Яркость, воспринимаемая глазом (светлота) субъективна, она зависит не только от действительной яркости и яркостных контрастов, но и от условий адоптации глаза.

Различают темновую адоптацию, наблюдаемую при переходе от большой яркости к малой, и световую – при обратном переходе.

Темновая адоптация возникает в результате изменения чувствительности как периферического, так и центрального зрительного анализатора.

Световая адоптация характеризуется изменениями световой чувствительности глаза в процессе его приспособления к заданной яркости после длительного пребывания в темноте. Она определяется понижением световой чувствительности глаза, тем более заметным, чем больше яркость, на которую адаптируется наблюдатель.

[ При идеальных условиях глаз, полностью адаптированный к темноте, может заметить свет от обыкновенной свечи, находящейся от него на расстоянии 20 км ].

Анализ памятников архитектуры показывает, что для решения архитектурно-художественных задач интерьера и экстерьера архитекторы умело использую световую и темновую адаптацию зрения.

Прием темновой адаптации удачно применялся в архитектуре Древнего Египта. Египетские храмы состояли из нескольких пространств, следовавших друг за другом. Окруженный колоннадой открытый двор, залитый солнцем, обладал высокими яркостями колонн и пола. Гипостильный зал ограничивался с боков глухой стеной с небольшими отверстиями для проветривания. И освещался через проемы, расположенные в местах перепада высот среднего и боковых нефов. В этом зале царил полусумрак, который сгущался по направлению к святилищу.

Прием световой адаптации широко использовался в архитектуре барокко. Используя в соборах и церквях контраст ярких поверхностей центральных нефов и алтарей с сумраком боковых нефов, зодчие барокко добились впечатления движения и беспредельного пространства.

 

Архитектор выбирает композиционный прием в зависимости от яркости фона, на котором будет рассматриваться его произведение. При восприятии русской архитектуры полем адаптации почти всегда служит высокая и равномерная яркость пасмурного неба.

 

Современное общественное сооружение, как правило, большое по размеру и числу помещений, выдвинуло задачу светового ансамбля как синтеза световой архитектуры его отдельных интерьеров. Свет в таких сооружениях может определять последовательность восприятия интерьеров и их нарастающее эмоциональное воздействие на человека.

Организация яркостного ритма в интерьере решает проблему движения посетителей. Умелое распределение яркостей в помещении делает пространство более глубоким и архитектурно выразительным. В соответствии с законом адаптации темное пространство прекрасно «работает» на последующее светлое, так как глаз, адаптированный к темноте, лучше воспринимает освещенное пространство; адаптация к свету позволяет лучше чувствовать темноту. При удачно выбранных светлотных соотношениях освещенное малое пространство при переходе в него из темного помещения может показать большим.

Появление, изменение и исчезновение раздражителя – главный источник зрительного ощущения. Когда в окружающем пространстве отсутствуют архитектурные доминанты, а также резко контрастирующие с фоном или друг с другом объекты, зрительная ориентация человека затрудняется. Такое ощущение испытывает человек, попадая в микрорайоны города, застроенные однотипными зданиями, которые не отличаются друг от друга ни формой, ни пластикой, ни цветом. И наоборот, последовательное, заранее предусмотренное в проекте распределение яркостей и контрастов, а также использование адаптации, усиливающее впечатление насыщенности пространства светом, позволяет архитектору организовать движение на улице города или в здании.

 

Как оптический прибор глаз человека обладает рядом особенностей.

Зона бинокулярного видения в горизонтальной плоскости равна 180º, в вертикальной плоскости - 120º, зона монокулярного видения по горизонтали составляет 40º (слева и справа) (рис. 1). Но не смотря на большое поле зрения неподвижного глаза, обозрени е архитектурных объектов происходит (подобно чтению книгами) движущимися глазами, поскольку отчетливое видение деталей возможно только на весьма малой части поля зрения (равной примерно 1º).

При рассмотрении архитектурного объекта всякое изменение направления взгляда связано с изменением положения глаз, а следовательно с преодолением сил инерции глаза и сопровождается оптическими иллюзиями и искажениями, например переоценкой действительного размера угла, образуемого горизонталью и наклонными пересекающими ее линиями, иллюзией уподобления и т.д. (рис. 2).

