建筑物理第一讲光环境、视觉与光度量单位

1、1Zhang-xiuxinZhang-xiuxin2全篇共分五讲：全篇共分五讲：第一讲：光环境、视觉与光度量单位第一讲：光环境、视觉与光度量单位第二讲：颜色的第二讲：颜色的 基本概念与光环境质量评价基本概念与光环境质量评价第三讲：天然光环境第三讲：天然光环境(一一)-昼光光源与采光设计昼光光源与采光设计第四讲：人工光环境（一）第四讲：人工光环境（一）-人工光源与采光人工光源与采光第五讲：人工光环境（二）第五讲：人工光环境（二）-室内环境照明设计室内环境照明设计3第一讲：第一讲：光环境、视觉与光度量单位光环境、视觉与光度量单位光是一种电磁辐射能光是一种电磁辐射能人类的生活离不开光人类的生活离不开

2、光4主讲内容：主讲内容：n1.1、 光环境概述光环境概述n1.2 、眼睛与视觉、眼睛与视觉n1.3 、视觉特性、视觉特性n1.4 、基本光度量单位及其应用、基本光度量单位及其应用n1.5 、材料的光学性质、材料的光学性质5n在生产、工作、学习场所，良好的光环境可以振奋人在生产、工作、学习场所，良好的光环境可以振奋人的精神，提高工作效率和产品质量，保障人身安全和的精神，提高工作效率和产品质量，保障人身安全和视力健康。视力健康。n在娱乐、休息、公共活动场所，光环境的首要作用，在娱乐、休息、公共活动场所，光环境的首要作用，在于创造舒适优雅、活泼生动，或庄重严肃的环境气在于创造舒适优雅、活泼生动，或庄

3、重严肃的环境气氛，对人的情绪状态、心理感受产生积极的影响。氛，对人的情绪状态、心理感受产生积极的影响。 1. 1 光环境概述光环境概述：光环境的涵义：光环境的涵义u光环境（光环境（Luminous environment）：）：是由是由光与颜光与颜色色在室内建立的同房间形状有关的生理和心理环境。在室内建立的同房间形状有关的生理和心理环境。6n1.1.1: 光环境的涵义光环境的涵义n人们依靠不同的感觉器官从外界获得各种信息，人们依靠不同的感觉器官从外界获得各种信息，其中约有其中约有80%来自光和视觉来自光和视觉n建筑师的任务之一，就是要为人们创造优良的建筑师的任务之一，就是要为人们创造优良的光环

4、境。光环境。781.1.1.2 光环境设计光环境设计u 光环境设计要运用很多学科的基础理论，如建筑学、光环境设计要运用很多学科的基础理论，如建筑学、物理学、美学、生理学、心理学、人工工效等等，它既物理学、美学、生理学、心理学、人工工效等等，它既是科学，又是艺术，同时又受经济和能源的制约。是科学，又是艺术，同时又受经济和能源的制约。 （1）天然光环境设计；）天然光环境设计； （2）人工光环境设计；）人工光环境设计；9 （1）天然光环境设计，太阳是生命之源，它以无尽的光和热）天然光环境设计，太阳是生命之源，它以无尽的光和热哺育大地，充分利用昼光照明和渲染气氛，哺育大地，充分利用昼光照明和渲染气氛，

5、不仅可以获得较不仅可以获得较高的视觉功效，节约能源和费用，也是人们在生理和心理上高的视觉功效，节约能源和费用，也是人们在生理和心理上感到舒服满意的关键因素。感到舒服满意的关键因素。（2）人工光环境设计，自从）人工光环境设计，自从1879年爱迪生发明电灯以来，人年爱迪生发明电灯以来，人类结束了借火光照明的漫长岁月，步入了人工照明的新时代。类结束了借火光照明的漫长岁月，步入了人工照明的新时代。建筑物内不仅在夜间采用人工照明，有些场所，白天也要用建筑物内不仅在夜间采用人工照明，有些场所，白天也要用人工照明，为了使建筑物在白天和夜晚都能同样的使用和美人工照明，为了使建筑物在白天和夜晚都能同样的使用和美

