4.4.1 視覺特性
本文敘述的是視覺與視覺環境的交互作用。嚴格來說，視覺也是一種視覺知覺活動，即視覺是各種環境因子對視感官的刺激作用所表現的視知覺效應。
1.光知覺特性
光是人們認識世界一切物體的媒介，是視覺的物質基礎。光的本質是電磁波，可見光譜是400-760nm，即紅外線至紫外線之間的光譜，眼睛對此範圍內的光譜反應最有效。人對光的刺激反應表現為分辨能力、適應性、敏感程度、可見範圍、變化反應和立體感等一係列光覺特性。
2.顏色知覺特性
顏色的本質同光一樣是不同頻率的電磁波，各種顏色的波長也在可見光的光譜範圍內。人對顏色的反應表現在顏色的色調、明度和飽和度及其心理表現等基本特性的知覺。
3.形狀知覺特性
由於光對物體各部分的作用不同，便產生了人對物體形狀的圖形知覺。故形狀知覺特性表現為人對圖形和背景，良好形態和空間形象的認識。
4.質地知覺特性
由於光對物體表現作用的差異，物體表麵質地也就呈現出來。人對物體表麵質地的感覺，即質感，表現為光潔程度、堅硬或柔軟度等。
5.空間知覺特性
人在空間視覺中依靠多種客觀條件和機體內部條件來判斷物體的空間位置，從而產生空間知覺。空間知覺特性表現為人對空間的開放性、封閉性等的認識。
6.時間知覺特性
由於光對物體和環境作用的強度和時間長短的不同，人對環境的適應和辨別率也不一樣，這就是視覺的時間特性。
7.恒常特性
人對固定物體的形狀、大小、質地、顏色、空間等特性的認識，不因時間和空間的變化而變化，這就是視覺的恒常性。
由於環境因子刺激量和人的接受水平的差異，故同一環境給每個人的反應是各不相同的。在眾多因子中，光和顏色對環境氛圍的影響最大。
4.4.2 眼睛的構造
眼睛由眼球、眼眶、結膜、淚器、眼外肌等組成。每隻眼球直徑約25mm，重約7g。前麵是角膜，其餘部分包以粗糙而多纖維的鞏膜，藉以保護眼睛不受損傷並維持其形狀不變。中間層是黑色物質的脈絡膜並富有血管。視網膜是薄而纖細的內膜，由光感受器和一種精致而相互連接的神經組織網絡組成。
眼睛類似一架照相機，來自視野的光線由眼睛聚焦，在眼睛後麵的視網膜上形成一個相當準確的視野的倒像。這種光學效應絕大部分來源於角膜的曲度，對遠處和近處物體焦點做細微調整則依靠改變晶狀體來實現。在晶狀體兩側的前房和後房裏充滿著透明物質。虹膜是色素沉著的結構，它的中心開孔就是瞳孔，能以類似照相機改變光圈的方式縮小和擴大。
外界物體發出和反射的光線從眼睛的角膜、瞳孔進入眼球，穿過如放大鏡的晶狀體，使光線聚集在眼底的視網膜上，形成物體的像。圖像刺激視網膜上的感光細胞，產生神經衝動，沿著視神經傳到大腦的神經中樞，在那裏進行分析和整理，產生具有形態、大小、明暗、色彩和運動的視覺。
4.4.3 光線與視覺
1.人與光線
有了光線才有了人類，才有了世界，人類離不開光線。對光的知覺，是人類感受器官最樸素、最基本的功能。
（1）光線的作用。眾所周知，太陽光線不僅具有生物學及化學作用，同時對於人類生活和健康也具有重要意義。利用光線造福人類，防止光線的傷害是人類的本能和智慧。
直射的陽光對人們居住的房間具有殺菌作用，利用陽光甚至可以治療某些疾病。陽光中的紅外線具有大量的輻射熱，在冬天可借此提高室溫。同時，光能改變周圍環境，利用光線可以創造豐富的藝術效果。
（2）光線的負麵傷害。光線也有許多不利的地方。長期在陽光下工作會容易疲勞；過多的紫外線照射容易使皮膚發生病變；過多的直射陽光在夏季會使室內產生過熱現象；不合理的光照，會使工作麵產生炫目反應，甚至傷害視力。因此要合理利用陽光，科學地進行采光和照明設計，以保證人體健康，創造舒適的室內環境。
