張昕/ZHANG Xin

暗感知：多暗算暗
——論照度標(biāo)準(zhǔn)的不適用性

張昕/ZHANG Xin

基于全球人工環(huán)境不斷變亮的現(xiàn)狀，針對(duì)用照度作為“暗”評(píng)價(jià)依據(jù)是否合理這一問題，從“多暗算暗”的視角進(jìn)行了文獻(xiàn)回顧，總結(jié)了“照度標(biāo)準(zhǔn)的不適用性”。通過對(duì)于“暗”的重新定義，歸納了“暗感知”的理論框架，對(duì)“面向暗感知的整體式照明設(shè)計(jì)”進(jìn)行了展望。

暗感知，照度標(biāo)準(zhǔn)，不適用性，整體式照明設(shè)計(jì)

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（課題編號(hào)：51478236）

1 背景

相比100年前，全球人工環(huán)境的照度大幅提升了。表1回顧了百年來照度標(biāo)準(zhǔn)的變化，針對(duì)特定視覺任務(wù)的照度標(biāo)準(zhǔn)提高了10倍。人類的照明需求（lighting demand）是支撐照明工業(yè)發(fā)展的動(dòng)因，但在過去的60年間，照明正從滿足“視覺需求”向“迎合期望”轉(zhuǎn)變[1]82。

2015年，LED產(chǎn)品的光效（圖1）將超過同期金鹵燈和緊湊型熒光燈產(chǎn)品的高值（后兩者平均光效為60～115 lm/W）。2015年，以13W/850lm的A19型替代燈為例的LED燈具售價(jià)（圖1）將降至緊湊型熒光燈燈具的同等水平。高光效與可接受價(jià)位的同時(shí)實(shí)現(xiàn)，意味著民用市場(chǎng)已經(jīng)可以應(yīng)用LED產(chǎn)品全面替代傳統(tǒng)產(chǎn)品了。

人類對(duì)光的需求集中在視覺、情感、生物3個(gè)領(lǐng)域，人工照明的發(fā)展又催生出了第4需求——節(jié)能。LED的出現(xiàn)恰逢其時(shí)，革命性地滿足了節(jié)能需求，也在前3個(gè)領(lǐng)域“創(chuàng)造”了新問題，但照明工業(yè)智慧地將這些新問題轉(zhuǎn)化為新機(jī)遇：人工照明研究的熱點(diǎn)迅速向光生物領(lǐng)域轉(zhuǎn)移，與LED的光學(xué)特性密切相關(guān)的“智慧照明”“動(dòng)態(tài)照明”和“光的非視覺生物效應(yīng)”是目前研究的熱點(diǎn)。

針對(duì)用戶市場(chǎng)、工業(yè)界、研究界的“樂觀態(tài)度”，博伊斯（P.R.Boyce）于2010年回顧并反思了由照明工業(yè)界支撐的照明標(biāo)準(zhǔn)及研究的發(fā)展歷程，提出“對(duì)于快速和大量地節(jié)約電能，最有效的方式是降低照度標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)槿祟悓?duì)于照度的響應(yīng)是對(duì)數(shù)關(guān)系，而對(duì)于能耗是線性關(guān)系”[2]。但這樣的聲音因其明顯的“反照明工業(yè)”性質(zhì)而沒有得到多少回應(yīng)。

針對(duì)用照度作為“暗”的評(píng)價(jià)依據(jù)是否合理這一問題，本文從“多暗算暗”這一視角進(jìn)行文獻(xiàn)回顧，也作為對(duì)博伊斯的回應(yīng)。關(guān)于“照度標(biāo)準(zhǔn)不適用性”的討論，希望能引起研究者和工業(yè)界對(duì)如下現(xiàn)象進(jìn)行反思：

（1） 應(yīng)用層面——隨著“變亮”的成本不斷降低，人們對(duì)于照度數(shù)量的要求不斷提高。

（2）設(shè)計(jì)層面——即使僅作為參考值，設(shè)計(jì)師仍像對(duì)待強(qiáng)條般執(zhí)行照度標(biāo)準(zhǔn)。

