景觀照明的色光量化與景觀情感表達

黃 玲

（福州市戶外廣告和燈光夜景建設(shè)管理辦公室，福建 福州 350007）

0 引言

基于應(yīng)用層面分析，照明技術(shù)和光源的研究和應(yīng)用，使景觀照明有了更多的選擇。然而，由于使用的顏色光與景觀功能屬性不匹配，往往會導(dǎo)致不同于設(shè)計本意，甚至背離其原預(yù)期的照明效果。通過對色光環(huán)境中情感的定量研究，不僅可以解決目前景觀照明中色彩使用的相關(guān)問題，還可以通過對光色及照明方式進行量化控制，以達到合理選擇光源光色、展現(xiàn)特定景觀意境的目的，利用某種顏色光照明來實現(xiàn)在自然光下無法呈現(xiàn)的效果，可以為設(shè)計師在景觀照明中色光應(yīng)用提供借鑒與參考。

以郭靖[1]為代表的多名科研人員在開展研究后，以海淀區(qū)景觀照明項目為例，對景觀照明中的節(jié)點展開了詳細設(shè)計，設(shè)計中提出了不同節(jié)點所使用不同照明方式或不同色光的意義。梁宇[2]在開展相關(guān)研究中，以桂林市某景觀工程項目為例，從宏觀角度，對仿古建筑的景觀照明進行了設(shè)計，旨在通過此次設(shè)計，為后現(xiàn)代建筑的發(fā)展提供幫助。以李訓(xùn)智[3]為代表的研究人員在以濟南景觀照明項目為例后，引進了增強現(xiàn)實技術(shù)，對與之方面相關(guān)的設(shè)計工作展開了研究，為后續(xù)景觀優(yōu)化布置與設(shè)計提供了全面的技術(shù)指導(dǎo)。

本文也將在結(jié)合現(xiàn)有內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對此展開深入的研究。

1 景觀照明的色光情感定量化方法

1.1 景觀照明光源色坐標測量

為實現(xiàn)對景觀照明中色光情感的定量化分析研究，事先將夜景照明當中常用到的光源色光真實、定量化地還原。結(jié)合計算機——等離子電子的組合方式，將其作為圖像投影系統(tǒng)，實現(xiàn)對建筑夜晚景觀模擬定量化的輸出。在研究過程中，針對涉及的真實色彩色光轉(zhuǎn)化、計算機與等離子電視顏色信息轉(zhuǎn)化等問題，應(yīng)用已經(jīng)建立的色光再現(xiàn)預(yù)測數(shù)學(xué)模型實現(xiàn)[4]。圖1為在CIE標準下光譜反射因素中四種照明和觀測幾何條件示意圖。

圖1 在CIE標準下光譜反射因素中四種照明和觀測幾何條件示意圖

在全黑的環(huán)境中，利用BM-5彩色亮度及對所選LED光源進行色度測量。選取0°入射和45°觀測的方式，對光源進行測量[5]。結(jié)合CIE空間米制明度L*的計算公式為式（1）：

式中：L*代表CIE空間米制明度。Y0代表CIE標準照明D65對全反射擴散器進行照射，并通過全反射擴散器對觀察者的眼睛進行白色物體顏色刺激[6]。結(jié)合上述公式計算求解Y。再根據(jù)下述CIE光譜三刺激值公式，得出顏色刺激的色刺激值：

式中：X和Z代表顏色刺激的色刺激值。x、y、z代表位置坐標。再根據(jù)ITU的PAL制式色彩顯示器XYZ系統(tǒng)向RGB空間的顏色轉(zhuǎn)換，得到下述轉(zhuǎn)換模型：

1.2 景觀照明色光情感數(shù)學(xué)模型構(gòu)建

在實現(xiàn)對景觀照明光源色坐標的測量后，構(gòu)建景觀照明色光情感數(shù)學(xué)模型。使用數(shù)碼來驅(qū)動代表色彩的量化資料，而在影像檔案中保持原來的數(shù)碼量[7]。把它當作是圖像中顏色混合比例的表達函數(shù)，因為它不屬于三刺激值，所以不能直接表達出顏色的情緒，因此采用數(shù)字驅(qū)動值Ir、Ig、Ib表示。

在實驗室環(huán)境當中，利用投影儀實現(xiàn)對景觀照明色彩的還原與再現(xiàn)，并利用計算機，建立數(shù)字驅(qū)動值Ir、Ig、Ib與CIE三刺激值R、G、B之間的數(shù)學(xué)模型：

將上述公式（5）～（7）作為景觀照明色光情感數(shù)學(xué)模型。

1.3 定量化色光情感數(shù)據(jù)

在景觀照明中常見的彩色光源類型有紅色金鹵燈、藍色金鹵燈、白色金鹵燈、高壓鈉燈、白色LED燈、紅色LED燈等。其中彩色LED燈為色光情感定量化分析的主要測量和計算內(nèi)容。根據(jù)上述操作，最終得到景觀照明中實際光源數(shù)據(jù)定量化再現(xiàn)轉(zhuǎn)化結(jié)果，如表1所示。

