Wpływ kierunku oświetlenia na odbiór plastyki dzieła architektonicznego

Z E S Z Y T Y N A U K O W E PO LITE C H N IK I ŚLĄ SK IEJ Seria: G E O M E T R IA I G R A FIK A z. 3

2000 N r kol. 1453

M ałgorzata R O G IŃ SK A -N IE SŁU C H O W SK A Z akład T ech n ik W izualnych, Politechnika G dańska 80-952 G dańsk, ul. N arutow icza 11/12

tel. (058)3471520

WPŁYW KIERUNKU OŚWIETLENIA NA ODBIÓR PLASTYKI DZIEŁA ARCHITEKTONICZNEGO

S tre sz c z e n ie . P lastykę bryły architektonicznej i detalu m ożna w ydobyć za p om ocą św iatła, barw y i faktury. C zynniki te w ystępują rów nocześnie, je d n a k ich rola m oże być różna. Z w ykle najw iększy w pływ na plastykę kom pozycji architektonicznej m a ośw ietlenie, które m oże silnie podkreślać form ę bryły oraz detal. K ażda kom pozycja architektoniczna zm ienia sw ój układ cieni na elew acji. W arto w ięc, przy projektow aniu, uw zględnić w pływ ośw ietlenia, aby nie dopuścić do pow stania przypadkow ych efektów , które m ogą przekształcić oczekiw any w yraz plastyczny dzieła i obniżyć je g o w artość.

D la ilustracji opisyw anego problem u przyjęto p ew n ą u m o w n ą bry łę budynku. Posługując się sy m u lacją kom puterow ą, przedstaw iono w idoki elew acji frontow ej ośw ietlonej z różnych kierunków . S ym ulacje ilustrują odbiór plastyczny całości kom pozycji w zależności od rodzaju ośw ietlenia oraz po zw alają ocenić, które z poszczególnych elem entów b ry ły i detalu zostały trafnie zastosow ane przy danym ośw ietleniu.

W celu ustalenia w łaściw ych form bryły i detalu dla określonej lokalizacji, a także dla kierunków i godzin najw iększego nasilenia oglądania, należy zbadać najpierw w arunki nasłonecznienia badanego terenu. Posługując się sym ulacją kom puterow ą przy projektow aniu kom pozycji architektonicznej, m ożna spraw dzić i skorygow ać efekt plastyczny projektow anej bryły i detalu w ośw ietleniu uw arunkow anym konkretną lokalizacją.

E F F E C T O F S U N L IG H T O N T H E P E R C E P T IO N O F A R C H IT E C T U R A L W O R K

S u m m a ry . The expression o f architectural w ork is transform ed by sunlight. Som etim es- incidental artefactual transform ations m ay reduce the value o f the com position.

The architectural m ass, presented at the session, containing elem ents characteristic for different types o f com positions, w as designed to illustrate problem s m entioned above.

C om puter sim ulation w as used to produce a num ber o f elevation view s illum inated from various directions to evaluate w hich particular elem ents o f the architectural structure were accurately fitted to the given conditions o f light. The em ployed m ethod o f com puter sim ulation provides a pow erful tool in architectural design and solves the problem s related to different light conditions m uch easier.

D la w ydobycia plastyki projektow anej bryły architektonicznej i detalu architekci m ają do dyspozycji św iatło, barw ę i fakturą. Te trzy czynniki odbierane są rów nocześnie, jed n ak ich rola m oże być różna. Św iatło je s t tym czynnikiem , który szczególnie w dni słoneczne ma zw ykle duży w pływ na plastykę kom pozycji architektonicznej. M im o że w naszych w arunkach klim atycznych je s t stosunkow o niew iele godzin słonecznych, je d n a k najdłużej i najchętniej architektura je s t oglądana w łaśnie w tedy. Za p o m o cą św iatła m ożna silnie podkreślić form ę bryły oraz detal. W sytuacjach jeg o niedoboru w celu podkreślenia plastyki kom pozycji w prow adza się kolor i zróżnicow aną fakturę.

