Student: Matthias Peter Studiengang Interaktionsdesign / ZHdK
Sommer 2008
Impressum
ASSUMA - Interactive Light
Prof. Dr. Gerhard BuurmannDipl. Des. Christian WeberDipl. Des. Jürgen Späth
Dozenten:
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EinleitungRecherche Ideen & ArbeitsprozessKonzept VisualisierungenTechnische Umsetzung PrototypAussichten Reflexion Quellen
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Bei meinem Diplom setzte ich mich mit dem Thema Licht auseinander. Dabei ging ich der Frage nach, wie Lichtquellen besser auf die Menschen, die Umwelt und die Räume eingehen könnten.
Zuallererst suchte ich nach Lösungen für neue Automatismen zur Steuerung von einfachen oder farbigen Licht. Dazu entwickelte ich Ideen, wie das Medium Licht uns im Alltag begleiten kann, ohne dass wir uns um passende Einstellung kümmern müssen. Oder wie eine Lichtstimmung automatisch entstehen kann, die zur momentanen Situation passt.
Das daraus resultierende Konzept ist eine Lichtquelle, welche sich in Farbe und Form eines Raumes anpasst. Der Stil des Raumes, der Architektur soll vom Licht aufgenommen und wiedergegeben werden.
Für die Umsetzung erstellte ich vorerst verschiedene Applikationen, die aus Raumszenen Bilder generieren. Dann, um die Idee des Konzeptes zu prüfen und die Wirkung mit richtigem Licht zu sehen, stellte ich einen Licht-Prototypen her.
Einleitung
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Lichtprodukte und -lösungen werden von diversen Firmen angeboten. Bei der Recherche fielen mir vor allem zwei Unternehmen auf, die durch neue, innovative Lichtquellen oder Produkte, die mit dem Medium Licht erweitert sind, auffallen. Dies sind Philips und Zumtobel.
Mit dem Philips Ambilight, ein Fernseher, dessen Rahmen in der Farbe des Bildes leuchtet, oder mit dem Philips Wake-Up Light, ein Wecker, der mit einem hellen Licht wecken soll, wurden Produkte auf den Markt gebracht, die mit dem Medium Licht erweitert wurden oder damit funktionieren. Ein weiteres Interessantes Produkt ist Living Colors, eine Lampe die jede belie-bige Farbe annehmen kann.
Die Firma Zumtobel ist mir vor allem durch die diversen Gesamtlichtlösungen aufgefallen. Ein Beispiel dafür ist Humanergy Balance, ein Konzept bei dem das Licht nach dem natürlichen Rhythmus des Menschen reguliert wird. Oder Vivaldi, ein System um verschieden Lichtstimmungen zu komponieren.
Diese und andere Produkte waren Quellen meiner Inspiration. Um einen Überblick zum Momentanen Stand der Dinge von Lichtprodukten und -lösungen zu erhalten, suchte ich verschiedenste Ideen und Formen von Lichtern und Lampen zusammen.
RechercheMarktanalyse
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Amblight TV
Wake Up Light
Living Colors
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Marktanalyse - Verschiedene Formen
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Marktanalyse - Innovative Lichtquellen
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Ein Medium welches schon heute den Lichtmarkt erobert ist das LED (Light Emitting Diode). Durch die hohe Lichtausbeute bei wenig Energieverbrauch, der kleinen Form und der hohen Lebensdauer kann es auf verschiedenste Weise eingesetzt werden. Dabei wird es auch einfacher, Produkte mit farbigem Licht oder in diversen Formen herzustellen.
Aus diesen Gründen untersuchte ich verschiedene LED's in einer einfachen Testreihe. Dabei prüfte ich vor allem die Wirkungsgrade, die Helligkeiten, die Farben und deren Mischung.
LED - Testreihe
Weisse LED's High Power LED's & SuperfluxDiffuse LED's
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High Power LED Superflux LED
'High Power LED' oder 'Superflux LED' sind Leuchtdioden mit einer stärkeren Leuchtkraft. Sie brauchen viel mehr Strom und sind durchschnitt-lich doppelt so teuer wie normale LED's. In den meisten Lampen, die mit Dioden leuchten, werden diese Art verwendet. Die üblichen LED's sind ursprünglich nur als Signal-Anzeige konzipiert.
