第1章 照明设计基础知识
1.1 照明灯具及照明设计
1.1.1 照明灯具
灯具是一种产生、控制和分配光的器件，是光源、灯罩及附件的总称。人类发明白炽灯已经有了几百年的历史，对灯具照明的功能需求、照明形式、照明物体类型、照明情景有了较为深入的认识，同时也设计出许多不同种类的灯具。总体来看，根据发光体的不同，可以分成四个阶段：石化燃料阶段、钨丝灯具阶段、荧光灯具阶段和LED灯具阶段。
在灯具的设计及应用当中，最为强调的是灯具的控光部件，它主要由反射器等组成。灯具包括：光学系统（反射器、透镜、格栅等）、电气附件（镇流器、启动器、驱动器等）和机械结构件（灯座、外壳、支架、调节调焦机构、防减振器等）。在现代照明中，光源虽然是主要的，但灯具的作用也非常重要。灯具起着固定和保护光源、控制并重新分配光在空间的分布、防止眩光等作用。
1.灯具的分类
人类的照明需求大体包括四个方面：场地照明、物体照明、情境照明和指示与引导照明，而根据被照物的不同又分为平面光型、线光型、投光型与聚光型。此外，有时人们会需要光直接照射到物体或照明表面，被照物的照度、对比感较高，这称为直接照射。有时又会需要光线先照射到一个表面后，再反射到需要被照亮的物体或表面，这称为间接照明。这类照明光线通常比较柔和，漫射的范围会比较广。灯具的品种极其丰富，外形千变万化，性能也千差万别。对灯具的分类方法也是多种多样，主要有如下几种：
1）按采用的电光源分类：把灯具分成白炽灯具、荧光灯具、高压气体放电灯具、LED灯具等。
2）按照建筑物的安装情况分类：把灯具分成吸顶灯、吊灯、壁灯、嵌入式灯、地脚灯、庭院灯、自动应急照明灯、移动式灯、道路广场灯等。
3）按灯具的使用场所来分类：分为开启型灯具、闭合型灯具、密封型灯具、防爆型灯具、安全型灯具、防振型灯具等。
4）按安装方式分类：分为嵌入式、移动式和固定式等。
5）按用途方式分类：分为民用照明灯具，建筑照明灯具，工矿照明灯具，投光照明灯具，公共场所照明灯具，嵌入式照明灯具，船用照明灯具，道路照明灯具，汽车、摩托车、飞机照明灯具，特种车辆标志照明灯具，电影、电视、舞台照明灯具，防爆照明灯具，水下照明灯具等。
6）根据国际照明委员会（CIE）的建议，灯具按光通量在上下空间分布的比例分为直接型、半直接型、全漫射型（包括水平方向光线很少的直接-间接型）、半间接型和间接型等五类照明灯具。
①直接型灯具。此类灯具绝大部分光通量（90%～100%）直接投照下方，所以灯具的光通利用率最高。
②半直接型灯具。这类灯具大部分光通量（60%～90%）射向下半球空间，少部分射向上方，射向上方的光通量将减少照明环境所产生的阴影的硬度并改善其各表面的亮度比。
③全漫射型（直接-间接型）灯具。灯具向上向下的光通量几乎相同（各占40%～60%）。最常见的全漫射型灯具是乳白玻璃球形灯罩，其他各种形状全漫射透光的封闭灯罩也有类似的配光。这种灯具将光线均匀地投向四面八方，因此光通量利用率较低。
④半间接型灯具。灯具向下光通量占10%～40%，它的向下分量往往只用来产生与天棚相称的亮度，此分量过多或分配不适当也会产生直接或间接眩光等缺陷。具有上面敞口的半透明罩的灯具属于这一类。它们主要作为建筑装饰照明，由于大部分光线投向顶棚和上部墙面，增加了室内的间接光，使光线更为柔和宜人。
⑤间接型灯具。灯具的小部分光通量（10%以下）向下。设计得好时，全部天棚成为一个照明光源，达到柔和、无阴影的照明效果。由于灯具向下光通量很少，只要布置合理，直接眩光与反射眩光都很小。此类灯具的光通量利用率比前面四种都低。
2.灯具的配光曲线
发光强度在灯具空间内的分布是灯具的重要特性，通常用曲线来表示，以光源为原点表示发光强度分布的曲线称为配光曲线。图1-1所示的配光曲线包括表示通过光源中心的水平面上发光强度分布的水平配光曲线和表示垂直面上发光强度分布的垂直配光曲线。
图1-1 配光曲线的表示方法
配光曲线是用来描述某灯具或光源发射出的光在空间中的分布情况或状态的。配光曲线按照其对称性通常可分为轴向对称、对称配光和非对称配光，如图1-2所示。轴向对称又被称为旋转对称，指各个方向上的配光曲线都是基本对称的，一般的筒灯、工矿灯都是这样的配光。配光曲线一般有三种表示方法，即极坐标法、直角坐标法和等光强度曲线。
图1-2 灯具的配光曲线
（1）极坐标配光曲线
在通过光源中心的测光平面上，可测出灯具在不同角度的发光强度。从某一方向起，以角度为函数，将各角度的光强用矢量标注出来，连接矢量顶端即可得到灯具极坐标配光曲线。如果灯具具有旋转对称轴，则只需用通过轴线的一个测光面上的发光强度分布曲线就能说明其发光强度在空间的分布，如果灯具发出的光在空间上是不对称的，则需要若干测光平面的发光强度分布曲线才能说明其发光强度的空间分布状况。
