光與人的關(guān)系
人通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)、觸覺(jué)等感覺(jué)來(lái)獲取外部信息，了解周圍世界。據(jù)報(bào)道，人類有80%的信息是通過(guò)視覺(jué)渠道來(lái)獲取得。視覺(jué)是由進(jìn)入人眼的輻射所產(chǎn)生的光感覺(jué)而獲得的對(duì)外界的認(rèn)識(shí)。視覺(jué)不是瞬間即逝的，其過(guò)程和特性都比較復(fù)雜，至今還存在我們未知的一些領(lǐng)域。視覺(jué)體驗(yàn)的過(guò)程是由大腦和眼睛密切合作而形成的。
人的視覺(jué)系統(tǒng)類似于圖像識(shí)別系統(tǒng)，主要由三個(gè)部分組成：眼球肌、眼睛的光學(xué)系統(tǒng)和視神經(jīng)系統(tǒng)。眼睛在眼球肌的作用下運(yùn)動(dòng)，捕捉光線，光線通過(guò)眼睛的光學(xué)系統(tǒng)將光線聚集在視網(wǎng)膜上，并通過(guò)生物電化學(xué)作用傳輸?shù)揭暽窠?jīng)，最終傳輸至大腦，產(chǎn)生光的感覺(jué)或產(chǎn)生視覺(jué)。
光線通過(guò)眼睛發(fā)生的主要光學(xué)過(guò)程為：當(dāng)波長(zhǎng)為380nm～780nm的可見(jiàn)光輻射進(jìn)入眼睛的外層透明保護(hù)膜后，發(fā)生折射，光線從角膜進(jìn)入瞳孔，進(jìn)入的光量通過(guò)瞳孔的收縮或者擴(kuò)張自動(dòng)地得到調(diào)節(jié)。光線通過(guò)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(wǎng)膜上，人眼結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
圖1人眼結(jié)構(gòu)示意圖
照明是為視覺(jué)提供光環(huán)境，因此照明科技必然與人對(duì)光感受聯(lián)系在一起。這包括照明測(cè)試、照明評(píng)估、照明設(shè)計(jì)和照明規(guī)劃等分支。所以照明是一門交叉學(xué)科，并且與物理學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、建筑學(xué)、美學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境科學(xué)等都有一定聯(lián)系。而光與人的關(guān)系也比較緊密，除了在視覺(jué)上，同時(shí)在生理上，心理上，以及照明在人類文明的進(jìn)步史上的位置都有密切的聯(lián)系。
光環(huán)境相關(guān)的照明參數(shù)
光強(qiáng)、光通量和光效
光度學(xué)中最基本的單位是發(fā)光強(qiáng)度，以I標(biāo)示，單位是坎德拉(Candela)，記作cd，它是國(guó)際單位制中7個(gè)基本單位之一。其定義為發(fā)出頻率為540×1012Hz(對(duì)應(yīng)在空氣中555nm的波長(zhǎng))的單色輻射，在給定方向上輻射強(qiáng)度為(1/683)W/sr時(shí)，光源在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度規(guī)定為1cd，光通量與光強(qiáng)關(guān)系示意圖如圖2所示。
光源在單位時(shí)間內(nèi)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(gè)在所有方向上光強(qiáng)均為1cd的點(diǎn)光源，其輻射出來(lái)的總光通量即為4πl(wèi)m。它是根據(jù)輻射對(duì)標(biāo)準(zhǔn)觀察者的作用導(dǎo)出的光度量。對(duì)于明視覺(jué)，若輻射體的光譜輻射通量為Φe(λ)，其光通量Φ的表達(dá)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(shí)，明視覺(jué)條件下的Km值為683 lm/W(當(dāng)λ=555nm時(shí));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(qiáng)關(guān)系示意圖
發(fā)光效率簡(jiǎn)稱光效，是衡量光源節(jié)能的主要指標(biāo)，用η來(lái)表示。光效是光源輸出光通量與輸入功率的比值，它標(biāo)示電能轉(zhuǎn)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(jù)光通量的定義，理論上光源的最大光效值可以達(dá)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(jiǎn)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(jiǎn)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(hào)為L(zhǎng)，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(nèi)的光通量dΦ(j,θ)，則亮度為：
式中，
d2Φ(j,θ)——通過(guò)給定點(diǎn)的束元傳輸?shù)牟o定方向立體角dω內(nèi)傳播的光通量;
