鞠廣東，吳月淋，王 蕾

石家莊理工職業(yè)學(xué)院，河北 石家莊 050200

0 引言

為了推動(dòng)室內(nèi)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展，優(yōu)化室內(nèi)空間照明設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員可結(jié)合國內(nèi)外經(jīng)典案例和先進(jìn)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國不同人群的居住燈光需求，構(gòu)建以三維燈光模擬技術(shù)為代表的室內(nèi)燈光設(shè)計(jì)新模式，促進(jìn)新技術(shù)的進(jìn)一步融合發(fā)展。

1 三維燈光模擬技術(shù)概述

1.1 三維燈光模擬技術(shù)的含義

在傳統(tǒng)的燈光模擬技術(shù)中，技術(shù)人員往往需要具備較強(qiáng)的繪畫能力和對(duì)于整體光影的細(xì)致掌握能力，能夠在二維的畫面上完整地呈現(xiàn)三維立體的實(shí)際燈光信息。這樣的燈光模擬過程會(huì)耗費(fèi)設(shè)計(jì)人員的大量精力，同時(shí)也受限于傳統(tǒng)的技術(shù)能力，不能很好地復(fù)刻整體燈光的全部設(shè)計(jì)信息[1]。在互聯(lián)網(wǎng)的輔助下，技術(shù)人員可以結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)提升工作質(zhì)量。設(shè)計(jì)人員可以利用計(jì)算機(jī)確定相關(guān)設(shè)計(jì)信息的三維坐標(biāo)，結(jié)合實(shí)際呈現(xiàn)的光影變化信息和粒子材質(zhì)設(shè)置和分類三維坐標(biāo)，使用相同的材質(zhì)建立不同的制作模板并選擇不同的光影呈現(xiàn)效果。技術(shù)人員可以調(diào)整、優(yōu)化燈光模擬的設(shè)計(jì)主體的細(xì)節(jié)，然后通過三維燈光模擬技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用軟件完成整體畫面的渲染。三維燈光模擬技術(shù)源于相關(guān)的軍事應(yīng)用領(lǐng)域，近年來隨著現(xiàn)代半導(dǎo)體工業(yè)的蓬勃發(fā)展得到完善，其發(fā)展和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)，并在室內(nèi)空間燈光設(shè)計(jì)領(lǐng)域中扮演越發(fā)重要的角色。

1.2 三維燈光模擬技術(shù)的發(fā)展歷程

三維燈光模擬技術(shù)發(fā)展于現(xiàn)代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。20世紀(jì)60年代，三維燈光模擬技術(shù)主要用于模擬環(huán)境中的相關(guān)形狀和展現(xiàn)光影信息。此時(shí)，三維燈光模擬技術(shù)的應(yīng)用只存在于軍事實(shí)驗(yàn)室的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程，并沒有在民用領(lǐng)域得到使用。隨著技術(shù)的發(fā)展，三維燈光模擬技術(shù)開始在好萊塢等電影公司的特效設(shè)計(jì)方面大放異彩，這也是相關(guān)技術(shù)第一次大范圍應(yīng)用在民用設(shè)計(jì)領(lǐng)域。當(dāng)時(shí)的三維燈光模擬技術(shù)主要用于設(shè)計(jì)、優(yōu)化電影畫面中難以拍攝的復(fù)雜光影信息，計(jì)算機(jī)可以結(jié)合實(shí)際的圖像設(shè)計(jì)呈現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生活中不可能出現(xiàn)的虛擬燈光畫面。20世紀(jì)90年代以來，電影工業(yè)的畫面技術(shù)飛速發(fā)展，并與其他工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域進(jìn)行了深度融合。到了21世紀(jì)初，計(jì)算機(jī)的體積進(jìn)一步縮小，個(gè)人計(jì)算機(jī)得到普及，使三維燈光模擬技術(shù)以更加簡(jiǎn)化、高效的應(yīng)用軟件的方式走入了普通人的視野。這樣的發(fā)展趨勢(shì)不僅進(jìn)一步降低了三維燈光模擬技術(shù)的學(xué)習(xí)與創(chuàng)新門檻，也為三維燈光模擬技術(shù)的蓬勃發(fā)展帶來了更加廣泛的群眾基礎(chǔ)。在這一時(shí)期，三維燈光模擬技術(shù)結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)促進(jìn)了各行各業(yè)的發(fā)展，相關(guān)領(lǐng)域成為具有上下游貫通關(guān)系的大型發(fā)展領(lǐng)域。與傳統(tǒng)室內(nèi)空間燈光設(shè)計(jì)領(lǐng)域結(jié)合的三維燈光模擬技術(shù)，開始在住戶空間設(shè)計(jì)中占據(jù)越來越重要的地位。

