第二节、基本光度单位及应用 二、发光强度二、发光强度 加了灯罩后，光通量的空间分布就不同了，灯罩下方可增大约2倍，为了描述这种现象，采用发光强度概念。第二节、基本光度单位及应用第二节、基本光度单位及应用 二、发光强度二、发光强度 光源在给定方向给定方向上上的发光强度是该光源在该方向的立体角元在该方向的立体角元d内传输的光通量d除以该立体角之商ddII 发光强度的符号为I，单位为坎坎德拉德拉，cd，1 cd表示光源在1球面度立体角内均匀发射出1lm

10、的光通量，即：sr1lm1cd1当光通量分布均匀时：即：1 坎德拉 = 1流明 / 1 球面度第二节、基本光度单位及应用第二节、基本光度单位及应用 二、发光强度二、发光强度2cosddRA立体角立体角任意一个封闭圆锥面内所包含的空间。公式为： 式中：立体角轴与被研究面法线之间的夹角。 因为球半径R垂直于球表面，所以等于0，故cos 等于1。因此，对于球表面和球心来说： = A / R2 立体角的单位：球面度，记为 sr。 1sr=面积等于R2的球表面对球心所张开的立体角。【例例3-2 】一光源在0.5sr立体角内均匀发射出100lm的光通量，求该方向上的发光强度I。【解】 I= / = 100

11、lm / 0.5sr= 200cd= 200 坎德拉第二节、基本光度单位及应用第二节、基本光度单位及应用 三、照度三、照度台灯下的书位置不同，明暗不同AEddAE 对于被照面而言，常用在其对于被照面而言，常用在其单位面积上的光通量多少来衡量单位面积上的光通量多少来衡量它被照射的程度，这就是常用的它被照射的程度，这就是常用的照度照度，符号为，符号为E,它表示被照面上它表示被照面上的光通量密度：的光通量密度：均匀时：均匀时：第二节、基本光度单位及应用第二节、基本光度单位及应用 三、照度三、照度 照度的常用单位为照度的常用单位为勒克斯勒克斯，符号为，符号为lx，1 lx等于等于1流明流明的的光光通量

12、均匀分布在通量均匀分布在1平方米的被照平方米的被照面上面上。照度的英制单位为照度的英制单位为英尺烛光英尺烛光（fc），由于由于 1平方米平方米10.76平方英尺平方英尺所以所以 1fcl0.76 lx。2m1lm1lx1照度单位第二节、基本光度单位及应用第二节、基本光度单位及应用 三、照度三、照度【例3-3】直径为100cm的圆面上均匀落下100lm的光通量，求 这圆面上的各点照度。【解】 E= /A= /R2=100/ (0.52) =127 lx【例】灯正下方1米： 40W白炽灯 40W荧光灯 晴天中午 月夜 30lx 200lx 812万lx 0.2lx第二节、基本光度单位及应用第二节、

13、基本光度单位及应用 四、发光强度与照度的关系四、发光强度与照度的关系 发光强度发光强度光通量空间密度光通量空间密度 照度照度光通量被照面密度光通量被照面密度余弦定律余弦定律AIEdd2RicosAdd2cosRiIEAEddddIddI第二节、基本光度单位及应用第二节、基本光度单位及应用 四、发光强度与照度的关系四、发光强度与照度的关系 当光垂直入射时，即i=0时，某表面的照度E与点光源在这方向的发光强度I成正比，还与光源的距离R的平方成反比。这就是计算点光源点光源产生照度的基本公式，称为距离平方反比定律： 2cosRiIE余弦定律余弦定律2RIE距离平方反比定律距离平方反比定律第二节、基本光

14、度单位及应用第二节、基本光度单位及应用 四、发光强度与照度的关系四、发光强度与照度的关系【例3-3】 如右图所示，在桌子上方2m处挂一40W白炽灯，求灯下桌面上点1处照度E1，及点2处照度E2值（设辐射角在045内该白炽灯的发光强度均为30cd）。 【解】因为I045=30cd，所以 lx5 . 70cos230coso221iRIElx4 . 53426cos1230coso2222iRIE点光源在桌面上形成的照度第二节、基本光度单位及应用第二节、基本光度单位及应用 五、亮度五、亮度黑色物体和白色物体的视觉感 （a）黑色物体 （b）白色物体 在上图中，虽然两张图片上的照度相同，但明暗的感觉不