（3）研究層面——忽視視覺和行為模式的研究，沉迷于分享LED進(jìn)步帶來的節(jié)能紅利。

2 暗的定義

認(rèn)知心理學(xué)專家邁克爾博士（Dr. Michael）指出，對(duì)于暗的定義取決于討論表面（surface）還是討論照明（illumination）：如果討論表面，暗是指低“明度”（lightness，是眼睛對(duì)光源和物體表面的明暗程度的感覺，不僅取決于物體照明強(qiáng)度，更取決于物體表面的反射比）；如果討論照明，暗是指低“視亮度”（brightness，主觀上感受到的明亮程度，以區(qū)別于用儀器測(cè)得的“亮度”），視亮度與人眼的適應(yīng)水平有關(guān)?；谖墨I(xiàn)綜述，筆者對(duì)于“暗”做如下定義：

暗是一種主觀上的對(duì)于明度不足和視亮度不足的感知，是對(duì)于空間的一種獨(dú)特的感知維度，不僅是指光的不足，更是指視覺質(zhì)量的不足。

暗感知受如下6個(gè)因素（1個(gè)主體因素與5個(gè)外部因素[3]）影響：

（1）視覺能力，包括群體的視覺共性和個(gè)體的視覺經(jīng)驗(yàn)。

（2）光，例如不足的照度（illuminance）。

（3）材料，例如低反射比或低透射比材料。

（4）對(duì)比，例如對(duì)比的范圍越大，對(duì)暗的體驗(yàn)越深。

（5）時(shí)間，例如主體的暗適應(yīng)時(shí)間。

（6）區(qū)域，例如明確邊界的局部暗（如陰影）或覆蓋全部表面的整體暗。

3 “暗感知”的理論框架

基于文獻(xiàn)綜述和暗的重新定義，筆者繪制了“暗感知”的理論框架圖（圖2）。

由圖2可知，照明量化建立在“光的群體視覺感受性”量化的基礎(chǔ)之上。這個(gè)基礎(chǔ)無法涵蓋并解釋個(gè)體視覺經(jīng)驗(yàn)、材料、對(duì)比、時(shí)間、區(qū)域?qū)τ诎蹈兄挠绊?。為研究“多暗算暗”，并從暗感知角度分析照度?biāo)準(zhǔn)的不適用性，則需要從V)曲線所不能解釋的部分入手。

3.1視覺能力的經(jīng)驗(yàn)說

赫布（Hebb，1949[4]，1958[5]，1959[6]）提出了與格式塔理論（圖形知覺的組織性是無需學(xué)習(xí)而自生的心理現(xiàn)象）相反的理論——“細(xì)胞聯(lián)合”說，并認(rèn)為知覺是后天習(xí)得的?，F(xiàn)代神經(jīng)生理學(xué)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常在一起活動(dòng)的細(xì)胞容易發(fā)生相互聯(lián)系，傳導(dǎo)神經(jīng)沖動(dòng)。當(dāng)一組“細(xì)胞聯(lián)合”建立以后，刺激一個(gè)神經(jīng)元會(huì)引起整個(gè)“細(xì)胞聯(lián)合”的震蕩。希利（Healy，1976）[7]認(rèn)為，經(jīng)常閱讀的字會(huì)被當(dāng)作一個(gè)單元加以識(shí)別，而細(xì)節(jié)不再被注意。米勒（Miller，1956）[8]認(rèn)為，人類的圖像識(shí)別系統(tǒng)能把孤立的單元組成高一級(jí)的整體單位，每個(gè)整體單位是同時(shí)被感知的。視覺反應(yīng)是受情景控制的，特定的情景一旦出現(xiàn)，曾在這個(gè)情景中學(xué)會(huì)的一整套視覺反應(yīng)便會(huì)出現(xiàn)。在閱讀文字材料時(shí)，讀者的閱讀技能、知識(shí)背景等都在起作用?！耙曈X能力的經(jīng)驗(yàn)說”清晰地揭示了傳統(tǒng)可見性（visibility）研究存在的問題：

（1）照明實(shí)驗(yàn)不同于真實(shí)的視覺任務(wù)，例如被試對(duì)于蘭道環(huán)辨識(shí)的視覺反饋完全不同于真實(shí)語境下的文獻(xiàn)閱讀。