K ażda kom pozycja architektoniczna zm ienia swój w yraz plastyczny w zależności od w arunków ośw ietlenia. Z m iana kierunku św iatła zm ienia układ cieni na elew acji. W arto więc przy projektow aniu uw zględnić w pływ ośw ietlenia, aby nie dopuścić do pow stania przypadkow ych efektów , które m ogą przekształcić oczekiw any w yraz plastyczny dzieła i obniżyć je g o w artość. M ieczysław Tw arow ski w książce pt. „Słońce w architekturze” , która do dziś je s t podstaw ow ym źródłem praktycznej w iedzy o w ykorzystaniu św iatła słonecznego w kształtow aniu bryły, w nętrz oraz otoczenia budynku, podkreśla, że „zasadnicza czynność projektanta polega na dostosow aniu kom pozycji architektonicznej do ustalonych kierunków ośw ietlenia (...) poprzez w ybór w łaściw ych form bryły i detalu” . W arunki ośw ietlenia dla konkretnego usytuow ania budynku określam y na podstaw ie analizy kątow ej drogi słońca dla poszczególnych elew acji, ustalonych głów nych kierunków patrzenia oraz godzin najw iększego nasilenia oglądania.

R y s .la . G ran ice kąto w e d la ró żn y ch ro d zajó w ośw ietlenia F ig .la . A n g le liraits o f d ifferen t k inds o f lighting

c) ośw ietlenie tylno-boczne (obejm uje drogę źródła św iatła w granicach kątow ych od 0° do 30° w rzucie na płaszczyzną p oziom ą po przeciw nej stronie osi podłużnej elew acji),

d) ośw ietlenie tylne (zaw iera w szystkie pozostałe kąty).

T w arow skt określa rów nież trzy rodzaje kom pozycji architektonicznych, uw arunko­

w anych kierunkiem ośw ietlenia elewacji:

1) kom pozycje dostosow ane do ośw ietlenia przednio-bocznego, 2) kom pozycje dostosow ane do ośw ietlenia prom ieniam i czołow ym i, 3) kom pozycje dostosow ane do ośw ietlenia prom ieniam i padającym i od tyłu.

W celu zilustrow ania znaczenia odpow iedniego kształtow ania bryły i detalu w zależności od kierunku ośw ietlenia oraz uzyskania korzystnych efektów plastycznych posłużono się sym ulacją kom puterow ą. Przyjęto pew ną u m ow ną bryłę budynku zło żo n ą z elem entów

T w arow ski w yróżnia cztery rodzaje ośw ietlenia elew acji ze w zględu na kąt, ja k i tw orzą prom ienie słoneczne z o sią podłużną elew acji w płaszczyźnie poziom ej:

a) ośw ietlenie przednio-boczne (obejm uje drogę źródła św iatła w granicach kątow ych od 0° do 30° w rzucie na płaszczyzną poziom ą), b) ośw ietlenie czołow e (obejm uje drogę źródła św iatła w granicach kątow ych ± 60° od osi poprzecznej elew acji w rzucie na płaszczyznę poziom ą),

W p ł y w k ie r u n k u o ś w ie tle n ia 119

zalecanych dla różnych rodzajów kom pozycji. Zaw iera ona zarów no drobne elem enty detalu korzystne dla kom pozycji dostosow anych do ośw ietlenia przednio-bocznego, ja k rów nież silnie w ysunięte fragm enty bryły w łaściw e dla ośw ietlenia czołow ego, a także prześw ity i elem enty ażurow e charakterystyczne dla ośw ietlenia tylnego i tylno-bocznego. Sym ulacja ta m a na celu ukazanie efektów plastycznych św iatłocienia na elew acji frontow ej, w ynikających z różnego usytuow ania bryły w zględem kierunku św iatła. D o analizy przyjęto ośw ietlenie św iatłem słonecznym w dniach rów nonocy w iosenno-jesiennej (21 III, 21 IX ) dla szerokości geograficznej W arszaw y (52,2° szer. geogr. północnej). Z ałożono, że najw iększe nasilenie oglądania przypada na godziny południow e, gdy kąt padania prom ieni słonecznych w płaszczyźnie pionow ej w ynosi około 38°. A by w yelim inow ać w pływ pozostałych czynników uplastyczniających w prow adzono dla w szystkich elem entów bryły i detalu m ateriały zbliżone b arw ą i fakturą. Przyjęto barw ę b ia łą w celu uw ypuklenia kontrastow ości cieni. G łów ny k ierunek patrzenia obrano w zdłuż głów nego dojścia do budynku pokryw ającego się z osią p o p rzeczn ą bryły. W ybrano w idok elew acji frontow ej w perspektyw ie zbliżonej do czołowej w odległości około 4 m etrów od obiektu z horyzontem na wys. 170 cm.

