plik

Henryk WACHTA

Zakład Energoelektroniki i Elektroenergetyki, Politechnika Rzeszowska

Wskazania potrzeby aktualizacji zaleceń obejmujących

zagadnienia oświetlenia iluminacyjnego

Streszczenie.

W dziedzinie iluminacji pojawiło się na przestrzeni ostatnich lat szereg udanych rozwiązań oświetleniowych, realizujących coraz

pełniej główne zadanie tego typu oświetlenia, którym jest kreowanie atrakcyjnego wizerunku obiektu architektonicznego w porze wieczorowo-nocnej.
Na tym tle funkcjonujące aktualnie zalecenia, dotyczące poziomów natężenia oświetlenia na iluminowanych elewacjach budynków, stają się
niewystarczające. W ramach prezentowanego referatu przedstawiono główne założenia realizacji badań, zmierzających do uzupełnienia tychże
zaleceń o nowe wskazania, obejmujące swym zasięgiem problematykę iluminacji punktowej.

Abstract

. In the area of illumination, several successful illumination solutions appeared in recent years, realising still more and more fully the main

task of lighting of that type consisting in creation of attractive image of an architectural object in evening and night time. In that situation, currently
applicable recommendations concerning luminous flux density levels on illuminated elevations of buildings become insufficient. In the framework of
this paper we present main realisation assumptions of research work leading to completion of those recommendations with new guidelines covering
issues of spot illumination. (The indications of the need of updating the recommendations including the issues of illumination lighting).

Słowa kluczowe: iluminacja, wizualizacja, grafika komputerowa.
Keywords: illumination, visualisation, computer graphics.

Wstęp

Podstawowym wrażeniem wzrokowym jest postrzeganie

jaskrawości bodźca wzrokowego. W celu zapewnienia
orientacji przestrzennej (możliwości rozpoznawania
obiektów na tle), konieczne jest wytworzenie zróżnicowania
jaskrawości bodźca w polu widzenia. W terminologii techniki
świetlnej wprowadzono fizyczną miarę jaskrawości w
postaci luminancji bodźca. Dzięki drugiej ważnej
właściwości narządu wzroku, którą jest barwnoczułość,
możliwe jest również rozpoznawanie obiektu na tle o takiej
samej luminancji poprzez wzajemne zróżnicowanie barwy
[1,2]. Tak wiec, zmiana wyglądu pola widzenia, powstała
przez zróżnicowanie barwne lub luminancyjne jego części
postrzeganych jednocześnie lub kolejno, jest działaniem
prowadzącym do powstania kontrastu luminancji lub
kontrastu barwy (rys.1) [3].

Zapewnienie dostatecznego kontrastu luminancji

(barwy) jest pożądanym działaniem oświetleniowym i
prowadzi do zwiększenia wydolności widzenia [4].
Jednakże nadmierne różnice kontrastu luminancji lub barwy
są zewnętrznymi czynnikami, mającymi wpływ na
upośledzenie spostrzegania i mogącymi prowadzić do
wystąpienia olśnienia.

Rys.1. Ilustracja zjawiska kontrastu luminancji (L) oraz kontrastu
barwy (B)

Aby temu zapobiec, zostały sformułowane zalecenia o

charakterze technicznym, pozwalające na opracowanie
oświetlenia tworzącego warunki dobrego widzenia. Poza
technicznymi aspektami wpływu oświetlenia na człowieka
może ono oddziaływać na obserwatora na poziomie
psychologicznym. Na podstawie prowadzonych badań
zjawisk psychicznych wyprowadzono zespół wskazań
natury estetycznej dotyczących oświetlenia. W połączeniu z

zaleceniami technicznymi, tworzą one zasady oceny
oświetlenia. Iluminacja, będąca działem techniki
oświetlania, podlega tym właśnie zasadom oceny
oświetlania.

Dominującym kryterium oceny oświetlenia

iluminacyjnego są subiektywne odczucia estetyczne. Rola
technicznych zaleceń, wynikających z zasady zapewnienia
warunków dobrego widzenia, jest respektowana, ale
pomniejszona. W literaturze przedmiotu [5] wyprowadzono
dwie zasady odnoszące się do odczucia estetycznego,
towarzyszącego postrzeganiu iluminacji: zasadę
wzmacniania atrakcyjności obrazu, rozumianą też jako
formę oraz zasadę tworzenia nastroju, utożsamianą z
pojęciem odczucia. Pierwsza z nich wskazuje na potrzebę
tworzenia kontrastów i akcentów świetlnych w celu
wzmocnienia wrażenia przestrzenności obrazu, zaś druga
odwołuje się do odczuć wywołanych stworzoną kompozycją
świetlną.

