Рельефность фактуры материалов с разными физическими свойствами
Лекция 4
КАЧЕСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЛЬЕФНОСТИ ФАКТУРЫ
Человек получает информацию об окружающем его мире посредством особых психологических процессов – ощущения и восприятия. Они позволяют отличать предметы по цвету, запаху, гладкости, величине и другим признакам. Объекты окружающего мира воздействуют на органы чувств человека: глаза, уши, нос, кожу, язык. Прием и переработка поступившей через органы чувств в мозг информации завершается появлением зрительных образов, процесс формирования которых называется восприятием [24].
Качественная оценка фактуры заключается в ее терминологическом описании, отнесении ее к тому или иному типу на основе представлений о соответствии образа фактуры, формирующегося у субъекта в процессе восприятия, с используемымидля описания терминами. Более 80% информации об окружающих объектах человек получает визуально за счет исходящего от них света[15, 24, 47 и др.],следовательно, и восприятие фактуры поверхности более чем на 80% происходит визуально.
Параметры рельефности фактуры и протяженность светотеневых зон
Та зрительная картина, которую дает человеку визуальное восприятие фактуры при фронтальном наблюдении[1], образуется светотеневыми переходами на неровностях [80, 81]. Светотеневые переходы могут иметь несколько зон– блик, свет, полутон и тень (Слайд 2).Блик – самая яркая из зон (хорошо освещенная), от которой наибольшая часть отраженного света попадает в глаза наблюдателя,цвет поверхности в этой зоне не воспринимается – зона блика имеет цвет света источника. Свет – яркая зона (хорошо освещенная), от которой много отраженного света попадает в глаза, эта зона имеет насыщенный цвет, воспринимающийся как собственный цвет поверхности.Полутон – тусклая зона (слабо освещенная), от которой в глаза наблюдателя попадает мало света, цвет поверхности в этой зоне имеет слабые насыщенность и яркость. Тень – самая темная зона (неосвещенная), от которой в глаза наблюдателя попадает очень мало света, цвет поверхности в этой зоне имеет очень малые насыщенность и яркость.
|
|
|
а б в
Слайд2 – Зоны светотеневого перехода на поверхности[2]: а – глянцевой фактуры металлического изделия; б – матовой фактуры изделия из гипса (×20; фронтальная картина поверхностей; пунктиром выделены условные границы светотеневых зон); в – профиль неровности и схема распространения отраженных световых лучей
Различимость отдельных зон переходов тесно связана с разрешающей способностью человеческого глаза [1, 36, 38],является важным условием восприятия рельефности фактуры и, следовательно, фактором, влияющим на ее качественную оценку по данному признаку. СЛАЙД 3Очевидно, что если на неровностях поверхности не заметны светотеневые зоны, она выглядит гладкой шероховатой покажется фактура с контрастными зонами свет-тень или свет-полутон; поверхность с отчетливо заметным переходом свет-полутон-тень-полутон-свет – и т. д. на крупных неровностях – рельефной гладкой,а при наличии еще и мелких переходов свет-тень внутри крупных – рельефной шероховатой[80].
|
|
|
а б
в г
слайд 3 – Схема распределения участков светотеневых переходов и световых лучей, отраженных от неровностей поверхностей (×5): а – ровной гладкой; б – ровной шероховатой; в – рельефной гладкой; г – рельефной шероховатой
Количественно рельефность фактуры характеризуется размерами неровностей поверхности – высотой неровностей Hi[3] и шагом неровностей Si.Некоторые ученые соотносят визуальное восприятие рельефности фактуры с высотой неровностей. Однако высота неровностей при фронтальном наблюдении поверхности не воспринимается напрямую, она может быть количественно оценена только на профиле. Шаг же неровностей, как и участки светотеневых переходов, визуально оценивается именно при фронтальном наблюдении, следовательно, эта размерная характеристика непосредственно связана с восприятием рельеф-ности. А влияние высоты неровностей на визуальное восприятие рельефности фактуры выражается в усилении или ослаблении контраста в светотеневых переходах на неровностях, что обусловлено большим или меньшим изменением яркости отраженного света [80]. Чем больше соотношение Hi/Si (Hi/Si> 1/2), тем контрастнее и резче переходы от света к тени и тем меньше заметны полутона (рисунок 21, а); а чем меньше соотношение (Hi/Si< 1/2), тем меньше контраста в светотеневой картине поверхности (рисунок 21, б) [80].