（2）照明實(shí)驗(yàn)難以消除由被試的視覺經(jīng)驗(yàn)差異造成的實(shí)驗(yàn)誤差。

（3）隨著暗感知經(jīng)驗(yàn)的逐年缺失，暗環(huán)境下照明實(shí)驗(yàn)的有效性逐漸降低。

3.2明度知覺的恒常性

表面活性劑促助法具有環(huán)境友好、方法簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，同時(shí)可以通過選擇不同種類的表面活性劑對(duì)MoS2納米微球的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)控。

根據(jù)漫反射材料亮度與照度的換算公式，照度加倍和反射比加倍均可造成物體的亮度加倍，但對(duì)于明度知覺，照度變化的影響較小，反射比變化的影響較大，原因是明度知覺具有恒常性。因?yàn)橛擅鞫戎X主導(dǎo)的光流分布變化提供了空間定向的基本信息，所以反射比對(duì)于空間定向的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于照度，準(zhǔn)確量化人眼視覺感受的參數(shù)是視亮度，但視亮度與亮度的轉(zhuǎn)換并無簡(jiǎn)便公認(rèn)的方法。楊公俠教授（2002）推薦的方法如下[9]192：

（1）馬斯登（Marsden）的方法，與表面亮度和室內(nèi)不發(fā)光表面中的最高亮度相關(guān)。

（2）豪布納 （Haubner）和博德默爾 （Bodmann）的方法，與試驗(yàn)場(chǎng)亮度、背景亮度和試驗(yàn)場(chǎng)張角相關(guān)。

（3）瓦爾德拉姆（Waldram）的方法，與作業(yè)亮度和適應(yīng)亮度相關(guān)。

盡管照明設(shè)計(jì)在理論上應(yīng)遵循“視覺構(gòu)思”——“視亮度分布”——“亮度分布”——“反射比分布與照度分布”的邏輯順序，但因視亮度分布與亮度分布之間的轉(zhuǎn)換難以實(shí)現(xiàn)，照明設(shè)計(jì)界已經(jīng)放棄了“視亮度分布”這一環(huán)節(jié)。即便如此，基于“亮度分布”的照明設(shè)計(jì)仍被看作是一種高級(jí)的照明設(shè)計(jì)方法（相比基于“照度分布”的照明設(shè)計(jì)方法而言）。）

照明標(biāo)準(zhǔn) 照明手冊(cè)第十版 建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)英國（CIBSE /1911） 美國（IESNA /2011） 中國（GB50034-2013學(xué)校教室 30 lx 400 lx（書寫） 300 lx商業(yè)辦公樓 40 lx 300～500 lx（書寫） 300～500 lx圖書館閱覽桌 50 lx 300～500 lx（閱讀） 300～500 lx

3.3分辨能力的三要素

照度、視角、對(duì)比度是人眼分辨能力的三要素。一系列研究表明，視角、對(duì)比度比目標(biāo)物的照度更重要。喻柏林等（1979）得出在不同照度下視覺所能辨認(rèn)的（蘭道環(huán)）視角的大小，隨著照度的增高，視覺效果的改善趨于減少（即“照明收斂遞減率”）[10]30。視覺系統(tǒng)的敏感度隨對(duì)比度的變化較之隨照度的變化大得多。布萊克威爾（Blackwell）回顧1930年代時(shí)，“人們認(rèn)為最好的照明是間接照明，當(dāng)從低水平的間接照明轉(zhuǎn)變?yōu)檎斩忍岣?倍的熒光燈照明時(shí)，視覺沒有改善，可見度甚至比以前更差”。

3.4暗適應(yīng)

黑暗中的視覺感受性隨適應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸提高。由圖5可知，暗適應(yīng)是由兩條平滑曲線組成的，第一條曲線代表錐體視覺感受性的變化，第二條曲線代表?xiàng)U體視覺感受性的變化。進(jìn)到黑暗處的最初幾分鐘主要是錐體視覺的適應(yīng)過程，但10～15分鐘之后，桿體視覺的感受性大大改善，并大大高于錐體視覺的感受性[10]26。

暗適應(yīng)過程中的視覺感知較為復(fù)雜，一直是研究和設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。以大足寶頂山石刻的兩個(gè)石窟——圓覺洞和毗盧洞為例：二者在洞窟深處的采光系數(shù)相近，站立于洞口時(shí)，二者均無法辨認(rèn)窟內(nèi)的暗部細(xì)節(jié)，暗處空間作為一個(gè)整體明度階被感知為“全黑”；進(jìn)入洞窟后的短時(shí)間內(nèi)，望向空間最暗處的視覺感受性相當(dāng)；但經(jīng)過暗適應(yīng)的過程后，圓覺洞中最暗處的細(xì)節(jié)辨識(shí)明顯優(yōu)于毗盧洞，但前者“朦朧”的感受更強(qiáng)（圖3）。