Aktualność obowiązujących zaleceń CIE na tle
współczesnego stanu wiedzy w dziedzinie iluminacji

Historycznie rzecz ujmując, pierwszą metodą iluminacji,

w której występuje jednocześnie kontrast luminancji
pomiędzy obiektem L

śr

a jego tłem L

(contrast ratio) oraz

kontrast barwy pomiędzy rozświetloną jasną elewacją a
ciemnym nieboskłonem była metoda zalewowa (rys.2). Jej
stosowanie wynikało początkowo z uwarunkowań
technologicznych i ekonomicznych. Obecnie stosowana jest
w iluminacji obiektów obserwowanych z dużej odległości
oraz wyróżniających się mało złożoną ornamentyką
elewacji.

W metodzie tej używany jest pojedynczy sprzęt

oświetleniowy większej mocy (często są to wysokoprężne
źródła sodowe o dużej skuteczności

świetlnej),

zlokalizowany w znacznej odległości od obiektu z

kierunkiem nakierowania wiązki świetlnej na elewację
zbliżonym do prostopadłego. Jej główną funkcją jest
przyciągnięcie uwagi obserwatora do iluminowanego
obiektu. Ta metoda iluminacji w sposób ograniczony
realizuje estetyczne kryteria oświetlenia, a więc wskazanie
kreowania formy oraz odczucia (jakości emocjonalnej).

Specyficzne warunki środowiskowe, a wiec: relatywnie

niskie poziomy luminancji tła oraz wynikające niekiedy z
małych odległości obserwacji obiektu jego duże wymiary
kątowe mogą tworzyć w tego typu iluminacji warunki
sprzyjające zmęczeniu wzroku (prawo Ricca) [4].

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 83 NR 2/2007

Rys.2. Iluminacja zalewowa (ogólna) Katedry w Brukseli (Belgia) [6]

Przykładowo dwupiętrowa kamienica o wysokości ok. 11

m, obserwowana z odległości ok. 12 m (średnia szerokość
staromiejskiej ulicy z chodnikami) zamyka się w stożkowym
kącie bryłowym

o wartości 0,6 srd. Trzeba wiedzieć, że

przy luminancji tła na poziomie 3,4 cd/m

obiekt o kącie

bryłowym nieco mniejszym niż 0,2 srd i luminancji własnej
poniżej 100 cd/m

tworzy sprzyjające warunki wystąpienia

olśnienia. Dla wyeksponowania iluminowanej zalewowo
elewacji z tła oraz zapewnienia wygody jej widzenia, zostały
przygotowane przez CIE zalecenia progowych wartości
średniego natężenia oświetlenia (Tabela 1) [7].

Tabela 1. Zalecane wartości natężenia oświetlenia na przykładowych iluminowanych powierzchniach [7]

Dla elewacji o dyfuzyjnym sposobie odbicia światła

posługiwanie się wielkościami natężenia oświetlenia ze
względów projektowych jest wygodniejsze. Zalecenia te
mają charakter ściśle techniczny. Uwzględniają one
ponadto zmniejszenie poziomu kontrastu luminancji
pomiędzy obiektem a tłem w trakcie eksploatacji instalacji
iluminacyjnej, powstałe w wyniku spadku strumienia
świetlnego źródeł światła w czasie (w dokumencie CIE
wymienia się tylko dwa rodzaje źródeł światła) oraz
postępujący proces zabrudzenia elewacji i kloszy opraw
oświetleniowych.

Uzupełnieniem tych zaleceń są dodatkowe wskazania

ograniczające penetrację  światła iluminacyjnego przez
otwory okienne do wnętrz pobliskich, zamieszkałych domów
[8]. Postępujące z czasem zwiększenie asortymentu
sprzętu iluminacyjnego, w tym także pojawienie się nowych
rozwiązań technologicznych, takich jak: światłowody
iluminacyjne,  źródła indukcyjne czy oprawy ze źródłami
typu LED, w naturalny sposób rozszerzyło zakres
możliwych sposobów oświetlania elewacji. Wykorzystano to
angażując do iluminacji znacznie większą ilość sprzętu niż
w metodzie zalewowej (rys.3).