6、观，掌握一些人工光环境的设计方法和实践经验尤为重要。观，掌握一些人工光环境的设计方法和实践经验尤为重要。光环境设计的主要内容光环境设计的主要内容10光环境的三种设计理念光环境的三种设计理念理念之一：设计空间就是设计光亮理念之一：设计空间就是设计光亮理念之二：对主动光源和被动光源的理解理念之二：对主动光源和被动光源的理解理念之三：光环境中光与影的应用理念之三：光环境中光与影的应用11设计理念之一：设计理念之一：u实在空间和亮度空间：实在空间和亮度空间： 如果把由实际物体构成的空间称之为如果把由实际物体构成的空间称之为“实在空间实在空间”，那么由这些那么由这些实际物体的亮度实际物体的亮度构成的视觉

7、空间就称之为构成的视觉空间就称之为“亮亮度空间度空间”。u“亮度空间亮度空间”是是“实在空间实在空间”的视觉转化器。的视觉转化器。12n实际物体的实际物体的“实在空间实在空间”只有通过亮度转化为只有通过亮度转化为“亮度空亮度空间间”才能被视觉所感受才能被视觉所感受。n路易路易康说：康说：“设计空间就是设计光亮设计空间就是设计光亮”，“亮度空间亮度空间”才是建筑设计作为一种空间视觉艺术的真正目的，而实体才是建筑设计作为一种空间视觉艺术的真正目的，而实体形式的构筑只是一种准备和前提。形式的构筑只是一种准备和前提。 13路易路易康康是是美国现代建筑师。美国现代建筑师。 路易路易康康的作品的作品:坚实

8、厚重坚实厚重，不表露结构功能，不表露结构功能，他在设计中他在设计中成功的运用了光线的变化，是建筑设计中光影运用的开拓者。成功的运用了光线的变化，是建筑设计中光影运用的开拓者。 在有的设计中他将空间区分为在有的设计中他将空间区分为“服务的服务的”和和“被服务的被服务的”，把不同用途的空间性质进行解析、组合、体现秩序，突破了学把不同用途的空间性质进行解析、组合、体现秩序，突破了学院派建筑设计从轴线、空间序列和透视效果入手的陈规，对建院派建筑设计从轴线、空间序列和透视效果入手的陈规，对建筑师的创作灵感是一种激励启迪。筑师的创作灵感是一种激励启迪。 路易路易康康的代表作品有宾西法尼亚大学理查德医学研究

9、中心、的代表作品有宾西法尼亚大学理查德医学研究中心、耶鲁大学美术馆、爱塞特图书馆、孟加拉国达卡国民议会厅、耶鲁大学美术馆、爱塞特图书馆、孟加拉国达卡国民议会厅、等。等。路易路易康康的著作有的著作有建筑是富于空间想像的创造建筑是富于空间想像的创造、建建筑筑寂静和光线寂静和光线、人与建筑的和谐人与建筑的和谐等。等。14孟加拉国达卡国民议会厅孟加拉国达卡国民议会厅15金贝尔美术馆金贝尔美术馆-路易斯路易斯康康 美术馆是一个将天然采光设计美术馆是一个将天然采光设计和空间造型相结合的经典范例和空间造型相结合的经典范例 ！16空间与光亮的和谐统一空间与光亮的和谐统一 实在空间是亮度空间的准备和前提实在空间

10、是亮度空间的准备和前提1718宾馆前厅宾馆前厅会议室会议室“设计空间就是设计光亮设计空间就是设计光亮”19设计理念之二：对主动光源和被动光源的理解设计理念之二：对主动光源和被动光源的理解人们习惯上有这样一个认识，只有太阳、灯管、灯泡人们习惯上有这样一个认识，只有太阳、灯管、灯泡这些自身发光的才叫光源，而实际上被照亮的界面也是这些自身发光的才叫光源，而实际上被照亮的界面也是一种光源。一种光源。-这是两种不同的光源，前者可称之为主这是两种不同的光源，前者可称之为主动式光源，后者为被动式光源；动式光源，后者为被动式光源；好的光学设计，应该好的光学设计，应该让光的表现有非常强的目的性，让光的表现有非常

