室内环境灯光参数化设计评价分析体系建立的可行性探究

1. 参数化灯光设计流程

2. 设计概念说明

3. 方案在3DMAX 进行效果图表现

4. 导入DIALux 中进行灯光模拟

5. 最终施工灯光效果

随着软件业的快速升级换代和全新的数字模拟软件投放市场，我们的专业课教学中此方面的问题进一步凸显，主要表现在：由于课堂教学与社会需求并没有可依据的灯光设计教学软件来作为行业规定，因此，各类设计院校与设计机构在灯光设计软件使用上也五花八门，各行其是。同时社会对灯光设计成果的需求也存在误区，主要表现在两个方面：一是片面强化设计成果中画面主观效果的呈现，进而忽视了方案的实际执行度；二是设计方案完成后，无法实现有效的评测，造成提交的原始灯光设计方案的效果无法实现，进而需要二次设计，增加了设计的成本。
对应以上两点，本文尝试在灯光设计教学中，有效地利用灯光设计数字化软件平台突破商业空间环境中灯光设计教学瓶颈；同时，充分利用灯光设计软件平台中的各种数字化参数，收集整理国内照明器材供应商生产的各类上市产品的物理参数。然后将两项数字内容融为一体，导入空间环境灯光设计的课堂中，以此为基础整理出一条从理念、成果到测评的完整教学环节。进而使课堂教学成为主体，依靠实际个案为对象，使学生能够在未来灯光设计的数字化设计软件平台中，逐步建立一个系统的、科学的、有美学情趣的工作过程。
一、灯光参数化设计流程的背景
现有的软件平台最后成果呈现是对灯光设计方案在虚拟环境空间设计效果的渲染，对不同的光照方式、不同的色温和照度进行参数化的调试。不同的参数设定会直接关系到空间设计的最终效果。而我们的课堂教学中往往会忽视这些参数调试的客观性，甚至是过分强调最终画面呈现的主观感受。在以往的设计过程中，即使有电脑模拟效果图的表现，课堂教学在室内环境灯光设计这一步也主要依靠教师本身的经验进行预估，即使在实际个案中也主要靠设计师在实际施工现场进行试验与调整。这种方法难免造成设计方案效果图与最后实际施工出来的灯光效果相差过大，造成项目的返工与资源的浪费。
如果将一套完整的参数化灯光设计引入室内环境设计教学中，就可以从设计教育本源上避免上述问题的出现。随着计算机硬件设备运算速度迅猛的发展与购买成本的降低，就计算机硬件设备条件而言，已经可以完全满足学生在课堂教学中用计算机来进行灯光效果计算的需要。同时，随着照明实体行业的快速发展，各个灯光厂商也联合推出相关的设计软件来使灯光设计的效果更加精确，例如DIALux、WYSIWYG、VERSION、Lighting Studio等，这些软件的一大特点就是提供与现实中灯具一一对应的数字灯具供设计者在虚拟空间中进行灯光设计，通过模拟渲染检查设计的效果，及时进行修改。设计方案完成后选择与软件中对应的灯具进行施工，从而保证了施工完成后的灯光效果与数字模拟效果的高度吻合。通过课堂教学的摸索，我们提出了以下流程，如图1。
二、如何进行参数化灯光设计
室内环境设计课堂教学中，灯光设计方案是伴随着设计方案的深入，一步步深化的：从最初概念需要的灯光感觉，到最后的对每一个灯具的位置与角度进行调整。以往课堂教学都是教师根据灯光知识与项目经验进行配灯，在具体灯光阶段通常包括初步设计和施工图两个阶段，有的还增加技术设计阶段。[1] 但有了灯光软件后，其流程就产生了一定的变化。下面我们结合课堂教学中实现的一个商业竞赛项目来验证室内空间参数化灯光设计流程的可行性。
1. 方案构思
在此阶段，设计方案的效果还是学生头脑中的一种想象愿景，此时一般会选择类比的方法进行辅助呈现：选择以前已经竣工的类似案例照片或者类似效果的意向图片。灯光效果在此时也是一个大的感受性描述。
由于竞赛项目是一个不大的公共室内空间。该空间咖啡馆的功能特性决定了灯光的风格与范围，照度一般控制在100lx左右。又由于该咖啡馆设计定位是面向年轻人，室内风格轻松阳光，所以室内照度就定在120lx 偏亮的范围，色温偏暖。在确定方向范围后，需要对设计概念的可行性进行技术验证。虽然这一步内容不和灯具直接接触，但是概念的可行性却直接决定后续深化的方向，从而也就决定了灯光设计的方案。该室内设计在概念阶段有“入画”与“里巷”两个主题方向。“入画”主题方案虽然效果好，但是需要制作的家具难度与成本非常大；“里巷”方案在保证效果的前提下，施工方法都是当下较为成熟的工艺，便于控制把控质量。所以综合考虑之后，用了第二个方案。