Rys.3. Iluminacja punktowa (miejscowa) Albert Hall Museum w
Jaipur (Indie) [6]

Zalecany poziom

natężenia oświetlenia [lx]

Współczynniki korekcyjne

Jasność otoczenia

– źródło światła

- stan czystości powierzchni

Materiał elewacji

słaba

średnia

wysoka

rtęciowe

sodowe

czysto

brudno

b. brudno

Beton architektoniczny

60 100 200 1,3

1,2

1,5 2,0 3,0

Ciemnobrązowa cegła

55 80 160 1,3

1,0

2,0 4,0 6,0

Jasny kamień, biały marmur

20 30 60 1,0

0,9

3,0 5,0 10,0

Cement, jasny marmur

40 60 120 1,1

1,0

2,5 5,0 8,0

Jasnożółta cegła

35 50 100 1,2

0,9

2,5 5,0 8,0

Jasnobrązowa cegła

40 60 120 1,2

0,9

2,0 4,0 7,0

Czerwona cegła

100 150 300 1,3

1,0

2,0 3,0 5,0

Ciemna cegła

120 180 360 1,3

1,2

1,5 2,0 3,0

Aluminium

200 300 600 1,2

1,0

1,5 2,0 2,5

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 83 NR 2/2007

Ta metoda iluminacji, określana jako punktowa, jest

szczególnie chętnie stosowana w odniesieniu do obiektów
architektonicznych o bogatym wystroju elewacji.
Prezentowany na rysunku 3 przykład pokazuje, że
zróżnicowanie luminancji jest możliwe nie tylko względem
otoczenia obiektu o niskiej luminancji L

, ale także w

odniesieniu do wydzielonych stref samego obiektu. W
rejonie wyznaczonego obszaru L

śr3

, obejmującego

krużganki, wytworzono luminancyjny kontrast ujemny, zaś
w rejonie L

śr5

kontrast dodatni.

Wyodrębnienie z obiektu autonomicznych płaszczyzn

pozwala również oddziaływać na obserwatora kontrastem
barwy. Co prawda poziomy natężenia oświetlenia na
iluminowanych powierzchniach są stosunkowo niewielkie,
jednak wystarczające, aby odbiór wrażeń świetlnych w
systemie wzrokowym człowieka przejęły czopki,
odpowiedzialne za widzenie barwne (widzenie barwne
zachodzi powyżej progu 30 lx) [9].

Możliwość różnicowania przy zastosowaniu punktowej

metody iluminacji luminancji i barwy stworzył podstawy do
sformułowania szeregu zasad służących skutecznemu
kreowaniu formy (układu przestrzennego form płaskich,
symetrii, rytmu itp.). Źródła literaturowe podają kilka takich
zasad [10]. Wśród ważniejszych, które należałoby wymienić
są: zasada akcentowania krawędzi ścian prostopadłych
(stosunek średnich luminancji powierzchni L

śr1

i L

śr2

zasada wzmacniania głębi (stosunek średnich luminancji
powierzchni L

śr1

i L

śr3

), zasada wzmacniania efektu krągłości

obiektu (rozkład luminancji w strefie L

śr6

), zasada

akcentowania podcieni (rozkład luminancji w strefach L

śr3

śr5

) oraz zasada wzmacniania wysokości (stosunek

średnich luminancji powierzchni L

śr1

i L

śr4

). Ta ostatnia

zasada jest chętnie wykorzystywania w iluminacji
wieżowców [11]. W praktyce projektowej zasady te
wykorzystuje się dobierając kontrast luminancji
poszczególnych płaszczyzn intuicyjnie.
Nie podejmowano dotychczas pogłębionych prób
określenia ilościowych zaleceń np. zasady wzmacniania
wysokości dla osiągnięcia wrażenia wysokości
iluminowanego obiektu (kryterium formy) oraz badań
kształtowania nastroju w oparciu o postrzeganą iluminację
(kryterium odczuć). Dla porównania, badania oddziaływania
oświetlonego wnętrza na odczucia użytkowników
prowadzone są już od kilkudziesięciu lat. (publikacje
Flynna, Bodmana, Kruithofa i innych). Zatem, wobec
lawinowo rosnącego zainteresowania iluminacją (wręcz
mody na tzw. upiększanie miast) istnieje pilna potrzeba
przeprowadzenia szczegółowych badań w tym zakresie.
Prowadzenie prac metodami poligonalnymi byłoby w tym
wypadku bardzo uciążliwe (trudności związane z
angażowaniem znacznej ilości sprzętu oświetleniowego,
utrudnienia związane z zapewnieniem warunków płynnej
komunikacji w otoczeniu obiektu, problemy mocowania
sprzętu na wysokości itp.). Chcąc zaradzić tym
ograniczeniom proponuje się wykorzystanie w tego typu
badaniach fotorealistycznej wizualizacji komputerowej.

