舞臺多媒體綜合投影系統解析

　　按文化部《中國文化文物統計年鑒》的統計，2017年，全國藝術(shù)表演場(chǎng)館2455個(gè)，從業(yè)人員53765，觀(guān)眾人次13453.80萬(wàn)人，藝術(shù)演出觀(guān)眾3234.22萬(wàn)人次?？梢?jiàn)欣賞舞臺表演仍然是當前觀(guān)眾喜聞樂(lè )見(jiàn)的一種娛樂(lè )方式。相比于單一選擇的劇院電影，戲劇舞臺表演使觀(guān)眾有更多的參與感，所以，這種表演方式在當今依然有大量追隨者。隨著(zhù)視角的多元化，其他媒介方式的滲透，人們藝術(shù)品位的不斷提升，無(wú)論是觀(guān)眾還是戲劇研究人員越來(lái)越不滿(mǎn)足于傳統的舞臺表現形式，并都意識到戲劇要與時(shí)俱進(jìn)[1]。

　　為滿(mǎn)足觀(guān)眾文化新需求，戲劇界的專(zhuān)業(yè)人士在不斷探索一些新的方式方法，以求將聲光影效果融入到舞臺的戲劇表演中。但通過(guò)對比發(fā)現，目前大多數研究主要把精力放在了聲光效果的改進(jìn)上。如果在此基礎上，還要能實(shí)現多聲源、多光源的集中控制、同步完成操作，這就需一種基于全新智能云臺的舞臺多媒體綜合投影系統(Stage Multimedia Integrated Projection System)，具有一個(gè)集中“控制中心”(Control Center)，每個(gè)聲、光設備都是可控的，可以由“控制中心”統一向各聲、光設備發(fā)出指令，各設備在接到指令后作出響應，達到“多位一體，協(xié)調如一”的操控效果。同時(shí)，對視頻的播放，通過(guò)增加濾鏡的方式解決因投影機位置不同而導致的圖像扭曲形變，增加的定制濾鏡包括“圖像特效、畫(huà)面處理、節目同步、畫(huà)面切換”四大類(lèi)，以形形色色的定制形變、花樣切換等特效為整體效果錦上添花;設置一個(gè)“透明”的云臺，借助外部設備實(shí)現對投影機的靈活控制，除了彌補投影機原有無(wú)法全黑的缺陷，還增加了變換角度等新功能。

　　1舞臺多媒體綜合投影系統

　　舞臺多媒體綜合投影系統通過(guò)采用新技術(shù)使傳統文化展示產(chǎn)生多元性的聲光效果。該系統的產(chǎn)生來(lái)源于劇院舞臺的實(shí)際需要，需要體現各種投影特效。如傳統戲劇表演中要展示湖面，是做一個(gè)湖面的景片，并靜止地放在舞臺的背景大幕處;而現在可以通過(guò)舞臺多媒體綜合交互式投影系統將湖面影像投射到背景大幕上，不僅投影的畫(huà)面是動(dòng)態(tài)的，而且還可以根據需要讓湖面產(chǎn)生不同效果的變形，讓每次表演有不同的呈現。但實(shí)踐過(guò)程中還有很多技術(shù)問(wèn)題要解決。

　　其實(shí)，即使不考慮這些特效，也必須要考慮一個(gè)重要的因素：一個(gè)投影機投向一個(gè)平面，如圖1所示，默認的情況下，投影機應該位于“投影點(diǎn)3”(Projection Site)，并且要離舞臺大幕一定遠的距離，而事實(shí)上，這種效果會(huì )因經(jīng)過(guò)觀(guān)眾席上空的漫反射光而產(chǎn)生很差的體驗，并且參演演員的影子也會(huì )被映射到大幕上，同時(shí)，平射光會(huì )影響到演員的視覺(jué)，所以這種投影點(diǎn)沒(méi)有現實(shí)的可取性;現實(shí)中，更多的是把投影機放置在“投影點(diǎn)2”處，這種方式也會(huì )產(chǎn)生演員影子和影響演員視覺(jué);最佳的方式就是放置在“投影點(diǎn)1”處，可以避免上述兩個(gè)問(wèn)題，但由于傾斜角過(guò)小而產(chǎn)生圖像變形。這時(shí)，要解決這種變形就要用到了圖像特效處理技術(shù)。