11、强的目的性，每每一种光都对应着一种实体，光照在物面上，一种光都对应着一种实体，光照在物面上，把点光源变成把点光源变成了面光源，形成了室内亮度和景色的互动。了面光源，形成了室内亮度和景色的互动。20好的光学设计，应该让光的表现有非常强的好的光学设计，应该让光的表现有非常强的目的性，每一种光都对应着一种实体。目的性，每一种光都对应着一种实体。21“被照亮的界面也是一种光源被照亮的界面也是一种光源”被动式光源自身是一种适宜的被动式光源自身是一种适宜的亮度，是一个美丽的亮度，是一个美丽的“光亮光亮”, 使光照与亮度统一起来使光照与亮度统一起来。22 景物形成二次光源景物形成二次光源,照亮室内空间，给人

12、照亮室内空间，给人一种舒适、雅致的视觉！一种舒适、雅致的视觉！232425262728主动式光源表面亮度极高主动式光源表面亮度极高以至于成为眩光，在亮度以至于成为眩光，在亮度空间中是一个空间中是一个“畸点畸点”，29 安藤忠雄曾指出：现代建筑消除了黑暗，创安藤忠雄曾指出：现代建筑消除了黑暗，创造了一个造了一个“过分透明的世界过分透明的世界”一个一个”泛光的世泛光的世界界”，导致了人们无法去感受场所的独特性，导致了人们无法去感受场所的独特性。“这种这种光晕般扩散的世界，就像绝对的黑暗一样，意味着空光晕般扩散的世界，就像绝对的黑暗一样，意味着空间的死亡间的死亡” 安藤忠雄有指出：安藤忠雄有指出：“

13、在到处布满着匀质光线的今在到处布满着匀质光线的今天，我仍然追求光明与黑暗之间相互渗透的关系。天，我仍然追求光明与黑暗之间相互渗透的关系。设计理念之三：光环境中光与影的应用设计理念之三：光环境中光与影的应用30空间与光亮的和谐统一空间与光亮的和谐统一 光明与黑暗之间相互渗透的光明与黑暗之间相互渗透的3132安藤曾说道：我所感觉到的是一个真正存在的空间。当建筑安藤曾说道：我所感觉到的是一个真正存在的空间。当建筑以其简洁的几何排列，被从穹顶中央一个直径为以其简洁的几何排列，被从穹顶中央一个直径为9 9米的洞孔，所米的洞孔，所射进的光线照亮时，这个建筑的空间才真正地存在。在这种条射进的光线照亮时，这个

14、建筑的空间才真正地存在。在这种条件下的物体和光线，在大自然里是不会感觉到的，这种感觉只件下的物体和光线，在大自然里是不会感觉到的，这种感觉只有通过建筑这个中介体才能获得，真正能打动我的，就是这种有通过建筑这个中介体才能获得，真正能打动我的，就是这种建筑的力量。建筑的力量。光的教堂光的教堂古罗马的万神庙古罗马的万神庙33 作品中呈现光、影渗透的魅力！作品中呈现光、影渗透的魅力！3435一个一个”泛光的世界泛光的世界”，导致了人，导致了人们无法去感受场所的独特性！们无法去感受场所的独特性！u“这种光晕般扩散的世界，就这种光晕般扩散的世界，就像绝对的黑暗一样，意味着空间像绝对的黑暗一样，意味着空间的

15、死亡的死亡”361.2 眼睛与视觉眼睛与视觉n视觉的形成即依赖于眼睛的视觉的形成即依赖于眼睛的生理机能生理机能和大脑积累的和大脑积累的视觉经验视觉经验，又和，又和照明状照明状况密切相关况密切相关。人的眼睛和视觉，就是。人的眼睛和视觉，就是长期在自然光照射下演变进化的。长期在自然光照射下演变进化的。n光是一种能够在人的视觉系统上引起光是一种能够在人的视觉系统上引起光感觉的电磁辐射，光的波长范围为光感觉的电磁辐射，光的波长范围为380nm780nm。波长大于。波长大于780nm的的红外线、无线电波等，以及小于红外线、无线电波等，以及小于380nm的紫外线、的紫外线、X射线等，人眼均射线等，人眼均感