P ;$2r' ■

■■ ■

r.'Z<

p p i

.

■ ' - ' i l l w ' -

V» ■

.

i

■

i

8AS?

ttirp HHH

v <

K ąt a~:

I'!

kąt a - JO

v»-

P P~r«î>$ Î& Y§

m

i i ; }T T - ' 'ą .

I I Q u . ■ Ï

•' . V - ,u-

4> ' £ $ Ë i #

K ą t u — 15°

. ■

"f » *'v ' *' ¿ •»' . :

; '4V-: ■

% sśśiiTi I lp p * I À.'!*

kąt a™20

I

R y s.l. U kład c ien i n a elew acji p izy o św ietlen iu p rzed m o -b o czn y m Fig. I. S tru ctu re o f elev atio n sh ad o w s in fro n t-sid e lighting

D la ośw ietlenia przednio-bocznego przyjęto w płaszczyźnie poziom ej kąty nachylenia (a ) kierunku św iatła do osi podłużnej budynku rów ne kolejno 5, 10, 15 i 20 stopni (ry s.l). Efekt św iatłocienia spow odow ał bardzo silne podkreślenie drobnych elem entów bryły i detalu

(zw łaszcza dla najm niejszych kątów padania prom ieni słonecznych). Środkow y, m ocno w ysunięty, elem ent bryły spow odow ał natom iast silne zacienienie części elew acji. U zyskano rów nież efekt poszerzenia cieni pochodzących od kolum nady.

j l l M r

I X Ê S É m .

R ys.2. U k ła d c ien i na elew acji przy ośw ietlen iu czołow ym Fig.2. S tru ctu re o f e le v atio n sh ad o w s in fro n t lighting

W p ł y w k ie r u n k u o ś w ie tle n ia 121

Przy ośw ietleniu czołow ym w prow adzono następujące kąty nachylenia kierunku św iatła do osi podłużnej budynku: 35, 45, 55, 65, 75 i 90 stopni (rys.2). O trzym ano bardzo słaby efekt uplastycznienia elew acji dla kątów bliskich 90°. D la pozostałych kątów , w w iększości przypadków , nie zostały w ydobyte drobniejsze elem enty detalu. N ato m iast w obu przypadkach m ocno podkreślone zostały elem enty poziom e i ukośne. Jeszcze w yraźniejsze podkreślenie m ożna uzyskać przy w iększych kątach padania prom ieni słonecznych, czyli w m iesiącach letnich.

kąt a= 7 08

Rys.3 U k iad cieni n a elew acji p rzy o św ietlen iu tylnym i ty ln o -b o czn y m Fig.3. S tru ctu re o f e lev atio n sh ad o w s in rear lighting

P rom ienie padające od tyłu ustaw iono pod kątem 15, 25, 45 i 60 stopni do osi podłużnej b udynku (rys.3). Przy tego typu ośw ietleniu korzystnie w y g ląd ają elem enty ażurow e oraz prześw ity. N ajlepsze efekty uzyskano dla ośw ietlenia tylno-bocznego, gdy podśw ietlone zostały w szystkie elem enty ażurow e - w ieńczące szczyt, w y stającą część śro d k o w ą budynku oraz ustaw ione p rzed elew acją.

Z a p o m o cą sym ulacji kom puterow ej przedstaw iono g rę św iatłocienia na elew acji frontow ej budynku, ustaw ionej pod zm ieniającym się kątem w stosunku do kierunku światła.

Ilustracje u k a z u ją odbiór plastyczny całości kom pozycji w zależności od rodzaju ośw ietlenia oraz po zw alają ocenić, które z poszczególnych elem entów bryły i detalu zostały trafnie zastosow ane przy danym ośw ietleniu. Program y kom puterow e p o zw alają ustaw ić kierunek św iatła w zględem budynku posługując się kątem nachylenia kierunku św iatła do osi podłużnej elew acji w płaszczyźnie poziom ej (tzw. azym ut) oraz kątem padania prom ieni

słonecznych (w ysokość Słońca). Specjalistyczne program y kom puterow e przeznaczone do w izualizacji przestrzennej, m iędzy innym i 3D Studio VIZ, 3D Studio M A X oraz A ccurender (nakładka na A utoC A D -a), pozw alają także stw orzyć anim acje sym ulujące zm ianę układu cieni na elew acji na skutek ruchu dobow ego Słońca. Zaznaczając punkt na m apie lub w ybierając k o n k retn ą m iejscow ość określam y szerokość geograficzną, d la której program oblicza kąty nachylenia prom ieni słonecznych na podstaw ie podanego m iesiąca, dnia i

m i s m m Godz. 12""