表1 景觀照明實際光源數(shù)據(jù)定量化再現(xiàn)轉(zhuǎn)化結(jié)果表

在得到上述數(shù)據(jù)后，通過3DMAX建模，采用Vary軟件對色光進行渲染，色光數(shù)字驅(qū)動值的參數(shù)運用已經(jīng)定量化再現(xiàn)得到的9種真實光源參數(shù)[8]。最終樣本的形成單色光與景觀建筑形體相結(jié)合，實現(xiàn)對景觀照明的色光情感定量化。在確定景觀照明中建筑類型和光源光色組合方式時，按照“樣本號+建筑類型+光源及光色”的格式進行記錄。例如：“樣本1——低層建筑——白色LED燈、樣本2——多層建筑——藍色LED燈”。

根據(jù)上述論述，結(jié)合當前現(xiàn)有的色光還原技術(shù)路線，選取將夜晚景觀照明中應(yīng)用較為廣泛，且應(yīng)用技術(shù)較為成熟的LED光源作為主要還原對象，通過數(shù)據(jù)測量和數(shù)據(jù)模型的建立，獲取與真實色光對應(yīng)的數(shù)字驅(qū)動值，以此能夠為景觀照明場景的真實、定量化還原提供更可靠的基礎(chǔ)保障條件。

2 實踐應(yīng)用分析

2.1 實驗環(huán)境與設(shè)備

為確保實驗的順利實施，選擇某科研單位中的“光色測量多功能實驗室”作為實踐的試點場所，實驗區(qū)域的占地面積大約為35m2，實驗室的四周使用可自動升降的黑色屏幕，可以根據(jù)實驗需求，將區(qū)域圍合成一個相對封閉的環(huán)境。同時，選用等離子電視、計算機等成像設(shè)備，作為本次實驗的設(shè)備。實驗環(huán)境、設(shè)備如圖2所示。

圖2 實驗環(huán)境與設(shè)備

2.2 確定投影距離與選擇測試點

在此基礎(chǔ)上，根據(jù)實驗需求，選擇投影儀進行景觀照明試驗中的正面投影設(shè)備，投影白色屏幕的寬度與高度分別為2.2m、1.8m，投影方式如圖3所示。

圖3 投影示意圖

上圖中，L代表投影距離。SH代表投影圖像高度。SW代表投影圖像寬度。SD代表投影圖像對角線長度。根據(jù)距離計算公式L=0.036×SD/0.0254-0.037，得到投影距離為3.8m。

在實驗環(huán)境中，設(shè)定2°視場角，按照下圖進行25點的色度測試。

將測點的色度測量取平均值，設(shè)定不同點位的色差值為1，選擇屏幕中的中心點，作為本次實驗中的參照點，以此完成測試點的選擇。

2.3 情感因子打分

在確定投影距離與選擇測試點后，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合本文上述對景觀照明的色光情感定量化方法設(shè)計內(nèi)容中的景觀照明光源色測量方法，進行色光情感的量化表達，并以此為依據(jù)進行情感因子的打分。用下圖表示色光情感定量化研究中的語義差別。

從圖4中可知，“0”代表中性情感，“負數(shù)”代表“愉快”的情感，“正數(shù)”代表“不愉快”的情感。可以用數(shù)字遞增或遞減的方式進行情感傾向的表達。

圖4 色光情感定量化研究中的語義差別量化表達

完成以上準備工作后，隨機選擇18名用戶作為此次實驗的情感因子打分人員，由此部分人員對描述景觀照明情感的詞語進行選擇，展示其中部分可用于描述景觀情感的詞語對與描述色光情感的詞語對，如圖5所示。

圖5 展示部分用于描述景觀情感的詞語對與描述色光情感的詞語對

根據(jù)詞語對描述情感的貼切程度，進行情感因子的打分，設(shè)置如下打分原則：最高分為5分，當用戶打分為5分時，代表詞語對能夠貼切地描述景觀中色光情感，反之，當用戶打分為1分時，代表詞語對無法貼切的描述景觀中色光情感。當18名用戶總分超過69分時，證明該詞語對的描述十分準確。選擇景觀照明中10個經(jīng)過打分后超過69分的形容詞對，將其作為色光情感中的定量因子，統(tǒng)計打分情況，如表2所示。

表2 情感因子打分結(jié)果

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對所選的用戶進行情感因子與色光之間聯(lián)系的深度剖析，按照上述方式，進行情感因子對應(yīng)景觀照明光源的匹配與打分。以69分為標準，統(tǒng)計結(jié)果，如表3所示。

表3 情感因子與色光之間聯(lián)系打分結(jié)果

3 結(jié)論

基于理論層面分析，色光情感是指將單一顏色光的研究拓展到實體領(lǐng)域，現(xiàn)階段研究較為廣泛的色光照明包括建筑外觀照明、景觀照明等。色光情感定量化剖析可為目前建筑與景觀照明中顏色光使用存在的問題提供借鑒，并有助于城市照明中顏色光使用的科學(xué)調(diào)控。為滿足與諸方面的研究需求，本文開展了此次研究，通過此次研究，得到如下幾個方面的結(jié)論：

（1）根據(jù)景觀照明的方式，明確了不同色光在景觀照明中所表達的情感是不同的，不同的色光所給予用戶的感知也是存在差異的。

（2）根據(jù)表2所示的情感因子打分結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在排除外界干擾的條件下，用戶可以精準找到具有相對應(yīng)特點的形容詞對?？梢詫⑵渥鳛橐罁?jù)，對不同色光與景觀所傳遞情感的量化表達進行匹配，通過此種方式，實現(xiàn)對景觀照明設(shè)計的進一步優(yōu)化。