16、觉不到。感觉不到。n右图：太阳辐射的电磁波右图：太阳辐射的电磁波1nm=10-9 m37人的肉眼只能对人的肉眼只能对380380780nm780nm的可的可见光作出反应。见光作出反应。38眼睛的主要组成部分和其功能：眼睛的主要组成部分和其功能： 瞳孔、水晶瞳孔、水晶体、视网膜、感光细胞体、视网膜、感光细胞39q 视网膜上布满了感光细视网膜上布满了感光细胞胞锥状细胞和杆状细胞锥状细胞和杆状细胞，经，经光线照射产生神经冲动，传输光线照射产生神经冲动，传输到视神经，再传至大脑，产生到视神经，再传至大脑，产生视觉。视觉。q感光细胞在视网膜上的分布感光细胞在视网膜上的分布是不均匀的：是不均匀的：锥体细胞

17、主要集锥体细胞主要集中在视网膜的中心部位，成为中在视网膜的中心部位，成为“黄斑黄斑”的黄色区域，黄斑区的黄色区域，黄斑区的中心有一小凹，叫的中心有一小凹，叫“中心中心窝窝”。黄斑区域以外锥体细胞黄斑区域以外锥体细胞的个数急剧下降，与此相反，的个数急剧下降，与此相反，在中心窝处几乎没有杆状细胞，在中心窝处几乎没有杆状细胞，自中心窝以外，其密度迅速增自中心窝以外，其密度迅速增加。加。视网膜的剖面图视网膜的剖面图40锥体细胞：锥体细胞：在明亮环境在明亮环境下能分辨出下能分辨出物体的物体的细部细部和颜色和颜色；在环境的明在环境的明暗发生变化暗发生变化时能迅速反时能迅速反应，以适应应，以适应新的环境。新

18、的环境。两种细胞的功能特征两种细胞的功能特征杆状细胞：杆状细胞：在黑暗环境中在黑暗环境中对明暗感觉起对明暗感觉起决定作用，不决定作用，不能分辨物体细能分辨物体细部和颜色，部和颜色，对明暗的变化对明暗的变化反应缓慢。反应缓慢。411.3 视觉特性视觉特性无论是对目标的察觉、辨认、识别，还是对光环境的一般无论是对目标的察觉、辨认、识别，还是对光环境的一般反应来说，反应来说，视觉都是一个极其复杂的系统，视觉都是一个极其复杂的系统，视觉系统有很视觉系统有很大的自调能力，能对传递的信息自行调节到最佳清晰度大的自调能力，能对传递的信息自行调节到最佳清晰度。它具有以下特性：它具有以下特性：1.3.1 亮度阈

19、限亮度阈限暗视觉暗视觉：指在黑暗环境里（：指在黑暗环境里（0.001cd/m2以下的亮度水平），杆状细胞起以下的亮度水平），杆状细胞起作用，暗视觉只有黑灰白三色。相当于晚上暗处。作用，暗视觉只有黑灰白三色。相当于晚上暗处。明视觉明视觉：指在明亮环境中（大于：指在明亮环境中（大于3 cd/m2的亮度水平），视网膜锥体细的亮度水平），视网膜锥体细胞起作用，分辨颜色和细部。胞起作用，分辨颜色和细部。中间视觉中间视觉：在：在3 -0.001cd/m2之间，相当于道路照明和居住区照明的明暗。之间，相当于道路照明和居住区照明的明暗。人眼对光的适应范围远比人能够感受的温度变化大的多，其阈限为：人眼对光的适应

20、范围远比人能够感受的温度变化大的多，其阈限为： 10-6cd/m2106cd/m2视觉阈限值遵守两定律视觉阈限值遵守两定律 ： 里科定律里科定律 亮度亮度面积（目标）面积（目标）=常数常数 邦森邦森罗斯科定律罗斯科定律 亮度亮度时间时间=常数常数2421.3.2 光亮效应光亮效应韦勃定律（心理物理学的韦勃定律（心理物理学的一个著名的定律）一个著名的定律）对于外界光刺激的变化，人视觉的反应，韦勃通过心理对于外界光刺激的变化，人视觉的反应，韦勃通过心理物理试验得到：物理试验得到：能察觉到的光刺激变化能察觉到的光刺激变化同刺激水平的比同刺激水平的比值是一常数关系。值是一常数关系。 /=（常数）（常数