15、同，故采用一个新的量亮度来评价这一现象。第二节、基本光度单位及应用第二节、基本光度单位及应用 五、亮度五、亮度 亮度亮度在给定方在给定方向上发光面微元的发光向上发光面微元的发光强度和垂直于给定视线强度和垂直于给定视线方向的微元的投影面积方向的微元的投影面积之比。之比。 亮度的符号为亮度的符号为L，其计算公式为：其计算公式为： 亮度概念cosddAIL 第二节、基本光度单位及应用第二节、基本光度单位及应用 五、亮度五、亮度 当角当角方向上光束截面方向上光束截面A的发光强度的发光强度I均相等时，角均相等时，角方向的方向的亮度为：亮度为： 由于物体表面亮度在各个方向不一定相同，因此常在亮度符由于物体

16、表面亮度在各个方向不一定相同，因此常在亮度符号的右下角注明角度，它表示与表面法线成号的右下角注明角度，它表示与表面法线成角方向上的亮度。角方向上的亮度。亮度的常用单位为坎德拉每平方米（亮度的常用单位为坎德拉每平方米（cdm2），它等于），它等于1平米表平米表面上，沿法线方向（面上，沿法线方向（0）发出）发出 1 坎德拉的发光强度，即：坎德拉的发光强度，即：cosAIL22m1cd1m/cd1第二节、基本光度单位及应用第二节、基本光度单位及应用 五、亮度五、亮度 有时用另一较大单位熙提（符号为有时用另一较大单位熙提（符号为sb），它表示），它表示1cm2面积上发出面积上发出1cd时的亮度单位。很

17、明显时的亮度单位。很明显 1 sb(熙提）熙提）= 104cdm2； 1 asb(阿熙提）阿熙提）= 1/ cdm2； 常见的一些物体亮度值如下：常见的一些物体亮度值如下： 白炽灯灯丝白炽灯灯丝 300 500 sb 荧光灯管表面荧光灯管表面 0.8 0.9 sb 太阳太阳 200,000 sb 无云蓝天（视距太阳位置的角无云蓝天（视距太阳位置的角 距离不同，其亮度也不同）距离不同，其亮度也不同） 0.2 2.0 sb第二节、基本光度单位及应用第二节、基本光度单位及应用 五、亮度五、亮度 上上图中三角形图中三角形1和和2的的物理亮度相同，但看上去三角形物理亮度相同，但看上去三角形1比比2亮。亮

18、度反映了亮。亮度反映了物体表面的物理特性；而我们主观所感受到的物体明亮程度，除了与物体表物体表面的物理特性；而我们主观所感受到的物体明亮程度，除了与物体表面亮度有关外，还与我们所处环境的明暗程度有关。面亮度有关外，还与我们所处环境的明暗程度有关。 又例如：同一只路灯晚上开着比白天亮；但又例如：同一只路灯晚上开着比白天亮；但在一般情况下，路灯本身的在一般情况下，路灯本身的亮度不变，即亮度不变，即物理亮度物理亮度（反映了物体本身的表面物理特性反映了物体本身的表面物理特性）不变；但观看时不变；但观看时表观亮度表观亮度（与环境明暗有关的亮度与环境明暗有关的亮度）却改变了。却改变了。表观亮度与物理亮度区

19、别与联系第二节、基本光度单位及应用第二节、基本光度单位及应用 五、亮度五、亮度【例例3-4】有一个乳白色玻璃球形光源，直径为有一个乳白色玻璃球形光源，直径为6cm,其轴向光强为其轴向光强为55cd，求轴向亮度。求轴向亮度。【解解】L L0 0= =I I / /（A A coscos）= 19452 cd /m2 注意：1.亮度对光源本身的（照度是指被照面）； 2. 辐射角，是光源法线与视线夹角； i被照面法线与视线夹角； 3.单位：面积常取平方米。 在阴天时，天空暗，室内照度小，需开灯；晴天时，天空亮度大，室内照度大。由此看来，被照面上照度大小与光源本身亮度大小有关。203. 055第二节、