（3）室內光的利用和遮擋。利用直射陽光照亮室內環境、製造室內環境氣氛，提高衛生水平，要保證建築的合理間距，選擇好采光口。
利用直射陽光進行日光浴、治療疾病也要選擇采光方向和采光口位置及建築保溫。
采用人工照明照亮室內環境、製造室內環境氣氛要選擇合理的光源及正確的照明設計。
防止夏季過多的直射陽光進入室內需要進行建築遮陽、建築隔熱。
2.視覺機能
根據視覺係統和視覺刺激的特點，視覺機能表現在以下幾個方麵：
（1）視力。視力是眼睛測小物體和分辨細節的能力。它隨被觀察物體的大小、光譜、相對亮度和觀察時間的不同而變化。
視力與人的視覺生理有著密切關係，並隨年齡的增長而改變。視力在眼球的分布是不均勻的，眼球不動能看到最鮮明的影像範圍約為2°左右，這個範圍的視覺稱為中心視覺。它的外側模糊視角稱為周邊視覺。由於中心區的視網膜上遍布著錐狀體，所以偏離中心視力就下降；而暗處視力偏離中心5°左右為最高，這對人的夜間活動十分重要。
影響視力最明顯的因素是光的亮度，視力與亮度成正比。背景越亮，視力的清晰度越高，並且有一個上限和下限。亮度的實質是被照物體表麵的光輻射能量。視網膜上的感光細胞對不同亮度的敏感度是不一樣的，隻有達到一定亮度時才能發揮作用。同時由於眼的調節，具備收縮和放大作用，故其變化也有一定的範圍。
視力與人類種族關係不大，同年齡關係比較密切，室內設計時，對老年人的視覺環境要保證足夠的亮度。而亮度不僅同光源的發光強度和被照物的方位有關，而且同周圍環境的亮度有關，同樣的室內環境，白天由於自然光的作用，室內的照明要比晚間同樣的光強顯得暗。
（2）適應。人的感覺器官在外界條件刺激下，由於生理機製會使感受性發生變化。它既能免受過強刺激的損害，又能對弱刺激具有敏感的反應能力，還可以同時對幾個刺激進行比較。這種感覺器官感受性變化的過程及其變化達到的狀態就叫適應。
眼睛向暗處的適應叫暗適應，向亮處的適應叫亮適應或明適應。另外有研究者認為，在暗視和明視之間還存在間視，即間適應。
當人們由暗處進入亮處，瞳孔開始縮小，遇到亮度為1000asb的光，瞳孔由黑暗時的8mm可縮小到3mm；再遇到黑暗時，瞳孔又擴大。從亮到暗，適應時間長達10多分鍾，而從暗處進入亮處，適應時間約為1分鍾就可完成。
人的明暗適應的視覺特性對室內設計影響較大。如地道的出入口，經常采用在近入口的亮處設置日光燈照明係統，在地道暗處采用白熾燈照明，使人適應環境的變化。在大型商場、電影院和大展廳的入口處，同樣會出現這樣的情況，需要采用混合照明。對照明係統應采用分路開關、調光裝置或多級鎮流器來控製照明水平，以便適應在白晝和夜晚人對照明係統的適應要求，提高視覺環境的質量。
（3）視敏度。眼睛所能夠感覺到的光波長約在380-780nm，在此限以下的紫外線，再此限以上的紅外線都不能感覺到。在可見光的範圍內，眼睛對各種波長的光具有不同的感受性。
眼睛對某波長的光的敏感程度稱為視敏度。根據國際照明委員會（CIE）的規定，最高視敏度為1，其他各波長的相對視敏度，稱為比視敏度。