21、）用仪器测得照明量用仪器测得照明量称为称为“刺激刺激”，这是一客观物理量。，这是一客观物理量。把人眼可以感知的光刺激变化把人眼可以感知的光刺激变化称为称为“感觉感觉”，这是一，这是一个主观物理量。个主观物理量。例如：在例如：在一一照度为照度为10lx的房间里，增加的房间里，增加1lx的照度刚刚能的照度刚刚能察觉出变化；在另一个照度水平为察觉出变化；在另一个照度水平为100lx的房间里，就需的房间里，就需要增加要增加10lx的照度才能刚刚察出有照度的变化。两者的的照度才能刚刚察出有照度的变化。两者的比率均为比率均为0.1431.3.3 视野视野当头和眼睛不动时，人眼能察觉到的空间范围叫视野，在垂

22、当头和眼睛不动时，人眼能察觉到的空间范围叫视野，在垂直方向的角度约为直方向的角度约为130，水平方向约为，水平方向约为180视野周围视野周围12内的物体能在视网膜中心窝成像，清晰度最高，内的物体能在视网膜中心窝成像，清晰度最高，这部分叫中心视野这部分叫中心视野441.3.4 光谱光视效率光谱光视效率不同波长的光在视觉上形成不同的颜色，如不同波长的光在视觉上形成不同的颜色，如700nm的光呈的光呈红光，红光，580nm呈黄光，呈黄光，单一波长的光呈现一种颜色，称为单一波长的光呈现一种颜色，称为单色光。单色光。日光和灯光都是有不同波长的光混合而成的复合光，他们日光和灯光都是有不同波长的光混合而成的

23、复合光，他们呈现白色或其他色。呈现白色或其他色。将复合光中各种波长辐射的将复合光中各种波长辐射的相对功率量值相对功率量值按对应波长排列按对应波长排列联结起来，就形成该联结起来，就形成该复合光的光谱功率分布曲线复合光的光谱功率分布曲线。在光亮环境中，辐射功率相等的单色光看起来在光亮环境中，辐射功率相等的单色光看起来555nm的黄的黄绿光最明亮；在较暗的环境里，绿光最明亮；在较暗的环境里，510nm的蓝绿光最为敏感。的蓝绿光最为敏感。45光谱光视效率：光谱光视效率：国际照明委员会（国际照明委员会（CIE）根据）根据大量的实验结果，大量的实验结果，人眼观看人眼观看同样功率的辐射，不同波长同样功率的辐

24、射，不同波长的光，感到的明亮程度不一的光，感到的明亮程度不一样。样。人眼的这种特性常用光人眼的这种特性常用光谱光视效率谱光视效率V()曲线来表示。曲线来表示。在人获得相同的视觉感受时，在人获得相同的视觉感受时，波长波长m（视感觉最大值处（视感觉最大值处-555和和510nm）和波长和波长的单色光辐射的单色光辐射通量通量（辐射源在单位时间内发出（辐射源在单位时间内发出的能量，单位为瓦，的能量，单位为瓦，W）的比。的比。 V()= e.m /e46架设在物架设在物理量与视理量与视知觉之间知觉之间的的桥桥光谱光光谱光视效率视效率471.4 基本光度量单位及其应用基本光度量单位及其应用光环境的设计和评

25、价离不开光环境的设计和评价离不开定量的分析和说明，需要定量的分析和说明，需要借助一些物理光度量来描述光源与光环境的特征。借助一些物理光度量来描述光源与光环境的特征。常用的光度量有：常用的光度量有：光通量、照度、发光强度和亮度光通量、照度、发光强度和亮度1.4.1 光通量光通量描述光源的量描述光源的量由于人眼对不同波长的光具有不同的灵敏度，所以由于人眼对不同波长的光具有不同的灵敏度，所以不能直接用光源的辐射功率或辐射通量来衡量光能不能直接用光源的辐射功率或辐射通量来衡量光能量，须采用以量，须采用以人眼对光的感觉量人眼对光的感觉量为基准的单位为基准的单位光通量来衡量光通量来衡量。 48 光通量光通

