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灯光设计基础

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一、光的艺术作用

    (一)、光艺术的起源 阳光、月光、星光和火光伴随着原始人的生活,旭日与夕阳交替,白昼和黑夜循环,原始人在光的沐浴下生成发育繁衍。火的发明使用,使人类进入了新的文明阶段,火不仅用来照明、取暖、烧烤食物,到了晚间,原始人围着火堆,举起火把狂欢舞蹈,一堆堆火光映红了一张张欢乐而喜悦的脸,一串串舞动的火把构成火蛇巨龙,这就是人类早期的用光构成的原始光艺术雏型。

    随着火、蜡烛、油灯、汽灯、电灯等人工光源的发明创造,人类跨越了一个又一个文明阶段进入了当今灯光照明高科技时代,由于人工照明技术的迅速发展和人造光源的普及,人们的夜生活变得越来越丰富多采,灯光艺术作为一种新的视觉艺术形式,把人们的生活空间装点得更加美丽。在现代环境艺术设计、舞台艺术设计、室内装饰等方面,灯光艺术已被广泛地应用。

    (二)、光的艺术魅力 光照的作用对人的视觉功能的发挥极为重要,因为没有光就没有明暗和色彩感觉,也看不到一切。光照不仅是人视觉物体形状、空间、色彩的生理的需要,而且是美化环境必不可缺少的物质条件。光照可以构成空间,又能改变空间;既能美化空间,又能破坏空间。不同的光照不仅照亮了各种空间,而且能营造不同的空间意境情调和气氛。同样的空间,如果采用不同的照明方式,不同的位置、角度方向,不同的灯具造型,不同的光照强度和色彩,可以获得多种多样的视觉空间效应:如有时明亮宽敞,有时晦暗压抑;有时温馨舒适,有时烦躁不安;有时喜庆欢快,有时阴森恐怖;有时温暖热情,有时寒冷冷淡;有时富有浪漫情调,有时产生神秘感觉等等,光照的魅力可谓变幻莫测。

    在光照下,人和物就会产生明暗界面和阴影层次的变化,并在视觉上赋予立体感。如果改变源的光谱成分、光通量、光线强弱、投射位置和方向就会产生色调、明暗、浓淡、虚实、轮廓界面的各种变化,这是运用光照艺术渲染环境艺术气氛和烘托人物性格的重要手段。如同一头像摄影,如果取顶光直射照明,那么,人脸给人以冷漠、严肃、阴森的感觉;如果取斜上方半侧光照明,那么人脸轮廓分明给人以性格外向、精明能干的感觉;如果取多光源散光照明,那么,给人以性格随和,心情愉快的感觉;如果取向上直射照明,那么会给人以恐怖、凶残、愤怒的感觉。光雕是现代造型艺术的新形式,有艺术家利用玻璃、冰块、透明塑料等透光材料制成各种造形和灯具,光线从内部或外部照射,通过投射光的透射、折射、反射等物理特性的充分发挥,构成光辉灿烂的立体艺术,也有利用小型彩色灯泡、灯珠、霓虹灯、光导纤维等灯具材料,直接构成五彩缤纷的灯光图案画面。

    由灯光和音乐互相配合而创造的综合艺术在现代表演艺术和环境艺术中十分流行,如现代摇滚歌星表演时,利用灯光照明的明暗、色彩、强度,使整个舞台颜色瞬息万变,从而使歌迷们陶醉于一种快节奏梦幻般的超现实世界。又如,灯光和音乐配合还用于音乐喷泉、露天广场、歌舞厅、溜冰场以及商业建筑等环境艺术气氛的渲染,设计师运用计算机控制灯光和音乐编制的程序,使音乐的节奏同步配合灯光的强弱和摇曳,从而获得声、光、色的综合艺术效果。

    二、光构成原理

    (一)、色光混合三定律 人眼睛不仅对单色光产生一种色觉,而且对混合光也可以产生同样的色觉。例如520毫微米的单色光刺激人眼产生绿色觉,将510毫微米与530毫微米的单色光混合刺激人眼也可以产生绿色觉;又如580毫微米的单色光刺激人眼产生黄色觉,将700毫微米的红光与510毫微米的绿光混合刺激人眼也可以产生黄色觉,而且人眼感觉不出这两者之间有什么差别。光谱中色光混合是一种加色混合,用3种原色光:红(R)、绿(G)、蓝(B)、按一定比例混合可以得到白色光或光谱上任意一种光。格拉斯曼将色光混合现象归纳为三条定律:补光律、中间色津、代替律。