（2）直角坐标配光曲线
对于聚光型灯具，由于光束集中在十分狭小的空间立体角内，很难用极坐标来表达其发光强度的空间分布状况。这时，可采用直角坐标配光曲线表示法，以横轴表示发光强度，以纵轴表示光束的投角。如果是具有对称旋转轴的灯具则只需一条配光曲线来表示，如果是不对称灯具则需多条配光曲线表示。
（3）等光强度曲线
将发光强度相等的矢量顶端连接起来的曲线称为等光强度曲线，将相邻等光强度曲线的值按一定比例排列，画出的一系列的等光强度曲线所组成的图称为等光强度图，常用的图有圆形网图、矩形网图和正弧网图。由于矩形网图既能说明灯具的光强度分布，又能说明光量的区域分布，所以目前投光灯具采用的等发光强度曲线图都是矩形网图。
3.灯具的功能
灯具的基本功能是提供与光源的电气连接，除此之外还有许多其他重要的功能。大部分光源是全方位地发射光，这对大多数应用而言是浪费的，并且会造成眩光。因此，对大多数灯具而言，调整光线到预期方位，同时把光损失降至最低，减少光源的眩光，拥有令人满意的外形及强化灯点燃与未点燃环境的装饰性也是灯具的一项功能。灯具必须是耐用的，且能为光源的电气附件提供一个电气、机械及热学上安全的壳体。
①光源的防护。光源除需要电气连接以外，还必须有机械支撑并要受到防护，防护程度视要求而定。
②适宜的力学性能。灯具部件必须有足够的机械强度，从而确保在安装和使用时有耐久性。同时还要有充分强的悬挂强度，金属部件必须有足够的耐腐蚀能力。
③壳体要求。室外用灯具必须有严格的防尘和防水要求，而对某些特殊要求的室内灯具也要提供防护，以抵御水和灰尘的侵入。一般使用防护等级代码划分灯具外壳的防护等级。IP（International Protection）防护等级是由两个数字所组成，第一个数字表示灯具防尘、防止外物侵入的等级（接触物保护、外来物保护等级）；第二个数字表示灯具防湿气、防水侵入的密闭程度（防水保护等级）。一般来说，数字越大表示其防护等级越高。IP灯具防护等级见表1-1和表1-2。
表1-1 灯具防尘、防止外物侵入的防护等级
表1-2 灯具防湿气、防水侵入的密闭程度（防水保护等级）
④电气要求。灯具也可根据保护使用者防电击的方式进行分类。类型1的灯具有基本绝缘，所有的金属体都与一个接地端子连接，该端子用来与供电中的接地系统相连接。类型2的灯具防护由双重绝缘下工作的两线照明电路提供。类型0的灯具不接地，仅有普通绝缘措施，各种电器元件和电线都必须在安全情况下工作。
⑤热要求。灯具各部件的工作温度不能超过欧洲标准EN60598（英国出版的BS4533、BSI1981-1990）所规定的数值。热耐久性试验是在比额定环境温度高10℃、开关循环交替，过电压为5%～10%的条件下工作7天。试验时间和过电压值视光源和控制电器的类别而定。
⑥标志要求。灯具必须有生产厂家的标识、供电电压、额定功率、分类、额定最高温度等。标志必须耐久，制作方法要经得起试验。
⑦测试。新设计产品在工厂投产以前要进行一整套的测试项目，包括机械测试、外壳测试、电气试验、热测试和光度学测试。
4.灯用电器附件
为保证不同类型的电光源（白炽灯、气体放电灯、LED灯）在电网电压下正常可靠工作而配置的电器件统称为灯具电器附件。灯用电器附件按用途分类见表1-3。
表1-3 灯用电器附件按用途分类
灯用电器附件按工作原理分类见表1-4。
表1-4 灯用电器附件按工作原理分类
5.灯具的机械附件
（1）灯头
在灯具的结构中，固定光源并使其与灯座相连接的部件称为灯头。灯头按其形式可分为
①螺口式灯头。用圆螺纹与灯座进行连接的灯头，一般用“E”标志。
②插口式灯头。用插销与灯座进行连接的灯头，一般用“B”标志。
③插脚式灯头。用插脚与灯座进行连接的灯头，一般用“G”（对双插脚与多插脚灯头）或“F”（对单插脚灯头）标志。
（2）灯座
灯座是保持灯的位置和使灯头与电源相连接的器件。防潮灯座是供潮湿环境和户外使用的灯座，这种灯座在使用时其性能不受雨水和潮湿气候的影响。
6.照明装置的安全性
根据照明装置所涉及的有关设计和结构，照明装置安全性可以分为以下三大类：
①照明装置提供的抗电击安全保护特性；
②抗外界物体进入照明装置的特性（例如防灰尘、防潮特性）；
③照明装置的安装表面的抗燃特性。
IEC对照明装置的安全性分为四类，分别如下：
①0类的表示符号为
。这类照明装置是电绝缘的，没有接地，装置的外壳可以由绝缘材料制成，从而部分或整体形成照明装置的绝缘功能。这类照明装置的外壳也可以由金属材料制成，但是其中的带电部件需和外壳绝缘。对0类照明装置可以对其中的带电部件实行强制性绝缘或双绝缘考虑。