26、量 : =Kme,V() 单位：流明（单位：流明（Im） 光通量光通量 e,?波长为?的单色辐射能通量，W； V(?)CIE标准光度观测者明视觉光谱光视效率；标准光度观测者明视觉光谱光视效率； Km 最大光谱光视能，最大光谱光视能，lm /W（明视觉时（明视觉时683 lm/W） 。建筑光学中，常用光通量表示一光源发出的光能多建筑光学中，常用光通量表示一光源发出的光能多少，是描述光源的量。如少，是描述光源的量。如100w白炽灯发出白炽灯发出1250Im的的光通量，光通量，40w日光灯月发出日光灯月发出2200Im的光通量。的光通量。491.4.2 发光强度发光强度描述光源的量描述光源的量光通量

27、是说明某一光源向四周空间发射出的总光能量，光通量是说明某一光源向四周空间发射出的总光能量，不同光源发出的光通量在空间的分布是不同的。不同光源发出的光通量在空间的分布是不同的。不但要了不但要了解光源发出的光通量，还要了解解光源发出的光通量，还要了解光通量的空间密度光通量的空间密度即发光强度即发光强度。如悬吊在桌面上空一盏。如悬吊在桌面上空一盏100w白炽灯，他发出白炽灯，他发出1250Im的光通量，但加不加灯罩，投射到桌面上的光线就的光通量，但加不加灯罩，投射到桌面上的光线就不一样。加上灯罩，灯罩将往上的光向下反射，使向下的不一样。加上灯罩，灯罩将往上的光向下反射，使向下的光通量增加，桌面上就亮

28、一些。光通量增加，桌面上就亮一些。发光强度：点光源在给定方向的发光强度，发光强度：点光源在给定方向的发光强度，是光源在这是光源在这一方向上立体角元内一方向上立体角元内发射的光通量与该立体角元之比发射的光通量与该立体角元之比。 I=d/d 单位：坎德拉（单位：坎德拉（cd）如在有限立体角如在有限立体角内传播的光通量内传播的光通量是均匀分布的，则有：是均匀分布的，则有： I= / 50发光强度发光强度 ：I= / 立体角立体角 ： =S /r2S: 锥体顶点为球心，锥体顶点为球心，任一长度任一长度r为半径作一为半径作一球面，被锥体截取的球面，被锥体截取的一部分球面面积。一部分球面面积。1.4.3

29、照度照度 描述被照面的量描述被照面的量照度：照度：被照面上接受的光通量的面密度，符号为被照面上接受的光通量的面密度，符号为E。若照。若照射到表面一点面元上的光通量为射到表面一点面元上的光通量为d，该面元的面积为，该面元的面积为dA,则则 E= d/ dA 单位为：勒克斯（单位为：勒克斯（Ix）照度可以直接相加：照度可以直接相加：inEEEEE 21511.4.4 光亮度光亮度指光源表面的光强密度指光源表面的光强密度 在房间内，放置黑与白的两个物体，虽然其照度相同，在房间内，放置黑与白的两个物体，虽然其照度相同，但但人眼对物体的视感觉不同人眼对物体的视感觉不同。视觉上的明暗知觉取决于进。视觉上的

30、明暗知觉取决于进入眼睛的光通量在视网膜物象上的密度入眼睛的光通量在视网膜物象上的密度物象的照度。物象的照度。 光亮度：是指某一单元表面光亮度：是指某一单元表面 在某一方向上的光强密度。在某一方向上的光强密度。它等于该方向上的发光强度与此面元在这个方向上的投影它等于该方向上的发光强度与此面元在这个方向上的投影面积之比，以符号面积之比，以符号L表示。表示。 2cd/m cos/单位：单位： dAdIL 确定物体的明暗要考虑两个因素确定物体的明暗要考虑两个因素（1)1)物体（光源或受照物体（光源或受照物体）在指定方向上的投影面积物体）在指定方向上的投影面积决定物象的大小决定物象的大小；（；（2 2）