dA——包括給定點(diǎn)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(guó)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(qiáng)、照度、亮度之間的關(guān)系示意圖
圖3光通量的形成示意圖
色溫和相關(guān)色溫
從光源的光譜能量分布和顏色引入色溫這個(gè)表示光源顏色的量。當(dāng)光源所發(fā)出的光的顏色與黑體在某一溫度下輻射的顏色相同時(shí)，黑體的溫度就稱為該光源的顏色溫度Tc，簡(jiǎn)稱色溫(CT)，用溫標(biāo)開(kāi)(K)表示。
對(duì)于某些光源(主要是線光譜較強(qiáng)的氣體放電光源)，它發(fā)射的光的顏色和各種溫度下的黑體輻射的顏色都不完全相同，這時(shí)就不能用一般的色溫概念來(lái)描述它的顏色。為了便于比較，采用相關(guān)色溫的概念，若光源發(fā)射的光與黑體在某一溫度下輻射的光顏色最接近，則黑體的溫度就稱為該光源的相關(guān)色溫(CCT)。顯然，由于光譜形態(tài)不同，相關(guān)色溫用來(lái)表示顏色是比較粗糙的，但對(duì)接近白色的光源在一定程度上反映了光源顏色差異。通常節(jié)能燈所指的色溫即是指相關(guān)色溫的概念。其各種光的色溫值如圖4所示。
圖4各種光的色溫值
通常來(lái)講，光源色溫越高，光色越藍(lán)，光譜中含有短波成分越多，光源色溫越低，光色越紅，光譜中含有長(zhǎng)波成分越多。常見(jiàn)光源的顏色種類比較多，其色溫值也各有不同(如圖5所示)。
圖5常見(jiàn)光源的色溫值
色表和顯色性
根據(jù)國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)出版物《色度學(xué)》和我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB5698《顏色術(shù)語(yǔ)》中的規(guī)定，顏色是目視感知的一種屬性，可用白、黑、灰、黃、紅、綠等顏色名稱進(jìn)行描述。光源色是指光源發(fā)射的光的顏色。物體色是光被物體反射或透射后的顏色。表面色是漫反射、不透明物體表面的顏色。
作為照明光源，除要求光效高之外，還要求它發(fā)出的光具有良好的顏色。光源的顏色有兩方面的意思：色表和顯色性。人眼直接觀察光源時(shí)看到的顏色，稱為光源的色表。色坐標(biāo)、色溫等就是描述色表的量。光源的色表，是由光源的光譜能量分布比例決定的。
不同的光譜能量分布比例，就有不同的色表。光源的光譜能量分布比例，越是接近太陽(yáng)光的光譜能量分布比例，光源的色表越好。反之，則差。衡量光源色表的好與差，是以太陽(yáng)光為標(biāo)準(zhǔn)的。光源表面的顏色，越是接近太陽(yáng)光的顏色，光源的色表就好;反之，則差。例如，高壓鈉燈表面黃橙橙的，顏色與太陽(yáng)光差別較大，色表就差。高壓汞燈表面顏色與太陽(yáng)光差別較小，色表就比高壓鈉燈好。優(yōu)質(zhì)的節(jié)能燈光譜能量分布比例，與太陽(yáng)光的光譜能量分布比例接近。節(jié)能燈表面的顏色，接近太陽(yáng)光的顏色，照明效果明亮、舒適。
而顯色性是指光源的光照射到物體上所產(chǎn)生的客觀效果。如果各色物體受照后的顏色效果和標(biāo)準(zhǔn)光源照射時(shí)一樣，則認(rèn)為該光源的顯色性好;反之，如果物體在受照后顏色失真，則該光源的顯色性就差。照明光源對(duì)物體色表的影響就稱之為顯色性，通常用一般顯色指數(shù)Ra表示，Ra在75-100之間為優(yōu)質(zhì)顯色光源，50-75為中等，50以下為差。
白熾燈的顯色性很好而低壓鈉燈的顯色性很差。白熾燈能真實(shí)地再現(xiàn)物體的顏色，而低壓鈉燈卻像變魔術(shù)似的將藍(lán)紙變成黑色。為什么藍(lán)紙?jiān)诘蛪衡c燈照射下變黑了呢?要弄清這個(gè)問(wèn)題，首先要對(duì)日光做一番分析。原來(lái)日光是由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等多種顏色的光按照一定的比例混合而成的。日光照射到某一顏色的物體(指非透明體)上，物體將其他顏色的光吸收，而將這種顏色的光反射出來(lái)。比如，藍(lán)紙受日光照射后，將藍(lán)光反射出來(lái)，而將另外的光吸收，因而在人眼里看到的這張紙就是藍(lán)色的。低壓鈉燈則不然。低壓鈉燈發(fā)出的光主要是黃光。當(dāng)黃光照射到藍(lán)紙上，藍(lán)紙將黃光全部吸收。藍(lán)紙雖然能反射藍(lán)光，但是因?yàn)榈蛪衡c燈發(fā)出的光中基本上沒(méi)有藍(lán)光，也就不能反射出藍(lán)光來(lái)。
因此，在低壓鈉燈下藍(lán)紙就變成黑色的了。白熾燈的光譜能量分布是連續(xù)的，各種顏色的光都有，因此一般的彩色都能反應(yīng)出來(lái)，有較好的顯色性。表1給出了幾種有代表性的光源的顯色指數(shù)。
表1幾種光源的顯色指數(shù)
不同光照下人眼的視覺(jué)狀態(tài)