Die meisten weissen LED's strahlen ein kaltes Licht mit starkem Blauanteil aus. Nur die explizit mit Warmweiss bezeichneten weissen LED's strahlen ein angenehmes warmes Licht aus mit mehr gelben Anteil. Diese Warmweis-sen LED's sind vor allem für Lampen, die für den Hausgebrauch konzipiert sind von Vorteil, da warmes Licht eher zu einer angenehmen Raumatmosphä-re führt.
Warmweisses und weisses 5mm LED Diffuse und nicht diffuse Leuchtdioden
Ob ein LED diffus ist, hat grosse Auswirkungen. Diffuse Leuchtdioden geben angenehmeres Licht, da es nicht blendet. Sie büssen aber in ihrer Helligkeit ein. Nicht diffuse LED's ergeben ein klares Punktlicht, ein Kegel leuchtet oben am LED heraus. Von der Seite strahlt aber fast kein Licht ab. Die meisten Lampen mit LED's haben darum einen Diffusor, zum Beispiel ein Plexi- oder Milchglas.
RGB LED neben rotem, grünem und blauen LED
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RGB-LED's
Das Rot ist bei den getesteten RGB-LED's am hellsten von allen Farben. Es unterscheidet sich nur wenig vom Rot eines einfachen roten LED's. Das Grün bei den RGB-LED's ist nicht so hell im Farbwert, wie ein normales grünes LED. Das RGB-LED Blau leuchtet heller als bei den getesteten üblichen blauen LED's. Die Farbe unterscheidet sich auch hier kaum.
Es ist sehr schwierig mit einem RGB-LED ein weiss zu erzeugen, da einige der Farben heller leuchten als anderen. Wenn zB. alle Farben mit voller Kraft leuchten, so überstrahlt die rote Farbe die anderen.
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LED-Testreihe Ergebnis
Für eine Lichtquelle, die jede beliebige Farbe anneh-men soll ist es praktisch RGB-LEDs zu verwenden. Die einzelnen Farben von RGB-LED's unterscheiden sich kaum zu den Farben der einfarbigen LED's. Um eine saubere Farbmischung zu erhalten sollten die RGB-LED's diffus sein. Weil es schwierig ist mit RGB-LED's ein weisses Licht zu erzeugen, soll zu jedem 'Licht-Punkt' der Lampe ein weisses oder ein warmweisses LED hinzugefügt werden. Somit ist es einfacher alle Farben inklusive Weiss einzustellen.
Bei meinem Prototyp habe ich mich aus preislichen Gründen für herkömmliche LED's entschieden. Norma-lerweise werden für Lichter Superflux oder High Power LED's verwendet. Diese erreichen eine weit aus höhere Anzahl Lumen.
LED-Lieferanthttp://www.led-store.ch
Quellenhttp://en.wikipedia.org/wiki/LEDshttp://de.wikipedia.org/wiki/Leuchtdiodehttp://en.wikipedia.org/wiki/Philips_Lumileds_Lighting_Company
Bevor ich zum finalen Konzept meiner interaktiven Lichtquelle gelangte, generierte ich verschiedene Ideen. Viele davon wären zu komplex gewesen, um sie umzusetzen. Andere hatten zu wenig innovatives Potential oder gingen nicht über den Status eines theoretischen Gedankenspiels hinaus. Aus diesen Gründen beliess ich die folgenden Ideen auf konzeptioneller Ebene.
Ebenso suchte ich neue Formen, wie eine Licht-quelle aussehen könnte. Da das Hauptkonzept aber vorsieht, Szenen aus Räumen "wieder zu leuchten", gelangte ich zuletzt wieder auf eine einfache viereckige und flächige Form.