    补色律--每一种色光都有另一种同它相混合而产生白色的色光,这两种色光称为互补色光。例如蓝光和黄光,绿光与紫光,红光与青光混合都能产生白光。 

    中间律--两种非补色光混合则不能产生白光,其混合的结果是介乎两者之间的中间色光。例如红光与绿光,按混合的比例不同,可以和到介乎两者之间的橙、黄、黄橙等色光。

    代替律--看起来相同的颜色却可以由不同的光谱组成。只要感觉上是相似的颜色,都可以相互代替。例如颜色光A=色光B,色光C=色光D,则A+C=B+D;又如A+B=C,而X+Y=B,则A+(X+Y)=C,如:A(黄光)=B(红光+绿光),C(青光)=D(蓝光+绿光),A(黄光)+C(青光)=B(红光+绿光)+D(蓝光+绿光),其结果是A(黄光)+C(青光)=淡绿光,B(红光+绿光)+D(蓝光+绿光)=红光+绿光+蓝光+绿光=白光+绿光=淡绿光。这就是代替律。它在色彩光学上是一条非常重要的定律,现代色度学就是以此为理论基础而建立的。色光混合定律属于加色混合,它与染料、颜料的混合相反,后者为减色混合,其混合的规律也完全相反。

    (二)、三原色光混合 色彩物理理论中的加色法混合理论证明,红、绿、蓝三原色光等量混合时产生白光;红光与绿光等量混合产生黄光;红光与蓝光等量混合产生品红;绿光与蓝光等量混合产生青光。如果用字母R、G、B、Y、M、C、W分别代表红、绿、蓝、黄、品、青、白,则可以由下式得出混合结果:

    绿光(2G)+红光(2R)→黄光(Y) 红光(2R)+蓝光(2B)→品红光(M) 蓝光(2B)+绿光(2G)→青光(C)

    红光(2R)+绿光(2G)+蓝光(2B)→白光(W) 如果三原色光以二比一的比例混合,其结果如下:

    红光(2R)+绿光(1G)→橙色 红光(1R)+绿光(2G)→黄绿 红光(2R)+蓝光(1B)→曙红

    红光(1R)+蓝光(2B)→紫红 绿光(2G)+蓝光(1B)→翠绿 绿光(1G)+蓝光(2B)→天蓝

    因为黄、品、青分别为红、绿、蓝色光的间色,因此也可表示为: 2R+Y=2R+(2R+2G)=4R+2G→2R+G(橙)

    2G+Y=2G+(2R+2G)=4G+2R→2G+R(黄绿) 2R+M=2R+(2B+2R)=4R+2B→2R+B(曙红)

    2B+M=2B+(2B+2R)=4B+2R→2B+R(紫红) 2G+C=2G+(2B+2G)=4G+2B→2G+B(翠绿)

    2B+C=2B+(2B+2G)=4B+2G→2B+G(天蓝) 如图45所示,凡通过等边三角形中心点相对的两色互为补色关系,其混合的结果如下:

    蓝光(2B)+黄光(2G+2R)=2B+2G+2R→白光 天蓝(2B+G)+橙光(R+G)=2B+2G+2R→白光

    青光(2B+2G)+红光(2R)=2B+2G+2R→白光 翠绿(2G+B)+曙红(2R+B)=2B+2G+2R→白光

    绿光(2G)+品红(2B+2R)=2B+2G+2R→白光 黄绿(2G+R)+紫红(2B+R)=2B+2G+2R→白光

    三、设计的原则

    1.功能性原则 灯光照明设计必须符合功能的要求,根据不同的空间、不同的场合、不同的对象选择不同的照明方式和灯具,并保证恰当的照度和亮度。例如:会议大厅的灯光照明设计应采用垂直式照明,要求亮度分布均匀,避免出现眩光,一般宜选用全面性照明灯具;商店的橱窗和商品陈列,为了吸引顾客,一般采用强光重点照射以强调商品的形象,其亮度比一般照明要高出3~5倍,为了强化商品的立体感、质感和广告效应,常使用方向性强的照明灯具和利用色光来提高商品的艺术感染力。 

    2.美观性原则 灯光照明是装饰美化环境和创造艺术气氛的重要手段。为了对室内空间进行装饰,增加空间层次,渲染环境气氛,采用装饰照明,使用装饰灯具十分重要。在现代家居建筑、影剧建筑、商业建筑和娱乐性建筑的环境设计中,灯光照明更成为整体的一部分。灯具不仅起到保证照明的作用,而且十分讲究其造型、材料、色彩、比例、尺度,灯具已成为室内空间的不可缺少的装饰品。灯光设计师通过灯光的明暗、隐现、抑扬、强弱等有节奏的控制,充分发挥灯光的光辉和色彩的作用,采用透射、反射、折射等多种手段,创造温馨柔和、宁静幽雅、怡情浪漫、光辉灿烂、富丽堂皇、欢乐喜庆、节奏明快、神秘莫测、扑朔迷离等艺术情调气氛,为人们的生活环境增添了丰富多彩的情趣。