圖1投影位置示意圖

　　如果僅僅是解決上面的基本問(wèn)題，那么可以使用“大樓幕墻投影濾鏡算法”[2]。該算法是將視頻一幀幀的圖像(Frame)拆成一條條等距的“線(xiàn)”(Line)，根據投影點(diǎn)離大幕的距離和夾角計算出每條線(xiàn)的正確位置，對圖像進(jìn)行濾鏡處理，產(chǎn)生反向的變形，最終使投影正常。所以，該方法適合于投影點(diǎn)放在劇場(chǎng)的任何位置，甚至是動(dòng)態(tài)移動(dòng)。

　　常規的劇院對于戲劇或節目的背景大幕展示，采用的是單一投影機某一圖像或視頻的投影，其投放效果完全取決于圖像或視頻本身的制作。除需考慮數量可觀(guān)費用，特別需要考慮如背景視頻進(jìn)度與戲劇節目本身同步的根本問(wèn)題。但如果節目在演出中臨時(shí)出現小的變動(dòng)，而已制作好的視頻卻無(wú)法做出哪怕是微小的改動(dòng)。為此，可以沿著(zhù)上面的思路做出形式多樣的特效。

　　圖像特效類(lèi)：球面效果、拉伸效果，使當前的視頻產(chǎn)生人為的變形效果。

　　面處理類(lèi)：多圖像的無(wú)縫銜接、各自圖像的統一或單個(gè)大小變化、部分遮擋、畫(huà)中畫(huà)、畫(huà)面迭加，可以用于超大屏幕、環(huán)形屏幕，或產(chǎn)生多畫(huà)面、多種不同素材內容迭加的視效。

　　節目同步類(lèi)：隨劇情或背景音樂(lè )而發(fā)生的實(shí)時(shí)變形，隨演員說(shuō)話(huà)的大小而故意產(chǎn)生的抖動(dòng)，隨演員出現而產(chǎn)生的名字、簡(jiǎn)介等實(shí)時(shí)字幕效果，這種特效可以增加演員的語(yǔ)言或肢體動(dòng)作的感染力，達到多方面的感受體驗。

　　畫(huà)面切換類(lèi)：如百頁(yè)窗效果、飛入飛出、淡入淡出效果。

　　上述效果可以多層疊加使用，產(chǎn)生組合效果。

　　這些特效的運用可以使整個(gè)節目具有一種視覺(jué)上的新鮮感，體現電影特技般的效果。傳統的電影特技是在拍攝結束后，由專(zhuān)業(yè)的“非線(xiàn)性音視頻編輯軟件”進(jìn)行電影特技處理，這類(lèi)軟件通常動(dòng)輒百萬(wàn)，并且編輯后的視頻是永久性的，不具備靈活性。而戲劇具有在場(chǎng)性，根據演出現場(chǎng)需要而定，需要多媒體系統投影藝術(shù)是動(dòng)態(tài)的、即興的，能達到“所見(jiàn)即所得”的效果，因而要具備通用性、靈活性，舞臺呈現效果可以立竿見(jiàn)影。

　　毫無(wú)疑問(wèn)，有了具備上述功能的舞臺多媒體綜合投影系統，導演或場(chǎng)控人員就可以“運籌于控制臺，而決勝于舞臺”，主控人員只需要通過(guò)系統平臺實(shí)時(shí)進(jìn)行調整即可，甚至在設計時(shí)也可通過(guò)預設觸發(fā)條件，人為地進(jìn)行極小的干預，如預設只有在演員出場(chǎng)時(shí)才在幕墻上出現該演員的介紹[3-5]。由于濾鏡的選擇可以疊加和動(dòng)態(tài)可調，因而對同一劇目的不同場(chǎng)次展示，場(chǎng)控人員可以選擇使用不同的效果，這種“每次都是唯一的”體驗感受。

　　2智能化云臺控制系統

　　傳統的戲劇表演，劇情場(chǎng)景的切換通常是通過(guò)舞臺的背景大幕實(shí)現的，對于頻繁切換的場(chǎng)景則要采用多個(gè)層次的背景大幕切換。但無(wú)論哪一種，大幕都是靜態(tài)的形式，在表演的時(shí)候，由人工或人工控制機械進(jìn)行移動(dòng)。然而在實(shí)際使用中，戲劇工作者也發(fā)現一些問(wèn)題，如當采用多層情景投射時(shí)，由于多層情景大幕距離投影機的遠近各不相同，因而會(huì )產(chǎn)生投射焦距和投射中心點(diǎn)各不相同;由于不同時(shí)期，所采購的投影機廠(chǎng)家、品牌、質(zhì)量各不相同，導致在一些投射細節上略有差異，特別是當投射為全黑效果時(shí)，有些投影機由于內部密閉性差和漫反射處理效果的不佳而導致即使