Lichtinstallation von James Turrell im Bahnhofsgebaeude in Zug / CH 14/61
Ideen & Arbeitsprozess
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Start-Stop ModulStart-Stop Modul
Farben ModulFarben ModulMikrofon ModulMikrofon Modul
Ambient ModulAmbient Modul
Helligkeits ModulHelligkeits Modul
Modul Light
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Modul Light - Eine Lampe bestehend aus mehreren Teilen. Jedes Teil hat seine eigene Fähig-keit, welche über ein Netzwerk mit den anderen Lichtquellen geteilt wird. Mehrere Licht-Module zusammen bilden eine Multi-Funktionelle Lampe, die auf individuelle Weise Stimmungen generieren kann.
An den Modulen, die mit Sensorik ausgestattet sind, befindet sich ein Regler. Damit kann der Wirkungsgrad des Moduls auf das Hauptlicht bestimmt werden.
Ebenso sind die meisten Module mit einer Record-Funktion ausgerüstet. Drückt man auf Aufnahme, so speichert zum Beispiel das Farb-Modul alle Farben, die es sieht. Wird der Knopf ein zweites Mal gedrückt, so werden alle gespeicherten Informationen abgespielt. Das Start-Stop Modul hat einen Bewegungsmelder eingebaut. Sobald jemand den Raum betritt oder es Bewegung gibt im Raum, sendet es diese Daten an die anderen Lichter. Je mehr Bewegung, desto aktiver sind alle Lichter.
Das Helligkeit Modul misst die Helligkeit im Raum. Aufgrund der Daten ändert das Ambi-ent Modul seine Lichtstärke.
Farben Modul - Die Farben vom Raum und der Kleider, der Bewohner werden mit einer Kamera erfasst. Die anderen Lampen nehmen diese Farben an.
Mikrofon Modul - Mit einem Mirkofon wird die Aktivität im Raum gemessen. Je lauter es ist, desto aktiveren wechsen die Lampen die Farben und spielen animationen ab.
Das Ambient Modul kann in diversen Farben und Helligkeitsstärken leuchten. Wie die Lampe leuchtet wird von den gesamelten Informationen der anderen Modulen bestimmt.
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Leucht-HerdLeucht-Herd
LichtwelleLichtwelle
Kuehl-LichtKuehl-Licht
Stereo LampeStereo Lampe
Staub-Licht Staub-Licht
Functional Light
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Lampen werden mit Funktionen ausgestattet oder Funktionen mit Licht. So entsteht das Functional Light. Anstatt Geräte wie der Radiowecker oder den Bildschirm in Boxen oder in Wände einzubauen, sollen sie in Lampen eingebaut werden. Dabei wird das Licht, neben dem konventionellen Zweck, zur Kommunikation, zur Informationsübermittlung und für die Orien-tierung im Haus und Alltag eingesetzt.
Je nach Musik leuchtet die Stereo Lampe in verschiedenen Farben. So wird jedes Musikalische Erlebnis mit einer eigenen Licht-Animation unterstützt.
Das Staub-Licht leuchtet desto heller, je mehr Staub aufgeso-gen wird.
Kühl-Licht - Die grosse leuchtende Frontfläche des Kühlschrankes gibt angenehm variierendes Licht für in die Küche. Zudem sagt die Art des Lichtes über die Temperatur und den Inhalt des Kühlschrankes aus.
Die Lichtwelle kann Lebensmittel erhitzen, wie eine Mikro-welle. Dabei misst sie die Temperatur der aufzukochenden Nahrung und leuchtet je nach Hitze verschieden hell.
Der Leucht-Herd leuchtet je nach Hitze heller oder weniger.
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Ambient-Light
1. Licht 2. Licht 3. Licht
Ambient-Light
1. Licht 2. Licht 3. Licht Browser ControlBrowser Control
Paint FunktionPaint Funktion Scene FunktionScene FunktionDragNdrop FunktionDragNdrop Funktion
Ambient-Light
1. Licht 2. Licht 3. Licht
Ambient LightAmbient Light
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WLAN - Controlled Animation Light
WLAN - Controlled Animation Light - Eine Lichtquelle, die Kontrolle über die Helligkeit, Farbe, Ort des Lichtes und der Farbe ermöglicht. Die Bedienung geschieht über Knöpfe am Gerät und am Computer über WLAN in einem Browser-Fenster. Das Licht kann auch über den üblichen Lichtschalter bedient werden.