 

Искажение вследствие высокого контраста наблюдается как при вечернем, так и при солнечном освещении. При контрастном солнечном освещении искажается восприятие цилиндрической колонны – возникают зрительные эффекты уплощения и излома. При вечернем освещении цилиндрическая поверхность, освещенная сбоку - воспринимается ломанной; освещенная же лучами, направление которых совпадает с направлением зрения наблюдателя – воспринимается плоской.

На практике такие оптические искажения могут быть, например, использованы для того, чтобы избавиться от кажущегося или действительного небольшого прогиба балок, ферм, перемычек и т.д.

При рассмотрении архитектурных ансамблей возникает ряд искажений, связанных с оценкой глубины пространства. Опыт показывает, что точность оценки уменьшается при увеличении пространства.

[Архитектурной практикой прошлого известны случаи, когда зодчие существенно изменяли восприятие глубины площади приданием ей трапециевидной формы; в этих случаях боковые здания располагались под углом 5-7º к продольной оси площади; такая площадь кажется более глубокой (по сравнению с проектной глубиной) при сужении ее в сторону движения, т.е. по направлению к завершающему площадь зданию, и наоборот, менее глубокой при расширении площади в направлении движения].

Неправильная оценка глазом глубина пространства рождает ошибки в оценке действительной высоты зданий и сооружений. Зрительное изменение высоты зданий и сооружений особенно заметно в зданиях башенного типа (общественных и жилых), получивших широкое распространение в застройке городов.

Опыт показывает, что степень оптических искажений и иллюзий во многом предопределяется условиями освещения здания или интерьера и яркостью поля адаптации и позиции наблюдателя.

 

Различают две задачи, связанные с учетом оптических свойств глаза человека. Первая задача – не допустить всякого рода оптические обманы, которые искажают художественный образ, масштаб, пропорции и архитектонику интерьеров зданий и сооружений. Вторая задача – использовать оптические иллюзии для архитектурных целей: увеличение или уменьшение глубины пространства, использование живописных средств светоцвета для изменения пластической отделки фасадов, интерьеров, устранение геометризма в архитектуре и др.

 

При выборе световой композиции здания или сооружения целесообразно учитывать ассоциации, выработанные у нас природой. Открытое пространство поляны более светлое, чем узкая просека в лесу; площадь всегда светлее улицы; большое пространство светлее малых; высокие – светлее низких; на свет идти приятно; идти на темноту неприятно и рискованно; привычное направление света – сверху, свет снизу неестественен.

Если следовать этим ассоциациям в архитектуре, то большие интерьеры логично делать более светлыми, чем малые, а низкие – более темными, чем высокие – такое распределение яркостей в интерьере вызывает ощущение естественности. Распределение яркостей, построенное на обратной закономерности, вызывает ощущение неожиданности, театрального эффекта – может быть применима в отдельных случаях для создания театрального эффекта в барах, дискотеках и т.п.

 

Различимость объекта (или деталей) зависит от шести факторов: - контраста между объектом и фоном, - его яркости, - углового размера, - спектра освещения, - прозрачности воздуха и – продолжительности наблюдения. Первые три фактора имеют решающее значение. Совокупность всех факторов создает световую среду, оптимальное воздействие которых может быть достигнуто при определенных количественных соотношениях этих шести параметров.

 

Если изменять каждый из этих параметров при условии постоянства других, то можно установить, что каждый из них имеет свой абсолютный порог, ниже которого предмет становится невидимым, как бы ни были благоприятны прочие условия наблюдения.

Вечером в условиях световой адаптации глаза абсолютный световой порог, определяющий видимость предмета, существенно отличается от порога различения его, при котором глаз может различать форму предмета.

Порог видимости наблюдаемого предмета оценивают минимальной разностью яркостей фона и предмета, которую называют разностным порогом ΔL.

 

ΔL = L2 - L1, (1)

 

где L1 и L2 - фотометрическая величина яркости соответственно предмета и фона (кд/м²).

 

Исследования показали, что значение разностного порога (пороговой разности) яркости увеличивается пропорционально повышению яркости фона; иными словами, отношение разностного порога Δ L к яркости фона L остается постоянным для всего диапазона изменения яркости адаптации.