G o d ? . 16 '

R ys.4. Z m ian y u k ład u cieni na elew acji n a sk u tek ruchu dob o w eg o Słońca Fig.4. C h an g es o f elev atio n sh ad o w s d ue to ap p aren t daily s u n ’s m o vem ent

W p ł y w k ie r u n k u o ś w ie tle n ia 123

godziny oraz strefy czasow ej. R ysunek nr 4 przedstaw ia zm iany układu cieni na przyjętej elew acji w dniu 21 m arca lub 21 w rześnia w godzinach od 800 do 1800, co dw ie godziny.

L okalizacja dotyczy W arszaw y. Przyjęto orientację północ-południe zgodnie z kierunkiem osi poprzecznej budynku.

Posługując się kom puterow ą w izualizacją przestrzenną przy projektow aniu form y architektonicznej i detalu m ożna łatw o spraw dzić efekt plastyczny w w arunkach naturalnego ośw ietlenia dla konkretnej lokalizacji, orientacji i godzin oglądania. P ozw ala to skorygow ać niepożądane efekty w każdej fazie projektow ania i pom aga w osiągnięciu oczekiw anych efektów plastycznych. C oraz doskonalsze program y kom puterow e, przeznaczone do w ykonyw ania w izualizacji przestrzennych w w arunkach sztucznego i naturalnego ośw ietlenia, p o trafią uw zględniać w pływ otoczenia, w łaściw ości fizyczne użytych m ateriałów , odbicie i rozproszenie św iatła, po rę dnia i zjaw iska atm osferyczne, tw orząc coraz bardziej realistyczne obrazy.

Tego ty p u proste przykłady w izualizacji przestrzennej w w arunkach naturalnego ośw ietlenia m o g ą być w ykonyw ane przez studentów na ćw iczeniach, np. na podstaw ie w łasnych projektów sem estralnych. P o m o g ą przybliżyć im problem w pływ u ośw ietlenia prom ieniam i słonecznym i na odbiór plastyki projektow anej bryły.

L IT ER A T U R A

1. T w arow ski M.: Słońce w architekturze. W yd. 4. „A rkady”, W arszaw a 1996 2. Pikoń A.: A utoC A D 14. H ELIO N , K raków 1998

3. Folej J.D ., v an D am A., Feiner S.K .,H ughes J.F., Phillips R.L.: W prow adzenie do grafiki kom puterow ej. W ydaw nictw a N aukow o-T echniczne, W arszaw a 1995

4. W einm ann E, Lourekas P.: Photoshop 3. H ELIO N , G liw ice 1997

5. D uch W .: Fascynujący św iat kom puterów . W ydaw nictw o N akom , P oznań 1997

R ecenzent: D r Edw in K oźniew ski Politechnika B iałostocka

A b s tr a c t

L ight, color and facture m ay draw out plasticity o f the w hole architectural form and its details. A lthough all these factors appear together, they m ay affect perception in different way depending on p articular co lo r and facture schem e and intensity o f light. L ight, a m ajo r factor influencing plasticity o f the com position, is often used to u nderline its shape. Each architectonic com position constitutes a specific arrangem ent o f shadow s and light depending on sunshine. T he expression o f architectural w ork is transform ed by sunlight and som etim es- incidental artefactual transform ations m ay reduce the value o f the com position.

In order to design m ost appropriate form o f architectural form and its details to fit the previously established localization as w ell as directions and the daytim e o f the highest intensity o f seeing, conditions o f sunshine should be carefully evaluated and resum ed. Three basic types o f architectural com positions m ay be distinguished depending on the direction o f light: com positions adjusted to front, side-front and rear light.

The architectural m ass, presented at the session, containing elem ents characteristic for d ifferent types o f com positions, w as designed to illustrate problem s m entioned above.

C om puter sim ulation w as used to produce a num ber o f elevation view s illum inated from various directions to evaluate w hich particular elem ents o f the architectural structure were accurately fitted to the given conditions o f light. The em ployed m ethod o f com puter sim ulation provides a pow erful tool in architectural design and solves the problem s related to different light conditions m uch easier.