②1类的表示符号为
。对1类照明装置，除了被电绝缘的元件外，同时也提供了接地，并且这个接地部分与照明装置的外露金属部件进行了连接，以确保外露金属部件在带电的情况下能实现保护功能。对照明的供电接线端子也应同时提供接地端子。
③2类的表示符号为
。对2类照明装置的外露金属部件应确保不带电，这既可以通过双重绝缘也可以通过接地的方法实现。
④3类的表示符号为
。这类照明装置对极低电压供电应用时也能确保安全工作，不会对周围环境造成危害，最常用的应用情况就是低压交流电供电的应用场合（如42V）。这类照明装置可以不用提供接地保护。
为了确保电子产品的安全性，在欧洲有一种叫CE的认证，CE是“ConformitéEuropeenné”的缩写，它表示在欧洲国家范围内流通产品一致性的最基本的要求，以确保市场监控部门有效地监控有关产品的性能指标。电光源产品要受到电磁兼容（EMC）和低电压电子产品监控部门的监控，CE主要涉及与电子产品的安全性有关的内容。
电光源产品在投入市场前应满足有关安全性、EMC和电性能的有关技术标准要求，并应通过有关部门的技术认证。根据IEC的要求，照明装置的供电电压应在额定供电电压的-8%～+6%范围内变化。如果电源供电电压范围变化过大，则会产生以下几种结果：
①如果照明装置的供电电压过低，则会降低电光源的光输出或产生色漂移，在极端情况下会产生照明装置的点燃困难。
②如果照明装置的供电电压过高，则会降低电光源的使用寿命、降低照明控制装置的使用寿命、产生色漂移、使功耗增加，在极端情况下会产生安全问题。
1.1.2 照明设计基础
电光源自19世纪80年代发明以来，至今已有100多年的历史。人类社会的发展，科学技术的进步，使电光源技术获得了突飞猛进的发展，配合各种光源的使用产生了造型多姿多彩、风格各异的灯具，为照明设计提供了广阔的发挥空间。今天的人工照明已不是单一的灯光，而是多种电器照明媒体与环境装饰紧密结合，形成了一门电器照明装饰综合技术。
近年来，装饰与艺术照明在建筑中的美化作用与日俱增，灯光不仅为人们的工作、学习和生活提供良好的视觉条件，并体现出了一定的风格，增加了建筑艺术的美感，使环境空间更加符合人们的心理和生理上的需求，从而得到美的享受和心理平衡。
现代建筑物不仅注重室内空间的构成要素，更为重视的是电气照明对室内空间环境的美学效果及由此对人们所产生的心理效应。因此一切居住、娱乐、社交场所照明设计的首要任务是艺术主题和视觉的舒适性。电光源的迅速发展，使现代照明设计不但能提供良好的光照条件，而且在此基础上可利用光的表现力对室内空间进行艺术加工，从而共同创造现代生活的文明。
不同的国家、不同的人们在不同的时期，由于生活习惯、经济文化和环境的差异对照明的要求是不同的，产生了不同的照明设计风格和手法。所以在照明设计时要考虑上述情况，并要结合当时的光源、灯具以及使用环境等因素。
1.照明的目的
照明是以人们的生活、活动为目的的对光的利用。从广义上讲，应包括对生命体、生物有作用的视觉与光信息、紫外线、可见光及红外线等各部分。良好的照明设计在于能以最适当的方式将照明设施的机能与目的显示出来，并创造出有气氛的照明环境。为此，对于照明的目的，选择适当的照明方式均需充分考虑。照明的目的依视觉条件分为下列几点：
①让空间的使用者能正确地认识对象；
②让使用者能适当地了解周围的状况；
③作业对象与作业目的有直接关系的对象；
④令作业者产生注意的对象。
就照明的目的而言，最重要的是明视性，其次是快适性、愉悦性，使人心胸舒畅的感觉也是很重要的，前者关系着主要视作业对象的主体机能是否具有明视效果，而后者则关系着视觉周围环境是否有舒适的照明气氛。
另外，以照明的属性而言，可分为照明生理与照明心理，前者关系着视作业对象，后者与周围环境有较大关系。然而，照明的目的并非是一成不变的，因使用目的不同必须做各种不同的考虑。
2.照明设计的原则
（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，因为要求亮度分布均匀，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，其亮度比普通照明要高出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，一般要使用装饰灯具。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，灯光照明已成为整体的一部分。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，创造出温馨柔和、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，反而会画蛇添足，同时造成电能消耗和经济上的损失，甚至还会造成光环境污染而有损身体健康。在照明设计时应根据用途和分辨清晰度的要求，选用不同的灯光照明。