Zarys zamierzeń badawczych
Organizację badań symulacyjnych oświetlenia
iluminacyjnego przedstawiono schematycznie na rysunku 4.
Proponuje się przygotowanie czterech etapów, w tym dwu z
wykorzystaniem wizualizacji komputerowej oraz jednego
etapu analizy statystycznej wyników eksperymentu.

Pierwszy etap (literaturowy) E

obejmuje przegląd

aktualnych zaleceń CIE w dziedzinie iluminacji. Ich treści
stanowią techniczne wytyczne do ustalania wymaganych
średnich poziomów luminancji na elewacjach. Następnie,
na etapie modelowania obiektu E

, zostaje stworzony

trójwymiarowy, komputerowy model obiektu, a na jego

bazie przygotowany zestaw iluminacji odpowiadających
rozpatrywanemu problemowi szczegółowemu. Na tym
poziomie organizator eksperymentu dokonuje podziału
optycznie aktywnych partii elewacji na niezależne strefy, z
możliwością interaktywnego ustalania poziomu luminancji
każdej z nich.

Rys.4. Schemat proponowanego toku prac badawczych

Tak przygotowana wizualizacja iluminacji zostaje

udostępniona grupie obserwatorów (etap eksperymentu) E

Każdy z obserwatorów zgodnie z subiektywnymi
odczuciami modyfikuje przedstawioną do oceny
wizualizację, wybierając najbardziej atrakcyjny wariant
kontrastów luminancji lub barwy. Wyniki eksperymentu
pochodzące od wszystkich obserwatorów poddane są
obróbce statystycznej na ostatnim etapie analizy wyników
E

. Uzyskane w wyniku analizy statystycznej interesujące

spostrzeżenia mogą służyć wzbogaceniu obowiązującej
wiedzy literaturowej o nowe elementy.

Weryfikacja użyteczności komputerowych wizualizacji
w badaniach iluminacyjnych
Użyteczność grafiki komputerowej w badaniach oświetlenia
iluminacyjnego można analizować na trzech płaszczyznach,
odnoszących się do trzech kolejnych etapów budowy
wirtualnego modelu obiektu: etapu wprowadzania danych,
wykonywania obliczeń oraz wyprowadzania wyników na
ekran monitora. Dla pełniejszej ilustracji powyższych
rozważań posłużono się przykładem wizualizacji iluminacji
obiektu historycznego (rys.5). Pierwszą płaszczyznę
cechuje stopień przystosowania aplikacji graficznej do
wirtualnego odwzorowania istotnych dla wizualizacji
iluminacji cech wybranego do badań obiektu rzeczywistego
E

. Istnieje tu etap odwzorowania geometrii obiektu

rzeczywistego

oraz etap odwzorowania cech

materiałowych jego elewacji E

Aktualna oferta oprogramowania graficznego pozwala

na realizację tego zadania na wysokim poziomie
fotorealizmu. Druga płaszczyzna charakteryzuje możliwości
obliczeniowe sprzętu komputerowego.

Powinny one wypełniać wszystkie istotne wymagania

związane z możliwościami prowadzenia szybkich obliczeń
świetlnych, w tym uwzględnienia w obliczeniach granicznej
odległości fotometrowania, składowej bezpośredniej i
pośredniej oświetlenia, zagadnień rozkładu widmowego
źródeł światła i wynikającego z tego stopnia oddawania
barw itp. [10,12]. Na etapie obliczeniowym E

istnieje

dodatkowa możliwość pseudokolorystycznej prezentacji
wyników przeprowadzonych obliczeń i ich ocena pod kątem

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 83 NR 2/2007

zgodności z zaleceniami oświetleniowymi. Zgodnie z
prawem Moore’a zdolność obliczeniowa systemów
informatycznych podwaja się co 18 miesięcy, co uzdalnia je
do działania na bazie coraz bardziej złożonych modeli
zjawisk.

Rys.5. Zestawienie kolejnych etapów tworzenia wizualizacji
iluminacji – komputerowa wizualizacja iluminacji zamku w Mosznej
(Polska)

Trzeci etap odnosi się do stopnia podobieństwa obrazu

uzyskanego na monitorze E

(wizualizacja iluminacji) do

obrazu rzeczywistego E

. Krytyczne uwagi w tym zakresie

sygnalizowano w przeszłości, w odniesieniu do wizualizacji
oświetlenia wnętrz [13].