在環(huán)境亮度的明暗發(fā)生變化時(shí)，人眼的視覺(jué)狀態(tài)也隨之變化。在亮度大于5cd/m2的明亮環(huán)境下，人眼的瞳孔較小，視覺(jué)源自視網(wǎng)膜中心(中心視覺(jué))，此時(shí)主要由錐狀細(xì)胞提供視覺(jué)信息，人眼能分辨物體的細(xì)節(jié)，也有色彩的感覺(jué)，稱之為明視覺(jué)。當(dāng)亮度小于0.005cd/m2時(shí)，為看清目標(biāo)，瞳孔必須放大，中心視覺(jué)轉(zhuǎn)變?yōu)橹苓呉曈X(jué)，此時(shí)主要由桿狀細(xì)胞發(fā)揮作用，雖然能看到物體的大致形狀，但不能分辨細(xì)節(jié)，也不能辨別顏色，所有物體都呈現(xiàn)藍(lán)灰色，這就是暗視覺(jué)。同時(shí)，介于明視覺(jué)和暗視覺(jué)之間亮度環(huán)境下的視覺(jué)狀態(tài)稱為中間視覺(jué)，汽車駕駛員夜晚在郊外行駛時(shí)就是處于這種視覺(jué)狀態(tài)。
我們用光譜光視效率函數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)人眼在不同視覺(jué)狀態(tài)下對(duì)光譜的靈敏度。在明視覺(jué)狀態(tài)下，人眼對(duì)綠光的靈敏度最高，而對(duì)紅光和紫光的靈敏度則低得多。也就是說(shuō)相同能量的綠光和紅光(或紫光)，前者在人眼中引起的視覺(jué)強(qiáng)度要比后者大得多，換言之，綠光的光譜光視效率高于紅光(或紫光)。
研究的結(jié)果表明，人眼在明視覺(jué)狀態(tài)下，其光譜光視效率峰值在555nm處。明視覺(jué)光譜光視效率函數(shù)用V(λ)，其最大值在555nm處，通常所討論的照明設(shè)計(jì)、照明測(cè)試等問(wèn)題都在明視覺(jué)范疇內(nèi)，所以V(λ)一般也可以簡(jiǎn)稱為光譜光視效率函數(shù)。與之相對(duì)應(yīng)的V’(λ)是暗視覺(jué)光譜光視效率函數(shù)，其最大值在507nm處，在暗視覺(jué)狀態(tài)下，藍(lán)紫光將更能引起人眼的視覺(jué)感受。明視覺(jué)與暗視覺(jué)下的光譜光視效率函數(shù)如圖6所示。
圖6明視覺(jué)與暗視覺(jué)下的光譜光視效率函數(shù)
如前文所述，在明視覺(jué)到暗視覺(jué)過(guò)渡過(guò)程中還存在了中間視覺(jué)。而且中間視覺(jué)隨著光照亮度環(huán)境的下降，其光譜響應(yīng)最大值由555nm的黃綠光逐漸向藍(lán)紫光方向移動(dòng)，直至達(dá)到暗視覺(jué)的光譜響應(yīng)最大值507nm(如圖7所示)。
圖7從左到右由暗到亮，不同亮度下的光譜光視效率函數(shù)曲線
【log(l)表示亮度對(duì)數(shù)】
光對(duì)人體心理及生理影響
隨著生活質(zhì)量的不斷提高，人們對(duì)照明的要求早就過(guò)了為照亮而照明的初級(jí)階段，開(kāi)始更多地關(guān)注照明對(duì)環(huán)境及對(duì)人們心理、生理的影響。因此，必須從生理學(xué)、心理學(xué)的角度研究光對(duì)人體的影響。
人眼的第三種感光細(xì)胞
長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直認(rèn)為在我們的視網(wǎng)膜上只有兩種感光細(xì)胞，即前面所述的錐狀和桿狀細(xì)胞。2002年，美國(guó)布朗大學(xué)(Brown University)的Berson等人發(fā)現(xiàn)了哺乳動(dòng)物視網(wǎng)膜的第三類感光細(xì)胞，本征感光視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(ipRGC)。這種細(xì)胞具有特有的神經(jīng)連接，連接至大腦中的視交叉上核(SCN)中。視交叉上核(SCN)是大腦的生物鐘，和松果體腺一起負(fù)責(zé)某些類型激素的調(diào)整。圖8同時(shí)顯示了人腦中的連接視網(wǎng)膜感光細(xì)胞的視覺(jué)通道和生物通道。
圖8光進(jìn)入人眼后的視覺(jué)通道與非視覺(jué)通道
這類感光細(xì)胞能參與調(diào)節(jié)許多人體非視覺(jué)生物效應(yīng)，包括人體生命體征的變化，激素的分泌和興奮程度。目前已經(jīng)獲得廣泛認(rèn)可的是光參與人體褪黑激素的分泌控制，褪黑激素水平不僅影響人們的睡眠質(zhì)量，同時(shí)還與抑制癌細(xì)胞的生長(zhǎng)有關(guān)。所以正確認(rèn)識(shí)光的非視覺(jué)生物效應(yīng)，合理搭配光環(huán)境色溫和照度，有助于人體本身的健康和諧，反之則會(huì)有損健康。
光對(duì)人體非視覺(jué)通道的發(fā)現(xiàn)，不僅給照明科學(xué)提供了新的研究?jī)?nèi)容，同時(shí)也對(duì)照明科學(xué)的研究方法提出了新要求。照明質(zhì)量的評(píng)價(jià)由原來(lái)單一的視覺(jué)效果評(píng)價(jià)逐步將過(guò)度到視覺(jué)效果和非視覺(jué)效果的雙重評(píng)價(jià)，前者注重視覺(jué)功能性，后者則與人體健康密切相關(guān)。
光與人體周期節(jié)律
光線通過(guò)這種新發(fā)現(xiàn)的感光細(xì)胞和單獨(dú)的神經(jīng)系統(tǒng)將信號(hào)傳遞至人體的生物鐘，生物鐘再據(jù)此調(diào)整人體大量不同的生理進(jìn)程中的周期節(jié)律，包括每天的晝夜節(jié)律和季節(jié)節(jié)律。圖9顯示了人體的一些典型的生物現(xiàn)象的晝夜節(jié)律，其中包括人體的體溫、人體的警覺(jué)性、激素皮質(zhì)醇以及褪黑素。
圖9人體體溫、褪黑素、皮質(zhì)醇以及人體警覺(jué)性的周期節(jié)律