    3.经济性原则 灯光照明并不一定以多为好,以强取胜,关键是科学合理。灯光照明设计是为了满足人们视觉生理和审美心理的需要,使室内空间最大限度地体现实用价值和欣赏价值,并达到使用功能和审美功能的统一。华而不实的灯饰非但不能锦上添花,反而画蛇添足,同时造成电力消耗,能源浪费和经济上的损失,甚至还会造成光环境污染而有损身体的健康。

    灯光照明的亮度的标准,由于用途和分辨的清晰度要求不同,选用的标准也各不相同。现将日本工业标准中选用的各种公共建筑的光照亮度标准介绍如下,仅供参考。(后见附表) \m!gqK橼)_

    4.安全性原则 灯光照明设计要求绝对的安全可靠。由于照明来自电源,必须采取严格的防触电、防断路等安全措施,以避免意外事故的发生。

    (一)灯光的表现方式

    1.面光表现 面光是指室内天棚、墙面和地面做成的发光面。 天棚在光的特点是光照均匀,光线充足,表现形式多种多样。如用日光灯吊顶,光线密度均需一致,以保每个空间都光线充足;又如用大面积筒灯吊顶,天棚上有规律的牛眼灯,犹如夜空星罗棋布;再如结合天棚梁架结构,设计成一个个光井, _

    光线从井格射出,产生别具一格的空间效果。 墙面光一般为图片展览所用。把墙面做成中空双层夹墙,面向展示的一面的墙做成发光墙面,其中嵌有若干个玻璃框,框后设置投光装置,形成发光展览墙面。大型灯箱广告也属于此类照明。

    地面光是将地面做成发光地板,通常为舞池设置,多彩的发光地板,其光影和色彩伴随着电子音响的节奏而同步变化,大大增强了舞台表演的艺术气氛。

    2.带光表现 所谓带光是将光源布置成长条形的光带。表现形式变化多样,有方形、格子形、条形、条格形、环形(圆环形、椭圆形)、三角形以及其它多边形。如周边平面型光带吊顶、周边凹入型光带吊顶、内框型光带吊顶、内框凹入型光带吊顶、周边光带地板、内框光带地板、环型光带地板、上投光槽、天花凹光槽、地脚凹光槽等等。长条形光带具有一定的导向性,在人流众多的公共场所环境设计中常常用作导向照明,其它几何形光带一般作装饰之用。裶T魐_!紩?

    3.点光表现 点光是指投光范围小而集中的光源。由于它的光照明度强,大多用于餐厅、卧室、书房以及橱窗、舞台等场所的直接照明或重点照明。点光表现手法多样,有顶光、底光、顺光、逆光、侧光等。

    顶光--自上而下的照明,类似夏日正午日光直射。光照物体投影小,明暗对比强,不宜不作造型光。底光--自下而上的照明,宜作辅助配光。

    顺光--来自正前方的照明,投影平淡,光照物体色彩显现完全,但立体感觉差。 逆光--来自正后方的照明,光照物体的外轮廓分明,具有艺术魅力的剪影效果,是摄影艺术和舞台天幕中常用的配光方式。

    侧光--光线自左右及左上,右上,左下,右下方向的照射,光照物体投影明确,立体感较强,层次丰富,是人们最容易接受的光照方式。

    4.静止灯光与流动灯光 静止灯光--灯具固定不动,光照静止不变,不出现闪烁的灯光为静止灯光。绝大多数室内照明采用静止灯光,这种照明方式,能充分利用光能,并创造出稳定、柔和、和谐的光环境气氛,适用于学校、工厂、办公大楼、商场、展览会等场所。

    流动灯光--是流动的照明方式,它具有丰富的艺术表现力,是舞台灯光和都市霓虹灯广告设计中常用的手段。如舞台上使用"追光灯",不断追逐移动的演员,又如用作广告照明的霓虹灯不断地流动闪烁,频频变换颜色,不仅突出了艺术形象,而且渲染了环境艺术气氛。

    5.激光 激光是由激光器发射的光束。产生激光束的介质有晶体、玻璃、气体(如氩气、氪气、氦氖混合气等)和染料溶液。某些气体激光器已作为光源用于灯光艺术,其中氦氖激光器是最为常用的一种,它产生红单色光;氩离子激光器产生蓝绿色光和绿光,这两种波长的光可通过衍射光栅分离,形成两束不同颜色的单色光。

    不同染料激光器可根据需要产生波长范围在400~750mm的任何一种激光。不过染料激光器都是以脉冲方式工作的装置,它必须依靠其激光器或电子闪光灯作驱动源。 _

    (三)、灯具的种类及艺术效果 灯具随着新技术新材料日新月异的发展,花色品种繁多,造型丰富,光、色、形、质可谓变化无穷,灯具不仅为人们的生活提供照明的条件,而且是室内环境设计中重要的画龙点睛之笔。灯具按照安装方式可分为下列类型。 _