（4）安全性原则
灯光照明设计要求绝对的安全可靠，由于采用电光源照明的灯具，其发出的光来自电能，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。
3.照明品质
长久以来人们对于照明品质非常重视，不仅要求照度充足，还要求照度要分配均匀，才不至于造成眩光及配光均匀度差异太大，造成舒适度下降。衡量照明品质的指标有改善眩光、空间照度、相对色温、演色性、配光均匀度等。
由于视野中的亮度分布或亮度范围的不适宜，或存在极端的对比，以致引起不舒适的感觉或降低观察细部或目标的能力的视觉现象，人眼的直接眩光区为自垂直面45°～80°，如图1-3所示。产生眩光的因素有光源本身的亮度、灯具反射面的亮度、光源的大小及周围环境的背景亮度等。
图1-3 人眼的直接眩光区
根据影响的程度，可将眩光分为不舒适眩光、失能眩光和失明眩光。根据眩光产生的方式，可分为直接眩光、反射眩光和背景眩光。直接眩光因光源直接入射眼睛所造成，眩光的产生方式、种类如图1-4所示。
光线充足与否是照明领域定义的空间照度问题，不同照明环境下空间照度有所不同，一般室内空间照度要求需达到500～750lx，而空间照度大于500lx时，人眼就不易产生疲劳现象。显色性为物体在不同光源下相比在太阳光下的呈现比，其最佳值为100，一般室内照明要求高于85。
图1-4 眩光的产生方式、种类
常见空间配光均匀度定义方式包括：室内最低照度除以平均照度、室内最低照度除以最高照度、室内平均照度除以最高照度。一般评定空间配光均匀度的好坏，会以0.8为一基准。
4.灯光照明的分类
一般照明方式可分为直接照明、半直接照明、全般扩散照明、半间接照明及间接照明，如图1-5所示。
图1-5 各种照明方式
①直接照明。光源发出的光全部或90%以上直接投射到被照物体上。其特点是亮度大，给人以明亮、紧凑的感觉。直接照明由于设计容易及运用方便，是最常见的照明方式，其缺点是容易产生眩光及配光均匀度差。
②半直接照明。光源发出的光60%～90%直接投射到被照射物体上，其中10%～40%经反射后再投射到被物体上。它的亮度仍然较大，但比直接照明柔和。
③全般扩散照明。利用半透明磨砂玻璃灯罩、乳白色灯罩或特制的格栅，使光线形成多方向的漫射，其光线柔和，有很好的艺术效果，适用于起居室、会议室和一些大的厅、堂照明。
④半间接照明。光源发出的光60%以上的光经过反射后照射到被照物体上，只有少量光直接射向被照物体。
⑤间接照明。光源发出的光间接地照射到被照物体上。光量弱，光线柔和，无眩光和明显阴影，具有安详、平和的气氛。
5.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，天棚发光面的特点是光照均匀、光线充足、表现形式多种多样。如用荧光灯吊顶，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；还可结合天棚梁架结构，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。
墙发光面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。
地发光面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）、三角形以及其他多边形。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。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用作导向照明，其他几何形光带一般作装饰照明用。
（3）点光表现
点光是指投光范围小而集中的光源，由于它的光照强度大，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。
①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，不宜作造型光。
②底光。自下而上的照明，宜作辅助配光。
③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。