1.3 常用技術(shù)軟件

常用的三維燈光模擬技術(shù)軟件很多，要將三維燈光模擬技術(shù)用于室內(nèi)空間照明設(shè)計(jì)，就需先了解這些技術(shù)軟件。（1）Maya。Maya軟件中包含非常多的內(nèi)容，對(duì)于沒有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的人，這一軟件會(huì)略顯復(fù)雜。但是，如果在相關(guān)方面有一些制作經(jīng)驗(yàn)，則可以很好地利用這一軟件，其中的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)、Mel腳本等，都是非常好的功能。（2）Lightwave。Lightwave軟件比較容易掌握，其更傾向于建模方面，特點(diǎn)是將建模及布局分成兩大模塊分別組織；操作比較簡(jiǎn)單，光線追蹤、光能傳遞等功能比較優(yōu)越。Lightwave軟件在電影、電視、廣告等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。（3）AutoCAD。AutoCAD軟件主要用于二維繪圖及基本三維設(shè)計(jì)，能夠適應(yīng)各種操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)。（4）3D MAX。3D MAX是基于PC系統(tǒng)的三維動(dòng)畫渲染和制作軟件，最早用于電腦游戲的動(dòng)畫制作，后得到推廣。

1.4 三維燈光模擬技術(shù)的開發(fā)途徑

1.4.1 面向一般用戶的開發(fā)途徑

面向一般用戶的技術(shù)往往只需要簡(jiǎn)單的操作教學(xué)就能實(shí)現(xiàn)燈光模擬的基礎(chǔ)應(yīng)用，同時(shí)也對(duì)用戶后期的進(jìn)一步技術(shù)應(yīng)用和融合創(chuàng)新起到了積極促進(jìn)作用。這樣的技術(shù)被廣泛應(yīng)用在居民生活的各個(gè)領(lǐng)域，也為居民日常生活整體質(zhì)量的提升起到一定的促進(jìn)作用。但是這樣的三維燈光模擬技術(shù)往往只具備較簡(jiǎn)單的模擬功能，三維燈光的整體模擬質(zhì)量也存在提升空間。

1.4.2 面向企業(yè)的開發(fā)途徑

相關(guān)技術(shù)人員結(jié)合三維燈光模擬技術(shù)的應(yīng)用需求設(shè)計(jì)不同的功能，可以滿足企業(yè)在實(shí)際發(fā)展過程中對(duì)于燈光模擬的需求。這樣的三維燈光模擬技術(shù)的應(yīng)用常常呈現(xiàn)功能復(fù)雜、內(nèi)容多的基本特點(diǎn)，同時(shí)三維燈光模擬的整體質(zhì)量和優(yōu)化系數(shù)呈現(xiàn)較高的水平。

2 室內(nèi)空間常用照明形式

為了進(jìn)一步提升三維燈光模擬技術(shù)在室內(nèi)空間照明設(shè)計(jì)中的應(yīng)用質(zhì)量，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)深入分析并歸類常見的照明形式。以燈具范圍內(nèi)的流明值分布情況、實(shí)際的空間結(jié)構(gòu)及燈具在空間中的具體位置關(guān)系作為主要的分類依據(jù)，照明形式可歸納為以下幾種。

2.1 直接照明

直接照明是指工作面上實(shí)際光線的流明值超過燈具最高流明值90%的照明形式[2]。在室內(nèi)照明設(shè)計(jì)中，除去大燈，其他裝置性燈具的流明值為500～800 lm，選用LED燈具能夠提升燈具的實(shí)際流明值。使用直接照明形式一般能夠直接呈現(xiàn)較清晰的光影分布和光影區(qū)別，同時(shí)對(duì)于區(qū)分工作面與其他空間環(huán)境的關(guān)系起到顯著的作用。但是，在實(shí)際的室內(nèi)照明設(shè)計(jì)中，在人為活動(dòng)范圍內(nèi)較少采用直接照明形式。

2.2 半直接照明

設(shè)計(jì)人員往往在直接照明形式的光源處進(jìn)行遮罩處理，以減少部分光源的直接照射效果，這樣的照明形式被稱為半直接照明。半直接照明形式能夠進(jìn)一步提升室內(nèi)的空間明亮度，同時(shí)配合照射主體的作用提升室內(nèi)的整體空間感和明亮度，更加適合為人的長(zhǎng)期活動(dòng)空間提供照明[3]。