視網膜的感光細胞錐狀體和棒狀體對不同光波的感受性不同。從圖中可以看出，錐狀體在555nm處的閾值，即感覺的最小能量。因此，在明亮處，眼睛對波長555nm的黃綠色具有最高的感受性。圖中的另一條曲線反映出，棒狀體的閾值比錐狀體的閾值要低得多，其最小值也向左移動，並在650nm處結束，說明棒狀體對波長510nm的綠色光敏感度最大，而對650nm以上的紅光沒有感覺。在黃昏時觀察庭院裏的紅花，起初色彩鮮明，這是錐狀體的作用。天色漸暗，綠色葉子看上去很顯眼，紅花變黑，這是棒狀體的作用。使紅色敏感度下降、綠色敏感度上升的現象，稱為浦肯野氏（Purkingje）現象。
視敏度的特性對室內設計也具有很大關係。如商店櫥窗設計和室內商品陳列，對紅色之類的物品宜擱置在明亮處，或選用近似單色的照明係統，以使其鮮明。對室內景觀設計或環境氣氛的創造，其配色和照明也要考慮視敏度的特性。
對於在暗室工作的人和夜間警衛人員來說，如果突然進入明亮處，最好先帶上紅色濾色鏡，這種鏡隻能通過650nm以上的光，從而使棒狀體繼續處於暗適應狀態，以便返回暗處時摘掉眼鏡也能立即工作。
（4）視野。是指眼睛固定於一點時所能看到的範圍，若眼睛平視，視野的範圍向上約55°，向下約65°，左約60°，右約100°。東方人的視野，近似水平向的橢圓形。在中心視野部位，紅、黃、藍、綠等各色都能看清，而稍偏離中心，先是看不到紅綠色，再偏一點，色彩就分不清。這種現象表明了視網膜上各種感受體的分布情況。對明視起主要作用的錐狀體構成了“彩色片”，對暗視起作用的棒狀體構成了“黑白片”。因此，大約60°範圍以內的視野也叫主視野，位於視野的中心，分辨率較高。60°以外的視野叫餘視野，位於視野的邊緣，分辨率較低。人眼中綠、紅、黃色視野較小，而白、青色視野較大。從大到小依次的順序是：白、青、黃、紅、綠。
實際生活中，人們在廣闊的視野裏，通過視野中的水平或垂直線，看到的是一條直線，但偏離視野中心，水平和垂直線都有凹曲的現象。
人們看物體眼睛也是轉動的，故視野範圍都要比圖示大得多。中間區域為雙眼視野重疊區，兩側區域分別為左右眼單獨視野區。
視野對於操作控製及視覺空間的設計非常重要。有這樣的規則：重要的：3°以內；一般的：20°～40°以內；次要的：40°～60°。一般不在80°視野之外設置，對於視覺觀察不利的因素應盡量安排在視野之外。經驗表明，人在室內，如果各圍合空間的界麵在視野範圍內，一般情況下，室內空間感就顯得小和壓抑。反之，就顯得寬廣。
（5）閃爍。人們為了得到外界景像的正確性，眼睛就要盡快地將外界變化的映像影象在視網膜上，並將以前的映象消失，這種進光的補償時間極短，大約不到1/10s。如果超過這個界限，眼睛就會察覺光的變化。
眼睛感覺光的周期性時間變動的現象就稱為閃爍。1s閃爍60次以上的閃光眼睛是感覺不到光的變化，若1s閃爍20次就會感覺出閃光，若1s閃爍10次人就會感覺到討厭。這種感覺取決於視網膜映象的映現與消失的反複速度和光的閃熄速度之間的關係。如果後者的速度快就感覺不到閃光，如果前者速度快，就會或多或少地感覺到閃光的存在。
恰好能開始感覺到閃光時光的閃熄頻率稱為臨界融合頻率。臨界融合頻率以下的閃光，無論是閃光源還是被照射物體，都能直接地感受到閃光，這就是直接閃光效果。而對不能感覺到的快速閃光，如100或120Hz的熒光燈，可以用頻閃觀測器測得。臨界融合頻率因亮度和視網膜的部位不同而變化。一般情況下，光越高，其閃爍越明顯。偏離視網膜中心越遠則會感覺大一些，如側視光源或被照物。
閃爍現象對於室內設計，主要是選擇光源和光源照射方向的設計。要注意不要選擇閃熄頻率低的熒光燈。光的方向或被照物不要使人在側視情況下才能觀察到。如在窗口上邊布置日光燈，特別要注意避免閃爍現象的發生。
