【光的本质】第六期漫射和直射

小泉泉
发布于 2014-07-16 #光学设计及软件直接看回复推送文章

第一章光
第二节漫射和直射Diffuse and directed
漫射和直射——照明设计

散射光在室内能将亮度均匀分布，没有阴影，创造出安静平和的氛围。这种氛围一般由间接照明光源、透光天花板或墙壁和地板上的照明板提供。
组图欣赏——不同灯光照射下的雕塑效果图

漫射光
漫射光的特点是柔和、分布均匀，并且照明效果几乎没有阴影。（漫射）光的高散射性意味着物体的各个角度都能受到照射。几乎没有阴影的照明效果使立体的物体看起来也很平淡。在这种照明条件下，闪亮、质感较强的材料的明暗对比就减少了。这导致人们难以识别物体的表面结构。在有漫射光线的情况下，照射方向是第二重要的。

漫射光照射下的房间有一种安静的气氛，因为缺乏亮度对比减少了物体形状和表面明暗的区分。光线的均匀分布营造出河蟹一致的空间印象，这使同一空间的不同物体都是同样可见的。当使用漫射光洗墙时，平面物体——比如墙上的图片——与周围建筑显得十分河蟹。
漫射光和直射光
漫射光的环境中，用直射光线对物体照射可以起到强调的作用。光的漫射成分使光和影之间的过渡更为柔和，并且也有利于避免明显的、厚重的阴影。直射光成分让人更好的识别物体的色泽和表面特征。同时，通过特殊的处理，光线可以照射出具有指向性的阴影。在建筑学中，直射光和漫射光的结合，通常用于对光线平均分布的空间进行重点照明。
物体在这种光环境中可以得到巧妙的强调，而阴影通过明暗对比又能塑造立体感。这种光环境在实际中通常用于服装店等场所。比如，试衣间、镜前照明，这些地方强调服装的色泽和质感的同时，能为面部提供柔和、令人愉悦的灯光。
直射光

一个方向直射光的单独使用会营造出厚重的阴影，突出立体物体的形状和造型。光源的位置对阴影的恰当显示至关重要。来自短距离的入射光，打在垂直的平面上，会产生较长的、放大的影子。使用单个光源将导致物体在自身上产生影子——即物体部分明亮部分黑暗。直射光使表面的光泽和结构最大程度的被揭示出来。
仅依赖直射光的室内照明，因为有显著的明暗对比而产生戏剧化的效果。集中光束型的直射光营造出神秘的气氛。比如，通过强调建筑细节如支柱，或通过对展品进行重点照明，单个物体将在黑暗中充满神秘感地若隐若现。
来自不同方向的光

多个方向同时对展品进行直接照射，将减少单个光源照射时产生的强烈亮度反差。然而，不同方向以相同的照度照射同一物体，物体看起来缺乏立体感。强烈的主光源和较弱的辅助光之间的反差则让整体效果更平衡。这种照明理念，使物体能更好的展示其立体感，影子也具有一定的导向性。另外，辅助光保证处在阴影中的区域也能被看得到，而主光源则强调了重点区域。在展品可以从四面被观看的情况下，背光能揭示展品后方的结构和特征。照射反射性表面的直射光源的数量越多，展品的光泽就能越好的呈现。

直射光在明暗区域之间营造出强烈反差，这构成了反映物体立体感、揭示绘画和雕塑质感的基础。
射灯投射角度及安装位置的多样性，为用直射光戏剧性的照射和展示物体提供了非常多的可能性。
直射和漫射——照明技术