|
|
|
а б
Рисунок 21 – Светотеневые переходы на неровностях рельефных фактур древесины сосны: а – с соотношением Hi/Si> 1/2; б – с соотношениемHi/Si< 1/2
При соотнесении количественных показателей рельефности поверхности с ее визуальной оценкой наиболее удобно использовать стандартный параметр шероховатости – среднюю величину шага неровностей по вершинам S.Этот количественный показатель, в отличие от параметра Sm, позволяет оценить средние размеры шага всех неровностей поверхности, независимо от того пересекают они среднюю линию профиля или нет, и следовательно более достоверен для оценки шага, в частности, у фактуры с различной величиной неровностей. В зависимости от вида рисунка фактуры ее неровности могут иметь как постоянные (при упорядоченном рисунке), так и изменяющиеся (при хаотичном рисунке) размеры. В первом случае параметр S будет соответствовать постоянному шагу неровностей, а во втором – средней величине шага близких по величине неровностей, которые преобладают на поверхности.
|
|
|
СЛАЙД 4Помимо размеров неровностей поверхности, на восприятие светотеневых переходов оказывает влияние геометрия их профиля [80]. Отметим два вида профиля – зубчатый (ребристый) профиль неровностей, напоминающий зигзагообразную линию, поверхность с таким профилем образуется множеством одинаковых по размеру и форме плоских граней, (рисунок 22, а) и профиль плавный, со скругленными вершинами и впадинами неровностей, такая поверхность не имеет четкого разбиения на грани (рисунок 22, б).
Рассмотренные виды профилей неровностей фактур наиболее часто встречаются в оформлении изделий. Среди менее распространенных видов можно выделить П-образный (рисунок 25, а и б), трапециевидный (рисунок 25, в и г) и U-образный (рисунок 25, в) профили неровностей.
а б в
Рисунок 25 – Фактуры с профилем неровностей: а – П-образным; б – трапециевидным; в – U-образным
Типы рельефности фактуры
Как уже отмечалось, различимость неровностей фактуры определяется разрешающей способностью человеческого глаза, которая характеризуется минимальным углом разрешения α. Данный угол соответствует наименьшей величине объекта различения d, которая равна либо расстоянию раздельного видения двух линий (dл) (рисунок 27, а), либо минимальному диаметру различимой наблюдателем точки (dт) (рисунок 27, б) [36, 38 – 40].
В качестве минимального объекта различения при восприятии рельефности фактуры могут выступать зоны светотеневого перехода, ширину которых на шаге неровностей количественно можно оценить параметром протяженности[80]. Обозначим через Π минимальную протяженность зоны светотеневого перехода (блика, света, полутона или тени) отчетливо различимой[4] на участке одного шага неровностей фактуры Si(рисунок 27, в).
Очевидно, что минимальная протяженность Π отчетливо воспринимаемой светотеневой зоны должна быть равна d. Светотеневые зоны меньшей протяженности (в особенности близкие по тональности) будут либо слабо различимы, либо неразличимы вообще (визуально сливаются), а зоны большей протяженности при достаточной контрастности, несомненно, будут различимы отчетливо.
а б в
Рисунок 27 – Минимальные объекты различения: а – минимальное расстояние различимости двух линий; б – диаметр минимальной различимой точки; в – минимальная протяженность зоны светотеневого перехода
Проанализируем возможные варианты визуального восприятия фактур разной степени рельефности с плавным и зубчатым профилями (как наиболее часто применимыми в дизайне изделий): ровной гладкой, промежуточной между ровной гладкой и ровной шероховатой, ровной шероховатой, промежуточной между ровной шероховатой и рельефной гладкой, рельефной гладкой.С учетом отмеченных особенностей составим соотношения между минимальной протяженностью Π и средним шагом неровностей поверхностиS, разграничивающие варианты восприятия человеческим глазом рельефности фактуры с плавным профилем неровностей[5].