1 LED的光效和市場(chǎng)售價(jià)的發(fā)展趨勢(shì)（圖片來源：http:// www.energy.gov/）

2 暗感知的理論框架（繪制：張昕）

3 圓覺洞與毗盧洞的采光系數(shù)偽彩度圖（測(cè)試與繪制：張昕等）

4 青年人、老年人在雜亂的或布置有家具的空間中的平均移動(dòng)速度與地面照度之間的關(guān)系（參考文獻(xiàn)[11]）

5 暗適應(yīng)曲線（參考文獻(xiàn)[10]）

6 在無窗辦公室中基于不同桌面照度的照明質(zhì)量評(píng)價(jià)（圖片來源：Saunders, J.E. The role of the level and diversity ofhorizontal illumination in an appraisal of a simple office task. Lighting research and Technology, 1969, 1:37-46.）

7 大進(jìn)深的開敞辦公室中人們對(duì)于照明是否舒適的打分與桌面照度均值的關(guān)系（圖片來源：Kraemer, Sieverts andPartners. Open-Plan offices, London: McGraw-Hill, 1977.）

8 進(jìn)入辦公室時(shí)決定是否開啟人工照明的幾率與辦公區(qū)域天然光照度之間的關(guān)系（圖片來源：Hunt, D.R.G. The use of artificial lighting in relation to daylight levels and occupancy. Building Environment, 1979, 14:21-33.）

隨著人工環(huán)境逐漸變亮，暗的視覺經(jīng)驗(yàn)則逐漸減少，人們對(duì)于“暗適應(yīng)”的耐心也逐漸降低，進(jìn)屋開燈的幾率不斷提高。如果停留時(shí)間短于暗適應(yīng)時(shí)間，則停留時(shí)間越短，人眼的視覺感受性越差，對(duì)暗感知的評(píng)估越低，現(xiàn)實(shí)和實(shí)驗(yàn)中的很多暗環(huán)境因此被低估了。鄰里空間對(duì)于暗的不認(rèn)同也會(huì)引起連鎖反應(yīng)，形成“亮度競(jìng)賽”。

3.5 朦朧

在天然光不足的室內(nèi)常能體驗(yàn)到朦朧，會(huì)給人以一種抑郁感，是一種視覺心理現(xiàn)象[9]49。當(dāng)朦朧發(fā)生時(shí)，人們一般會(huì)認(rèn)為是照度不足的原因，而選擇提高照度。朦朧作為一種視覺體驗(yàn)，目前尚無確切定義和量化指標(biāo)：朱莉安（Julian）認(rèn)為，朦朧可能發(fā)生在光源不可見的均勻空間中，房間表面看起來不是很“亮”；博伊斯認(rèn)為，光在空間中的分布對(duì)于朦朧很重要，當(dāng)一個(gè)房間的邊和角不能被清楚地看到時(shí)，朦朧便會(huì)發(fā)生；杰伊（Jay）和貝爾（Bell）認(rèn)為，當(dāng)亮度的變化梯度較小時(shí)，人們?cè)趻咭曊麄€(gè)視野時(shí)，暗的角落和沒有視覺興趣的區(qū)域?qū)⒊霈F(xiàn)朦朧；萊恩斯（Lynes）認(rèn)為，當(dāng)?shù)驼斩然蚵湔彰鲿r(shí)，朦朧就會(huì)發(fā)生，是由于照明常性被破壞和視野中物體的視亮度降低所引起的；黑澤爾格倫（Heselgren）認(rèn)為，將朦朧定義為無影子的照明，類似于陰天的光分布，會(huì)產(chǎn)生抑郁的情緒。