激素皮質(zhì)醇(壓力激素)和褪黑素(睡眠激素)在控制人體的活躍度和睡眠方面起著重要的作用。其中皮質(zhì)醇可增加血液中的糖分并為人體提供能量，同時(shí)增強(qiáng)人體的免疫系統(tǒng);但是當(dāng)激素皮質(zhì)醇長(zhǎng)時(shí)間處于過(guò)高的水平，人體會(huì)疲勞并且變得效率低下。
早晨人體的激素皮質(zhì)醇水平會(huì)增加，為人體即將來(lái)到的日間活動(dòng)做準(zhǔn)備。在整個(gè)白天活動(dòng)過(guò)程中激素皮質(zhì)醇均保持著較高的水平，午夜時(shí)分則降至最低的水平。睡眠激素褪黑素的水平在清晨時(shí)會(huì)下降，以減少睡眠;而當(dāng)環(huán)境變暗時(shí)會(huì)再度上升，以促使健康的睡眠(皮質(zhì)醇正處于最低水平)。人體的周期節(jié)律不應(yīng)過(guò)多被打亂，這對(duì)于良好的健康是非常重要的。當(dāng)人體的周期節(jié)律出現(xiàn)紊亂時(shí)，清晨明亮的光線能夠幫助恢復(fù)正常的周期節(jié)律。
在自然的情況下，光線(尤其是清晨的光線)使得人體內(nèi)部的生物鐘同步于地球的24小時(shí)明亮—黑暗循環(huán)周期。假如沒(méi)有規(guī)則的24小時(shí)明亮—黑暗循環(huán)，人體內(nèi)部的生物鐘將呈現(xiàn)一種“自由運(yùn)轉(zhuǎn)”的狀態(tài)：“清晨型”人群的“自由運(yùn)轉(zhuǎn)”時(shí)間短于24小時(shí);而“晚間型”人群的“自由運(yùn)轉(zhuǎn)”則長(zhǎng)于24小時(shí)。人的平均“自由運(yùn)轉(zhuǎn)”可能在24小時(shí)15分鐘～24小時(shí)30分鐘之間。在環(huán)境時(shí)鐘的調(diào)節(jié)下，自由運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間和24小時(shí)循環(huán)周期的差異，會(huì)使人體體溫、激素皮質(zhì)醇水平、褪黑素水平每天產(chǎn)生較大的偏差。
缺少“正常的”明亮—黑暗周期節(jié)律會(huì)造成人體的活躍性和睡眠的混亂，最后將導(dǎo)致人體在黑夜時(shí)分非常的活躍，而在白天期間卻十分的嗜睡。出于同樣的理由，乘坐飛機(jī)作跨越幾個(gè)時(shí)區(qū)的長(zhǎng)途飛行時(shí)也會(huì)出現(xiàn)同樣的癥狀，即時(shí)差現(xiàn)象;三班倒的工作人員也有同樣的經(jīng)歷，在每次倒班后的兩天內(nèi)會(huì)出現(xiàn)這種癥狀。
光色對(duì)人心理的影響
色彩與形態(tài)相比，往往更能影響人們的心理感覺(jué)。了解光色所具有的影響感覺(jué)的因素，以及色彩感覺(jué)如何作用于人們的心理，對(duì)設(shè)計(jì)師是十分重要的。在進(jìn)行色彩設(shè)計(jì)時(shí)，可以有意識(shí)地利用色彩感覺(jué)或者避免不利的色彩感覺(jué)，以達(dá)到預(yù)期的效果。此外，色彩的進(jìn)退、脹縮、視認(rèn)性、醒目性、冷暖、同化現(xiàn)象、面積效果等都與色彩感覺(jué)有關(guān)。
色彩設(shè)計(jì)既有理性的一面，還有感性的一面。我們不僅要了解色彩的科學(xué)性的知識(shí)和合理的配色方法，還要了解色彩表達(dá)情感的力量。色彩設(shè)計(jì)不僅僅是為了傳遞某些信息，更重要的是以它特有的魅力激發(fā)起人們的情感反應(yīng)，達(dá)到影響人、感染人和使人容易接受的目的。
當(dāng)然，人們對(duì)色彩的感情由于各種因素的影響而顯得十分復(fù)雜，從國(guó)家和地區(qū)來(lái)說(shuō);由于風(fēng)土環(huán)境、歷史文化、主活習(xí)慣等不同，對(duì)色彩的愛(ài)好與禁忌會(huì)有差異。從個(gè)人來(lái)說(shuō)，由于年齡、性別、氣質(zhì)和生活體驗(yàn)的不同，對(duì)色彩的愛(ài)好與反應(yīng)會(huì)有不同、即使同一人，在不同的時(shí)間、環(huán)境、情緒條件下對(duì)色彩也會(huì)做出不同反應(yīng)。
隨著時(shí)代的變遷，對(duì)色彩的情感反應(yīng)也會(huì)不斷變化，流行色即是明顯的例子。色彩設(shè)計(jì)不能不考慮以上種種區(qū)別，而根據(jù)設(shè)計(jì)的目的采取適當(dāng)?shù)膶?duì)策。但這只是事情的一面。事情的另一面是，人們還存在許多共同的生活體驗(yàn)，因而產(chǎn)主了一些共同的色彩感情。
而且隨著社會(huì)向信息時(shí)代的轉(zhuǎn)變，人們的交流活動(dòng)日益頻繁與迅速，相互的影響導(dǎo)致了趨同化傾向，色彩情感也不例外。更何況色彩的情感力量還與它本身的性質(zhì)如波長(zhǎng)、振幅有內(nèi)在的聯(lián)系。而自然界豐富多彩的色彩對(duì)人們的感情影響更有著許多類似之處，而表2則顯示出不同色彩的情感聯(lián)想與心理感受之間的關(guān)系。
表2不同色彩的情感聯(lián)想與心理感受
地球夜景與光污染
圖10~圖13是宇航員在太空所拍攝的從宇宙空間看到的地球夜景，從這幾幅圖中可以看到，光亮越多的地方,人越多,說(shuō)明這些地方的自然環(huán)境適合人居。換言之，地球夜景光亮越多的地方有著高度現(xiàn)代文明。