Для фактуры, воспринимаемой однозначно ровной гладкой (рисунок 28), на участке шага Si (если Si – средний шаг неровностей поверхности) светотеневые зоны не различимы, тогда соотношение между Π и средним шагом неровностей S имеет вид [80]:
S< Π.(2)
Рисунок 28 – Схема распределения участков светотеневых переходов на неровностях фактуры, однозначно воспринимаемой ровной гладкой[6]
Однозначно шероховатой фактура воспринимается, когда на участке среднего шага неровностей различимы две (и только две) контрастные по тонусветотеневыезоны.Дляэтого,соднойстороны,совокупная протяженность всех светотеневых зон на участке среднего шага неровностей должна составлять не менее 2Π. С другой стороны, чтобы были заметны только две контрастные светотеневые зоны, совокупная протяженность всех зон должна быть менее 3Π (рисунок 29), так как при большей совокупной протяженности будут заметны три зоны светотеневого перехода, и восприятие рельефности фактуры станет неоднозначным [80].
Рисунок 29 – Схема распределения участков светотеневых переходов на неровностях фактуры, однозначно воспринимаемой ровной шероховатой
Следовательно, однозначному восприятию фактуры как ровной шероховатой соответствует условие [80]:
2Π ≤ S<3Π.(3)
А в промежуточном между соотношениями (2) и (3) диапазоне среднего шага неровностей:
Π ≤ S<2Π, (4)
фактура может восприниматься неоднозначно, т. е. как ровной гладкой, так и ровной шероховатой [80].
Если совокупная протяженность всех светотеневых зон составляет, как минимум, 3Π, на участке шага можно увидеть три зоны светотеневого перехода, за счет которых форма неровностей поверхности уже отчетливо выявляется (рисунок 30, а). Поэтому фактура со средним шагом неровностей от 3Π может восприниматься рельефной гладкой. Но если совокупная протяженность всех зон на участке среднего шага неровностей будет менее 4Π, то протяженность отдельных зон будет меньше Π (так как их количество на неровностях фактур равно как минимум четырем), следовательно,не все четыре зоны будут отчетливо заметны. Отмеченное позволяет утверждать, что восприятие рельефности фактуры со средним шагом неровностей от 3Π до 4Π будет неоднозначным – она может восприниматься как ровной шероховатой, так и рельефной гладкой, то есть промежуточной между ними. Данное заключение отражено в неравенстве (5) [80]:
3Π ≤ S<4Π.(5)
а
б
Рисунок 30 – Схема распределения участков светотеневых переходов на неровностях фактуры воспринимаемой: а – как ровной шероховатой, так и рельефной гладкой; б – только рельефной гладкой
При наличии на одном шаге четырех различимых зон светотеневых переходов фактура однозначно воспринимается рельефной гладкой, поскольку в этом случае форма каждой неровности воспринимается достаточно отчетливо и психофизиологически такую поверхность уже невозможно оценить как шероховатую (рисунок 30, б). Соотношение междуΠ и S для рельефной гладкой поверхности имеет вид [80]:
4Π ≤ S.(6)
Фактура с зубчатым профилем, как и с плавным, однозначно воспринимается ровной гладкой, когда светотеневые переходы на ее неровностях из-за малой протяженности неразличимы человеческим глазом (т.е., когда средний шаг неровностей меньше d(рисунок 31, а)) и однозначно воспринимается шероховатой, как при фронтальном, так и при боковом свете, когда на участке среднего шага ее неровностей отчетливо различимы две светотеневые зоны протяженностьюП(рисунок 31, б) [80].
