Het licht zien, begrijpen en ontwerpen
Op 31 maart sprak Sylvia Pont haar inaugurele rede uit als Antonie van Leeuwenhoek-hoogleraar aan de TU Delft. Ze doet onderzoek naar licht en het ontwerpen van licht. In het werk van Sylvia Pont schuiven fundamentele kennis en toegepast ontwerp langs en over elkaar heen.
Sylvia Pont is opgeleid als natuurkundige. Maar ze is niet zozeer geïnteresseerd in licht als natuurkundig verschijnsel. Ze vindt het interessanter om te onderzoeken wat ontwerpers allemaal met licht kunnen. Lichtontwerp biedt vele mogelijkheden. Slim lichtontwerp kunnen we bijvoorbeeld gebruiken om kantoren prettiger te maken om in te werken, producten in webshops levensecht weer te geven en chirurgen te helpen ziek weefsel van gezond weefsel te onderscheiden. Maar om dit voor ontwerpers mogelijk te maken is een hoop onderzoek nodig, want licht is een complex verschijnsel.
Alles beïnvloedt alles
In het dagelijks leven zien we licht vooral indirect, via de verschijningsvorm van dingen. Licht maakt de kleuren, materialen, vormen en ruimtes van de wereld om ons heen zichtbaar. Maar licht heeft ook invloed op de manier waarop we een voorwerp of een ruimte met objecten ervaren. Het soort licht bepaalt hoe objecten eruit zien, maar de objecten, de vorm en de textuur ervan, beïnvloeden ook weer het licht. Dat resulteert in een ingewikkelde samenspel van licht , materiaal en vorm, dat lichtontwerpen moeilijk maakt. Alles heeft invloed op alles.
Die complexiteit heeft niet alleen te maken met het licht zelf en met de vorm en materiaal van de voorwerpen waarop het licht valt. Ook onze eigen perceptie – het proces van het interpreteren van zintuigelijke informatie door onze hersenen – speelt hierbij een rol. Als we naar een voorwerp kijken, krijgen we een 2 dimensionaal plaatje op ons netvlies. Daaruit moet ons visuele systeem weer een 3D-beeld construeren. Maar daarvoor biedt het 2D-plaatje op het netvlies eigenlijk niet voldoende informatie. Onze hersenen moeten die plaatjes daarom aanvullen met bestaande kennis over de wereld en aannames om tot een coherent beeld te komen.
Wie licht wil ontwerpen moet dus zowel iets weten van licht zelf – het kunnen beschrijven, meten en visualiseren – als van de invloed van licht op de vorm en textuur van objecten. Tenslotte moet een lichtontwerpers kennis hebben van hoe ons visuele systeem het waargenomen licht interpreteert – perceptie dus.
Meten is weten
De verdeling van het licht op een plek in de ruimte kan je meten door een panoramische (360 graden)- foto te maken.
Op zo’n 360-graden foto vangt het licht uit alle richtingen op en vertaalt dat in lichte en donkere tinten. Je kan zo’n foto weergeven op een bol of de bol uitvouwen tot een rechthoekige foto. Als je voor alle punten in een ruimte zo’n panorama meet geven alle panorama’s samen het licht zoals het varieert met de positie in de ruimte. Natuurkundigen noemen dat het lichtveld. Een lichtveld blijkt ook te omschrijven als een optelsom van drie natuurkundige onderdelen die relevant zijn om mee te ontwerpen. Dat zijn lichtdichtheid, licht vector, en lichttextuur.
De beroemde lichtontwerper Richard Kelley vertaalde deze drie natuurkundige lichttypes de ontwerptermen van een ambient-component (licht uit alle richtingen), focus-component (sterk gericht licht) en een brilliance-component (de hoge-hoekfrequentie van het licht oftewel de lichttextuur).
Zowel de ambient als de focus-componenten zijn meetbaar met speciale apparatuur. Hierdoor is nu bijvoorbeeld bekend dat de verhouding tussen ambient en focus de diffusiteit van het licht bepaalt. Deze diffusiteit blijkt heel belangrijk voor hoe objecten en mensen er uit zien, bijvoorbeeld voor hoe goed je de 3D vorm kan zien. Het goed meten van brilliance bleek nog wat wat ingewikkelder.
Voor ontwerpers is natuurlijk wel van belang of deze objectieve metingen ook daadwerkelijk overeenkomen met hoe mensen het lichtveld ervaren. Want alleen dan kan je er op een zinnige, perceptueel intelligente manier mee ontwerpen.