④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。
⑤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
①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。
②流动灯光是采用流动的照明方式，它具有丰富的艺术表现力，是舞台灯光和城市景观照明设计中常用的手段。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LED轮廓灯不断地流动闪烁，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）布光
灯光的设置过程简称为布光，虽然说一个复杂的场景由多名设计人员分别来布光会有不同的方案与效果，但是布光的几个原则是都必须遵守的。对于室内效果图与室内摄影，有个著名而经典的布光理论就是“三点照明”。
三点照明，又称为区域照明，一般用于较小范围的场景照明。如果场景很大，可以把它拆分成若干个较小的区域进行布光。一般有三盏灯即可，分别为主体光、辅助光与背景光。
①主体光。通常用它来照亮场景中的主要对象与其周围区域，并且担任给主体对象投影的功能。主要的明暗关系由主体光决定，包括投影的方向。主体光根据需要也可以用几盏灯来共同完成。如主光灯在15°～30°的位置上，称顺光；在45°～90°的位置上，称为侧光；在90°～120°的位置上成为侧逆光，主体光常用聚光灯来完成。
②辅助光，又称为补光。用一个聚光灯照射扇形反射面，以形成一种均匀的、非直射的柔和光源，用它来填充阴影区以及被主体光遗漏的场景区域、调和明暗区域之间的反差，同时能形成景深与层次，而且这种广泛均匀布光的特性使它为场景打一层底色，定义了场景的基调。由于要达到柔和照明的效果，通常辅助光的亮度只有主体光的50%～80%。
③背景光。它的作用是增加背景的亮度，从而衬托主体，并使主体对象与背景相分离。一般使用泛光灯，亮度宜暗，不可太亮。
布光的顺序是先定主体光的位置与强度，再决定辅助光的强度与角度，最后分配背景光与装饰光。这样产生的布光效果应该能达到主次分明，互相补充。在布光设计中应注意以下事项：
①灯光宜精不宜多。过多的灯光会使工作过程变得杂乱无章、难以处理，显示与渲染也会受到严重影响。只有必要的灯光才保留。
②要注意灯光投影与阴影贴图及材质贴图的用处，能用贴图替代灯光的地方最好用贴图。例如要表现晚上从室外观看到的窗户内灯火通明的效果，用自发光贴图去做会方便得多，效果也很好。切忌随手布光，否则成功率将非常低。对于可有可无的灯光，要坚决不予保留。
③灯光要体现场景的明暗分布，要有层次性，切不可把所有灯光一概处理。根据需要选用不同种类的灯光，如选用聚光灯还是泛光灯；根据需要决定灯光是否投影，以及阴影的浓度；根据需要决定灯光的亮度与对比度。如果要达到更真实的效果，一定要在灯光衰减方面下功夫。可以利用暂时关闭某些灯光的方法排除干扰，并对其他的灯光进行更好的设置。
④利用灯光的“排除”与“包括”功能，对某个物体是否起到照明或投影作用。例如要模拟烛光的照明与投影效果，通常在蜡烛灯芯位置放置一盏泛光灯，如果这盏灯不对蜡烛主体进行投影排除，那么蜡烛主体将在桌面上产生很大一片阴影。在建筑效果图中，也往往会通过“排除”的方法使灯光不对某些物体产生照明或投影效果。
⑤布光时应该遵循由主题到局部、由简到繁的过程。对于灯光效果的形成，应该先调节角度定下主格调，再调节灯光的衰减等特性来增强现实感，最后再调整灯光的颜色，做细致修改。如果要逼真地模拟自然光的效果，还必须对自然光源有足够深刻的理解。不同场合下的布光用灯也是不一样的，在室内效果图的制作中，为了表现出一种金碧辉煌的效果，往往会把一些主灯光的颜色设置为淡淡的橘黄色，可以达到材质不容易做到的效果。
1.1.3 照明质量
1.照明质量的重要参数
光学科技人员在光环境质量评价方面进行了大量的研究，为现代照明设计奠定了科学基础。这些研究主要包括以下几种：
①对视觉功效的实验研究。视觉功效是指在一定的照明条件下完成视觉作业的速度和精度，为了获得良好的功效，需要提供相应的照明水平。此项研究确定了不同视觉作业特征（如对象大小、对角与其背景亮度的对比、观察时间长短等）与其所需照度水平的相关关系，为制订合理的照明标准找到了科学依据。
②对眩光效应的研究。眩光如同噪声一样是一种环境污染，轻微眩光会使视觉感到不适，重度眩光则会降低可见度，甚至损伤视力。这项研究的重点是提出预测眩光的方法，制定防止眩光的措施。