朦朧是最為常見也最為復(fù)雜的暗感知現(xiàn)象，尚無研究定論。綜合各家論點(diǎn)，楊公俠教授總結(jié)了影響朦朧的知覺因素有：室內(nèi)光的分布，視野中的物體和表面的反射，視野中的對(duì)比，周邊黑暗區(qū)域內(nèi)細(xì)節(jié)的辨認(rèn)，整體照明水平，有關(guān)照明、亮度變化梯度和中間視覺色偏移的視覺條件，桿體細(xì)胞作用的明視條件[9]50。

4 照度標(biāo)準(zhǔn)的歷史局限性

對(duì)于照明研究百年歷程的反思，以著名學(xué)者博伊斯提出的4點(diǎn)局限[2]（2010）為代表，照度標(biāo)準(zhǔn)的研究局限主要體現(xiàn)在研究方法和研究對(duì)象的選擇上。

（1）研究方法上，普遍忽視和切割文脈，研究框架的拓展性和適用性嚴(yán)重不足。照明領(lǐng)域唯一符合“概念–理論–假說–實(shí)驗(yàn)”這一研究框架的是對(duì)于可見性（visibility）的研究。不舒適性、情緒等領(lǐng)域被照明之外的多種因素影響，學(xué)界未能向更廣泛的環(huán)境和人的因素延展。即使在可見性領(lǐng)域的研究，也僅限于在無文脈條件下，如何令視覺任務(wù)更快、更輕松，導(dǎo)致研究條件與實(shí)際情況相距深遠(yuǎn)。

（2）研究對(duì)象上，選擇照度等參數(shù)作為獨(dú)立變量。照度變化最易在實(shí)際場(chǎng)景和實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)，流程控制簡(jiǎn)單，在無統(tǒng)計(jì)軟件的時(shí)代易于分析，有限的被試樣本也易于呈現(xiàn)出有規(guī)律可尋的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。博伊斯認(rèn)為，此類變量的選擇多是因其對(duì)于照明廠商和照明計(jì)算非常重要，并不是因?yàn)槠鋵?duì)“人使用照明”重要，未來研究也無法建立在此類歷史成果之上。

針對(duì)“多暗算暗”這一問題，筆者回顧了兩個(gè)經(jīng)典領(lǐng)域——疏散照明與辦公室照明的相關(guān)研究，并將不同時(shí)期的研究成果并置，以便于更好地理解在可見性研究中照度標(biāo)準(zhǔn)的局限性。

4.1 關(guān)于“疏散照度標(biāo)準(zhǔn)研究”的回顧

地面照度與疏散速度之間的關(guān)系研究是典型的“多暗算暗”問題。圖4呈現(xiàn)了地面照度和人體運(yùn)動(dòng)速度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)于通常的房間照明條件下，人的移動(dòng)速度降低10%～20%是可以被接受的。在通常照明環(huán)境中地面照度從高值下降的過程中，人移動(dòng)速度的下降速度不斷加快[11]。10 lx對(duì)于青年人和老年人而言移動(dòng)速度分別下降了10%和18%。歐洲標(biāo)準(zhǔn)（CEN，1999）規(guī)定的地面照度最小值為1 lx，對(duì)于青年人和老年人而言移動(dòng)速度分別下降了25%和32%。亞申斯基（Jaschinski，1982）[12]發(fā)現(xiàn)被試在3 lx即達(dá)到“滿意”，博伊斯 （1985）[13]發(fā)現(xiàn)被試在7 lx即達(dá)到較高的滿意度。一系列研究表明，10 lx地面照度對(duì)于在清晰空氣狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)全疏散回路中的快速移動(dòng)是足夠的?；诖私Y(jié)論，在當(dāng)下的辦公室、教室、圖書館的一般交通空間中，提供了視覺功能所需的15～25倍的光，這個(gè)比例在購物中心或機(jī)場(chǎng)航站樓的交通空間中則更高。

基于被試者的客觀速度記錄和主觀評(píng)價(jià)結(jié)論確定疏散照度，邏輯尚不完整。真實(shí)場(chǎng)景中的疏散照明開啟通常對(duì)應(yīng)著常規(guī)照明的切斷，如果考慮視覺的暗適應(yīng)特點(diǎn)（圖5），則應(yīng)在確保視神經(jīng)暗適應(yīng)的時(shí)間足夠短的前提下確定衰減幅度，即由疏散前的空間照度決定疏散照度。對(duì)于通常的400 lx的照明，視神經(jīng)的適應(yīng)可以到達(dá)0.4～4 lx；對(duì)于電影院等低亮度水平的空間，更低的疏散照度也是可以接受的[14]。