In 2007 onderzocht Sylvia Pont samen met Jan Koenderink aan de Universiteit Utrecht een methode om dit te meten. Ze vroegen proefpersonen het licht dat op een bol valt in een scene (met plastic pinguïns als figuranten) zo in te stellen dat de lichtval paste in de scene. Mensen bleken prima in staat om dat te doen, en dus een goed gevoel te hebben voor het lichtveld, voor de ruimtelijke verdeling van het licht. Dat onderzoek leverde een wetenschappelijke basis onder de ontwerpmethode van Richard Kelley. Tegenwoordig wordt zijn werk door veel hedendaagse lichtontwerpers omarmd als een methode om kwalitatief, perceptie-gebaseerd te kunnen ontwerpen. Hiermee kunnen lichtontwerpers dus wetenschappelijk verantwoord aan de slag.
Voortbouwend op deze methodiek wist promovenda Tatiana Kartashova in een uitgebreide studie en met behulp van door haarzelf ontwikkelde computermodellen aan te tonen dat het gevoel dat mensen hebben voor het lichtveld heel redelijk overeen komt met wat objectief te meten is. Subtiele variaties worden daarbij weggefilterd. Deze kennis heeft zich vertaald in computerprogramma’s waarin lichtontwerpers ambient-en focus-componenten kunnen bijstellen en meteen het resultaat in een ruimte kunnen zien, plus hoe de lichtverdeling de verschijningsvorm van de ruimte beïnvloedt.
Verschijningsvormen
Zoals eerder opgemerkt heeft licht ook invloed op de manier waarop we materiaal, vorm en ruimte ervaren. In diffuus licht kunnen voorwerpen er bijvoorbeeld heel anders uitzien dan in focus licht. Een goed voorbeeld is een eigenschap als glans. In diffuus licht lijken alle voorwerpen altijd mat. [pt 55]. Dat komt doordat dan de spitslichtjes of spiegelreflecties ontbreken en juist door die spitslichtjes zien we dat iets glanst. Om te zien dat iets glanzend is moet je het in brilliance of focus licht zetten.
En ook het materiaal waarvan iets gemaakt is heeft invloed op hoe je het waarneemt. Door licht en materiaal te combineren kunnen objecten er heel anders uit gaan zien. Dat is goed te zien op onderstaande plaatje. Alleen het materiaal en het licht varieert, maar daarmee kan je allerlei variaties van hetzelfde plaatje maken. Het glanzende vogeltje in ambient licht lijkt bijvoorbeeld wel wat op het matte vogeltje in brilliance licht. Zonder aanvullende kennis is nauwelijks te zeggen wat precies wat is.
Hoe een voorwerp op ons overkomt, de verschijningsvorm ervan, is dus het resultaat van een complex samenspel tussen licht, materiaal, vorm en ruimte. Je ogen kunnen je daarbij voor de gek houden. Dat is belangrijke kennis voor lichtontwerpers om rekening mee te houden.
De afgelopen jaren al grote stappen gezet op weg naar een nieuwe manier van lichtontwerpen. Op basis van al deze inzichten kunnen lichtontwerpers aan de slag. De kwalitatieve benadering voor lichtontwerpen kunnen is voor een belangrijke deel al wetenschappelijk te onderbouwen. Er bestaat al veel inzicht in de effecten van de ambient en focus componenten. Ontwerpers en studenten gaan er al volop mee aan de slag om lichtplannen te ontwerpen.
LED's
Over de brilliance-component van licht, de invloed van lichttextuur, beweging en kleur, is echter nog heel veel niet bekend. Wat Sylvia Pont betreft zal toekomstig onderzoek zich vooral moeten gaan richten op de dit aspect van licht. Meer kennis over brilliance-aspecten van licht is bijvoorbeeld van van groot belang voor de eindeloze toekomstige mogelijkheden die LED-verlichting biedt.
LED-lampjes worden kleiner en kleiner. Deze miniaturisering bied mogelijkheden om LED’s naadloos te integreren in materiaal, te verbinden met sensoren en met internet. Licht kan daardoor overal vandaan komen, zelfs uit je vloerbedekking of behang, en de vele kleine lichtpuntjes kunnen gezamenlijk patronen vormen. Die kunnen interactief en dynamisch reageren op wat er door sensoren gemeten wordt, of via internet worden gecontroleerd. Wanneer we bijvoorbeeld met die sensoren meten dat er heel veel mensen en een hoog spanningsniveau in een ruimte zijn, zouden we in die vloerbedekking rustgevende lichtpatronen kunnen simuleren zoals het licht dat door ruisende bomen schijnt.
Maar er is meer dan alleen licht. Sylvia Pont is naast lichtonderzoeker ook coördinator van het Perceptual Intelligence Lab (π-Lab) aan de faculteit Industrieel Ontwerpen. Daar wil ze, samen met collega’s uit andere vakgebieden zoals de psychologie en de natuurkunde, werken aan kennis over multi-sensorische ontwerpen; ontwerpen waarbij zicht, gehoor, gevoel, reuk, en smaak met elkaar samenwerken en aan de gebruiker een totaalervaring bieden. Het π-lab wordt nu al in de wetenschappelijke wereld erkend als uniek expertisecentrum, door zijn toegepaste, interdisciplinaire benadering van perceptie-problemen in de echte wereld.