Lamba ışığı ile aydınlatmada gölge niteliğinin belirlenmesi ve tasarım kriteri olarak değerlendirilmesi için bir yaklaşım
An approach for definition and evaluation of shadow characteristics as a design criterion occured under artificial lighting
Yazar: ŞENSİN AYDIN YAĞMUR
Danışman: PROF. DR. LEYLA DOKUZER ÖZTÜRK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Yapı Fiziği ve Malzemesi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Aydınlatma yöntemleri = Lighting methods

Özet:
Aydınlatma tasarımı ölçütlerinden biri, mimari mekanlarda ortaya çıkan gölgelerin özellikleridir. Gölge niteliği koşullara göre, bir hacimde zengin görüntülerin oluşmasına yol açabileceği gibi görsel algılamanın yorucu ve yanıltıcı olmasına da neden olabilir. Günümüzde, nesne yüzeyindeki gölgelerin açıklık koyuluk özelliğine yönelik uygun koşullar öneren yaklaşımlar vardır. Nesnenin bir yüzeye attığı gölge özelliklerinin tanımı ve belirlenmesine yönelik literatürde yer alan yönlendirici veriler ise oldukça sınırlıdır.Bu çalışmanın amacı, gölge niteliğinin saptanmasına yönelik bir yaklaşım geliştirilmesi ve gölgenin sertlik-yumuşaklık ve açıklık-koyuluk boyutlarının derecelendirilmesidir. Bu amaçla gölge özelliklerini belirlemeye yönelik yapılmış çalışmalar incelenmiş ve değerlendirilmiştir. Gölge özelliklerinin hangi etkenlere bağlı olarak nasıl değiştiği bir aydınlatma programı aracılığı ile incelenmiştir. Bu incelemede, aydınlatma aygıtı, gölge atan nesne, hacim iç yüzey yansıtma çarpanları gibi gölgeyi etkileyen etkenlere ilişkin çeşitli koşullar ele alınmıştır. Böylece, gölgenin genel karakterine ilişkin ayrıntılı bilgi edinilmiştir.Gölgenin sertlik-yumuşaklık özelliğinin, gölge çekirdeği ile toplam gölge boyutu arasındaki orana; açıklık-koyuluk özelliğinin gölge çekirdeği ışıklılığı ile gölgesiz yakın çevre ışıklılığına bağlı olarak belirlenebileceğine karar verilmiştir. Bir yüzeyde oluşan gölgenin her iki özelliğinin ayrı ayrı nasıl belirlenebileceği konusunda çeşitli araştırmalar yapılmış, dolaysız ve toplam ışık arasındaki ilişkiler, gölge faktörü dağılımları incelenmiştir. Bir gölgenin tanımında, fiziksel olarak büyüklüğünü saptamak ve gölgedeki ışıklılık ile gölgesiz alandaki ışıklılığı belirlemek yeterli görülmemiştir. Gölgenin gerek boyutunun gerekse ışıklılığının görsel olarak nasıl algılanabileceği de araştırılmıştır.Gölge özelliklerinin görsel olarak değerlendirilebilmesi amacıyla 1/1 ölçekli deney hacmi oluşturulmuştur. Hacimde, farklı özelliklerde gölgeler elde edebilmek için, dört farklı tipte, toplam 16 adet aydınlatma aygıtı kullanılmıştır. Deney hacmi ile aynı özelliklerdeki bir hacim de DIALux aydınlatma programında modellenmiştir. İlk aşamada, gölgeyi belirleyen değişkenlere ilişkin çeşitli senaryolar oluşturularak, DIALux aydınlatma programı aracılığı ile her farklı senaryo için gölge özellikleri saptanmıştır.Gölge niteliğinin sertlik-yumuşaklık özelliğini belirleyebilmek amaçlı iki aşamalı bir deneysel çalışma yapılmıştır. Gölgesi oluşacak nesnenin boyut ve konumu farklı tutularak, büyüklüğü ve sertlik-yumuşaklık özelliği farklı gölge örnekleri oluşturulmuştur. Gölge örneklerinin görsel değerlendirmesi bilgisayar ortamında yapılmıştır. İlk aşamada, bir gölgedeki gölge çekirdeğinin toplam gölge içinde kapladığı alan yüzde cinsinden görsel olarak sorgulanmıştır. Toplam gölge alanı duyulanmasına göre yapılan değerlendirmeler sonucunda gölgenin sertlik-yumuşaklık boyutunun saptanmasında yararlanılabilecek formüller geliştirilmiştir. Deneysel çalışmanın ikinci aşamasında, katılımcılar, hazırlanmış gölge örneklerine ilişkin sertlik-yumuşaklık izlenimlerini belirtmişlerdir.Gölgenin açıklık-koyuluk özelliğini saptayabilmek için, gölge çekirdeği ışıklılığı ile toplam gölge sınırındaki ışıklılığın parıltıları arasındaki farka dayalı bir yaklaşım geliştirilmiştir. Toplam alan duyulanması ve sertlik-yumuşaklık izlenimine yönelik deneysel çalışma sonuçlarından yola çıkılarak gölgenin sertlik-yumuşaklık boyutu; parıltı farkının belirlenmesine ilişkin geliştirilen yaklaşım göz önünde bulundurularak gölgenin açıklık-koyuluk boyutu derecelendirilmiştir.Aydınlatma programındaki model hacimde tek masa ve iki masanın kullanıldığı koşullar için oluşturulan aydınlatma senaryoları deney hacminde de düzenlenmiştir. Aydınlatma senaryolarındaki gölgelerin değerlendirilmesine yönelik anket uygulanmıştır. Anket uygulamasında, çeşitli aydınlatma senaryolarındaki gölgelere ilişkin açıklık-koyuluk ve sertlik-yumuşaklık izlenimlerinin sayısal olarak belirtilmesi istenmiştir. Anket sonuçları, çalışmada geliştirilen yaklaşım uyarınca yapılan derecelendirme ile uyumlu çıkmıştır.Deneklerin aydınlatma senaryolarına ilişkin genel izlenimleri ve çalışma içinde geliştirilen yaklaşım uyarınca bu senaryolardaki gölgelerin belirlenmiş dereceleri karşılaştırılmıştır. Yapılan karşılaştırma sonucunda, deneklerce olumlu kabul edilen aydınlatma senaryoları saptanmıştır. Böylece aydınlatma tasarımında, gölge kriteri açısından gereksinimlerin sağlanmasında yol gösterici veriler ortaya konmuştur.