③对光色爱好及光源显色性影响的研究。现代制灯技术可以制造不同光色（冷、暖和中性）的光以适应各种环境的需要。研究不同地区、不同民族、不同文化背景的人群对光色爱好的差异对于实现光环境较高的心理满意度和营造适宜的光气氛具有指导意义。电光源显色性能与自然光的差异是由于电光源光谱能量组成显色性能与日光不同而造成的。在致力提高电光源显色性能的同时，探究光源显色性不佳造成的颜色“失真”对视觉感官的影响对照明设计很有参考价值。
根据上述研究成果，世界各国提出了评估照明质量的各类定量指标，制定并逐步完善了照明设计的标准、法规或建议。国际照明委员会（CIE）和国际标准化组织（ISO）最近联合制订的《室内工作照明标准（草案）》提出了统一的照度（E）、统一的眩光等级（UGR）和一般显色指数（Ra），三项定量指标作为照明设计的依据，使照明设计更科学化、规范化。
随着研究的深入，人们对于如何来评价照明质量好坏的认识也有了很大的提高。过去，人们只关心照度、亮度、均匀度，色温，显色指数以及LPD（照明功率密度）等。现在，采用这些参数来评判照明质量的好坏是远远不够的。在考虑到照明的非视觉效应（生物效应）之后，必须对这种评价方法加以修正和补充，要将一些新的参数加到原来仅与视觉有关的参数上去。其中，特别要包括：在正确的时刻，以正确的时间跨度，将照度和色温正确地配合起来，作用于工作者，使其兴奋或放松。而且，这里的照度是指在工作者眼睛处的照度，而不是像通常所指的水平照度。
视网膜上的锥状和杆状感光细胞分别在明视觉和暗视觉时起作用，而神经结细胞与视觉并无关系，它直接连接到下丘脑的松果体，亦即人体的“生物钟”上，从而影响人的生理功能。这三种感光细胞对于不同波长的敏感度是不同的，三种感光细胞的光谱灵敏度曲线如图1-6所示。
神经结感光细胞影响着人体的生物功能，清晨周围的光环境处于高色温的状态，蓝色光的成分比较丰富，刺激着视网膜上的神经结细胞，使人体内皮质醇的浓度增高，并抑制褪黑素的分泌。这样，一早起来人们的身体就充满了活力，便可精力充沛地开始一天的工作。到黄昏时，周围的光环境逐渐变为低色温的状态，蓝色光的成分很少，使体内皮质醇的分泌减少，褪黑色素的浓度增高，因而人们渐渐感到疲劳，需要休息和睡眠。自然光就是这样通过视网膜上的神经结细胞来控制人体内的生物钟，使人们的生理活动适应昼夜和四季的节奏变化。
图1-6 三种感光细胞的光谱灵敏度曲线
2.动感照明
现在的人工照明一般都是静态的，与自然采光相比缺少了活力。由于在自然光的照射下，人会感到更为舒适，因而采用自然光的商场人气更旺，采用自然光的学校学生的成绩更好。显然在进行照明规划时，要尽量使用自然采光（这也是节能的需要）。然而除此之外，采用动感照明就是一种行之有效的方法。
所谓动感照明就是照明的强弱和色温的高低都可以进行智能控制的照明。清晨时，照明系统提供高色温和高照度的照明，清新的冷色光使走进办公室的人精神十足地开始一天的工作；午餐时，降低的照度和暖色光有助于人们放松一下，短暂的休息可以使人们的身体再充电，午饭后人们通常会感到困倦，这时照度又升高，且改为冷白色，以避免午饭后打盹；在下班前，转变为稍冷的白光，以使人们在回家的路上保持警觉，而对那些要工作得较迟的人，暖白色的光则产生一种愉快的家庭似的气氛。在创建天然光环境方面的技术手段包括以下几种：
①开发出了各种模型实验和计算机仿真的先进设计工具，不但可以准确预测自然采光的照度水平，而且能真实、细微地模拟建筑物在自然光和日照下的造型效果。
②生产出了集光热优良性能于一体的各种透光材料，并掌握了复杂的加工和安装技术。1999年建成的柏林国会大厦采用直径40m、高23.5m的玻璃穹顶就是现代采光技术的一个杰作。为了把光线导入下面的议会大厅，在圆穹中心设置了一个近20m高由360块镜面组成的倒锥体，在施工过程中每块镜面都被仔细地调整过角度。
③发明的导光管系统能把自然光输送到地下和任何自然光线不足的地方。
④利用电子技术自动控制室内自然光，调整光的分布。
飞利浦公司将色温为2700K的暖色光和色温为6500K的冷色光进行混合，通过分别调解这两种光输出，从而实现照度和色温的变化。这两种灯都是高显色性的T5荧光灯，对所有颜色的显色指数均大于80。
实际上，采用LED照明可以更容易实现动感照明，而且效果会更好。英国的Photon Star LED公司推出了一款非常有特色的LED灯具，并在ARC2009展览会上展出。该LED灯具不仅兼有高光效、高显色和长寿命的优点，更为出色的是能在暖白光和冷色光之间自由变换。它的光效大于80lm/W，寿命5万h。该灯的色温能在2500～10000K之间进行调节，而且显色指数都维持在90以上，在2700K时CRI（显色指数）高达96。可以预见，随着技术的进步和成本的下降，半导体照明将实现动感照明，使人们在室内感受到自然光的效果，真正实现照明的人性化。