4.2 關(guān)于“辦公室照度標(biāo)準(zhǔn)研究”的回顧

對(duì)于辦公室作業(yè)面照度標(biāo)準(zhǔn)的研究是20世紀(jì)的研究熱點(diǎn)之一。圖6呈現(xiàn)了在無窗辦公室中照明質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)與桌面照度水平之間的關(guān)系，低于200 lx的桌面照明被評(píng)價(jià)為“不好的照明”，隨著桌面照度的提高，照明質(zhì)量評(píng)價(jià)的打分隨之提高，但提高的速度逐漸降低，符合“照明收斂遞減率”。這是典型的以作業(yè)面照度作為主要變量的研究，“照度作為首要的設(shè)計(jì)參數(shù)是因?yàn)樗子陬A(yù)測(cè)、測(cè)量，同照明安裝費(fèi)用有清晰的關(guān)聯(lián)”[2]，在被試被要求對(duì)于唯一變量——照度的變化作出評(píng)價(jià)的大量研究中，都能得到類似的曲線。隨后人們發(fā)現(xiàn)，僅靠高照度并不足以支撐好的辦公照明，圖7為20個(gè)大進(jìn)深、開敞辦公室中人們對(duì)于照明是否舒適的打分與桌面照度均值的關(guān)系，看不出照明舒適度與照度值有任何明顯的關(guān)系。該研究的照度值均在400 lx以上，且主要集中在600～1000 lx之間，因此對(duì)于確定辦公照明是否舒適，桌面照明并不是可靠且唯一的評(píng)判基礎(chǔ)。圖8為人們進(jìn)入辦公室時(shí)決定是否開啟人工照明的幾率與辦公區(qū)域天然光照度之間的關(guān)系，研究者建立了開啟幾率與辦公區(qū)域最小照度之間的關(guān)系函數(shù)。據(jù)此公式，最小照度為7 lx時(shí)的開燈幾率是100%，最小照度為67 lx時(shí)的開燈幾率是50%，最小照度為658 lx時(shí)的開燈幾率是零。

以上跨度10年的3個(gè)研究呈現(xiàn)了辦公室照明中照度標(biāo)準(zhǔn)的不適用性問題，特別是對(duì)于利用天然光的辦公室空間，50%的研究對(duì)象可以接受67 lx的桌面照明，人們?cè)谟写稗k公室中對(duì)于照明是否充足的判斷，從照度數(shù)量上看遠(yuǎn)低于無窗辦公室。

4.3 “照度標(biāo)準(zhǔn)不適用性”的理論依據(jù)

多數(shù)照明項(xiàng)目首先考慮的是提供基本的可接受的照明水平，保證可見性和安全感。為系統(tǒng)分析照度數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)的不適用性問題，需綜合分析照明與視覺感知的理論模型。以照明馬斯洛夫模型[15]（圖9左）與視覺感知二元模型[16]（Goodale & Westwood，2004，圖9右）為代表的理論模型適用于本論點(diǎn)，通過對(duì)比研究可知，兩個(gè)理論模型也達(dá)成了某種程度上的互相印證。

關(guān)于人類視覺系統(tǒng)如何捕獲和處理視覺信息，由心理學(xué)家古德爾（Goodale）和米爾納（Milner）于1992年提出，古德爾和韋斯特伍德最終于2004年確定，即靈長(zhǎng)類動(dòng)物大腦皮層的視覺思維路徑可分離為“是什么”（what）和“在哪里”（where）?；谝曈X感知二元模型，“多暗算暗”和“照度標(biāo)準(zhǔn)不適用性”問題則隨之拆分為兩個(gè)子問題。對(duì)于空間知覺，照度標(biāo)準(zhǔn)作為單一指標(biāo)是無效力的，“暗感知”是無度量要求的；對(duì)于圖像識(shí)別，照度標(biāo)準(zhǔn)作為單一指標(biāo)是具有部分效力的，但現(xiàn)有照度標(biāo)準(zhǔn)明顯高于可見性的要求，具有一定的調(diào)整空間。

9 照明需求的馬斯洛夫?qū)蛹?jí)模型（參考文獻(xiàn)[15]）與視覺感知的二元模型（參考文獻(xiàn)[16]）

5 展望：面向暗感知的照明設(shè)計(jì)