Abstract:
One of the lighting design criteria is the attributes of shadows occurred in architectural spaces. So as shadow quality can compose rich visions, it can make the visual perception be tiring and captious, too. At the present day, there are proper approachments for determining the lightness-darkness quality of self shadows. But, guiding data about the attributes and determination of cast shadows is limited.The aim of this study is to develop a method to determine the shadow quality and to grade the harshness-softness and lightness-darkness of shadow. For this purpose, the studies about shadow quality is investigated and evaluated. Which factors how change the shadow quality is investigated by a lighting software. In this study, different conditions such as luminaire, object, reflectance of surfaces that affect the shadow are taken on. Thereby, detailed information is obtained about shadow characteristics.To determine the harshness-softness quality of a shadow by the ratio of umbra area to total shadow area; lightness-darkness quality related to the luminance of umbra and the luminance of the immediate bordering area without shadow is adjudged. It is researced how can be determined the the two feature of cast shadow by investigation the relation between direct and total illuminance and shadow factor distribution. To confirm the physical size and luminance of umbra and area without shadow is seen inadequate for shadow determination. So, the size and the luminance perception of a shadow is investigated. For the aim of evaluating the shadow features by visual perception, a 1/1 scaled mock-up room was generated. To obtain different shadow features, four different types, total 16 luminaires are used. A mock-up room which has the same fetures of 1/1 scaled mock-up room has been created in DIALux Lighting Software. Firstly, various scenarios have been constituted by the variants and the change of the shadow features has been displayed related to this scenarios.Two staged experimental study has been implemented to designate the harshness-softness attribute of a shadow. Shadow samples whose size and harshness-softness attribute is diffrent are consisted by changing the size and position of the object that occurs shadow. Visual evaluation of these shadow samples are done by computer. Firstly, the umbra area related to total shadow area is asked by percentage. By the end of these total shadow area perception evaluations, formulas to confirm the harshness-softness feature has been developed. In the second stage of this experimental study, subjects denoted the harshness-softness impressions about these shadow samples.A method related to brightness differance of umbra luminance and shadow bordering area luminance is developed to determine the lightness-darkness feature of a shadow. Harshness-softness dimension is graded in terms of experimental study related to harshness-softness impression and the lightness-darkness dimension is graded in terms of developed method related on brightness difference.The lighting scenarios that are composed by lighting software for one and two users are ordered in 1/1 scaled mock-up room, too. Inquries is done to evaluate the shadows occurred by this lighting scenarios. The subjects are wanted to denote lightness-darkness and harshness-softness impressions numerically about the shadows occurred by different scenarios. Inquiry results are coherent by the shadow degrees of developed method.The general impressions about the lighting scenarios and the degrees of the shadows determined by the developed method was compared. As a result of this comparison, the lighting scenarios which are accepted positive by the subjects are confirmed. Consequently, for lighting design, guiding principles for providing the requirements in terms of shadow criterion is displayed.