Wenn man will, kann das Animations Licht einen offenen Briefkasten im Internet zur verfügung stellen. Damit können Freunde von aussen auf das Licht zugreifen.
Die Drag And Drop - Funktion dient dazu, Bilder oder Filme auf das Ambient Light zu projezieren. Das Licht übernimmt die Farben des Bildes oder im Falle eines Filmes die Farben und die Bewegung der Bilder.
In der Paint - Funktion kann man auf der Lampe malen. Verschiedene Farben in unterschiedlichen Helligkeitsstufen können den Pixel zugewiesen werden. Mit einer Timeline können die gemalten Bilder auch animiert werden. Die erstell-ten Animationen können gespeichert werden und an anderen Benutzer geschickt werden.
In der Scene - Funktion gibt es verschiedene Scenen zum auswählen. Jede Scene ist für eine bestimmte Tätigkeit zuge-schnitten. Zum Beispiel um fern zu sehen oder um zu kochen kann die perfekte Lichtstimmung gewählt werden.
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Info LightInfo Light
Information ModusInformation ModusAnimation ModusAnimation Modus
Information Light
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Information Light - Eine Lampe zwischen Bildschirm und Lichtquelle. Die Lampe kann diverse Lichtstimmungen generie-ren oder sie übermittelt Informationen.Die Neuheit besteht darin ein Raster auf die Lampe zu legen, wenn Information dargestellt werden soll. Dadurch entstehen Pixel, um Bilder, Logos oder Text abzubilden. Soll die Lampe wieder als Lichtquelle dienen verschwindet das Pixel-Raster und die Hellig-keit und Farben der vorher klaren Punkte verschwimmen zu einer Lichtstimmung.
Als Information können zum Beispiel SMS, das Fernseh-Programm oder Reminders abgepielt werden.
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Spot-Box
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Spot-Touch
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Trace Carpet
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Glowing Furniture
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Color-Tracking Light
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Pattern LightCanvas Light
R
GB
RG
Light Bucket
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Konzept
assumere lat. für aufnehmen / übernehmen
ASSUMA INTERACTIVE LIGHT
Schliesslich habe ich mich dem Thema Raum und Licht angenommen. Die Idee dazu ist, eine Lichtquelle zu entwerfen, die sich in Farbe, Konturen und Formen dem Raum, dem Menschen darin, der Architektur und den Möbeln anpasst. Das Licht soll auf den Raum eingehen, ihn aufnehmen und dadurch mit der Architektur verschmelzen.
Bewohner richten ihre Räume so ein, dass sie ihnen gefallen. Die Farben der aufgehängten Bilder, die Formen der Möbel sollen darum vom Licht aufgenommen werden und damit den Stil der Einrichtung wiedergeben. Ebenso verfolgen die meisten Architekten beim Gebäudebau einen einheitlichen Stil. Passende Materialien ergeben in ihren Formen und Farben ein Gesamtbild vom Bau, das von der Lampe widerspiegelt werden soll. Das Resultat davon ist die Weiterführung der Formen und Farben von Räumen oder ganzen Gebäuden.
Die Lampe soll auch Räume fern von ihrem Standort widerspiegeln können, zum Beispiel Naturräume wie der Himmel in all seinen Farben. Indem dass die Lampe sehen und das gesehene aufnehmen kann, ist es auch möglich schnell und einfach Farbstimmungen je nach Laune zu erzeugen.
