В архитектурном проектировании

В архитектурно-строительной практике светотень имеет важное значение. Для проверки композиционных решений и придания архитектурным чертежам большей наглядности, рельефности изображений архитектор сопровождает их построением теней. Принципы, на которых основано построение теней, применяются в ряде специальных областей, например, при расшифровке изображений и фотоснимков по зафиксированным контурам теней, выборе освещенности зданий, исследованиях при аэрофотосъемках, маскировке и т.д.

Рис. 1. Изображение колонн:

а – линейное;

б – с контурами собственных и падающих теней;

в – с учетом воздушной перспективы

В восприятии архитектурного сооружения формообразующее значение светотени играет большую роль. Умелое использование архитектурных качеств светотени дает сооружению большой дизайнерский эффект. Чертеж с изображением светотени гораздо полнее создает представление
о реальном объекте, чем чертеж, выполненный в линейной графике. На рис. 1, а по одному изображению колонн в линиях форму объекта определить невозможно. На рис. 1, б по контурам теней (линиям пересечения световых плоскостей с поверхностью объекта) уже можно частично определить форму объекта, а по рис. 1, в, где показаны границы теней и градация освещенности на основе воздушной перспективы, форму объекта можно прочитать по одному изображению.

Использование в качестве объектов различных отсеков поверхностей с образованными линиями пересечения при наличии теней дают потрясающий дизайнерский эффект восприятия. Примерами могут служить станция метро «Сокол» в Москве, потолок зала ожидания Московского вокзала в Санкт-Петербурге и другие уникальные сооружения. Причем значение светотени требует проверки ее формирующих качеств в задуманном объекте еще в начальной стадии проектирования. Поскольку в архитектурно-строительных сооружениях часто используются сложные поверхности, такие, как гиперболический параболоид, однополостный параболоид и др., то необходимость такой предварительной проработки теней на изображениях очевидна и поэтому для более полного выявления пространственного решения композиции, пластичности форм, рельефности поверхности архитектурные чертежи сопровождаются изображением светотени, которое выполняется различными графическими приемами на основе геометрических и физических закономерностей, с учетом физиологии зрительного восприятия (рис. 2 и 3).

Образование теней зависит от многих факторов. Светлые предметы по мере удаления их от зрителя кажутся более темными, а темные – более светлыми. Тень самого предмета и падающая от него тень на другие предметы никогда не бывает одинаковой интенсивности – сказывается воздействие лучей света, отраженных от других предметов. Если поверхность предмета гладкая, то на определенном ее участке возникает блик. Местоположение блика зависит от того, где находится источник света и зритель.

 

 

Рис. 2. Здание с перекрытием в виде гиперболического параболоида

 

Рис. 3. Использование однополостного гиперболоида

в архитектурной композиции. Ле Карбюзье

 

Начертательная геометрия обычно ограничивается геометрическими построениями, относящимися к определению границы тени.

Само понятие тени вытекает из трех физических положений, не зависящих от гипотез о происхождении света:

1) в однородной среде свет распространяется по прямым линиям;

 

 

Рис. 4. Образование теней от конического пучка лучей

 

2) лучи света выходят из светящейся точки по всем направлениям.

На этом основании, на какое-либо тело, взятое в пространстве, падает пучок лучей, ограниченных конической поверхностью, образующие которой касательны к данному телу (рис.4).

3) Лучи света проходят через прозрачное тело и задерживаются непрозрачным.

 

 

Основные понятия и определения

Предметы в окружающей среде освещаются либо лучами солнца, либо другими источниками света. Если светящаяся точка находится на конечном расстоянии от объекта – освещение называется факельным, если удалена в бесконечность – солнечным.

Тени, придающие плоским чертежам большую выразительность, разделяют на собственные и падающие.

Пусть источник света (солнце), освещая какой-либо геометрический объект (например, шар), удален в бесконечность в направлении, противоположном S. Тогда световые лучи, идущие от источника, будут параллельны друг другу. Множество лучей, упирающихся в поверхность шара, образуют световой цилиндр. Оболочка цилиндрической поверхности, касаясь шара, отделит освещенную поверхность шара от неосвещенной.

 

Рис. 5. Механизм получения собственных и падающих теней

 

Поскольку цилиндрическая поверхность, образованная световыми лучами, соосна со сферой, ограничивающей шар, – общим элементом для обеих поверхностей будет окружность, за которой поверхность шара не освещается. За окружностью находится теневой цилиндр. Образованная множеством световых лучей цилиндрическая поверхность называется проецирующей.

Граница между освещенной и неосвещенной частями поверхности предмета – контур собственной тени.

Собственная тень объекта проецирования – это совокупность неосвещенных элементов поверхности предмета.

В рассматриваемом случае объектом освещения был шар, следовательно, множество световых (проецирующих) лучей образовали поверхность кругового цилиндра. Последняя, являясь поверхностью 2-го порядка, пересечется с плоскостью проекций Р по эллипсу, который представляет собой падающую тень шара. Поэтому падающая тень – это тень, отбрасываемая предметом на другой предмет или на какую-либо плоскость (в том числе и на плоскость проекций) или поверхность (рис. 5). Следовательно,
в случае бесконечно-удаленного источника света тень – это параллельная косоугольная проекция предмета.

За направление лучей света обычно принимают направление одной из диагоналей куба, грани которого параллельны плоскостям проекций. Такой куб называется световым, а его проекции — световыми квадрантами (рис.6).

 

 

Рис. 6. Световой куб и световые квадранты