31、物体在该方向上的发光强度物体在该方向上的发光强度决定物象上的光通量密度决定物象上的光通量密度。52L=dIdcoscos亮度常常是各方向不同，亮度常常是各方向不同，是是发光体在视线方向上单发光体在视线方向上单位面积发出的发光强度。位面积发出的发光强度。常在亮度符号的右下角注常在亮度符号的右下角注明角度。明角度。注：由上式可得，表面积注：由上式可得，表面积增大，发光体亮度变小，增大，发光体亮度变小，在设计方面可以把光源面在设计方面可以把光源面积加大降低亮度，避免眩积加大降低亮度，避免眩光：点光源加一饰罩光：点光源加一饰罩 发光顶棚等发光顶棚等531.4.5 照度和发光强度的关系照度和发光强度的关

32、系 照度和亮度的关系照度和亮度的关系1）：发光强度和照度的关系：）：发光强度和照度的关系：-距离平方反比定律距离平方反比定律一个点光源在被照面上形成的照度，可以从发光强度和照度之一个点光源在被照面上形成的照度，可以从发光强度和照度之间的关系上求出：间的关系上求出：角处的照度。表面法线与入射光线成iiirIErIEIAEcos22542）：照度和亮度的关系：）：照度和亮度的关系：指的是光源亮度（发光体或反光体）和它所形成的照度间的关指的是光源亮度（发光体或反光体）和它所形成的照度间的关系：系：iLEcos光源在各个方向亮度相同，则：光源在各个方向亮度相同，则：-立体角投影定律立体角投影定律它表示

33、：某一亮度为它表示：某一亮度为 的发光表面在被照面上形成的照度值的发光表面在被照面上形成的照度值的大小，等于这一发光表面的亮度的大小，等于这一发光表面的亮度 与该发光表面在被照点上与该发光表面在被照点上形成的立体角形成的立体角 的投影的投影 的乘积。的乘积。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时LLicos55四个光度量四个光度量有不同的应用领域，可以互相换算，有不同的应用领域，可以互相换算，可用专门的光度仪器进行测量。比较和记忆可用专门的光度仪器进行测量。比较和记忆561.51.5 材料的光学性质材料的光学性质在生活中，我

34、们所看到的光，大多数是经过物体反在生活中，我们所看到的光，大多数是经过物体反射或透射的光。射或透射的光。 “材料是消耗了的光材料是消耗了的光”光光与空间一体化设计。与空间一体化设计。在光的传播过程中，遇到介质时，会产生反射、吸在光的传播过程中，遇到介质时，会产生反射、吸收、透射现象。收、透射现象。其光通量：其光通量：+ + 反射系数：反射系数：=/ / 吸收系数：吸收系数：= = / 透射系数：透射系数：= /1.5.1:1.5.1:材料的反射、吸收、透射系数材料的反射、吸收、透射系数571.5.2 1.5.2 反射反射1 1）规则反射）规则反射 也叫镜反射，符合反射规律。也叫镜反射，符合反射

35、规律。 光滑密实的表面，如玻璃面和磨光的金属表面形成光滑密实的表面，如玻璃面和磨光的金属表面形成规则反射。规则反射。在照明工程中，常利用规则反射进行精确的在照明工程中，常利用规则反射进行精确的控光。控光。几乎所有的节能灯具都使用曲面的镜面反射罩，几乎所有的节能灯具都使用曲面的镜面反射罩，来获取需要的光强分布，其中有阳极氧化或抛光的铝板、来获取需要的光强分布，其中有阳极氧化或抛光的铝板、不锈钢板、镀络铁板、镀银或镀铝的玻璃或塑料等。不锈钢板、镀络铁板、镀银或镀铝的玻璃或塑料等。2 2）定向扩散反射）定向扩散反射 定向扩散反射保留了规则反射的一些特征，即定向扩散反射保留了规则反射的一些特征，即在产