（6）視覺暫留。各種知覺都有暫留的現象，如視覺暫留、聽覺暫留、嗅覺暫留、味覺暫留、膚覺暫留等，但各種知覺暫留的時間和反應各不相同，這不僅同人感官的生理機能有關，而且同刺激物的刺激作用有關。同環境設計關係最密切的是視覺暫留。
視覺暫留是指當視覺的刺激物已停止發生作用的時候，人的視覺並不隨之立即消失，還會延宕一段時間，在刺激停止後若幹時間內所延宕的視覺，又叫視覺後像，或稱視覺餘像、視覺殘像、視殘留。通常在中等照度下視覺殘留的時間約0.1s。視覺後像有兩種：
一種是積極後像，就是在性質方麵和刺激作用未停止前的視覺基本一致的一種後像，如在燈前閉目注視燈光20s以上，然後關燈，此前的視覺並不立即消失，還會延宕一段時間。
另一種是消極後像，就是在性質方麵和刺激作用未停止前的視覺正好相反的一種後像，如用兩張四方形，在一張上麵放一張紅紙，其中刻一“十”字。我們凝視白十字約20s，然後轉視另一張白紙，就可見到一張青色四方形，稍後漸白，約20-30s消失。在陽光下，注視紅旗約20s以上，然後注視別處，也可見到青綠色現象。消極後像的色彩是原刺激物色彩的補色，如看黃色，就能看到藍色；在明度方麵正好相反，注視黑色可看到白色。
視覺暫留的現象，在視覺環境設計中早已被人們注意。如交通安全設計時，為防止路口紅燈造成駕駛員的誤視，燈頭需要加上避光罩以防陽光直射。在高速公路旁，每隔200m標注一個安全提示信號；在影片製作中，使畫麵間隔時間在0.1s以內，使畫麵被視為連續的圖形；在櫥窗、商店的出入口、室內裝修、工業造型等視覺環境設計中，也經常利用此現象，延宕積極後像時間，增強環境識別性，或根據消極後像原理是娛樂場的燈光設計，增加迷幻氣氛。
（7）眩光。眼睛遇到過強的光，整個視野會感到刺激，使眼睛不能完全發揮機能，這種現象稱為眩光。在眩光下，瞳孔會縮小以提高視野的適應亮度，當然就降低了眼睛的視敏度，或使眼球內流動的液體形成散射，就像帷幕遮住了眼界，這就妨礙了視覺。這種眩光稱為視力降低眩光，如白天眼睛正視陽光，夜間眼睛正視迎麵而來的汽車燈光，都會出現視力降低眩光。當一個很大亮度的光源懸吊在接近視線的高度上，就會感到很刺眼，這就是不舒適性眩光，它雖然不會降低視力，但感覺很不舒適，如看陽光下的積雪就會出現這種情況。對不舒適性眩光的感覺程度，黃種人和白種人是不同的。就光源的輝度來說，黃種人是白種人的兩倍，故日本人、中國人更加討厭眩光，這是由於黃種人眼睛裏的黑色素較多，吸收到眼球內更多的散射光所致。
不恰當的采光口、不合理的光亮度、不恰當的強光方向均會在室內形成眩光現象。特別是展廳的展麵設計尤其要避免眩光。對於室內光環境要保持一定的均勻度，不要出現強光的直射刺激。
（8）立體視覺。人的視網膜呈球麵狀，所獲得的外界信息也隻能是二維的映象。然而，人能夠知覺客觀物體的三維深度，這就是立體視覺。
立體視覺的產生原因有客觀環境的圖像關聯因素，也有人體的生理性關聯因素。
人體生理性關聯因素有兩眼視差、肌體調節、兩眼輻合和運動視差。兩眼視差是物體在左右眼球視網膜裏的投影呈現出稍微不同的映象。大腦的機能將兩個不同的圖像重合成一個立體圖像再現出來。
眼球的毛狀肌使晶狀體的曲率改變叫調節，而調節時的肌肉緊張感覺能判斷物像的距離。故能識別物體的立體圖像。
眼睛觀看近物時，兩眼的視線趨於向內聚合的現象稱為輻合。輻合使兩眼向內旋轉的眼肌產生緊張感覺，為判斷物體的深度提供了生理依據，因而通過大腦的作用映現出立體的物像。