地球不同地區(qū)的城市可以通過(guò)不同的燈光顏色加以辨別。例如圖11中所拍攝的是日本的東京——以更為偏冷的青綠色為主，不同于世界其它地區(qū);東京灣沿岸遍布的橙色斑點(diǎn)乃是橙色鈉燈，相比之下，內(nèi)陸則多為清白色的汞燈、金鹵燈及LED。
圖12、圖13揭示了以燈光明亮貫穿整個(gè)城市的高速公路為標(biāo)志，其中更可以清楚的看到城市中布局彎彎曲曲的街道。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市，隨著人口急劇膨脹和城市擴(kuò)張，個(gè)別城市將合并成更為明亮的斑點(diǎn)。更多公路將把這些城市連接在一起，形成一張明亮的帶狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，橫跨各個(gè)大陸。
圖10從宇宙空間看到的地球夜景
圖11從宇宙空間看到的日本東京城市夜景
圖12從宇宙空間看到的美國(guó)拉斯維加斯特色的城市夜景
圖13從宇宙空間看到的具有歐洲特色的城市夜景
人類在享受著現(xiàn)代照明的同時(shí)，也在不斷破壞著我們賴以生存的地球生態(tài)環(huán)境：大量的照明加速了對(duì)大氣二氧化碳的排放;而二氧化碳的排放更加速了地球溫室效應(yīng)，引起了災(zāi)難性氣候變化;而有些城市管理者并不具有戰(zhàn)略性眼光，以為夜景越明亮越好，因此無(wú)所顧忌的發(fā)展城市照明，使投射向天空的無(wú)效光照明即光污染也就越來(lái)越多，進(jìn)一步加劇了對(duì)環(huán)境的破壞。人工照明破壞了幽美的夜空，改變了自然生態(tài)環(huán)境。
特別是隨著城市夜景照明的迅速發(fā)展，大功率高強(qiáng)度氣體放電燈在建筑夜景照明和道路照明中的廣泛采用，光污染越來(lái)越嚴(yán)重。再加上商業(yè)街的霓虹燈、燈箱廣告和燈光標(biāo)志等越來(lái)越多、規(guī)模也越來(lái)越大，亮度越來(lái)越高，道路發(fā)展和過(guò)度照明加速了光污染的發(fā)展。
光污染是城市夜間室外照明產(chǎn)生的溢散光、反射光和眩光等干擾光對(duì)人、動(dòng)植物和環(huán)境造成的干擾或負(fù)面影響的現(xiàn)象。光污染會(huì)導(dǎo)致能源浪費(fèi)，并且對(duì)人的生理、心理健康產(chǎn)生影響。此外，過(guò)度的光污染，會(huì)嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，且對(duì)交通安全、航空航天科學(xué)研究也會(huì)造成消極影響。
由于過(guò)度照明及采用非節(jié)能光源會(huì)造成能源浪費(fèi)。低碳照明的緊迫性已經(jīng)在全世界被提上議事日程。我國(guó)照明耗電量為1433.25—1719.9億度，其三分之二為火力發(fā)電?；鹆Πl(fā)電中，又有四分之三是使用燃煤。按每生產(chǎn)1度電產(chǎn)生的污染物二氧化碳為1100克、二氧化硫?yàn)?克計(jì)算，每年要排放7千萬(wàn)～9千萬(wàn)噸二氧化碳和60萬(wàn)～70萬(wàn)噸二氧化硫。因此，城市照明中的光污染，不僅耗電過(guò)多，也消耗了資源，污染了自然環(huán)境。
城市景觀照明與光文化
景觀照明的內(nèi)容與形式
“景觀”(Landscape)一詞意為“陸地上的風(fēng)景”，首次記載于1598年，是在16世紀(jì)期間作為一個(gè)繪畫術(shù)語(yǔ)從荷蘭傳入英國(guó)。荷蘭語(yǔ)中l(wèi)andscape這個(gè)詞早期僅僅意味著“地區(qū)，一片地”，但它后來(lái)傳入英國(guó)時(shí)已經(jīng)有了藝術(shù)上的含義“描繪陸上風(fēng)景的繪畫”。根據(jù)其固有屬性的不同，“景觀”可分為自然景觀和人文景觀。
自然景觀指只受人類間接、輕微或偶爾影響，其面貌未發(fā)生明顯變化的天然景觀;而人文景觀則是指由于人類活動(dòng)所造成的景觀，它是一種自然元素和人文元素復(fù)合體。城市，便是一種最具代表性的人文景觀。
白天，城市中的自然風(fēng)光和人文景觀被陽(yáng)光呈現(xiàn)出來(lái);而晚上，城市的夜間景觀則是靠月光、星光和燈光來(lái)實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)目前被廣為接受的定義，城市的夜景照明泛指除體育場(chǎng)、工地和室外安全照明外，所有室外活動(dòng)空間或景物的夜間景觀照明。
照明對(duì)象有建筑物或構(gòu)筑物，廣場(chǎng)、道路和橋梁，機(jī)場(chǎng)、車站和碼頭，名勝古跡，園林綠地，江河水面，商業(yè)街和廣告標(biāo)志以及城市市政設(shè)施等，其目的就是利用燈光講照明對(duì)象的景觀加以重塑，并有機(jī)地組合成一個(gè)和諧協(xié)調(diào)、優(yōu)美壯觀和富有特色的夜景圖畫，以此來(lái)表現(xiàn)一個(gè)城市或地區(qū)的夜間形象。
根據(jù)上述定義，城市夜景觀照明所涵蓋的內(nèi)容非常廣泛，囊括了視覺(jué)環(huán)境的方方面面，這其中主要包括：
節(jié)日慶典照明——利用燈光或燈飾營(yíng)造歡樂(lè)、喜慶和節(jié)日氣氛的照明。
建筑物夜景照明——就是用燈光重塑人工營(yíng)造的，供人們進(jìn)行生產(chǎn)、生活或其他活動(dòng)的房屋或場(chǎng)所的夜間形象。照明對(duì)象有房屋建筑，如紀(jì)念建筑、陵墓建筑、園林建筑和建筑小品等。照明時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同建筑的形式、布局和風(fēng)格充分反映出建筑的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和材料特征、時(shí)代風(fēng)貌、民族風(fēng)格和地方特色。(注：建筑物夜景照明也稱建筑立面照明)
