Видимость и зрительное восприятие

Во многих видах общественных зданий, особенно в спортивных и зрелищных зданиях, где размещается большое число людей, одной из важнейших задач является обеспечение благоприятных условий видимости и зрительного восприятия объектов наблюдения. Это может быть киноэкран, театральная сцена, спортивная арена, концертная эстрада, меловая доска и т. п.

Видимость — это возможность полного или частичного наблюдения объекта, т. е. такое взаимное расположение объекта и наблюдателя, при котором лучи зрения от глаза наблюдателя проходят ко всем или к части точек наблюдаемого объекта.

Под зрительным восприятием понимается возможность воспринять органами зрения с той или иной степенью четкости наблюдаемый объект. Это зависит от многих условий: удаления, величины объекта; состояния атмосферы; яркости объекта, которая зависит от его освещенности; цвета и фона объекта, на котором он воспринимается; угла зрения, под которым наблюдатель видит объект, и т. д. Зрительное восприятие и видимость определяются физиологическими особенностями глаза, непосредственно связанными с мозговой деятельностью человека.

К геометрическим параметрам, связанным с удалением объекта и его размерами, относится в первую очередь острота зрения. Это способность глаза видеть раздельно два расположенных рядом предмета, например две точки (рис. 12.15). Уменьшая расстояние АВ, можно прийти к такому предельному положению этих точек, когда они будут восприниматься как одна точка. Соответствующий этому предельному расстоянию угол называется разрешающим или пороговым углом с вершиной К в хрусталике глаза. Он и характеризует остроту зрения V, которая обратно пропорциональна углу №. Острота зрения равна единице, если угол W = 69″. На сетчатке глаза W = 1,15'. Это примерно 0,005 мм, что соответствует размеру колбочки (светочувствительной клетки в центральной ямке глаза). Для решения практических задач на основе обобщения экспериментальных данных установлена величина разрешающего угла около 3,6−4'. Это позволяет установить предельное расстояние от зрителя до объекта наблюдения.

Рис. 12.15. Схемы построения разрешающего угла:

l — расстояние между наблюдаемыми точками; L — расстояние до объекта наблюдения Например, в драматических театрах зрителю необходимо видеть не только фигуру актера, движение его рук, но и выражение его глаз. Следовательно, величина подлежащих различению деталей равна примерно размеру глаз (около 20 мм). Это и служит фактором, определяющим предельное удаление зрителей от сцены. Как известно, углы до 5' можно принимать равными их тангенсам:

в радианах это составляет.

Отсюда.

На самом деле предельное удаление в драматических театрах в зависимости от количества зрителей в зрительном зале может приниматься несколько бо? льшим. Однако при этом качество зрительного восприятия ухудшается. Следовательно, зал необходимо проектировать как можно более широким. Но очень сильно расширять зал нельзя. Расширение ограничивается углом ясного видения, или углом поля зрения. Это угол, в пределах которого лучи света, идущие от наблюдаемого объекта, создают в глазу резкое изображение. Это угол центрального зрения, который в горизонтальной плоскости равен 30°, а в вертикальной — около 22°. За пределами этих углов изображение постепенно теряет резкость. Включается периферическое зрение, угол которого составляет в горизонтальной плоскости 150−160°, а в вертикальной — 130°. Периферическое зрение обеспечивает ощущение объемности и пространства.

Качество зрительного восприятия формы и соразмерности частей наблюдаемого предмета определяется горизонтальными и вертикальными углами видения. Изменение пропорций наблюдаемого объекта в зависимости от углов зрительного восприятия показано схематически на рис. 12.16. Особенно наглядно это можно представить на искажении пропорций фигуры человека в зависимости от вертикального угла зрения (рис. 12.17). Подробное изучение вопросов зрительного восприятия для различных помещений будет продолжено в магистратуре.

Рис. 12.16. Изменения пропорций наблюдаемого объекта в зависимости от углов зрительного восприятия:

а — при луче зрения, перпендикулярном к наблюдаемому объекту; б — при угле зрения 60°; h — действительная высота; h' — искаженная высота.

Рис. 12.17. Искажение пропорций в зависимости от вертикального утла зрения.

Обеспечение видимости объекта наблюдения зависит от взаимного расположения в пространстве самого объекта, наблюдателя и сидящих впереди него зрителей. Беспрепятственная видимость — когда в поле зрения каждого зрителя находится полностью весь объект наблюдения. При ограниченной видимости в поле зрения находится только часть объекта наблюдения, а остальная часть заслонена впереди сидящими людьми. Минимально ограниченная видимость — когда видимая часть объекта минимальна, но имеется возможность видимости этой заслоненной части объекта при отклонении зрителя в сторону в пределах 0,4 ширины места.