單眼視覺時，觀察者在運動，視點也在變化，於是出現了連續性視差。這種單眼運動的視差經過一段時間，就使大腦對運動景象作出立體性判斷，從而感知物體的立體圖像。
立體視覺為物體的立體感知提供了理論依據。在室內景觀設計和造型設計時，既要考慮視覺圖形的客觀規律，也要考慮立體視覺的特點，以使設計更符合視覺要求。
3.視度
視度就是觀看物體清楚的程度。這個問題是天然采光及人工照明的共同基礎，也是建築光學所要解決的主要問題之一。
物體的視度與以下五個因素有關：
（1）物體的視角；
（2）物體和其背景間的亮度對比；
（3）物體的亮度；
（4）觀察者與物體的距離；
（5）觀察時間的長短。
下麵就這些因素及其在室內設計的意義加以說明：
一是，物體的視角物體在觀察者麵前所張的角α，此值近似以物體實際大小d和物體與眼睛距離L之比值求得。即：
A=d/L（rad）
如果視角采用［°］來計算，則
Α=180°/π×60d/L=3440d/L
識別物體的最小角應因人而異，但都近似某一確定的值，約為1°。這就是標準最小視角。最小視角的倒數1/mt叫視覺敏度，即前麵介紹的視敏度，其標準值為1.通常最小視角小於看清物體所需的視角。在白天的光線下，看清物體的視角約為4°～5°。如果照度小，則視角要增加。
根據看清物體的視角即可確定所設計的建築物在垂直於視線方向的必要尺度。
dmP=Lα/3440
上式是觀察者的眼睛和物體處於同一水平麵的情況，對比觀察者高的物體，在垂直方向的必要尺度dmP應按下式確定：
dmP=Lα/3440cosβ
式中β——觀察者在觀察物體的仰角。這說明高處物體應比低處大一些，以保證看清物體的細部。在室內設計時，我們經常會遇到像天花、燈具、線腳等高處細部處理，此時應考慮視角的因素。通過計算確定部件的大小，以便看清細部設計的效果。
二是，物體和背景間的亮度對比。
物體和背景間的亮度對比采用對比係數K來表明。
K值大小按下式確定：
K=（Bφ－Bθ）/Bφ
式中Bφ——背景的亮度；
Bθ——物體的亮度。
眼睛能識別物體的最小對比係數Kmin叫最小識別度，它的倒數1/Kmin叫對比敏度，表明看清物體的靈敏度。對比敏度與亮度的關係。當亮度小時，對比敏度增加很快，亮度在3-300毫熙提時對比敏度達到最大值。亮度再大會產生眩光，對比敏度開始下降。
對比敏度和觀察物體的尺度也有關係，並隨視角減小而減少。在白天照明條件下，對比係數K在0.5時，建築裝飾效果就達到了良好狀態，可清晰看到物體的細部。
三是，物體的亮度。物體上的亮度與物體表麵材料的反光性質和表麵上的照度有關。其關係如下式：
B=ρ/πE
式中B——物體的亮度（cd/m2）；
E——物體上的照度（lx）；
ρ——物體表麵的反光係數。
所以物體表麵的亮度是可以控製的。天然采光時，可改變物體表麵的反光係數來控製表麵亮度；人工照明時，可控製射到物體表麵的照度。
四是，觀察距離對視度的影響。在視角和對比係數相同的情況下，觀察者與物體距離不同，眼睛對物體的分辨能力也不同，這是因空氣的不透明性引起的，一般稱為“霧氣作用”。物體與觀察者距離越大及空氣透明性越小時，霧氣作用越強。故在建築細部處理時，在大氣透明度小的地區，物體尺度宜適當放大。
五是，觀察時間對視度的影響。當觀察物體時間長時，一方麵能對物體的細部仔細推敲而加強了分辨力，另一方麵有足夠的時間達到視覺適應，能很好地看清物體。