Субъективное восприятие любого увеличения яркости определяется числом разностных порогов в оцениваемом приросте яркости. Закон, открытый Вебером и уточненный Фехнером, говорит о том, едва ощутимый прирост зрительного восприятия ΔА есть функция разностного порога[ ΔА = ƒ(ΔL/L) ], а субъективное восприятие увеличения яркости какой-либо поверхности оценивается числом разностных порогов, укладывающимся в рассмотренном приросте яркости.

При решении задач световой архитектуры чаще пользуются понятием светлота. Светлота – яркость, субъективно воспринимаемая глазом, т.е. количественное выражение уровня зрительного ощущения.

Светлота пропорциональна яркости, т.е. по Веберу-Фехнеру

 

В = сlqL, (2)

 

где В – светлота; L - фотометрическая величина яркости; с – коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора единиц.

Поэтому характер большинства зрительных ощущений определяется не отношением яркостей, а разностью светлот, вызываемых этими яркостями, с учетом яркости поля адаптации.

Для различения ахроматических или одноцветных предметов нужна некоторая разность яркостей между предметом и фоном. Отношение минимальной яркости разностей (определяющей порог различения предмета) к яркости фона и называют пороговым контрастом. Значение порогового контраста, так же как и разностного порога, зависит от яркости поля адаптации. углового размера, формы предмета и времени наблюдения. Так, при наблюдении объектов в вечерние часы пороговый контраст между ними и фоном резко возрастает.

 

Степень различимости объекта о пределяется контрастной чувствительностью глаза. При уменьшении контраста между деталью и фоном для обеспечения различимости необходимо увеличивать угловой размер предмета. По аналогии с пороговым контрастом отношение разности яркостей между деталью и фоном к большей яркости называют яркостным контрастом К, значение которого меньше единицы. Яркостный контраст между деталью и фоном:

К = (L₁ - L₂) / L₁ = DL / L₁ при L₁ >L₂ (3)

(или К = (L₂ - L₁) / L₂ = DL / L₁ при L₁ >L₁),

где L₁ и L₂ - яркости соответственно детали и фона.

 

Из этого следует, что архитектурные детали, которые светлее фона, обладают положительным контрастом, детали же более темные, чем фон (например, черные колонны на светлом фоне стены) - отрицательным.

Чтобы видеть архитектурные детали, имеющие одинаковый свет с фоном, необходимо, чтобы соблюдалось условие DL ³ L_пор или К ³ К_пор, где L_пор – пороговое значениеразности яркостей; К_пор - яркостный пороговый контраст.

Значение пороговой разности яркостей к яркости фона определяется так называемым вуалирующим действием собственного света сетчатки глаза. [Вуалирующее действие сетчатки глаза можно сравнить с эффектом шумового фона, снижающим ощущение громкости звучания.] Эффект вуалирующего действия сетчатки особенно заметен при малых яркостях фона и сопровождается резким повышением порогового контраста между деталью и фоном.

 

Вуалирующий эффект оказывает существенное влияние на восприятие далеко расположенных от наблюдателя зданий и сооружений. Постепенное удаление наблюдателя от здания сопровождается прежде всего исчезновением мелких архитектурных деталей. С далеких расстояний невозможно видеть и крупные детали, видны только контуры здания, а затем исчезают и они. Это свидетельствует о наличии зависимости между видимостью и расстоянием. Что обусловлено двумя факторами. Первый связан с уменьшением углового размера здания по мере удаления от него, а второй – с тем, что с увеличением расстояния слой воздуха становится толще. А воздух не является абсолютно прозрачной средой.

 

При оценке видимости далеко расположенных зданий и сооружений приходится учитыват ь. Во-первых, светопотери, обусловленные неполной прозрачностью воздуха, которые характеризуются коэффициентом пропускания τ; при учете этих светопотерь яркости здания и неба будут соответственно равны L1τ и L2τ. Во-вторых, необходимо принимать во внимание мутность слоя воздуха, отделяющего здание от наблюдателя; мутная среда обладает яркостью, которая накладывается на собственные яркости предмета и фона. При наблюдении через мутный слой воздуха значение контраста здания и неба существенно уменьшается.

При заданном контрасте объекта с фоном порог различимости этого объекта определяется минимальным угловым размером (разрешающим углом). Значение, обратное разрешающему углу, называют остротой различения (в медицине – остротой зрения).