W przypadku iluminacji problematyka ta przedstawia się

następująco. Obserwator w układzie symulacyjnym
przebywa w pomieszczeniu, zaś w układzie rzeczywistym
znajduje się w środowisku zewnętrznym. Z zagadnieniem
tym łączy się problem odwzorowania wielkości obiektu
rzeczywistego na ekranie monitora. Kolejne zagadnienie to
prezentacja na płaskim ekranie monitora trójwymiarowego
układu bryły obiektu rzeczywistego. Odległości obserwacji
w tym przypadku dla obu obrazów są inne, Następnym
ważnym zagadnieniem jest stopień odwzorowania na
ekranie monitora rzeczywistego rozkładu luminancji i barwy
iluminowanego obiektu. Ostatnim, mniej ważnym tematem,
jest zagadnienie odwrotnego kierunku biegu promieni
świetlnych w obu przypadkach (ekran jest źródłem emisji
promieni świetlnych, zaś obiekt rzeczywisty z reguły odbija
światło). Z uwagi na istotne znaczenie niektórych z
wymienionych powyżej czynników na stopień
odwzorowania obiektu rzeczywistego na ekranie
komputerowym zagadnieniom tym poświecono nieco więcej
uwagi w dalszej części pracy.

Sprawność obliczeniowa sprzętu komputerowego w
wizualizacjach iluminacji

Konieczność przygotowania pewnej liczby wizualizacji

iluminacji strefowych obiektu (problem czasochłonności)

oraz potrzeba stworzenia modeli obiektów, pozwalających
na zastosowanie metody punktowej (większa ilość
reflektorów, bardziej złożona geometria elewacji),
wymagają dysponowania sprzętem o odpowiedniej mocy
obliczeniowej. Gwarantuje to właściwie skonfigurowany
zestaw komputerowy. Aktualnie dostępna na rynku oferta
sprzętowa obejmuje dwurdzeniowe procesory firmy Intel –
Core Duo T2400, które mogą być wspomagane pamięciami
RAM 2GB. Odwzorowanie złożonej geometrii obiektu może
dotyczyć dużych, zwartych zespołów lub pojedynczych,
mniejszych, ale z bogato zdobioną ornamentyką elewacji.
Udaną próbę komputerowej wizualizacji obiektu o złożonej
geometrii przedstawiono na rysunku 6.

Z kolei obszar badań kontrastu barwy może obejmować

rozważania na temat oddziaływania barwowego źródeł
światła, reprezentujących szeroki zakres temperatur
barwowych (2000K-6000K), na iluminowane powierzchnie o
także bogatej gamie barw.

Rys.6. Komputerowa wizualizacja iluminacji zamku w Bojnicach
(Słowacja) – ilustracja obiektu o dużej złożoności geometrycznej

Dla zobrazowania rezultatów tego typu oddziaływania,

na rysunku 7 zamieszczono komputerową wizualizację
iluminacji obiektu z elementami spatynowanego pokrycia
dachowego, dachówkowymi hełmami wież, kamiennej
elewacji oraz pnączy roślinnych.

Rys.7. Komputerowa wizualizacja iluminacji zamku w Książu
(Polska) – ilustracja obiektu o zróżnicowanym pokryciu
materiałowym powierzchni

Natomiast na rysunku 8 zilustrowano możliwość

przeprowadzenia obliczeń i tworzenia wizualizacji iluminacji

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 83 NR 2/2007

opartych na dużej ilości sprzętu oświetleniowego. W
prezentowanym przykładzie wykorzystano linie świetlne
oraz reflektory wąskostrumieniowe dla zestawu kilkunastu
kamienic pierzei rynkowej.

Rys.8. Komputerowa wizualizacja iluminacji północnej pierzei rynku
rzeszowskiego (Polska) - ilustracja zespołu obiektów
iluminowanych dużą ilością sprzętu oświetleniowego

Odwzorowanie na monitorze rzeczywistej wielkości
kątowej obiektu
Aby można było mówić o podobieństwie wielkości obiektu
rzeczywistego z jego komputerową wizualizacją, należałoby
wcześniej ustalić, jaką część pola widzenia zajmuje każdy z
nich. Jeśliby przyjąć, że oba zawierają się w tym samym
stożkowym kącie bryłowym

, to zajmą tę samą część pola

widzenia (rys.9). Ważne jest, aby zarówno obiekt
rzeczywisty jak i jego wizualizacja znajdowały się na
głównej osi obserwacji (dla zapewnienia tego samego
miejsce działania bodźca świetlnego na siatkówkę).