2. 方案设计
进入方案设计阶段，所有布局与造型都要细化。在所有硬装结构基本确定后，就可以根据平面与模型进行具体的灯光设计。室内灯光处理分为：背景照明、重点照明、装饰性照明；照明手段上又分为直接照明与间接照明。灯光没有必要总是隐藏地安装在天花板上或者是悬挂在房顶，要充分利用墙壁、地板甚至家具上放置灯具。可以将灯光设计在房顶，墙壁的高、中、低处，或者隐藏在地板上和踢脚线上。[2]
该方案的概念是以若干个小房子为主线，看似随意的布置在空间中，从而完成对空间的分区。同时在空间与小房子之间形成了很多夹缝空间，这些夹缝人无法进入，家具也不能放入，但却成为背景灯光的放置处，使背景灯光与装饰性灯光融为一体，见光不见灯，在塑造出空间结构感的同时，也完成了背景照明的任务。重点照明对咖啡馆中所有重要元素：吧台、书架、卡座、装饰树灯进行强调，让整体空间的视觉效果更加有层次。该方案面积虽小，照明设计复杂，运用到建筑照明的相关知识，这就需要软件进行模拟。此时的灯光是学生预想方案的灯光效果，一方面作为对课程阶段性的汇报文件，一方面也作为下一步灯光参数化设计的参考。
3. 灯光软件模拟
在经过确认后，进行方案的深化，对每一个设计节点进行推敲。对方案所用到的材质进行取样确定，制作出材料板，最终确认效果。需要说明的是，虽然灯光设计的主体是灯具本身，但是整个环境的灯光效果，是与室内的材料、质感、色彩息息相关的。不同的材料因素，对灯光的反射效果都不相同。不同的材质环境下，若想要达到一样照明效果，对灯具的要求也不一样。所以在此阶段，确定空间的主要材质就至关重要。将确定的方案模型转为3DS 格式后导入专业的灯光设计软件DIALux 中。导入完成检查无误后，将方案所用到材质参数指定给软件中的方案模型，完成基础环境的设置。
根据之前的效果图，选用雷士的参数灯光对软件中的模型进行布光。通过对灯的瓦数、数量、色温与方向的选择与修改，渲染后模拟出最接近于电脑效果图的灯光效果图。通过软件导出灯光分析报告，找出照明不够完善的地方再进行修改与完善。确定后导出灯光设计报告。而后根据灯具列表，进行灯具的购买。
4. 现场布光
在施工现场完成基础装修后，进行灯具的安装。完成后，用照度仪进行各个位置的灯光照度测量，按照国家标准GB5700-1985《室内照明设计方法》的规定，室内照明宜采用精度为二级以上的照度计（指针式或者数字式），以确保空间中各个位置的照度达到灯光方案的设计要求。根据测量效果再次对灯光进行微调。
整个灯光设计过程中，经过了方案设计、效果图展示、DIALux 模拟、现场实施、现场测量验证、现场调整六个阶段，使灯光设计的实际效果尽可能接近于软件模拟效果，并通过仪器设备进一步检验结果。通过1 ∶ 1 的数字模型，借助不同的设计模拟软件与测量工具，让电脑资源与实际效果之间建立起一条可延续性的纽带，降低了灯光效果与设计方案不符的风险，减少了建设资源与电脑资源的浪费。
结语
有鉴于上述参数化灯光设计流程的描述，通过我们的课堂教学实践，我们得出以下结论：
1. 系统化、科学化的设计成果呈现
以往的室内环境设计课堂教学中，片面追求画面效果呈现的弊端已修正。由于参数化灯光设计流程的导入，使学生能够从导入环节中体会到未来职业设计师工作过程中的客观性和严谨性，最大程度上改变学生在利用计算机软件平台实现数字虚拟效果呈现时的随意性。
2. 反哺灯光产品生产企业
随着室内环境设计课堂教学的深入，让学生将自觉的设计行为转化为未来室内环境设计市场必备的灯光设计验证成果条件。在此基础上，最大程度地减少社会资源成本的浪费，并且能逐步形成对室内环境设计中最为重要的灯光设计重大项目的客观评测。
3. 实现室内环境设计课堂教学中灯光设计环节的科学延展
参数化灯光设计流程的导入，使得室内环境设计成果的客观呈现成为可能。未来也为人的主观感受评测提供了准确的数字化虚拟评测基础。课堂环节可以结合视觉分析设备——眼动仪，完成室内环境设计成果的视觉游动中关注区域的变化过程和关注强度分析，真正实现学生由主观设计行为到客观验证过程中，室内环境设计水平的全面提升。

注释：
[1] 北京照明学会照明设计专业委员会：《照明设计手册》，中国电力出版社，北京，2006，第8-9 页。
[2]（美）露西•马丁：《室内设计师专用灯光设计手册》，唐强译，上海人民美术出版社，2012，第28-29 页。