構(gòu)筑物夜景照明——用燈光再現(xiàn)構(gòu)筑物的夜間景觀的照明。照明對(duì)象有碑、塔、路、橋、隧道、上下水道、運(yùn)河、水庫(kù)、礦井、煙囪、水塔、蓄水池、貯氣罐等等。鑒于構(gòu)筑物的特點(diǎn)是為特定目的建造，一般人們不在內(nèi)部生產(chǎn)或生活的特點(diǎn)，照明時(shí)除考慮構(gòu)筑物功能要求外，還必須注意構(gòu)筑物形態(tài)，以及和周圍環(huán)境協(xié)調(diào)的要求。
廣場(chǎng)夜景照明——根據(jù)不同類型廣場(chǎng)的功能要求，通過(guò)科學(xué)的設(shè)計(jì)，利用照明設(shè)施的優(yōu)美造型，簡(jiǎn)潔明快的色彩，合理的布燈，營(yíng)造出和廣場(chǎng)性質(zhì)以及周圍環(huán)境統(tǒng)一協(xié)調(diào)，優(yōu)美宜人的照明。
道路景觀照明——在保證道路照明功能的前提下，通過(guò)路燈的優(yōu)美造型，簡(jiǎn)潔明快的色彩，科學(xué)的布燈，營(yíng)造出功能合理，景觀優(yōu)美的照明。
商業(yè)街景觀照明——根據(jù)商業(yè)街的功能、性質(zhì)和類別，綜合考慮街區(qū)的路、店、廣告、標(biāo)志、市政設(shè)施(含公共汽車站、書(shū)報(bào)亭、廣場(chǎng)、流水、噴泉、綠地、樹(shù)木及雕刻小品等)構(gòu)景元素照明的特征，統(tǒng)一規(guī)劃，精心設(shè)計(jì)形成統(tǒng)一和諧的照明。
園林夜景照明——根據(jù)園林的性質(zhì)和特征，對(duì)園林的硬質(zhì)景觀(山石、道路、建筑、流水及水面等)和軟質(zhì)景觀(綠地、樹(shù)木及植被等)的照明進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，精心設(shè)計(jì)，形成和諧協(xié)調(diào)的照明。
水景照明——為渲染水景的藝術(shù)效果，根據(jù)水景的類別，對(duì)自然水景(江河、瀑布、海濱水面及湖泊等)和人文水景(噴泉、疊水、水庫(kù)及人工湖面等)設(shè)置的照明。
公共信息照明——利用燈光(含地標(biāo)性燈光、廣告和標(biāo)志燈光等)作媒體，為人們提供公共信息的照明。
廣告照明——為照亮各種廣告的照明，所用的光源有霓虹燈、熒光燈、高強(qiáng)度氣體放電燈及發(fā)光二極管。
標(biāo)志照明——為照亮用文字、紋樣、色彩傳遞信息而表示的符號(hào)或設(shè)施的照明。
城市夜景照明所采用的照明方式和照明方法通常有：
泛光照明——通常用投光燈來(lái)照射某一情景或目標(biāo)，且其照度比其周圍照度明顯高的照明方式。
輪廓照明——利用燈光直接勾畫建筑物或構(gòu)筑物輪廓的照明方式。
內(nèi)透光照明——利用室內(nèi)光線向外透射形成的照明方式。
建筑化夜景照明法——光源或燈具和建筑立面的墻、柱、檐、窗、墻角或屋頂部分的建筑結(jié)構(gòu)聯(lián)為一體的照明。
多元空間立體照明法——從景點(diǎn)或景物的空間立體環(huán)境出發(fā)，綜合利用多元(或稱多種)照明方式或方法，對(duì)景點(diǎn)和景物賦予的照明方向，適度的明暗變化，清晰的輪廓和陰影，充分展示其立體特征和文化藝術(shù)內(nèi)涵的照明。
剪影照明法——此法也稱背景照明法，利用燈光將被照景物和它的背景分開(kāi)，使景物保持黑暗，并在背景上形成輪廓清晰的影像的照明。
層疊照明法——對(duì)室外一組景物，使用若干種燈光，只照亮那些最精彩和富有情趣的部分并有意讓其他部分保持黑暗的照明。
“月光”照明法——此法也稱月光效果照明法，將月光等安裝在高大樹(shù)枝或建筑構(gòu)筑物，或空中，好比朦朧的月光效果，并使樹(shù)的枝葉或其他景物在地面形成光影的照明。
功能光照明法——利用室內(nèi)外功能照明燈光(含室內(nèi)燈光、廣告標(biāo)志燈光、櫥窗燈光、工地作業(yè)燈光、機(jī)動(dòng)車道的路燈等)裝飾室外夜景的照明。
特種照明方法——利用光纖、導(dǎo)光管、硫燈、激光、發(fā)光二極管、太空燈球、投影燈和火焰光等特殊照明器材和技術(shù)來(lái)營(yíng)造夜景的照明方法。
光文化的內(nèi)涵
提到光文化，我們首先要了解什么是文化。對(duì)“文化“的解釋分為廣義與狹義，廣義上是指人類在社會(huì)歷史實(shí)踐中所創(chuàng)造的物質(zhì)財(cái)富和精神財(cái)富的總和;狹義上是指社會(huì)的意識(shí)形態(tài)以及與之相適應(yīng)的制度和組織機(jī)構(gòu)。作為意識(shí)形態(tài)的文化，是一定社會(huì)的政治和經(jīng)濟(jì)的反映，又作用于一定社會(huì)的政治和經(jīng)濟(jì)。
隨著民族的產(chǎn)生和發(fā)展，文化具有了民族性，每一種社會(huì)形態(tài)都有與其相適應(yīng)的文化。每一種文化都隨著社會(huì)物質(zhì)生產(chǎn)的發(fā)展而發(fā)展，社會(huì)物質(zhì)生產(chǎn)發(fā)展的連續(xù)性，決定了文化的發(fā)展也具有連續(xù)性和歷史繼承性。根據(jù)上述釋義,我們可以從中得出以下三點(diǎn)結(jié)論。