36、在产生规则反射的方向上，反射光最强，但反射光束被生规则反射的方向上，反射光最强，但反射光束被“扩扩散散”到较宽的范围。到较宽的范围。如冲砂、酸洗或锤点处理的毛糙金如冲砂、酸洗或锤点处理的毛糙金属表面具有此特性。属表面具有此特性。583 3）漫反射）漫反射漫反射的特点是漫反射的特点是反射光的分布与入射光的方向无关反射光的分布与入射光的方向无关，反射光不规则的分布在所有方向上。无光泽的毛面材反射光不规则的分布在所有方向上。无光泽的毛面材料或微细的晶粒、颜料颗粒构成的表面产生漫反射。料或微细的晶粒、颜料颗粒构成的表面产生漫反射。均匀漫反射：若反射光的光强分布与入均匀漫反射：若反射光的光强分布与入射光

37、的方向无关，而且正好是切于入射射光的方向无关，而且正好是切于入射光线与反射面交点的一个圆球，这种漫光线与反射面交点的一个圆球，这种漫反射成为均匀漫反射。反射成为均匀漫反射。 反射光的最大发光强度在垂直于表反射光的最大发光强度在垂直于表面的法线方向，其余方向的光强与最大面的法线方向，其余方向的光强与最大光强的关系：光强的关系： I I=I=Io o.cos.cos此式称为朗伯余弦定律。符合此式称为朗伯余弦定律。符合该定律的材料叫朗伯体。该定律的材料叫朗伯体。1259朗伯体这种材料无论入射光的方向如何，其表面各朗伯体这种材料无论入射光的方向如何，其表面各方向上的亮度都是相等的。方向上的亮度都是相等

38、的。氧化美、硫酸钡、石膏氧化美、硫酸钡、石膏等具有这种特性。建筑工程常用的大部分无光泽的等具有这种特性。建筑工程常用的大部分无光泽的饰面材料，如粉刷涂料、乳胶漆、无光塑料墙纸、饰面材料，如粉刷涂料、乳胶漆、无光塑料墙纸、陶板面砖等可近似看作均匀漫反射材料。陶板面砖等可近似看作均匀漫反射材料。I I=I=Io o.cos.cos 均匀漫反射均匀漫反射两个重要的光学公式两个重要的光学公式：（：（光环境设计中常用的平光环境设计中常用的平均亮度计算公式）均亮度计算公式） L=L=E/E/均匀漫反射材料表面亮度均匀漫反射材料表面亮度L=L=E/ E/ 均匀漫透射材料表面亮度均匀漫透射材料表面亮度EE材料

39、表面的照度材料表面的照度60614 4）混合反射）混合反射 多数的材料表面兼有规则反射和漫反射，称为混多数的材料表面兼有规则反射和漫反射，称为混合反射。合反射。1.5.3 1.5.3 透射透射玻璃、晶体、某些塑料、纺织品、水都是透光材玻璃、晶体、某些塑料、纺织品、水都是透光材料，能透过大部分入射光。料，能透过大部分入射光。材料的透光性能不仅材料的透光性能不仅取决于分子结构，还同它的厚度有关。取决于分子结构，还同它的厚度有关。非常厚的非常厚的玻璃或水将是不透明的，而一张极薄的金属膜或玻璃或水将是不透明的，而一张极薄的金属膜或许是透光的，至少是半透光的。许是透光的，至少是半透光的。材料透光的分布型

40、式也可分为四种：材料透光的分布型式也可分为四种：（1)1)规则透射：如透明材料，在入射光的背侧光规则透射：如透明材料，在入射光的背侧光源和物象清晰可见。源和物象清晰可见。(2)(2)定向扩散透射：如磨砂玻璃。定向扩散透射：如磨砂玻璃。62（3 3）漫透射：如乳白玻璃具有均匀漫透射的特性，整个）漫透射：如乳白玻璃具有均匀漫透射的特性，整个透光面亮度均匀，完全看不见背侧的光源和物象。透光面亮度均匀，完全看不见背侧的光源和物象。（4 4）混和透射：在透明玻璃上均匀的喷一层薄的白漆，）混和透射：在透明玻璃上均匀的喷一层薄的白漆，其透光性近于混和透射。其透光性近于混和透射。631.5.4 1.5.4 折射折射 光在透明介质中传播，当从密度小的介质进入密度光在透明介质中传播，当从密度小的介质进入密度大的介质时，光速减慢；反之，光速加快。大的介质时，光速减慢；反之，光速加快。由于光速由于光速的变化而造成光线