Rys.9. Ograniczenia wielkości wizualizowanych obiektów

Wielkość pola widzenia zajęta przez obserwowany

obiekt ograniczona jest wielkością aktywnej części ekranu
monitora komputerowego. Przyjmując hipotetycznie
istnienie rzeczywistego obiektu o wertykalnym układzie
bryły (np. obiekt sakralny), można dla znanej jego
wysokości H

wynoszącej przykładowo. 36 m i orientacyjnej

odległości obserwacji D

równej np. 30 m obliczyć kąt przy

osi

związany z kątem stożkowym tego obiektu

. Dla

tego przypadku, obserwator znajdujący się w odległości ok.
40 cm od ekranu 21 calowego monitora, wyposażonego w
funkcję Pivot (możliwość obrotu monitora o 90 stopni)
będzie w stanie obserwować wizualizację rozpatrywanego
obiektu rzeczywistego o wielkości odpowiadającej temu
samemu kątowi przyosiowemu

. W razie potrzeby

zwiększenia kąta przyosiowego

z powodu dużego pola

zajmowanego przez wizualizowany obiekt, można użyć 32

calowego telewizora LCD, licząc się jednak z koniecznością
zmniejszenia nominalnej rozdzielczości wyświetlanego
obrazu do poziomu 1366

×768.

Dla zapewnienia warunków zbliżonych do

rzeczywistych, należałoby dodatkowo wytworzyć w
pomieszczeniu niską luminancję tła L

, zbliżoną do

luminancji tła układu rzeczywistego L

[2]. Z tym faktem

wiąże się ściśle konieczność uwzględnienia w badaniach
wizualizacyjnych adaptacji, czyli czasu potrzebnego na
przystosowanie się narządu wzroku do warunków obniżonej
luminancji tła, wynoszącego ok. 30 min.

Wizualizacyjne odwzorowanie rzeczywistego sposobu
oświetlenia elewacji
Zdolność odwzorowania przez monitor rzeczywistych
poziomów luminancji, występujących w iluminacji można
sprawdzić, porównując parametry świetlne monitorów
(maksymalna możliwa jasność plamki świetlnej aktywnej
części ekranu) z rzeczywistymi rozkładami luminancji.
Monitory muszą świecić jasnością, co najmniej równą
poziomom luminancji zalecanym przez CIE. Aby dobrze
odwzorowywać rzeczywiste rozkłady akcentów świetlnych,
muszą one ponadto osiągać poziomy luminancji
odpowiadające punktom przyciągania, czyli miejscowo
najwyższej lub najniższej luminancji [10]. Przyjmuje się, że
jest to dziesięciokrotna wartość średniej luminancji na
iluminowanej powierzchni [7]. Zatem, będzie to poziom
zbliżony do ok. 200 cd/m

[10]. Jednakże, przy pewnych

szczególnych warunkach mocowania i nacelowania
reflektorów, luminancja punktów przyciągania może
znacząco wzrosnąć. Taki przypadek przedstawiono na
rysunku 10.

Rys.10. Komputerowa wizualizacja iluminacji Sanktuarium
Licheńskiego (Polska) – rozkład światła na powierzchniach obiektu

Wewnątrz stref L

śr1

oraz L

śr2

pojawiły się lokalne plamy

świetlne (efekty wypalania), powstałe w wyniku
rozlokowania blisko elewacji grupy reflektorów oraz
skierowanie prostopadle do dolnej powierzchni gzymsu
skoncentrowanych wiązek

świetlnych innej grupy

reflektorów. Literatura przedmiotu podaje przykłady, w
których dla pewnych rozwiązań konstrukcyjnych opraw
asymetrycznych w obszarze plamy świetlnej może pojawić
się niewielki obszar o luminancji przekraczającej nawet
1500 cd/m

[10].

Odpowiednio do wymienionych poziomów rzeczywistych

luminancji zestawiono na rysunku 11 poziomy jasności
monitorów kineskopowych i ciekłokrystalicznych oraz
telewizorów panoramicznych PDP, które mogą
współpracować z komputerami za pośrednictwem złączy
DVI-D. Telewizory plazmowe PDP mimo bardzo wysokiej

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 83 NR 2/2007

jasności nie kwalifikują się do współpracy z komputerami w
pracach wizualizacyjnych. Przy rozdzielczości nominalnej
852

×480 plamka świetlna na ekranie (punkt obrazu) osiąga

rozmiar 1mm [15]. Wyklucza to komfortową pracę blisko
ekranu. Nieco wyższą rozdzielczość (1366

×768), ale niższą

jasność maksymalną, posiadają telewizory LCD [15].