(1)光文化是人類在社會(huì)歷史實(shí)踐中創(chuàng)造的。在文化的創(chuàng)造與發(fā)展中，主體是人，客體是自然，而文化便是人與自然、主體與客體在實(shí)踐中的對(duì)立統(tǒng)一物，這里的自然不僅指人本身之外的自然界，同時(shí)也包括人類本身在內(nèi)。光文化,就是照明的文化，是人類為了改善生存環(huán)境,延伸生存空間所采取的社會(huì)改造活動(dòng)。
利用照明為人類自身社會(huì)活動(dòng)所服務(wù)，同時(shí)照明的出現(xiàn)，也影響人們固有的生活習(xí)慣，改變了生活方式。文化的出發(fā)點(diǎn)是從事改造自然、改造社會(huì)的活動(dòng)，進(jìn)而也改造自身,即實(shí)踐者本身，人創(chuàng)造了文化,同樣文化也創(chuàng)造了人。
(2)光文化具有民族性，受社會(huì)形態(tài)的影響。人類學(xué)家告訴我們，人種、血緣、膚色和地理位置都不足以區(qū)分生活在這個(gè)地球上的人們，從根本上區(qū)分一個(gè)國(guó)家或民族的是心，一種擁有文化底蘊(yùn)的心。在一個(gè)民族和地區(qū)的發(fā)展過(guò)程中，必然會(huì)沉積下該民族或該地區(qū)人們所共同擁有的價(jià)值品質(zhì)，這就形成了文化。
不同社會(huì)形態(tài)下的人會(huì)有不同的價(jià)值取向,也會(huì)有不同審美取向,或者說(shuō)是有不同的文化背景。面對(duì)這種差異性,互相尊重、互相包容是一種積極的態(tài)度。
在照明研究中，我們通常會(huì)將東方人與西方人對(duì)光的喜好作這樣的區(qū)分，認(rèn)為東方人喜歡高色溫、冷色調(diào)光環(huán)境，而西方人則更偏好低色溫、暖色調(diào)光環(huán)境。其實(shí)在視覺(jué)結(jié)構(gòu)上,東西方人并不存在巨大差異，而產(chǎn)生這種差異的原因是巨大的文化差異。當(dāng)然，隨著不同文化的交流和溝通，這種對(duì)光環(huán)境喜好的差異也會(huì)逐漸得到緩解，但對(duì)照明設(shè)計(jì)和研究工作者來(lái)說(shuō)，尊重這種文化差異將對(duì)做好設(shè)計(jì)和研究工作起到巨大幫助。
(3)光文化應(yīng)該具有歷史連續(xù)性和繼承性。隨著人類社會(huì)的發(fā)展,人們從簡(jiǎn)單的光明向往、圣火崇拜,發(fā)展到對(duì)照明情趣和品位的需求;從簡(jiǎn)單的火把到具有裝飾作用的燈籠,再到如今燈飾城里林林總總的燈具產(chǎn)品,這個(gè)演變發(fā)展過(guò)程的本身就是文化的體現(xiàn),同時(shí)也給照明設(shè)計(jì)和研究者一個(gè)啟示——只有了解設(shè)計(jì)或研究對(duì)象歷史才能更好地完成實(shí)際工作。
我們鼓勵(lì)創(chuàng)新,但創(chuàng)新必須是在原有歷史基礎(chǔ)上的,如果與現(xiàn)有條件相脫節(jié),天馬行空般地創(chuàng)新同樣不可取。一個(gè)城市或地區(qū)都有其自身的發(fā)展歷程和發(fā)展目標(biāo),充分了解原有的照明情況,就是對(duì)原有光文化的充分學(xué)習(xí)和調(diào)研,只有在此基礎(chǔ)上才能有效地結(jié)合其發(fā)展目標(biāo),做好照明的延續(xù)和溝通工作。
光文化的解讀
我們討論光文化,是脫離技術(shù)層面,務(wù)虛性質(zhì)的討論。如何將實(shí)際的照明實(shí)踐真正賦予文化的內(nèi)涵,就需要對(duì)光文化進(jìn)行解讀,將概括的、抽象的文化釋義翻譯成詳細(xì)的、具體的操作方案,討論光文化的目的也正在于解決實(shí)際的城市或地區(qū)照明問(wèn)題。
根據(jù)前文對(duì)光文化內(nèi)涵的討論,在實(shí)際照明設(shè)計(jì)和實(shí)踐中我們應(yīng)遵循以下兩點(diǎn),其一,要以人為本。人是光文化的主體,既是城市照明的創(chuàng)造者,也是城市照明的受益人,在設(shè)計(jì)和研究中更多地顧及人的感受和喜好有助于提升最終照明作品的質(zhì)量。目前光度學(xué)的理論和儀器都是基于人眼的桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞研究和發(fā)展的,照明標(biāo)準(zhǔn)是以光譜靈敏度函數(shù)V(λ)為依據(jù)來(lái)制定的。
通常的照明設(shè)計(jì),首先會(huì)參考設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。例如我們經(jīng)常會(huì)參考的建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(GB50034-2004)、城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(CJJ45-2006)就規(guī)定了很多公共場(chǎng)所和道路的照明要求,它以照明功率(W)、照度(lx)、亮度(cd/m2)等物理參數(shù)作為衡量指標(biāo),操作簡(jiǎn)單易行,但這只能算是停留在技術(shù)層面,因?yàn)檫@些標(biāo)準(zhǔn)考慮的是功能性照明,至于人對(duì)照明的感受,即照明的非功能性卻沒(méi)有考慮,故而也很難令人有文化的感悟。