以宗教、繪畫、哲學(xué)、文學(xué)以及煉金術(shù)等領(lǐng)域?yàn)榇淼奈鞣嚼碚擉w系總體上是歌頌光明、恐懼黑暗的。對(duì)于暗的贊美常見諸于東方理論體系，論及對(duì)照明設(shè)計(jì)界的影響，則以《蔭翳禮贊》最為著名。對(duì)于最為常見的暗感知現(xiàn)象——“朦朧”，西方研究將其定義為負(fù)面的、消極的視覺現(xiàn)象，而谷崎潤(rùn)一郎則用了大量的篇幅加以肯定，與暗相關(guān)的朦朧、細(xì)膩成為了東方堅(jiān)守文化陣地的重要元素之一[17]。

本文的視角是實(shí)證研究，擱置東西方對(duì)于暗的不同看法。照度標(biāo)準(zhǔn)的不適用性可歸納為：以照度為代表的照明量化建立在“光的群體視覺感受性”量化的基礎(chǔ)之上，無法涵蓋并解釋個(gè)體視覺經(jīng)驗(yàn)、材料、對(duì)比、時(shí)間、區(qū)域?qū)τ诎蹈兄挠绊?，將照度作為研究、?biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)、設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)的關(guān)鍵參數(shù)并不合理，“多暗算暗”的答案也并不是照度值的單一指標(biāo)描述，應(yīng)從暗感知的視角進(jìn)行系統(tǒng)性解析。隨著業(yè)界對(duì)于“暗感知”和“照度標(biāo)準(zhǔn)不適用性”的理解加深，新的測(cè)試分析工具和設(shè)計(jì)方法正不斷涌現(xiàn)。

5.1 測(cè)試和分析工具

評(píng)估暗感知的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一是獲得對(duì)比度。便攜式圖像亮度計(jì)與高動(dòng)態(tài)范圍圖像（high dynamic range image）都是非?？旖莸臏y(cè)試分析工具。目前，設(shè)計(jì)師分析亮度分布最常用的是HDR數(shù)字圖像（圖10）。經(jīng)由軟件計(jì)算出每個(gè)象素點(diǎn)的亮度值，并通過偽彩度圖以及相對(duì)亮度對(duì)比度曲線呈現(xiàn)出來，可應(yīng)用于天然光和人工光模型的計(jì)算。但是，此類測(cè)試分析工具尚存在如下問題：

10 用于分析經(jīng)幡對(duì)于經(jīng)堂亮度分布影響的當(dāng)卡寺大經(jīng)堂的HDR圖像（繪制：趙秀芳、張昕）

（1）亮度計(jì)進(jìn)光的數(shù)量并不等同于瞳孔。根據(jù)斯泰爾斯·克勞福德（Stiles-Crawford）效應(yīng)，外界物體為達(dá)到同樣的主觀明度，從瞳孔邊緣入射的光的亮度要比從瞳孔中央入射的高幾倍（在離瞳孔中心4mm的任何一側(cè)入射的光線，其相對(duì)光效只有從瞳孔中央入射光線的1/5）。

（2）視網(wǎng)膜的圖像亮暗處理機(jī)制不同于HDR。感知心理學(xué)家解釋了視覺系統(tǒng)如何從視網(wǎng)膜圖像中提取相對(duì)的亮度值轉(zhuǎn)化為具體感知到的明度值（Alan，2006）[18]。

（3）不能執(zhí)行亮度與視亮度的轉(zhuǎn)換。

5.2 設(shè)計(jì)方法展望

盡管設(shè)計(jì)師對(duì)于整體式照明設(shè)計(jì)的呼聲很高，但研究界提供的理論模型卻非常有限，其中比較有代表性的如照明的感覺充足度（Perceived Adequacy of Illumination）。PAI是空間用戶評(píng)判照明是否充足的標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量從房間表面反射回人眼中的光線?？死锼雇懈ァたㄌ貭柼岢鲆云骄块g表面出射率（MRSE）作為PAI的指標(biāo)，對(duì)于空間照明的亮度進(jìn)行評(píng)估。MRSE定義為房間容積內(nèi)所有表面發(fā)出的光通量的平均密度（lm/m2），是在眼睛位置測(cè)量的一次或多次反射光（排除直接入射光），獨(dú)立于任何亮的光源或窗。[1]82