Rys.11. Porównanie luminancji granicznych monitorów z
rzeczywistymi poziomami luminancji iluminowanych elewacji
[14,15,16]

Wydaje się jednak, że najlepszymi, z punktu widzenia

jakości obrazu i perspektyw wykorzystania ich do
wizualizacji iluminacji są panoramiczne monitory LCD
[14,15]. Wyróżnia je wysoka rozdzielczość (1920

×1200) i

relatywnie duża aktywna powierzchnia ekranu (przekątna
ekranu może wynosić 24 cale) [14]. Na tym tle tak
rozdzielczość jak i jasność maksymalna tradycyjnych,
kineskopowych monitorów CRT jest zbyt niska, aby
kwalifikować je jako przydatne w pracach wizualizacyjnych.
Głównym mocnym atutem tych monitorów jest dobra
zdolność odwzorowania barw.

Rys.12. Pola barw monitorów komputerowych naniesione na
wykres chromatyczności CIE 1931 [14,17]

Zdolność odwzorowania barw przez monitory

Czerpiąc z osiągnięć techniki cyfrowej można na

monitorze komputera odwzorować barwę przedmiotu
korzystając z addytywnego modelu RGB. Każda z trzech
składowych podstawowych barwy da się przedstawić za
pomocą 256 poziomów jasności. Kombinacja 256

poziomów składowej czerwonej, zielonej i niebieskiej
pozwala zdefiniować przeszło 16,7 milionów barw.
Zwiększenie dokładności bitowej do 16 bitów na barwę
podstawową pozwala zdefiniować jeszcze większą liczbę
barw (rys.12) [14,17].

Te możliwości ułatwiają rozróżnienie większego zakresu

detali, szczególnie w zagadnieniach analizy cienia.
Przeciętny obserwator jest w stanie odróżnić od 300 tysięcy
do 1 miliona barw [18]. To zestawienie pozwala przyjąć, że
skala barw wyświetlanych przez monitory jest
wystarczająca do fotorealistycznych edycji. Istnieje inny
leżący poza sprzętowymi właściwościami problem, braku
możliwości definiowania właściwości kolorymetrycznych
powierzchni za pomocą widmowych rozkładów
współczynników odbicia i przepuszczania oraz rozkładu
widmowego światła oświetlającego powierzchnie na
poziomie aplikacyjnym.

Dostępne na rynku programy graficzne wykorzystują w

tym przypadku uproszczone procedury, pozwalające na
wyznaczenie barwy oświetlanej powierzchni.

Propozycja wykorzystania interaktywnych technik
informatycznych w badaniach szczegółowych

Podstawowym warunkiem, umożliwiającym

przeprowadzenie w grupie obserwatorów eksperymentu
oceny stanu subiektywnych wrażeń wywołanych iluminacją
jest umożliwienie im indywidualnego oddziaływania na
prezentowaną wizualizację. W tym celu proponuje się
wykorzystanie stosowanej w cyfrowej obróbce zdjęć
techniki warstwowej [19]. Idea jej nowego wykorzystania
polega na wcześniejszym przygotowaniu odpowiedniej
ilości wizualizacji strefowych iluminacji W

1max

- W

3max

odpowiednio do rozwiązywanego problemu szczegółowego
(rys.13).

Rys.13. Ilustracja idei tworzenia fragmentarycznych wizualizacji
iluminacji – komputerowa wizualizacja iluminacji Sanktuarium
Jasnogórskiego (Polska)

Każda z wizualizacji strefowych W

1max

- W

3max

stanowi

obraz oświetlenia fragmentu elewacji wyznaczoną grupą
reflektorów. Korzystając z aplikacji wykonującej operacje na

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 83 NR 2/2007

warstwach, można sumować wizualizacje strefowe,
uzyskując całkowitą iluminację S

wmax

. Obserwatorzy

spoglądając na monitor mają możliwość zmiany
wizualizowanych iluminacji strefowych w zakresie od
maksymalnej do minimalnej średniej luminancji
iluminowanej strefy np. dla warstwy pierwszej jest to
przedział W

1max

- W

1min

. Jest to możliwe dzięki właściwości

aplikacyjnego oddziaływania na poziom luminancji pikseli
tworzących obraz. W rezultacie ustalają oni subiektywnie
odpowiedni poziom luminancji dla każdej warstwy.

Suma wszystkich takich wyborów daje wizualizację

końcową S

wmin

. Tak więc, porównując między sobą

zmieniane niezależnie luminancje strefowe, można podjąć
próbę wyboru takiego wariantu proporcji składowych
luminancji, który jest najodpowiedniejszy dla wywołania
założonego wrażenia wzrokowego np. najbardziej
wzmacniającego wrażenie wysokości obiektu. Analogiczne
badania można przeprowadzić w zakresie kontrastu barwy.