Das Medium Licht wird auf verschieden Weisen in unserem Alltag eingesetzt. Grundsätzlich dient es der Lichtspende zum Arbeiten, Lesen und vieles mehr. Eine andere Weise, wie das Licht vermehrt verwendet wird, ist als Blickfang, als Ausstellungsobjekt, zur Schaffung einer bestimmten Atmosphäre oder zur Unterstützung einer Funktion. Natürlich kann man selten eine klare Trennlinie ziehen, welcher Art von Aufgabe ein Lichtprodukt übernimmt. Meistens verschwimmen die Grenzen, wie zum Beispiel bei LED-Panels, die in Boutiquen vermehrt eingesetzt werden. Zum einen spenden sie einfach Licht, zum anderen dienen sie dazu Aufmerksamkeit zu erregen, so dass Leute davon angezogen werden. Die Idee für mein interaktives Licht geht eher in die Richtung von Blickfang oder Ausstellungsobjekt.
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Eine vereinfachte Darstel-lung des Konzeptes. Die Idee ist, dass aus einem Bild von einem Raum (auf der linken Seite) verschie-dene Ausschnitte gewählt werden können. So wie dieses Detail (verschie-dene Beispiele auf der rechten Seite) des Raumes soll ein Licht leuchten.
Konzept Darstellung
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Konzept Visualisierungen
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Konzept Visualisierungen
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Konzept Darstellungen
Raumbild Raum-Detail
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Raumbild Raum-Detail
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Visualisierungen
Die zentrale Designfrage bei meinem Projekt war es, wie eine Szene, ein Ausschnitt aus einem Raum auf ein Licht übertragen werden kann. Um die hauptsächlichen Stil-Elemente in einem Raum zu finden, ist es wichtig, das Bild zu vereinfachen und die markantesten Flächen und Farben heraus zu filtern. Dabei versuchte ich dem Raumbild möglichst treu zu bleiben und es nicht zu sehr zu verfälschen. Eine gewisse Abstraktion war aber unbedingt nötig, weil das umgesetzte Bild nicht wie ein normal projeziertes Kameraabbild wirken sollte. Wichtig war es mir, dass das Licht nicht wie ein Bildschirm wirkt.
Um Lösungen für Bildumwandlungen zu finden, entwarf ich verschiedene Test-Applikationen, die aus einem Videokamera-Bild eine graphische Repräsentation des Raumes komponieren.
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Farben Sucher
Der erste Versuch galt den Farben im Raum. Aus dem Bild, das eine Kamera liefert, suchte ich mit Hilfe der Software Processing Farben nach verschiedenen Kriterien. Dazu gehört die Quantität und dann die Farbinten-sität.
Screenshots von der Farb-Such Applikation
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Raum Abstraktion
Der nächste Schritt war es, das Bild des Raumes zu abstrahieren. Dazu benutzte ich verschiedene Farbfilter, die in echtzeit das Kamerabild verändern.
Die Applikation zeigt auf der linken Seite das Orginal Bild der Kamera. In der Mitte das, bei bedarf, das fokusierte, erhellte und mit stärkerem Kontrast modifizierten Bild. Dann links das vollständige abstrahierte Bild.
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Drei Lösungen
Schliesslich reduzierte ich alle ver-schiedenen Ideen auf drei Lösungen.
Die erste beruht auf der Technik, eine verkleinerte Matrix von Pixel des Kamerbildes mit geometrischen For- men darzustellen.
Bei der zweiten Lösung reduzierte ich das Konzept darauf, nur die Farbe aus dem Raum zu lesen. Die Haupt-farben des Raumes werden je nach Quantität und Farbwert visualisiert.
Dann versuchte ich mit verschiedenen Helligkeitsfilter auch die Formen des Raumes aufzunehmen. Diese werden mit den Hauptfarben des Bildes eingefärbt. Diese Technik wirkt jedoch nur bei hohem Kontrast gut.
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Umsetzungsbeispiele
Ausgangsbild
Digitale Abstraktionen des Raumes
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Ausgangsbild
Digitale Abstraktionen des Raumes
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Umsetzungsbeispiele
Ausgangsbild Digitale Abstraktionen des Raumes
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Ausgangsbild Digitale Abstraktionen des Raumes
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Technische Umsetzung
Die Lampe besteht aus zwei Teilen. Eines leuchtet sanft und kann den Raum (mit einer integrierten Kamera) sehen. Das andere ist die Hauptlichtquel-le, es vereinfacht die aufgenommenen Farben und Formen und gibt sie wieder.