Для архитектурной практики большой интерес представляет зависимость разрешающего угла от формы наблюдаемого объекта, Установлено, что усложнение формы деталей значительно повышает требования к остроте различения. Чем сложнее по форме деталь, тем более высокой яркостью, пороговым угловым размером и пороговым контрастом для отчетливого его различения она должна обладать.

При уменьшении освещенности разрешающий угол глаза увеличивается. Зависимость этого угла от яркости приведена в таблице 2.

 

Архитектору при решении пространственных задач важно знать порог глубины, характеризуемый минимальной разностью параллактических углов между зданиями, которые обеспечивают заданную вероятность различения их при различной удаленности от наблюдателя.

Значение порога глубины выражается в угловых секундах по формуле

 

δпор = bΔ l / l, (4)

 

где b - расстояние между центрами зрачков глаз наблюдателя (основание стереоскопического зрения); l - расстояние от ближайшего здания до наблюдателя; Δl - максимальное расстояние между двумя зданиями, видимыми как различно удаленные друг от друга.

На значение порога глубины решающее влияние оказывает яркость объектов наблюдения и их контраст с фоном.

Применительно к задачам световой архитектуры это значит, что при прочих равных условиях (соотношения яркостей, размеров, глубины) архитектурная композиция будет восприниматься вечером более плоской, чем при естественном освещении. Поэтому вечером световой ансамбль, как правило, должен характеризоваться большими яркостными перепадами, чем при естественном освещении.

 

Литература: Л-1 стр.46-63

 

 

Т а б л и ц а 1. Характеристики зрительного анализатора

Характеристика глаза	Дневное (центральное) зрение	Сумеречное зрение	Ночное (периферическое) зрение
Светочувст- вительные элементы	Колбочки	Колбочки + палочки	Палочки
Способность реагировать на яркость	Высокие яркости, L ≥ 10 кд/м²	Малые яркости, 0,01 < L < 10 кд/м²	Очень малые яркости, L ≤ 0,001 кд/м²
Спектральная чувствительность к излучениям	Максимальная к желто-зеленому [ λ = 555 нм, V(λ) = 1,0] с умень- шением к красному [ λ = 710 нм, V(λ) = 0,0021 ] и фиолетовому [V(λ) = 0,0012 при λ = 410 нм ]	Максимальная к голубовато-зеленому (λ = 520 нм) с уменьшением в длинноволновой и коротковолновой частях спектра	Максимальная к зеленовато-голубому [ λ = 510 нм, V' (λ) = 1,0] с уменьшением к красно-оранжевому [V'(λ) = 0,00737 при λ = 620 нм] и фиолетовому [V’(λ) = 0,0022 при λ = 390 нм]
Способность к восприятию цветов	Хорошее различение цветов	Голубые и зеленые светлеют, красные темнеют	Цвета не различаются, черно-белое видение
Способность к различению деталей	Высокая разрешающая способность	Малая разрешающая способность	Отсутствует

 

Т а б л и ц а 2. Зависимость разрешающего угла глаза α от яркости объекта

Показатель	При яркости объекта, кд⁄м²
неба, фасадов, дорог ночью	подсвеченных фасадов	стен в помещениях
0,0003	0,003	0,03	0,3
Разрешающий угол α, мин.				1,5	0,9	0,8	0,8	0,7

 

 

 

 

 

Рис.1 Углы зрения в вертикальной

плоскости

А – зона активного видения

 

 

 

Рис. 2 Зрительные иллюзии

а – вследствие иррадиации и контраста: черный квадрат кажется меньше, чем белый, хотя они равны; треугольная полоса на фоне белого квадрата кажется темнее и шире, чем на фоне черного, хотя они одинаковы по светлоте и ширине;

б – вследствие переоценки нашим глазом острых углов: параллельные линии кажутся искривленными или сходящимися;

в – основанные на свойстве глаза уподоблять часть предмета целому:

1 – средний угол в левой фигуре кажется больше среднего угла в правой, хотя они одинаковы;

11 – высота цилиндра кажется значительно больше диаметра его полей, хотя они равны;

111 – верхняя линия кругов кажется провисшей подобно нижней, хотя она горизонтальна