81、探秘自然光：特性、模拟与应用

探秘自然光：特性、模拟与应用

1. 自然光的感知与光谱基础

自然光的特性很容易被察觉，比如低角度太阳发出的暖光，以及没有阳光照射的房间里的冷光。通常朝南的房间会被普遍认为“温暖”，朝北的房间则被认为“凉爽”，在高纬度地区，如斯堪的纳维亚国家，这种感觉尤为明显。设计师有时会通过选择暖色调的涂料或装饰来中和朝北房间给人的寒冷感，但目前缺乏基于实证的系统方法将这些考虑应用到空间色彩设计中。

描述不同类型的自然光，使用光谱功率分布（SPD）往往比色度坐标更简单且更具启发性。近年来，可变透射玻璃技术的进步以及对自然光非视觉效应的理解，都表明在这些领域的研究中，更需要关注自然光的SPD而非色度坐标。

2. 标准太阳光谱

可见光只是自然光辐射总能量的一部分，其完整光谱范围约为300 - 4000纳米，涵盖近紫外线到远红外线（这两者人眼不可见）。太阳辐射到达地球大气层之前的部分称为地外辐射，它近似于温度为5800K的黑体辐射器，在长红外波段有一个逐渐减小到零的大“尾巴”，可见光光谱有输出峰值，在紫外线波长处有陡峭的截止。

太阳光在大气中被空气、水蒸气、灰尘等散射，使得天空看起来像一个自发光的半球形光源。太阳光通常被称为直射光，因为它似乎来自一个小光源，可以投射出清晰的阴影；而天空是一个扩展的照明源，只能投射出柔和的阴影，因此天光通常被称为漫射光。在可见光谱中，较短波长（即“蓝色”）的光比其他颜色的光更容易被散射。所以在晴朗的日子里，天空呈现蓝色，而太阳看起来是黄色的。随着太阳在天空中的角度降低，太阳光在大气中传播的距离增加，更多的蓝色（和绿色）波长的光被散射掉，太阳在日落时会逐渐呈现出黄色、橙色，最后变成红色。

3. 标准日光照明