а
б
в
Рисунок 31 – Схема распределения участков светотеневых переходов на неровностях с зубчатым профилем фактуры воспринимаемой: а – ровной гладкой; б – ровной шероховатой; в – рельефной гладкой
Следовательно, соотношения (2) и (4), разграничивающие варианты восприятия рельефности фактуры с плавным профилем, будут справедливы идля фактур с зубчатым (и с любым другим) профилем неровностей. Неравенства (3), (5) и (6),предложенные для фактур с плавным профилем, удовлетворяют и вариантам восприятия рельефности фактур с зубчатым профилем, если они освещены фронтально, поскольку число светотеневых зон на их неровностях равно четырем. Но выражения (3), (5) и (6) не отражают соотношений между средним шагом зубчатых неровностей, наблюдаемых при боковом свете и протяженностью их светотеневых зон, поскольку на поверхностях с зубчатым профилем при данном виде освещения не может наблюдаться более двух зон светотеневого перехода на одном шаге неровности [80].
Условия восприятия фактуры с зубчатым профилем при боковом освещении ровной шероховатой, рельефной гладкой и промежуточной между ними свяжем с протяженностьюΠ, используя коэффициенты k1и k2 (рисунок 31, в). Составим неравенства, соответствующие различным вариантам восприятия рельефности этих фактур. Для фактуры, воспринимаемой ровной шероховатой, соотношение имеет вид:
2Π ≤ S< Π × k1,(7)
где k1 – коэффициент увеличения протяженности зоны светотеневого перехода, обеспечивающий восприятие поверхности с зубчатым профилем при боковом свете промежуточной между ровной шероховатой и рельефной гладкой.
Фактура с зубчатым профилем будет восприниматься промежуточной между ровной шероховатой и рельефной гладкой при боковом освещении в диапазоне шага неровностей:
Π × k1 ≤ S< Π × k2,(8)
k2 – коэффициент увеличения протяженности светотеневой зоны, обеспечивающий однозначное восприятие поверхности с зубчатым профилемрельефной гладкойпри боковом освещении.
А соотношение междуΠ и Sдля рельефной гладкой фактуры с зубчатым профилем неровностей при боковом свете имеет вид:
Π × k2 ≤ S,(9)
Теоретическиопределить значения коэффициентов k1 и k2не представляется возможным, в связи с чем возникает необходимость в их эмпирическом нахождении.
Необходимо отметить сложность для теоретического анализа варианта восприятия фактуры рельефной шероховатой независимо от профиля неровностей поверхности. Фактура данного типа имеет два вида неровностей: крупные – макронеровности, и мелкие – микронеровности, при этом микронеровности распределяются равномерно по макронеровностям. Если средний шаг макронеровностей рельефной шероховатой фактуры обозначить через S, а средний шаг микронеровностей через s, то для случая восприятия поверхностей с плавным профилем или зубчатым профилем при боковом свете однозначно рельефными шероховатыми можно составить систему неравенств:
4Π ≤ S;
2Π ≤ s<3Π.(10)
А для случая восприятия этих поверхностей промежуточными между рельефной гладкой и рельефной шероховатой система неравенств будет иметь вид:
4Π ≤ S;
Π ≤ s<2Π.(11)
Аналогично, можно составить и системы неравенств для фактуры с зубчатым профилем, воспринимаемой при боковом направленном свете однозначно рельефной шероховатой:
Π × k2 ≤ S;
2Π ≤ s<3Π,(12)
и промежуточной между рельефной гладкой и рельефной шероховатой (рисунок 33, б):
Π × k2 ≤ S;
Π ≤ s<2Π.(13)
Рельефность фактуры материалов с разными физическими свойствами
Значения α иd, установленные разными исследователями для случаев раздельного видения двух линий αл = 0,5’– 1,5’, dл= 0,036 – 0,109 мм и различимости минимального точечного объекта αт =2’ – 4’, dт = 0,145 – 0,291 мм и с расстояния наилучшего зрения 250 – 300 мм, приводятся в литературе [36, 38-40]. В зависимости от вида рисунка фактуры – зернистого (точечного) или бороздчатого (линейного), минимальная протяженность зоны светотеневого перехода Π может соответствовать значению dт или dл. Достаточно широкий диапазон приведенных в работах [36, 38-40] значений α и dобусловлен разной остротой зрения наблюдателей при разной контрастности объектов различения – чем контрастнее объекты, тем меньше d. Следовательно, величина минимальной протяженности зон светотеневого перехода также будет зависеть от их контрастности.