Пространственное размещение мест для зрителей определяется в горизонтальной и вертикальной плоскостях, т. е. в плане и разрезе помещения. Линейное и шахматное расположение зрительских мест в плане показано на рис. 12.18. Как очевидно из рисунка, условия видимости в горизонтальной плоскости зависят от удаления мест от сцены, ширины ряда и места, размещения мест относительно объекта наблюдения, т. е. непосредственно связаны с планировкой зала и расположением в нем мест для зрителей.

Рис. 12.18. Линейное (я) и шахматное (б) раеположение зрительских мест:

1 — зона I, беспрепятственная видимость; 2 — зона II, луч проходит над головой сидящего через ряд; 3 — зона III, луч проходит над головой сидящего в предыдущем ряду Условия беспрепятственной видимости в вертикальной плоскости обеспечиваются таким взаимным расположением объекта наблюдения и зрителей, при котором лучи зрения от каждого зрителя ко всем частям объекта проходят над головами впереди сидящих людей. Это достигается следующими приемами:

• • расположением зрительских мест на горизонтальной плоскости, а объекта — на такой высоте, при которой лучи зрения от каждого зрителя ко всем частям объекта проходят над головами впереди сидящих людей;
• • последовательным подъемом рядов для зрителей таким образом, что все лучи зрения ко всем частям объекта проходят над головой впереди сидящих людей;
• • подъемом объекта наблюдения и мест для зрителей.

При построении расположения мест для зрителей в вертикальной плоскости для обеспечения беспрепятственной видимости выбирается наиболее неблагоприятная для видимости нижняя точка объекта наблюдения. Лучи зрения от нее должны проходить над головой впереди сидящего человека. Эта точка называется расчетной точкой видимости.

В кинотеатрах расчетная точка принимается в центре нижней границы экрана, в аудитории — в центре нижней грани меловой доски. На сценах театров она должна находиться на уровне планшета сцены по ее центральной оси на расстоянии 1−2 м от переднего края авансцены или на линии портала, в цирке — это ближайший к зрителям край барьера. Для трибун стадионов расчетную точку принимают на оси ближайшей к трибуне беговой дорожки, для бассейнов — на оси ближайшей к трибуне дорожки для плавания.

Уровень глаз сидящего зрителя над полом принимается 1,15 м (средняя величина, установленная на основе антропометрических измерений). Превышение луча зрения над головой впереди сидящего зрителя также установлено на основе антропометрических измерений (рис. 12.19). В концертных залах для уменьшения подъема рядов мест может применяться ограниченная видимость с превышением луча зрения С = 0,06: 0,08 м.

Рис. 12.19. Величина превышения луча зрения:

а — для зрителей, находящихся в закрытых помещениях; б — для зрителей, сидящих на открытых трибунах.

Рис. 12.20. Профиль подъема рядов мест по наклонной прямой.

При расположении рядов мест на наклонной плоскости ступени подъема будут одинаковыми. При этом превышения лучей зрения увеличиваются по мере приближения к сцене (рис. 12.20). Так, на участке в семь рядов мест величина С возрастает во втором ряду в 2,5 раза. Поэтому для сокращения строительного объема здания применяют профиль подъема зрительских мест, соответствующий кривой наименьшего подъема (рис. 12.21). Кривая наименьшего подъема рядов мест близка к гиперболе: пологий подъем в начальной части, ближайшей к объекту наблюдения, с все более увеличивающейся кривизной, но мере удаления от него. Графический метод зависит от точности построения кривой. Высокой точности добиться сложно, поскольку величины удаления от точки F и подъем рядов оцениваются соответственно десятками метров и метрами, а превышение лучей зрения сотыми долями метра. Более надежным является математический способ, предложенный А. М. Данилюком:

Все обозначения в этой формуле приведены на рис, 12.21.

Рис. 12.21. Построение подъема рядов мест по кривой наименьшего подъема.

В практике проектирования вместо криволинейного применяют профиль подъема рядов мест в виде ломаной линии, состоящей из отрезков наклонных прямых, вписанных в кривую наименьшего подъема, в виде хорд отдельных участков этой кривой. По сравнению с профилем по кривой наименьшего подъема ломаный профиль дает увеличение подъема на 15−25%, но значительно упрощает строительство (рис. 12.22).

Рис. 12.22. Схема к расчету профиля подъема рядов по ломаной линии.