2002年,哺乳動(dòng)物視網(wǎng)膜的第三類感光細(xì)胞——本征感光視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(ipRGC)被發(fā)現(xiàn),這類感光細(xì)胞能參與調(diào)節(jié)許多人體非視覺(jué)生物效應(yīng),包括人體生命體征的變化、激素的分泌和興奮程度。光對(duì)人體非視覺(jué)通道的發(fā)現(xiàn),不僅給照明科學(xué)提供了新的研究?jī)?nèi)容,同時(shí)也對(duì)照明科學(xué)的研究方法提出了新要求。
隨著社會(huì)的發(fā)展,人們對(duì)于照明質(zhì)量的要求不斷提高,照明對(duì)于人體作用和作用評(píng)價(jià)的研究就有著十分重要的科學(xué)價(jià)值和社會(huì)意義,照明設(shè)計(jì)也要從物理學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)等多角度進(jìn)行考慮。以人類工效學(xué)為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)研究方法和結(jié)果正在被越來(lái)越多的學(xué)者所接受。以人為研究對(duì)象,人對(duì)環(huán)境變化的反應(yīng)為研究?jī)?nèi)容,環(huán)境的參數(shù)模型為研究結(jié)果的實(shí)驗(yàn)方法被不斷嘗試和完善,尤其是包括景觀照明設(shè)計(jì)在內(nèi)的室內(nèi)外照明工程的實(shí)施中,我們必須對(duì)此予以充分的重視。
其二,要重視當(dāng)?shù)厣鐣?huì)歷史環(huán)境的考察。光文化受社會(huì)形態(tài)的影響,同時(shí)也具有歷史的傳承性。照明要體現(xiàn)當(dāng)?shù)靥赜械纳鐣?huì)風(fēng)貌,就需要把握好一個(gè)城市和地區(qū)的發(fā)展脈搏。
以上海為例,解放前的上海是東方排名第一的大都會(huì),繁華都市的背后更是中西方文化的交流與融合。改革開(kāi)放以后,上海逐步走出了一條特大型城市發(fā)展的新路,成為我國(guó)最大的經(jīng)濟(jì)中心、貿(mào)易港口和綜合性工業(yè)城市。上海的夜景以南京路和黃浦江最為著名,中外賓客交口稱贊。
反觀其照明設(shè)計(jì),建筑主體大多都是上世紀(jì)30年代的歐式老建筑,然而其整體夜景照明卻使人感到時(shí)尚、動(dòng)感和華麗。這正是照明對(duì)建筑本身的補(bǔ)充,向世人解釋上海的形象和風(fēng)貌——全球經(jīng)濟(jì)、金融、貿(mào)易和航運(yùn)中心,走在時(shí)代潮流前沿,中西方文化在這里碰撞、交流、融合。
如果用照明標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)的話,其視覺(jué)效果的沖擊和震撼力恐怕難以及其效果之一二。當(dāng)然,同樣的設(shè)計(jì)思路置于政治中心、歷史古都北京卻又是行不通的,其恢宏威嚴(yán)的皇家神采和千百年的歷史積淀往往又是要以更為端莊肅穆的表現(xiàn)方式來(lái)體現(xiàn)。
光文化的思考
中國(guó)傳統(tǒng)文化博大精深,幾千年來(lái),對(duì)中國(guó)社會(huì)發(fā)展乃至世界文化發(fā)展都起到了深遠(yuǎn)的影響。究其本源,我們發(fā)現(xiàn)中國(guó)傳統(tǒng)文化關(guān)注的是人,但又不僅限于人本身,儒家的“仁義禮智信”幫助我們構(gòu)建人與人之間的和諧;道家的“道法自然、天人合一”指導(dǎo)我們構(gòu)建人與自然的和諧。文化的力量往往在于其指導(dǎo)作用。
我們討論光文化,其實(shí)是一個(gè)高度務(wù)虛的概念,要解決什么問(wèn)題,如何去解決是務(wù)實(shí)的討論,根據(jù)前文對(duì)文化和光文化的討論,我們嘗試對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行回答:討論光文化,一是要解決城市照明的問(wèn)題。而這一問(wèn)題的解決,不能僅僅停留在技術(shù)層面的討論,不能以功率數(shù)和照度值作為衡量指標(biāo),一要有民族性和地域性;二要有歷史傳承性,要從了解當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)土人情,歷史風(fēng)貌出發(fā)去思考照明的問(wèn)題,城市照明的規(guī)劃要有整體性的和諧。
其次,要從人本身出發(fā),而不是從照明對(duì)象出發(fā)。表現(xiàn)建筑和景觀結(jié)構(gòu)固然重要,但如果缺乏對(duì)人的思考,任何設(shè)計(jì)都將是脫離實(shí)際的,因?yàn)槿吮旧硎枪馕幕闹黧w,在研究中參考人本身對(duì)光環(huán)境的反應(yīng)和評(píng)價(jià),在設(shè)計(jì)中多聽(tīng)取使用者的建議和意見(jiàn),真正做到堅(jiān)持以人為本的照明設(shè)計(jì)和研究,是光文化的具體表現(xiàn),而光文化的力量和作用也就體現(xiàn)在了其對(duì)照明實(shí)踐工作的指導(dǎo)和幫助中,并最終促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展。
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