Большое влияние на контрастность светотеневых зон и, следовательно, на восприятие рельефности фактуры оказывают физические свойства материала: характер блеска поверхности, светлота цвета, наличие и выраженность текстурного рисунка, прозрачность. Все выделенные факторы влияют на особенности светоотражения поверхностей и контрастность зон светотеневых переходов. Так высокая интенсивность блеска способствует выявлению формы неровностей поверхности – светотеневые переходы на неровностях глянцевых поверхностей более контрастны, чем на матовых (рисунок 32 а-г). Влияние светлоты цвета на контрастность светотеневых переходов выражается в том же. Блики одинаковой яркости на неровностях глянцевой темной поверхности выглядят более контрастно по отношению к затененным участкам, чем на светлой (рисунок 32 а, б).У матовых поверхностей разной светлоты это различие менее выражено (рисунок 32, в, г). Текстура может перебить участки светотеневых переходов фактуры, поэтому рисунок текстуры ослабляет контраст светотеневых зон и изменяет восприятие фактуры (рисунок 32, д). Прозрачность скрадывает участки светотеневых переходов – на сильно пропускающей свет поверхности заметны преимущественно блики (рисунок 32, е), а на полупрозрачной и блики, и тени заметны слабо.Следовательно, выявление зависимости между качественной и количественной оценкой рельефности фактуры требует учета свойств материала [80].
а б в
г д е
Рисунок 32 – Светотеневые зоны на фактурах: а – глянцевой поверхности темной пластмассы; б – глянцевой поверхности светлой пластмассы; в – матовой поверхности темной пластмассы; г – матовой поверхности светлой пластмассы; д – поверхности торцового среза древесины сосны; е – поверхности прозрачного стекла
Как отмечалось, различимость неровностей фактуры зависит от условий освещения поверхности (рисунок 33) – изменение интенсивности, либо угла, либо расстояния освещения ведет к изменению контрастности светотеневых зон, а также изменению их количества, размеров, последовательности расположения на неровностях. Не менее весомым фактором является расстояние наблюдения (рисунок 33) – увеличение расстояния наблюдения приводит к ухудшению различимости светотеневых переходов на неровностях, с большего расстояния они становятся незаметными или менее заметными. Следовательно, фактура при одном расстоянии наблюдения и одном освещении может восприниматься как имеющая один тип рельефности, а при другом расстоянии и другом освещении – как имеющая другой тип. В связи с этим, при оценкетипа рельефности фактуры должны быть учтены различные условия наблюдения [80].
а
б
Рисунок 33 – Различимость неровностей фактур и светотеневых зон на них: а –с расстояния 250 мм при фронтальном рассеянном освещении; б – с расстояния 150 мм при боковом освещении
Итак, поскольку нельзя достоверно утверждать, какому именно значению из приведенных диапазонов d (либо иному значению) будет равна минимальная протяженность Π светотеневых зон на участке шага неровности фактуры конкретного материала при тех или иных условиях освещения, есть необходимость в эмпирическом определении величины Π.
[1]Фронтальное наблюдение – т.е. наблюдение поверхности под прямым (или чуть меньшим) углом к ней – вариант условий наблюдения при котором наиболее часто происходит визуальная оценка свойств поверхности
[2]Здесь и далее приведены фотографии фактур плоских поверхностей
[3]В соответствии с рисунком 14: Hi= Himin+Himax
[4]Считаем, что светотеневые зоны отчетливо различимы, если наблюдатель может выделить данную зону среди других, близких по тону, либо может увидеть форму (очертания) этой зоны.
[5]Проанализированы светотеневые картины фактур с плавным профилем неровностей при боковом направленном свете; при фронтальном свете соотношение S и П будет аналогичным для каждого типа фактуры
[6]Приводимые для двух неровностей поверхности схемы наблюдения относятся и к остальным неровностям поверхности; Si соответствует S
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 714; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!