3.绿色照明
绿色照明（Green Lighting）是指通过提高照明电器和系统的效率节约能源，减少发电排放的大气污染物和温室气体，改善生活质量，提高工作效率，营造体现现代文明的光文化。绿色照明正是低碳应用在照明应用行业的具体体现。作为绿色照明的典型代表，LED照明也面临着更大的机遇与挑战。
在照明节能应用中，首先考虑的应该是优质光源的选择。目前，可以用来替代白炽灯的光源主要有低压放电灯（荧光灯、低压汞灯等）、高压放电灯（金卤灯、高压汞灯、高压钠灯等）和场致发光光源（发光二极管等）。
从光效上说，荧光灯、高压钠灯、金卤灯、LED等光源的光效都可以接近或达到甚至超过100lm/W，相较于白炽灯都属于节能光源。但是应用到具体照明中，LED却更能体现绿色照明的意义。
荧光灯、高压钠灯、金卤灯等传统光源均为点状或线状光源，且多为全空间方向发光。LED光源为点状光源，其发光方向具有很强的指向性。为了避免光的浪费与光污染，灯具尽可能地将光线投向需要照明的空间方向，因此，除少数装饰照明或全空间照明灯具外，大多数灯具都需要具有一定的指向性。在这个方面，LED相较其他光源更具有优势。以路灯为例，LED路灯的灯具效率可以超过90%，而应用全空间方向发光的光源的路灯，其出光效率基本都在70%以下，部分路灯甚至还达不到50%。可以说，在一般性的照明应用中，LED光源的光利用效率要远高于其他光源。
现在市场上的通用光源，除白炽灯外，不论荧光灯、高压钠灯、金卤灯都不能用市电驱动。在应用于灯具中时，必须匹配相应的触发器、镇流器等驱动电器，这些匹配电器都需要消耗大量的电能来维持运行。因此，匹配驱动电器的效率也是衡量一种光源是否真正高效节能的重要指标。现今荧光灯、高压钠灯、金卤灯等光源的镇流器都已相对成熟，但电器效率却仍不尽如人意，而且电子镇流器在电网中的应用稳定性与可靠性得不到保障。在市电网（如交通照明电网）中应用的电感镇流器，一般效率在80%以下。为了提高功率因数，必须考虑到单灯的无功功率补偿，而增加无功功率补偿电路，会进一步降低灯具的整体电器效率。LED光源一般是直流驱动，在许多工程应用中可以直接采用低压直流电源，在市电交流输入时，以朗波尔公司的LED灯具为例，在保证0.95以上的功率因数的前提下，整灯电器效率可以超过90%。因此，从电器效率角度考虑，LED光源在应用过程中比其他光源更有优势。
从实际照明效果上说，LED光源也具有一定的优势。现在，对照明效果的评判标准，最主要依照的参数是照度或亮度。用仪器测试照度或亮度得出的数值，是只针对可见光测试得到的数据，理论上说这和人的视觉效果应该对等。但是实际上，却存在很多照度或亮度测试数值与视觉感受存在巨大差异的现象。相关研究结果表明，人的视觉感受及物体的光可识别性能，与光的照度或亮度、色温、显色性、明暗变化范围、闪烁频率、被照射物体表面状况及背景光环境等均有很大的关系，即照度和亮度数值不足以完全体现人眼在光环境下的视觉感受。有关研究人员针对该现象定义了一种暗视觉修正系数，以表明光源发出的光在一定环境下对人眼的视觉感受与识别能力相对于自然光的效果对比。实际的研究结果表明，LED光源发出的光在视觉感知接受程度与对物体的光照识别能力上更优于白炽灯、高压钠灯等传统光源。以路灯为例，应用4500K色温白光LED的路灯，同等照度情况下在沥青路面，其视觉感知接受程度是高压钠灯的1.4～1.7倍，而在水泥路面，其视觉感知接受程度是高压钠灯的1.3～1.5倍。再以工作台灯为例，应用4500K色温白光LED的台灯，在同等照度情况下，其对物体的光照识别能力比普通荧光灯提高10%～30%。因此，在具体的照明应用中，LED光源可以以更低的平均照度（或亮度）达到与其他光源相同或相近的照明效果。
随着LED芯片和封装技术水平的逐步提升，国产LED产品的发光效率得到了进一步提升，但与际上的著名品牌的产品相比其发光效率还有一定的差距，但是只要封装技术和二次光学设计合理，国产白光LED的发光效率可达到80～90 lm/W，国产R/G/B（红/绿/蓝）LED合成白光的发光效率也已达到60 lm/W左右。灯具和背光组件的发光效率已经超过传统的荧光灯等光源的发光效率。2008年北京奥运会奥运场馆“鸟巢”、“水立方”的LED景观照明和LED超大显示屏的成功应用，昭示了LED全面进入专业照明和通用照明时代的到来。
4.健康照明