Podsumowanie

Przedstawiona w referacie tematyka obowiązującego

zakresu zaleceń, nie odpowiadających współczesnemu
stanowi wiedzy w dziedzinie iluminacji, wskazuje na pilną
potrzebę ich aktualizacji. W świetle stosowanej
powszechnie metody punktowej takie uzupełnienie byłoby
pomocnym wskazaniem dla projektantów oświetlenia.
Pozwalałoby pełniej wykorzystać wiedzę dotyczącą
oddziaływania  światła na sferę psychiczną człowieka oraz
prowadziłoby do lepszego eksponowania przestrzennej
struktury iluminowanych obiektów. Dziś jeszcze takie
działania podejmowane są wyłącznie w oparciu o przesłanki
intuicyjne. Dzięki dynamicznie rozwijającej się technice
informatycznej istnieją realne szanse na zmianę tego stanu
rzeczy już w niedalekiej przyszłości, zaś przedstawione w
zarysie wskazania kierunków dalszych prac szczegółowych
potwierdzają to stwierdzenie.

Składam wyrazy uznania współpracującym ze mną
studentom Wydziału Elektrotechniki i Informatyki
Politechniki Rzeszowskiej, w osobach: Daniel Szopniewski,
Marek Nizioł, Stanisław Migacz, Jacek Rycerz, Katarzyna
Kościsz, Dorota Kuczaj, Artur Ferkaluk, Bogusław  Śliwa,
Grzegorz Dyrda i Dariusz Husak, za ich zaangażowanie,

wysoki poziom umiejętności wizualizacyjnych i skuteczność
w tworzeniu komputerowych modeli obiektów
architektonicznych, za wytrwałość w prowadzeniu obliczeń
numerycznych i wykonanie przykładowych wizualizacji
iluminacji zamieszczonych w artykule.

LITERATURA

[1] E g a n M. David, O l g y a y W. Victor, Architectural Lighting,

McGraw-Hill Companies, New York (2002).

[2] F a l k S. David, B r i l l R. Dieter, S t o r k G. David, Seeing the

Light – Optics in nature, photography, color, vision and
holography, John Wiley & Sons, Inc. (1986).

[3] PN-90/E-01005, Technika Świetlna, Terminologia.
[4] R e a M.: Vision and Perception, Lighting Handbook, Reference

& Application, IES of North America, IESNA, New York (1993).

[5] B ą k J., P a b j a ń c z y k W., Podstawy techniki świetlnej,

Wydawnictwa Politechniki Łódzkiej, Łódź (1994).

[6] B u r m M., V e r b e e k F., R u i j s R., Philips Lighting

Photoviewer, (1996).

[7] CIE Technical Report, No. 94, Guide for Floodlighting.
[8] G ó r c z e w s k a M., Oświetlenie iluminacyjne współczesnych

obiektów architektonicznych, Światło, nr 4(5) (1998).

[9] O s t r o w s k i M., Praca zbiorowa, Informacja obrazowa, WNT,

Warszawa (1992).

[10] Ż a g a n W., Iluminacja obiektów, Oficyna Wydawnicza

Politechniki Warszawskiej, Warszawa (2003).

[11] N e u m a n n D., Architecture of the night. The illuminated

building, Prestel Verlag, New York (2002).

[12]

S i m o n R.H., B e a n A.R., Lighting Engineering, Applied
calculations, Architectural Press (2001).

[13] B o d m a n H., How do our eyes see light lewels on the graphic

picture screen?, Licht, No. 6 (1988).

[14] Katalog monitorów EIZO,

www.alstor.com.pl

(2006).

[15] Katalog telewizorów LCD,

www.lge.pl

(2006).

[16] Katalog monitorów LCD,

www.sony.pl

. (2006).

[17] S h a r m a G., Comparative Evaluation of Color Characterization

and Gamut of LCDs versus CRTs, Proceedings SPIE vol.
4663, IS&SPIE’s Electronic Imaging (2002).

[18] P a s t u s z a k

Wł., Barwa w grafice komputerowej,

Wydawnictwa Naukowe PWN, Warszawa (2000).

[19] B l a t n e r D., F r a s e r B., Real World Adobe Photoshop CS,

Wydawnictwo Helion, Gliwice (2005).

Autor

: dr inż. Henryk Wachta, Politechnika Rzeszowska, Wydział

Elektrotechniki i Informatyki, Zakład Energoelektroniki i
Elektroenergetyki, ul. W. Pola 2, 35-959 Rzeszów, E-mail:

hwachta@zee.prz-rzeszow.pl

Laboratorium zjawiskowe techniki świetlnej (fotometr ramienny i kula Ulbrichta)

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 83 NR 2/2007