    悬吊类--通称吊灯。有一般性吊灯,用于一般性室内空间;花灯,用于豪华高大的大厅空间;宫灯,一般用于具有传统古典式风格的厅堂;伸缩性吊灯,采用伸缩的蛇皮管或伸缩链作吊具,可在一定范围内根据需要调节灯具的高度。

    吸顶类--紧贴天棚的灯具。有凸出型吸顶灯,这类灯具适用面较大,可以单盏使用,也可以组合使用,前者适用于较小的空间,后者适用于较大的空间;嵌入型吸顶灯,灯具嵌入天棚内,组合使用给人以星空繁照的感觉。

    壁灯类--壁灯有附墙式和悬挑式两种,安装在墙壁和柱子上。壁灯造型要求富有装饰性,适用于各种空间。落地灯--也称座地灯,是家居客厅、起居室、宾馆客房、接待室等空间的局部照明灯具,是室内陈设之一,具有装饰空间的作用。

    台灯--座落在台桌、茶几、矮柜的局部照明的灯具,也是现代家庭中富有情趣的主要陈设之一,在现代宾馆中,台灯已经成为具有特色的装饰照明手段。

    特种灯具--为各种专门制造的照明灯具,如用于舞台表演的追光灯、回光灯、天幕泛光灯、旋转灯、光束灯、流星灯等。

    (四)、灯光设计实例分析 灯光设计必须根据使用场所、使用功能、使用对象而定,灯具选择、灯具安装、照明方式通讯艺术处理等各有不同,标准与尺度也难以统一,现根据有关资料综合介绍如下,仅供参考。参见表29、30。

    四、舞台灯光设计 人类祖先在茹毛饮血时期生活在洞穴中,白天凭借太阳,晚上凭借月亮和火光闻歌起舞,庆祝胜利,这是人类最原始的舞台照明。

    随着人类文明的发展,舞台照明从火光、烛光、油灯、汽灯,发展到先进的电光源,灯光设备不断更新,照明技术日趋科学,舞台灯光艺术丰富多彩。

    当今主宰舞台灯光照明的主人是灯光设计

    舞台灯光设计必须掌握光的加法混合原理。灯光设计师巧妙地运用红、绿、蓝、白等色光,通过光线强弱和混合光量的比例变化,便可创造出各种理想的色光。

    舞台灯光的灯具除普通照明灯具以外,专门设计的特种灯具有适用于舞台表演的追光灯、回光灯、天幕泛光灯、旋转灯、光束灯、流星灯等,每一种灯可营造不同艺术气氛。

    激光是现代舞台灯光的新光源。所谓激光是通过激光器发射的光束,一束激光是由若干种波长的光组成的平行光,它通常具有比普通光源发出的光束亮度大得多的功率,因此激光在舞台灯光艺术中已得到广泛应用。如现代大型歌舞厅或强烈流动的激光束交相辉映,闪闪烁烁,震撼人心的摇滚音乐和现代舞姿,令如醉如痴的歌星、舞星和歌舞迷们沉浸于一片音乐海洋和狂热的艺术气氛之中。光色和音乐的协调配合获得了声、光、色前所未有的综合艺术效果。

    五、霓虹灯艺术设计 霓虹灯是利用气体放电发光的灯具。将细长的玻璃管弯制成所需的各种形状的图形,然后抽去管内空气并充入少量的氩或氖等惰性气体,通电后,就能发出彩色的光。灯光颜色随所充气体而异,如果充入是氖气则发出红橙色光;如果充入是氩气和汞混合的气体则发出青色光;如果充入是氖和汞的混合气体则发出绿色光。为了获得更多的颜色,还可在玻璃管壁上涂有不同的荧光物质。

    霓虹灯艺术已被广泛应用于灯箱广告、路牌标记、橱窗设计、展示设计以及其它装饰艺术领域。现代夜间都市在霓虹灯和其它电光饰的打扮装饰下,那高大的建筑犹如少女穿上晚间礼服盛装,显得更加优美动人,富有魅力;那些繁华的商业区、欢乐的娱乐场所更为热闹非凡;古老面幽静、寂寞的街道变成富有时代感的不夜城。霓虹灯和电光饰可谓是用光绘制的艺术,它把现代都市描绘得如此美妙多姿多彩。

    霓虹灯装饰色彩设计的原理为加色法混合,由于电光源色对人眼的直射,加上光线断续时亮时灭不断变换,故容易产生视觉残象而引起眩目和疲劳,因此霓虹灯光色彩设计必须注意两方面问题:第一,为了减少眼睛的疲劳,各种色光必须建立一定的光谱秩序,使强烈的光刺激借助秩序而增加柔和感;第二,霓虹灯点灭转换的时间间隔必须选择最佳的时间比,运用时间的律动性增加舒适的节奏感。

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