面向暗感知的整體式照明設(shè)計(jì)的流程基于人類視覺系統(tǒng)的二元屬性，將對(duì)比和暗作為必要的設(shè)計(jì)元素，鼓勵(lì)視覺環(huán)境的多樣性，有助于照明設(shè)計(jì)從“無情的”可持續(xù)設(shè)計(jì)中解脫出來，其要點(diǎn)包括：

（1）用目標(biāo)視亮度水平和更高的對(duì)比度取代均勻的照度水平，實(shí)現(xiàn)合理的節(jié)能。

（2）規(guī)劃暗的空間，接受天然光下空間中的暗區(qū)，減少對(duì)于天然光與人工光之間平衡的強(qiáng)調(diào)，通過空間規(guī)劃預(yù)留暗適應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)暗感知與視覺多樣性的保護(hù)?！?/p>

[1] Cuttle C. Perceived adequacy of illumination: a new basis for lighting practice. PLDC 3rd global lighting design convention, Madrid, 2011:81-83.

[2] Peter R. Boyce. The energy solution: look on the less bright side. Newsletter for the Society of light and lighting. Vol 3, 2010, (Issue 3).

[3] Edward Bartholomew. Applied darkness - a model for luminance-based design that creates a balanced, richer and sustainable visual environment. PLDC 3rd global lighting design convention, Madrid, 2011:10-13.

[4] Hebb, D. O. The organization of behavior: A Neuropsychological Theory. New York: John Wiley, 1949.

[5] Hebb, D. O. Textbook of Psychology. Philadelphia: W. B. Saunders, 1958.

[6] Hebb, D. O. A neuropsychological theory. In S. Koch (Ed) Psychology: A Study of A Science. Study 1: Conceptual and Systematic, Vol. 1: Sensory, Perceptual and Physiological Formulations. New York: John Wiley, 1959.

[7] Healy, A. F. Detection errors on the word The: Evidence for reading units larger than letters. Journal of Experimental Social Psychology. 1976, 2: 235-242. [8] Miller, G. A. The magical number seven, plus or minus two: some limits on our capacity for processing information. Psychology Review. 1956, 63: 81-97.

[9] 楊公俠. 視覺與視覺環(huán)境．上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2002.

[10] 荊其誠，焦書蘭，紀(jì)桂萍. 人類的視覺．北京：科學(xué)出版社，1987.

[11] Rea, M.S., Quellette, M.J. Relative visual performance: a basis for application. Lighting research and Technology, 1991, 23(3):135-144.

[12] Jaschinski, W. Conditions of emergency lighting. Ergonomics, 1982, 25:363-372.

[13] Peter R. Boyce. Movement under emergency lighting: The effect of illuminance. Lighting research and Technology, 1985, 17:51-71.

[14] Peter R. Boyce. Human factor in lighting, London and New York : Taylor&Francis, 2003.

[15] Emrah Baki Ulas. Lighting designer vs. the evil forces of consumerism. PLDC 3rd global lighting design convention, Madrid, 2011:166-168.

[16] Goodale, M.A., Westwood, D.A. An evolving view of duplex vision: separate but interacting cortical pathways for perception and action. Current Opinion in Neurobiology, 2004, 14:203-211.

[17] 谷崎潤(rùn)一郎．蔭翳禮贊．陳德文，譯.上海：上海譯文出版社，2010.

[18] Gilchrist, A. Seeing Black and White, New York : NY. Oxford Press, 2006.

Darkness Perception: How Dark Is Too Dark – Discussion on the Inapplicability of Illuminance Standard

Based on the current situation that international artificial environment becomes increasingly bright, regarding the question of whether using illuminance as the "darkness" evaluation is reasonable or not, this paper will review literature from the vision of "how dark is too dark", and summarize "the inapplicability of illuminance standard". Also, the paper will re-define "darkness" and set up a theoretical framework of "darkness perception", and then make a prospect of holistic lighting design based on darkness perception.

darkness perception, illuminance standard, inapplicability, holistic lighting design

清華大學(xué)建筑學(xué)院，生態(tài)規(guī)劃與綠色建筑教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（清華大學(xué)）

2015-06-25