日光光谱与大气衰减影响下的建筑色彩控制研究

建筑色彩设计包含有社会人文及科学技术两方面内容，长期以来建筑色彩设计多是从人文、审美等方面进行的定性分析，忽视了科学的定量研究。建筑色彩是从色彩意向、数字色彩、材料色彩到空间色彩完成的。建筑色彩是在自然空间中呈现出来，要受到日光、大气等诸多因素影响，研究其影响是不可缺少的科学技术基础。. 课题拟将建筑师的定性色彩转换为定量数据，通过计算机数字色彩、人工神经网络算法，建立色彩设计模型，在空间色彩方面通过不同天空亮度、大气透明度条件下，分析大气衰减和日光光谱功率分布等对色度测量的影响，寻找合适的色度参数修正函数，建立光气候下的色度学函数模型；对常见建筑饰面材料进行光谱和色度测量实验，在不同光线观测条件下研究材料光反射特性及色度数据，提出定量研究建筑色彩的科学方法，确定建筑色彩的控制指标，完善建筑色彩控制理论，为建筑色彩设计提供科学的方法，具有很强的社会实用性。

本项目的研究完成了预期目标。通过计算机人工神经网络技术，选用了普遍获得成功的三层 BP 网络作为基本结构形式，将日光光谱影响、日光色温、大气衰减、材料光反射特性、光泽度、反射系数等定量数据进行统一分析，确定了建筑色彩定量计算的控制指标和计算模型，开发了“建筑色彩定量计算”程序和“建筑色彩设计”计算机软件。在对空间颜色的衰减理论，包括大气衰减的朗伯定律、粒子散射原理等进行分析的基础上，在不同大气能见度、不同观测距离条件下对建筑色彩的衰减规律进行了实验研究，总结出了大气对城市空间中建筑色彩的衰减规律，确定了不同观测距离条件下大气衰减色度修正函数。在对典型日光及相关理论进行分析的基础上，对不同标准照明体下色样色差进行了实验研究，得到不同标准照明体与D65下的色度差异；对不同天气和受光条件下色样色差进行了实验研究，分析了晴天日光照度、亮度及色温的变化规律，得到了晴天受光、晴天背光、晴天阴影下和阴天与CIE标准照明体D65下的色度差异；对我国I~V类光气候分区的昆明、西宁、北京、深圳、南京、南昌、重庆7个代表性城市一天中的日光光谱进行跟踪测试，分析不同光气候分区日光光谱功率分布特性以及日光色温对建筑色彩的影响，得到了色温差与|Δa*|、|Δb*|和总色差的函数关系。根据我国I~V类光气候分区和城市地理分布（东南西北及中部）选取了昆明、西宁、北京、深圳、南京、南昌、重庆7个代表性城市和西安、广州、上海、天津、杭州、呼和浩特、贵阳、长春8个一般性城市，对其重点区域的代表建筑进行色彩调查、拍照、取样、测量、分析等工作，掌握了这些城市的建筑色彩现状及外饰面材料使用情况，为本项目的研究奠定了基础。在不同照明/观测条件下对常用建筑饰面材料进行光反射特性实验研究，得到了饰面材料光反射特性与入射/观测角度、材质、光泽度、反射系数之间的相关关系。本项目的研究为建筑色彩设计提供了科学技术基础支撑，解决了建筑色彩设计中的实际问题，具有很强的理论性与实用性。