20、基本光度单位及应用第二节、基本光度单位及应用 六、照度与亮度的关系六、照度与亮度的关系 所谓照度和亮度所谓照度和亮度的关系，指的是光源亮的关系，指的是光源亮度和它所形成的照度之度和它所形成的照度之间的关系。间的关系。 如如右右图所示，设图所示，设A1为各方向亮度都相同为各方向亮度都相同的发光面，的发光面，A2为被照面；为被照面；在在A1上取一微元面积上取一微元面积dA1。照度和亮度的关系第二节、基本光度单位及应用第二节、基本光度单位及应用 六、照度与亮度的关系六、照度与亮度的关系均匀cosddAIL 2cosddRiIEcosddALI 2cosddRAiRLEcoscosdAd2iLEcos

21、ddiLEcos立体立体角投角投影定影定律律第二节、基本光度单位及应用第二节、基本光度单位及应用 六、照度与亮度的关系六、照度与亮度的关系 这就是常用的立体角投影定律，它表示某一亮度为这就是常用的立体角投影定律，它表示某一亮度为L的发的发光表面在被照面上形成的照度值的大小，并且等于这一发光表光表面在被照面上形成的照度值的大小，并且等于这一发光表面的亮度面的亮度L与该发光表面在被照点上形成的立体角与该发光表面在被照点上形成的立体角的投影（的投影（cosi）的乘积。）的乘积。 这一定律表明：这一定律表明：某一发光表面在被照面上形成的照度仅和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

22、照面上形成的立体角投影有关。发光表面的亮度及其在被照面上形成的立体角投影有关。 注意：注意：立体角投影定律适用于光源尺寸相对于它和被照点距立体角投影定律适用于光源尺寸相对于它和被照点距离较大时，即面光源时。离较大时，即面光源时。 iLEcos立体角投影定律立体角投影定律第二节、基本光度单位及应用第二节、基本光度单位及应用 六、照度与亮度的关系六、照度与亮度的关系【例例3-5】 在侧墙和屋顶上各有一个在侧墙和屋顶上各有一个1m2的窗洞，它们与室内桌子的相对位置的窗洞，它们与室内桌子的相对位置见见下下图，设通过窗洞看见的天空亮度均为图，设通过窗洞看见的天空亮度均为1sb，试分别求出各个窗洞在桌面上

23、形，试分别求出各个窗洞在桌面上形成的照度（桌面与侧窗窗台等高）。成的照度（桌面与侧窗窗台等高）。iLEcos970. 05 . 022cos22 sr228. 05 . 02cos122243. 025. 45 . 0cosilx554243.0228.010000侧E【解解】侧窗时：侧窗时： sr41lx250014110000E天1cos i天窗时：天窗时：基本光度单位及应用复习思考题基本光度单位及应用复习思考题 复习：复习： 1、四个基本、四个基本光学物理量：光学物理量： 光通量光通量 单位：单位：流明，流明，lm 发光强度发光强度 单位：坎德拉，单位：坎德拉，cd 照度照度 单位：勒克

24、斯，单位：勒克斯，lx 亮度亮度 单位：熙提，单位：熙提，sb 2、两个定律：、两个定律： 距离平方反比定律距离平方反比定律 立体角投影定律立体角投影定律 思考题：思考题： 1、请说出光通量、发光强度、照度、亮度的定义、符号、单请说出光通量、发光强度、照度、亮度的定义、符号、单位及相互关系。位及相互关系。Back第三节、材料的光学性质第三节、材料的光学性质 一、从能量角度看一、从能量角度看 根据能量守恒定律根据能量守恒定律： r + = 因为因为不等于不等于0，所以，所以： r / +/ + / = 1 r + + = 1 式中：式中：r光反射比；光反射比； 光吸收比；光吸收比； 光透射比。光