日光经过云层和雾气的反射而失去了方向性。格栅灯的格栅条也能起到同样的作用。

多云天气的阳光产生直射光和反射光的混合光效果。灯光工程师经常用线性光源和点光源来获得这种混合光。

自然界中，太阳光的照射效果多以直射光为主，而且产生很厚重的阴影。人工照明中，点光源在反射罩的作用下，形成单向光线，这常用于重点照明。
漫射光光源

大面积发光表面给人以扩散的空间印象。云层和雾气将太阳光反射，使对物体的照明几乎不产生阴影。而在室内，墙面和地板的照明板或流明天花板也能营造相似的气氛。为了将光线尽可能反射，这种光源通常带有反射器，比如抛光玻璃或白色金属薄片。
符合上述条件的光源包括荧光直管或点光源如 LED 的格栅。如果把几个 led 结合成一个大功率、大面幅的光源单位，并将这个整体光源用一个反射面板隐藏起来，反射器和叠加光束将会把 LED 的直射光分散。洗墙灯和天花洗墙灯的间接照明也能产生反射光。物体表面的反射导致物体缺乏明暗对比而显得生硬。当使用反射器和高分散性透镜洗墙时，垂直墙面的洗墙效果非常均匀。
直接照明光源和间接照明光源的结合使用
直射光和反射光的混合光效可以通过点光源和面光源的结合使用产生。在自然界中，这种混合光的情况通常发生在白天。无云的天空直射光和反射光的比例在 5：1 至 10：1 之间。在室内，发光天花板或墙面的反射将光线分散得更多，产生更高比例的反射光。

图中使用的光源是那些通过光源本身的物理维度能形成漫射光的光源，比如荧光灯。将几束宽光束的点光源聚集起来也能产生相似的效果。荧光灯的光线一定程度也是直射光，但是荧光灯上覆盖的玻璃将导致产生很大比例的漫射光。直射光是带有反射器的、由精确控制的点光源产生的。反射器可以控制紧凑型低压卤素灯或者高压放电灯的光线。如果要求提高给定光源的漫射光的比例，那么可以使用粗面反射器或者部分或全部被磨砂覆盖的面罩。
产生直射光的点光源
产生直射光要求用到点光源。光源产生的光线越集中，反光罩对光线的集中和引导性越强。尽管太阳本身很大，由于太阳距离地球也非常远，所以人们也经常把它看成点光源，这也是为什么太阳照射在地面上会产生清晰的阴影。

对于白炽灯，紧凑型外形和灯丝的形状决定了产生的直射光有效性如何。因此，紧凑型低压卤素灯是产生明亮光线的最佳选择，其次是常压卤钨灯。相反地，一般的灯具就不合适，因为其灯丝太大。一些高压充电灯也有紧凑型的放电管，而 LED灯由于其尺寸小型化，因此也能产生较好的直射光线。
为了确保点光源产生的直射光的质量，镜面抛光的金属面通常被用作反光罩。反光罩可以与灯体相互独立的安装，也可以与灯具一体化生产，如反射灯。在要求产生清晰可控的光束或者投影光线的应用中，带有合适透镜系统的直射光源是基本的要求。
漫射和直射——照明理念
通过选择反射光和直射光的比例，灯光设计可以控制阴影对物体形状和质感的反映程度。阴天的日光和反射型灯具都能产生反射光。而另一方面，太阳光、射灯或点光源洗墙灯产生的光线都能投射出轮廓分明的阴影。

漫射光
反射的日光进入室内营造出柔和的气氛，物体和房间墙面只有很少阴影。墙面和地板表面让人觉得摸起来也会很柔和，而雕塑在墙面上只留下柔和、素雅的阴影。由于没有影子投在地上，家具看起来像是漂浮在地毯上，只有左边少量直射光在墙面留下一点轻微的阴影。

反射光和直射光
直射光和反射光相结合产生既清晰又柔和的阴影。后壁上大型的反射光源板产生比下照式灯具更加柔和的光线，因此使原本棱角分明的阴影添加了柔和的元素。雕塑后面生硬的影子是由于天花射灯的直接重点照明产生的。壁式筒灯产生的反射光和射灯的直射光在座位区域重叠。

通过反射灯罩，大面积发光表面的吊灯产生了避免尖锐阴影的柔和光线。同时，家具和雕塑的影子表明，这种照明的状态也对物体形状和结构的展示存在内在的指示性。

直射光
太阳和射灯的直射光使明暗的相互作用产生强烈反差，并形成清新的阴影。物体的阴影投射在自身上，使物体看起来很有立体感。墙面和地板的厚重的阴影将室内物体和他们周围的环境更紧密的联系在一起，并强调了物体自身的轮廓。然而窄光束的射灯只能产生一个影子，而宽光束角通常会产生重叠的光束和多重阴影。不同的照度和光源的位置将产生多种多样的侧影。