Es wurden verschiedene elektronische und digitale Technologien kombiniert bei der technischen Umsetzung. In dieser ersten Prototyp-Version sind der Einfachheit halber die beiden Teile des Lichtes über einen Computer mit Kabel verbunden. Die Idee ist aber, dass das Licht ohne externen Com-puter funktioniert und die beiden Teil über Funk miteinander kommunizieren.
Software:I2C-Protokoll, C/C++, Java
Hardware:Arduino-Mikrokontroller, I2C-bus LED driver
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Camera Modul ComputerArduino Nr.1 Arduino Nr.2 Light Modul
USB
USB USB6 Wires 2 Wires
Power
Plan für die technische Umsetzung
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LED-Matrix
Mein Ziel für die Umsetzung war es, eine LED-Matrix zu konstruieren. Dafür entwickelte ich zwei verschie-dene Leiterplatten. Eine mit den Leuchtdioden darauf, und eine andere, die als Steuereinheit funktio-niert.
RGBA-LED Panel Schema I C-LED Controller2
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I C-LED Controller Leiterplatte in verschiedenen Produktionsstadien2
RGBA-LED Panel Leiterplatte in verschiedenen Produktionsstadien
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Prototyp
Der Lichtprototyp besteht aus einem 64 Pixel LED-Panel und einer kleinen Lampe, welche ein Bild eines Raumes aufnehmen kann. Jedes einzel-ne Pixel auf dem Panel kann eine beliebige Farbe und Helligkeit annehmen. In der anderen Lampe ist eine Kamera eingebaut, die den Raum filmt. Die aufgenommenen Bilder werden umgewandelt und auf dem LED-Panel dargestellt.
Aus preislichen Gründen hat das Licht mit der LED-Matrix eine beschränkte Pixel Anzahl. Da es jedoch modular aufgebaut ist, kann es jederzeit erweitert werden.
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LED-Matrix ohne Hülle
Camera-Modul und LED-Panel
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Aussichten - Mögliche Umsetzungen
- Blickfang in Boutiquen
- Angenehme Atmosphäre im Wellness Bereich - Kunst am Bau
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Reflexion
Digital umgesetzt funktioniert das Konzept einer Lampe, welche die Formen und Farben vom Raum aufnimmt, gut. Die Umsetzung auf ein richtiges Licht gestaltete sich darum schwierig, weil die Herstellung einer einzelnen dimmbaren LED-Matrix sehr aufwendig ist und viel Zeit kostet. Trotz-dem ist das Resultat mit 64 Pixel bei der Darstellung von Bilder limitiert. Die Idee müsste auf grossen, vorgefertigte LED-Panels umgesetzt werden, um eine starke Wirkung zu erzielen.
Ein weiterer Weg, den man bei der Umsetzung einschla-gen könnte, ist das aufgenommene Bild vom Raum auf andere Arten zu abstrahieren. Das Licht könnte zum Beispiel auf Bewegung reagieren, anstatt auf Farben und Strukturen eines Raumes.
Neue Bedienungsarten von Lichtern, sind bestimmt gefragt in Boutiquen, als Blickfang oder auch für Zuhause, um ein eigenes Raumambiente zu schaffen. Bis anhin gibt es vor allem wenig Licht-Produkte, die wirklich interaktiv sind und auf verschiedene Umstände aus ihrer Umwelt reagieren. Die Diplomarbeit Assuma - Interactive Light geht da einen neuen Weg und versucht das alltägliche Medium Licht besser in unsere Räume zu integrieren.
Boden einer Discothek
ZHDK | IAD | Diplom 08 - Matthias Peter - Dokumentation - Reflexion 49/61
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Quellen
Literatur:Wohnen im richtigen Licht: Licht, Lampen und Leuchten; Günter SulzNew light design; Daab VerlagUltimate Lighting Design; Herve Descottes
Internet:www.zumtobel.comwww.lighting.philips.comde.wikipedia.org/wiki/Lichtde.wikipedia.org/wiki/Lichtquelle