25、透射比。 在光的传播过程中，遇到介在光的传播过程中，遇到介质（如玻璃、空气、墙质（如玻璃、空气、墙)时，入时，入射光通量（射光通量（）中的一部分被反射）中的一部分被反射（r r），一部分被吸收（），一部分被吸收（），），一部分透过介质进入另一侧的空间一部分透过介质进入另一侧的空间（）。）。第三节、材料的光学性质第三节、材料的光学性质 二、从光分布角度看二、从光分布角度看 如果光经过材料反射或透射后，如果光经过材料反射或透射后，光分布立体角未变光分布立体角未变，则称，则称为规则反射和规则透射。为规则反射和规则透射。 如果光经过材料反射或透射后，如果光经过材料反射或透射后，立体角变大立体角变大，则

26、称为扩散，则称为扩散反射和扩散透射。反射和扩散透射。 光经过介质的反射和透射后，它的分布变化取决于材料表光经过介质的反射和透射后，它的分布变化取决于材料表面的光滑程度和材料内部分子结构。面的光滑程度和材料内部分子结构。 第三节、材料的光学性质第三节、材料的光学性质 二、从光分布角度看二、从光分布角度看 1、规则反射和透射规则反射和透射 1）规则反射）规则反射 光线射到表面很光滑的不透明材料上，就出现规则反射现象，这时光光线射到表面很光滑的不透明材料上，就出现规则反射现象，这时光分布的立体角没有改变，如镜子等。分布的立体角没有改变，如镜子等。镜镜子子第三节、材料的光学性质第三节、材料的光学性质

27、二、从光分布角度看二、从光分布角度看 1、规则反射和透射规则反射和透射 1）规则反射）规则反射 规则反射规则反射（又称为镜面反射）就是在无漫射的情形下，按照几何光学（又称为镜面反射）就是在无漫射的情形下，按照几何光学的定律进行的反射。的定律进行的反射。 它的特点：它的特点：a.光线入射角等于反射角；光线入射角等于反射角； b.入射光线、反射光线以入射光线、反射光线以 及反射表面的法线处于同一平面及反射表面的法线处于同一平面规则反射和透射 避免受规则反射的办法 第三节、材料的光学性质第三节、材料的光学性质 二、从光分布角度看二、从光分布角度看 1、规则反射和透射规则反射和透射 2）规则）规则透透

28、射射 光线射到透明材料上则产生规则透射。光线射到透明材料上则产生规则透射。规则反射规则反射（又称为直接透射）（又称为直接透射）就是在无漫射的情形下，按照几何光学的定律进行的透射。如透明玻璃就是在无漫射的情形下，按照几何光学的定律进行的透射。如透明玻璃透透明明玻玻璃璃的的采采光光效效果果 第三节、材料的光学性质第三节、材料的光学性质 二、从光分布角度看二、从光分布角度看 1、规则反射和透射规则反射和透射 3）光学性质光学性质 材料反射（或透射）后的光源亮度和发光强度，因材料的吸收和反射材料反射（或透射）后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，而比光

29、源原有亮度和发光强度有所降低，其值为： a. 亮度亮度 b. 发光强度发光强度 LLrLLr或或rIIr II或或第三节、材料的光学性质第三节、材料的光学性质 二、从光分布角度看二、从光分布角度看 2、扩散、扩散反射和透射反射和透射 除了规则反射和透射材料外，另一类为扩散的，这类材料使入射光程除了规则反射和透射材料外，另一类为扩散的，这类材料使入射光程度不同地分散在更大的立体角范围内扩散反射和透射，如粉刷墙面和磨砂度不同地分散在更大的立体角范围内扩散反射和透射，如粉刷墙面和磨砂玻璃就属于这一类。玻璃就属于这一类。 墙墙面面磨磨砂砂玻玻璃璃和和压压花花玻玻璃璃第三节、材料的光学性质第三节、材料的