2.3 間接照明

通過間接遮蔽相關(guān)照明設(shè)備的方式，可以利用反射光進(jìn)行室內(nèi)空間的照明，這樣的照明形式即為間接照明。間接照明能夠有效減少直接光源對(duì)于人眼睛的影響，并凸顯空間內(nèi)其他光源和設(shè)計(jì)的氛圍感。間接照明被廣泛應(yīng)用在商場(chǎng)和會(huì)議室等人員密集且光影復(fù)雜的室內(nèi)空間，可以提升整體環(huán)境的明亮度和氛圍感。

間接照明方式更加注重室內(nèi)空間設(shè)計(jì)中的色溫設(shè)計(jì)和選擇，不同色溫的光線在反射條件下能夠達(dá)到的照明效果和風(fēng)格大相徑庭。例如，冷色光的整體風(fēng)格明亮、清爽且理性，適合用于室內(nèi)的公共區(qū)域，可以提升照明效果；相對(duì)柔和的暖黃光能夠給人慵懶的感覺，可以用于書房或者洗手間的照明；暖白光的整體光感溫馨、感性，用在臥室中不僅能提升臥室的照明氣質(zhì)，也能夠更好地契合用戶的空間體驗(yàn)。對(duì)此，使用燈光模擬技術(shù)能夠有效提升色溫與照明設(shè)計(jì)之間的契合度。

2.4 半間接照明

半間接照明是一種特殊的照明方式，其不僅能夠進(jìn)一步凸顯整體室內(nèi)空間的照明設(shè)計(jì)的光影分布，也有助于在視覺上拔高實(shí)際比較低矮的空間環(huán)境，最終在視覺上實(shí)現(xiàn)整體空間的進(jìn)一步擴(kuò)大。

2.5 漫射照明

利用燈具自身存在的折射功能擴(kuò)散直接照明的光線，并結(jié)合不同的遮罩處理呈現(xiàn)不同的光照屬性，這樣的照明方式被稱為漫射照明。漫射照明主要應(yīng)用在光線屬性不強(qiáng)的臥室，能夠在為整體空間提供部分照明的同時(shí)，保留空間燈光的高柔和性。

3 室內(nèi)空間照明設(shè)計(jì)的基本原則

（1）功能性原則。照明設(shè)計(jì)的對(duì)象不是獨(dú)立的個(gè)體，照明設(shè)計(jì)一定要依附整體建筑，滿足相應(yīng)的功能要求?？臻g不同、場(chǎng)合不同，設(shè)計(jì)應(yīng)該有一定的差異。例如，會(huì)議大廳的照明比較適合采用垂直照明方式；如果是商品陳列照明，可采用強(qiáng)光重點(diǎn)照射商品。（2）美觀性原則。照明的另一個(gè)重要作用是美化環(huán)境，在進(jìn)行照明設(shè)計(jì)時(shí)，要把握美觀性原則，讓照明起到裝飾空間的作用。設(shè)計(jì)人員需要綜合考慮燈具的造型、材料、色彩等，還可綜合應(yīng)用反射、折射等方式，創(chuàng)造良好的環(huán)境氛圍。

4 三維燈光模擬技術(shù)在室內(nèi)空間照明設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

應(yīng)用三維燈光模擬技術(shù)能夠提升室內(nèi)建筑空間模型的立體度，通過不斷調(diào)整、優(yōu)化燈具模型，可以提升空間場(chǎng)景的逼真度，這樣的建模優(yōu)化也為提升之后的整體空間燈光渲染質(zhì)量起到了積極的促進(jìn)作用。實(shí)際的室內(nèi)建筑空間照明環(huán)境信息和影響因素較復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的二維繪制方式往往會(huì)遺漏大量的關(guān)鍵信息。應(yīng)用三維燈光模擬技術(shù)不僅能夠細(xì)化光源的具體信息的選擇與分類，也能夠結(jié)合整體的光照效果統(tǒng)一設(shè)計(jì)、優(yōu)化空間環(huán)境與光源光線，從而使季節(jié)、時(shí)間、地域等環(huán)境因素與顏色、亮度、陰影等照明效果之間更加和諧統(tǒng)一，提高最終的室內(nèi)空間燈光設(shè)計(jì)質(zhì)量[4]。