随着地球环境的恶化，人们越来越注重自身的健康，特别是环境因素对人体健康的影响。对于照明光源而言，频闪、紫外线辐射、电磁波辐射、热辐射和眩光等光污染已经到了影响人类健康，并且发展到了不能被忽视的地步。而LED作为无频闪、无紫外线辐射、无电磁波辐射、较低热辐射的绿色光源，加上应用光扩散技术消除眩光，使之成为真正的健康光源。相关的人体工程学研究表明，优质光源应该具备下述特点。
（1）无频闪
将电光源的光通量随交流电源周期性交变而引起的亮暗强弱闪动称为频闪。频闪光是发光时出现一定频率的亮暗交替变化。普通荧光灯的供电频率为50Hz，表示发光时每秒亮暗100次，属于低频率的频闪光，会使人眼的调节器官，如睫状肌、瞳孔括约肌等处于紧张的调节状态，导致视觉疲劳，从而加速青少年近视。如果采用直流供电，人眼即不会有频闪感觉，也不会造成视力伤害，这种光称为无频闪光。荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、金卤灯等传统光源均会带来频闪效应，即使是通过驱动电器提高频闪的频率，也只是减小或降低频闪的伤害。而由直流驱动的LED光源，才是真正的无频闪光源。
据英国剑桥大学医学研究中心、国际照明委员会维也纳总部等照明、健康医学机构对教学、办公、生产、生活等环境的频闪研究表明：“频闪现象是客观存在的，并长期潜移默化地危害人们健康和人的视觉系统”。欧洲照明委员会（European Commission）为此专门发布了《90/270/EC指南》，强调必须降低灯具的频闪效应，以解决引起人们偏头痛和视觉神经系统病变。白炽灯、荧光灯、三原色荧光灯、节能灯或由50～60Hz交流或高频高压供电的灯具，均存在不同频率的频闪。
荧光类灯具为高频频闪光源，在这类灯具下的运动物体，会出现重影现象，如体育馆内就不能使用荧光类灯具，特别是像乒乓球、羽毛球等小球在荧光类灯具下几乎无法进行比赛。生产车间的旋转机床在荧光类灯具照明时会使人眼产生反转或静止的错觉，而导致事故发生。
LED灯具由低压直流供电，不存在交流电源的周期性交变，所以不存在频闪效应。LED灯具是现在公认的对人的视力，特别是青少年视力有益的健康灯具。
光源发出的光为全色光，即光谱连续分布在人眼可见范围内，视觉不易疲劳，其参考的重要参数为灯光的显色性。白光LED即可视为全光色光源，而高压汞灯、高压钠灯等光源在这方面具有先天性的劣势。
（2）无紫外线辐射
灯光光谱成分中应没有或尽量少的存在紫外光和红外光。因为长期过多接受紫外线，不仅容易引起角膜炎，还会对晶状体、视网膜、脉络膜等造成伤害。红外线极易被水吸收，过多的红外线经过人眼晶状体聚集时即被大量吸收，久而久之晶状体会发生变性，导致白内障。LED光源的光谱基本集中在可见光范围之内，而荧光灯、金卤灯等光源却会产生大量的非可见光（现在有部分生产厂家通过在光源的外壁上涂覆滤层去除紫外线等非可见光，确实可以消除或减少光源发出的非可见光，但是却会在一定程度上损失光效）。
白炽灯、荧光灯、三原色荧光灯、节能灯都有不同程度的紫外线辐射，中国医科大学皮肤病与皮肤美容研究所研究表明：在荧光灯下工作、学习一天所吸收的紫外线相当在阳光下曝晒1h。紫外线辐射会直接破坏人体免疫系统，杀伤白细胞，损害核酸与蛋白质的化学键，引起遗传基因（DNA）变异。
无论是白炽灯，还是荧光灯均存在一定量的紫外线辐射，而LED光源，即使是接近紫外线的蓝色LED光谱也不含紫外线辐射能量，均在可见光范围，红色、绿色LED光源不含紫外线辐射能量。
（3）无电磁辐射
荧光灯、三原色荧光灯、节能灯均工作在高频高压状态，都不可避免地带来不同程度的电磁辐射。而LED光源在直流、低压状态下工作，无电磁辐射。据英国剑桥大学医学研究中心、国际照明委员会维也纳总部研究表明：电磁辐射可能导致心悸、失眠、白细胞减少、记忆力减退，使心血系统、神经系统受损，而且电磁辐射伤害是累积的。
（4）光的色温应贴近自然光
色温是用温度表示光颜色的一种量化指标，因为人们长期在自然光下生活，人眼对自然光适应性强，视觉效果好。试验证明自然光条件下的视觉对比灵敏度高于人工光5%～20%。LED光源的颜色可以自由选择，一般白光LED色温在2500～8000K范围内可以自由调节，相对卤素灯、钠灯等光源只能发出金白色或琥珀色的光，更具有优势。
此外，相对于荧光灯、高压钠灯、金卤灯等传统光源，LED还具有体积小、发热量低、稳定可靠、无污染、光衰减小、使用寿命长、开闭电路对寿命无影响、易于实现调光等优点。最重要的是，LED作为21世纪的新兴光源具有很大的发展潜力，其各项参数都拥有很大的上升空间。LED光源在不久的将来，包括光效在内的各项参数，都可以全面超过其他传统光源。