30、光学性质 二、从光分布角度看二、从光分布角度看 2、扩散、扩散反射和透射反射和透射 扩散反射和透射又可分为：漫反射与漫透射、混合反射与透射两种情扩散反射和透射又可分为：漫反射与漫透射、混合反射与透射两种情况。况。 1）漫射材料）漫射材料 定义定义 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。漫射方反射或透射，从各个角度看，其亮度完全相同，看不见光源形象。漫射材料可分为漫反射和漫透射两种材料：材料可分为漫反射和漫透射两种材料： 漫反射漫反射就是在宏观上就是在宏观

31、上不存在规则反射不存在规则反射时，由时，由反射反射造成的漫射，如粉刷造成的漫射，如粉刷墙面等。墙面等。 漫透射漫透射就是宏观上就是宏观上不存在规则透射不存在规则透射时，由时，由透射透射造成的漫射，如乳白玻造成的漫射，如乳白玻璃等。璃等。第三节、材料的光学性质第三节、材料的光学性质 二、从光分布角度看二、从光分布角度看 2、扩散、扩散反射和透射反射和透射 扩散反射和透射又可分为：漫反射与漫透射、混合反射与透射两种情扩散反射和透射又可分为：漫反射与漫透射、混合反射与透射两种情况。况。 1）漫射材料）漫射材料 光学性质光学性质 a. 亮度和照度关系亮度和照度关系 漫射材料表面的亮度可用下列公式计算：

32、漫射材料表面的亮度可用下列公式计算： 对于对于漫反射漫反射材料材料 对于对于漫透射漫透射材料材料2r/mcdrEL）（2/cmdLE第三节、材料的光学性质第三节、材料的光学性质 二、从光分布角度看二、从光分布角度看 2、扩散、扩散反射和透射反射和透射 扩散反射和透射又可分为：漫反射与漫透射、混合反射与透射两种情扩散反射和透射又可分为：漫反射与漫透射、混合反射与透射两种情况。况。 1）漫射材料）漫射材料 光学性质光学性质 b. 朗伯余弦定律朗伯余弦定律 漫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漫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：

33、法线方向的值有如下关系： 式中：式中：i 表面法线和某一方向间的夹角表面法线和某一方向间的夹角. 这一关系式称为这一关系式称为“朗伯余弦定律朗伯余弦定律”。iIIicos0第三节、材料的光学性质第三节、材料的光学性质 二、从光分布角度看二、从光分布角度看 2、扩散、扩散反射和透射反射和透射 2）混合反射与混合反射与漫射材料漫射材料 定义定义 多数材料同时具有规则和漫射两种性质。多数材料同时具有规则和漫射两种性质。所谓所谓混合反射混合反射就是规则反射和就是规则反射和漫反射兼有的反射（如油漆表面等）。漫反射兼有的反射（如油漆表面等）。而而混合透射混合透射就是规则透射和漫透射就是规则透射和漫透射兼有

34、的透射，如磨砂玻璃等兼有的透射，如磨砂玻璃等。油油漆漆桌桌面面材材料料的的光光效效果果磨磨砂砂玻玻璃璃的的采采光光效效果果 第三节、材料的光学性质第三节、材料的光学性质 二、从光分布角度看二、从光分布角度看 2、扩散、扩散反射和透射反射和透射 2）混合反射与混合反射与漫射材料漫射材料 光学性质光学性质 它们在规则反射（透射）它们在规则反射（透射）方向，具有最大的亮度，而在方向，具有最大的亮度，而在其他方向也有一定亮度。这种其他方向也有一定亮度。这种材料的亮度分布见材料的亮度分布见右右图图。材料的光学性质课后复习思考题材料的光学性质课后复习思考题 复习：复习： 1、1个定律个定律 朗伯余弦定律朗