4.1 優(yōu)化實(shí)際面光表現(xiàn)方式

技術(shù)人員可以應(yīng)用三維燈光模擬技術(shù)優(yōu)化實(shí)際面光的表現(xiàn)方式，進(jìn)一步提升室內(nèi)的天窗和整體墻面形成的自然發(fā)光面的整體光影效果和質(zhì)量，襯托室內(nèi)空間燈光設(shè)計(jì)的整體效果。由于自然光形成的照明區(qū)域的照明效果相對(duì)不穩(wěn)定，為了降低炫光值，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合遮擋物降低燈光的整體反射亮度，使旋光度始終保持在10～22的范圍內(nèi)[5]。

在實(shí)際應(yīng)用三維燈光模擬時(shí)，技術(shù)人員需要構(gòu)建更加有效的日光效果，從而進(jìn)一步提升整體光影質(zhì)量。在實(shí)際的面光呈現(xiàn)過程中，往往采用玻璃鏡面的透光設(shè)計(jì)處理，這不僅提升了整體空間內(nèi)的光影效果和復(fù)雜程度，也提升了整體空間內(nèi)的透光度。在實(shí)際的三維燈光模擬過程中，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)科學(xué)有效地優(yōu)化、調(diào)整玻璃的透光度，并結(jié)合材質(zhì)質(zhì)量進(jìn)一步降低空間內(nèi)的光線復(fù)雜程度。

4.2 優(yōu)化帶光光源設(shè)計(jì)

在進(jìn)行室內(nèi)空間燈光設(shè)計(jì)時(shí)，為了進(jìn)一步加強(qiáng)光源對(duì)于整體空間的指向性作用，技術(shù)人員往往會(huì)采用長(zhǎng)條形的光源作為整體空間的光源，這樣的表現(xiàn)形式被稱為帶光表現(xiàn)形式[6]。在應(yīng)用三維燈光模擬技術(shù)時(shí)，為優(yōu)化帶光表現(xiàn)形式的整體質(zhì)量，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)收集光帶范圍內(nèi)的實(shí)際光影形狀和與周圍空間環(huán)境的契合度信息，以便在實(shí)際使用光源形狀設(shè)計(jì)的功能時(shí)盡可能提供更加準(zhǔn)確的形狀信息。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)提高室內(nèi)照明燈具的顯色指數(shù)，以凸顯燈光照明下環(huán)境的整體設(shè)計(jì)氛圍，并增加室內(nèi)環(huán)境的顏色還原度。為了優(yōu)化光源與實(shí)際空間結(jié)構(gòu)的整體效果，相關(guān)技術(shù)人員在選擇帶光形狀時(shí)應(yīng)當(dāng)結(jié)合不同的材質(zhì)和光源強(qiáng)度進(jìn)行反復(fù)調(diào)整與優(yōu)化，為之后的整體光線信息模擬過程打好基礎(chǔ)。

4.3 優(yōu)化流動(dòng)光源設(shè)計(jì)

為了加強(qiáng)室內(nèi)空間光源的整體動(dòng)態(tài)效果，設(shè)計(jì)人員可以采用流動(dòng)燈光的形式進(jìn)一步提高空間內(nèi)光影的變化質(zhì)量[7]。為了結(jié)合三維燈光模擬技術(shù)凸顯流動(dòng)燈光的表現(xiàn)手法，需要在實(shí)際模擬過程中周期性地確認(rèn)不斷移動(dòng)的設(shè)計(jì)主體的形狀信息，同時(shí)調(diào)整流動(dòng)光源在行動(dòng)路線上的整體光影變化和顏色，以便最終呈現(xiàn)更好的整體空間的光影藝術(shù)效果，進(jìn)一步提升環(huán)境氛圍的整體質(zhì)量[8]。流動(dòng)光源的相關(guān)照明設(shè)備常常具有較強(qiáng)的光效，為體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)理念，在進(jìn)行流動(dòng)燈光的室內(nèi)空間照明設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)注重?zé)艟叩牧炼?，在提升性價(jià)比的基礎(chǔ)上優(yōu)化整體光效，提升燈具的節(jié)能效果。

5 結(jié)束語

綜上所述，室內(nèi)空間燈光設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步激發(fā)自身的主觀能動(dòng)性，結(jié)合先進(jìn)的信息技術(shù)，構(gòu)建更加高效的設(shè)計(jì)優(yōu)化模式，滿足居住人群的實(shí)際空間燈光需求，同時(shí)進(jìn)一步創(chuàng)新整體燈光結(jié)構(gòu)。