35、伯余弦定律 2、材料的光学性质、材料的光学性质 规则反射和透射的特点；规则反射和透射的特点； 漫反射和透射的特点。漫反射和透射的特点。 思考题：思考题： 1、在什么情况下采用透明玻璃或磨砂玻璃作为侧窗玻璃较为在什么情况下采用透明玻璃或磨砂玻璃作为侧窗玻璃较为适宜？适宜？ 2、说出在漫反射条件下的亮度与照度之间的关系式。、说出在漫反射条件下的亮度与照度之间的关系式。Back第四节、可见度及其影响因素第四节、可见度及其影响因素 可见度就是人眼辨认物体存在或形状的难易程度。在室内应用时，以标可见度就是人眼辨认物体存在或形状的难易程度。在室内应用时，以标准观察条件下恰可感知的标准视标的对比或大小定义。

36、在室外应用时，以人准观察条件下恰可感知的标准视标的对比或大小定义。在室外应用时，以人眼恰可看到标准目标的距离定义，故常称为能见度。眼恰可看到标准目标的距离定义，故常称为能见度。 可见度概念是用来定量表示人眼看物体的清楚程度（故以前又把它称为可见度概念是用来定量表示人眼看物体的清楚程度（故以前又把它称为视度）。视度）。 一个物体之所以能够被看见，它要有一定的亮度、大小和亮度对比，并一个物体之所以能够被看见，它要有一定的亮度、大小和亮度对比，并且识别时间和眩光也会影响这种看清楚程度。且识别时间和眩光也会影响这种看清楚程度。 影响可见度的重要因素有五个：影响可见度的重要因素有五个： 1、亮度、亮度

37、2、视角、视角 3、亮度对比、亮度对比 4、识别时间、识别时间 5、避免眩光、避免眩光第四节、可见度及其影响因素第四节、可见度及其影响因素 一、亮度一、亮度 实验表明，人们能看见的最低亮度（称实验表明，人们能看见的最低亮度（称“最低亮度阈最低亮度阈”），仅），仅10-5asb。随着亮度的增大，我们看得愈清楚，即可见度增大。随着亮度的增大，我们看得愈清楚，即可见度增大。 从上图中可以看出：随着照度的增加，感到从上图中可以看出：随着照度的增加，感到“满意满意”的人数比例也增加，的人数比例也增加，最大百分比约在最大百分比约在1500 3000 lx之间。照度超过此数值，对照明之间。照度超过此数值，对

38、照明“满意满意”的人的人反而愈高愈少，这说明照度（亮度）要适量。反而愈高愈少，这说明照度（亮度）要适量。 人人们们感感到到满满意意的的照照度度值值第四节、可见度及其影响因素第四节、可见度及其影响因素 二、视角二、视角 视角就是识别对象对人眼所形成的张角，通常以弧度单位来度量。视角视角就是识别对象对人眼所形成的张角，通常以弧度单位来度量。视角越大看得越清楚，反之则可见度下降。识别对象尺寸越大看得越清楚，反之则可见度下降。识别对象尺寸d、眼睛至物件的距离、眼睛至物件的距离及形成视角及形成视角，其关系如下：，其关系如下： 在下图中需要指明开口方向时，识别对象尺寸就是开口尺寸。在下图中需要指明开口方向

39、时，识别对象尺寸就是开口尺寸。分ld3440视角的定义视角的定义第四节、可见度及其影响因素第四节、可见度及其影响因素 三、亮度对比三、亮度对比 亮度对比即观看对象和其背景之间的亮度差异，差异愈大，可见度愈高。亮度对比即观看对象和其背景之间的亮度差异，差异愈大，可见度愈高。常用常用C来表示亮度对比，它等于视野中目标和背景的亮度差与背景亮度之比：来表示亮度对比，它等于视野中目标和背景的亮度差与背景亮度之比： 式中：式中：Lt目标亮度；目标亮度； Lb背景亮度；背景亮度； L目标与背景的亮度差。目标与背景的亮度差。bbbtLLLLLC亮度对比和可见度的关系亮度对比和可见度的关系第四节、可见度及其影响

40、因素第四节、可见度及其影响因素 三、亮度对比三、亮度对比 对于均匀照明的无光泽的背景和目标，亮度对比可用光反射比表示：对于均匀照明的无光泽的背景和目标，亮度对比可用光反射比表示： 式中：式中：rt目标光反射比；目标光反射比； rb背景光反射比。背景光反射比。 视觉功效实验表明：物体亮度（与照度成正比）、视角大小和亮度对比视觉功效实验表明：物体亮度（与照度成正比）、视角大小和亮度对比三个因素对可见度的影响是相互有关的。下图所示为辨别几率为三个因素对可见度的影响是相互有关的。下图所示为辨别几率为95%（即正（即正确辨别视看对象的次数为总辨别次数的确辨别视看对象的次数为总辨别次数的95%）时，三个因

41、素之间的关系。）时，三个因素之间的关系。bbtrrrC第四节、可见度及其影响因素第四节、可见度及其影响因素 视视觉觉功功效效曲曲线线第四节、可见度及其影响因素第四节、可见度及其影响因素 三、亮度对比三、亮度对比 由上图中的曲线可看出：由上图中的曲线可看出： 1）从同一根曲线来看，它表明观看对象在眼睛处形成的视角不变时，）从同一根曲线来看，它表明观看对象在眼睛处形成的视角不变时，如对比下降，则需要增加照度才能保持相同可见度。也就是说，对比的不足，如对比下降，则需要增加照度才能保持相同可见度。也就是说，对比的不足，可用增加照度来弥补可用增加照度来弥补;反之，也可用增加对比来补偿照度的不足。反之，也

42、可用增加对比来补偿照度的不足。 2）比较不同的曲线（表示在不同视角时）后看出：目标愈小（视角愈）比较不同的曲线（表示在不同视角时）后看出：目标愈小（视角愈小），需要的照度愈高。小），需要的照度愈高。 3）天然光（实线）比人工光（虚线）更有利于可见度的提高。但在视）天然光（实线）比人工光（虚线）更有利于可见度的提高。但在视看大的目标时，这种差别不明显。看大的目标时，这种差别不明显。第四节、可见度及其影响因素第四节、可见度及其影响因素 四、识别时间四、识别时间 眼睛观看物体时，只有当该物体发出足够的光能，形成一定刺激，才能眼睛观看物体时，只有当该物体发出足够的光能，形成一定刺激，才能产生视觉感觉。

43、产生视觉感觉。在一定条件下，亮度在一定条件下，亮度时间时间=常数（邦森一罗斯科定律）常数（邦森一罗斯科定律），也，也就是说，呈现时间越少，越需要更高的亮度才能引起视感觉。下图表明了它就是说，呈现时间越少，越需要更高的亮度才能引起视感觉。下图表明了它们的关系。物体愈亮，察觉它的时间就愈短。们的关系。物体愈亮，察觉它的时间就愈短。 识识别别时时间间和和背背景景亮亮度度的的关关系系第四节、可见度及其影响因素第四节、可见度及其影响因素 四、识别时间四、识别时间 当人们从明亮环境走到黑暗处（或相反）时，会产生一个从看得清到突当人们从明亮环境走到黑暗处（或相反）时，会产生一个从看得清到突然变成看不清、经过

44、一段时间才由看不清到逐渐又看得清的变化过程，这叫然变成看不清、经过一段时间才由看不清到逐渐又看得清的变化过程，这叫作作“适应适应”。从暗到明的适应时间短从暗到明的适应时间短，称，称“明适应明适应”，即是视觉系统适应高，即是视觉系统适应高于几个坎德拉每平方米亮度的变化过程及终极状态。于几个坎德拉每平方米亮度的变化过程及终极状态。从明到暗的适应时间较从明到暗的适应时间较长长，称，称“暗适应暗适应”，即是视觉系统适应低于百分之几坎德拉每平方米亮度的，即是视觉系统适应低于百分之几坎德拉每平方米亮度的变化过程及终极状态。适应过程见图。变化过程及终极状态。适应过程见图。眼睛的适应过程眼睛的适应过程第四节、可见度及其影响因素第四节、可见度及其影响因素 五、避免眩光五、避免眩光 眩光就是在视野中由于亮度的分布或亮度范围不适宜，或存在着极端的眩光就是在视野中由于亮度的分布或亮度范围不适宜，