　　投射本意為全黑效果，實(shí)際是灰色值較小的“深黑”色，這在高質(zhì)量的戲劇演出中，會(huì )嚴重降低整體質(zhì)量，影響觀(guān)眾的觀(guān)演效果。這一問(wèn)題的臨時(shí)解決方案，或者采用手工方式調整方式，或是采用雙投影機，甚至多投影機的多機方式。兩者的缺點(diǎn)不言而喻，手工方式即由人來(lái)手動(dòng)調焦、撥動(dòng)以對投射中心、手動(dòng)擋光等操作費時(shí)費力，且對參與手工調整的人員來(lái)說(shuō)，時(shí)效性和動(dòng)作熟練程度都有太高的要求，在一些特殊的場(chǎng)景切換要求下，也是不可能實(shí)現的;雙投或多投的方式最大的問(wèn)題是資源的浪費，只是為了一個(gè)功能上的需求而投入大量資金，這對于一些資金相對緊張的小劇院而言只能望而卻步。

　　為了解決現實(shí)問(wèn)題，引入了智能化云臺控制系統。這里的云臺控制系統并不是泛指當前監控系統中廣泛使用的攝像頭云臺(Cradle Head Camera)，而是針對現代投影機所特設的一種革新式的結構，如圖2所示，從而使舞臺多媒體綜合投影系統可具備很好的通用性、靈活性。智能化云臺控制系統通過(guò)硬件和軟件的定制改裝， 將機械云臺和投影機內的控制協(xié)議轉化成DMX512(Digital Multiplex)協(xié)議(國際演出行業(yè)的數字通信標準)，使得其能夠適用于任何使用該協(xié)議的設備。

圖2云臺設計示意圖

　　在實(shí)際應用中，一方面，智能化云臺控制系統可以實(shí)時(shí)轉動(dòng)云臺的橫豎兩個(gè)方向來(lái)改變并保存投影機的投射方向;另一方面，通過(guò)燈光控臺(采用的是DMX512)發(fā)出信號控制投影機的投射位置并控制投影機本機的參數的調整，如投影機鏡頭的伸縮(ZOOM)焦段、畫(huà)面對焦、梯形矯正、亮度、鏡罩開(kāi)關(guān)等原本需要人工或者停機操作的參數，從而實(shí)現演出中的交互創(chuàng )作。

　　其主要有如下功能。

　　廣泛支持當前主流的投影機，整合現有資源，可兼容舊產(chǎn)品，節省資金“創(chuàng )造”價(jià)值。通過(guò)該云臺的物理結構，可以使原有投影機增加三大功能：原有投影機可以以垂直或水平方式進(jìn)行一定角度的旋轉，從而可以將正投的投射中心定點(diǎn)于舞臺的任何位置;在云臺前端以擋光板的物理結構遮擋或放行投影機的投射光，客觀(guān)上“打開(kāi)”或“關(guān)閉”投影機的投影開(kāi)關(guān)，從而彌補投影機本身在投射效果上的設計不足;平臺本身支持桌臺上放置和吊臂式懸掛，甚至是豎墻上懸掛等多種方式，解決當前投影機只能一次性固化地吊裝在屋頂的方式。

　　通過(guò)“通信模塊”以網(wǎng)絡(luò )的方式對云臺實(shí)施遠程控制，如角度旋轉、以某種模式打開(kāi)或關(guān)閉云臺的擋光板。“通信模塊”實(shí)現的主要功能有：通過(guò)單片機、FPGA、PLC、ARM等當前主流控制接口板，實(shí)現對外網(wǎng)口、串口數據的接收，從而實(shí)現與外界的網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù);而在內部則是通過(guò)電機、齒輪、油壓等機械裝置實(shí)現旋轉。

　　通過(guò)通信協(xié)議對投影機進(jìn)行控制(該項功能需要投影機本身支持)，實(shí)現開(kāi)機關(guān)機、開(kāi)關(guān)投光鏡頭、調焦等操作;并支持綜合平臺遠程手動(dòng)操作、平臺定時(shí)操作、手動(dòng)遙控器操作等模式。

　　智能化云臺的控制使舞臺多媒體綜合投影系統處于“透明”的使用狀態(tài)。由于對該云臺的各種操作等同于對投影機所發(fā)命令，因而使導演或場(chǎng)務(wù)工作人員只知道該處有投影點(diǎn)，而不需要知道該處還有云臺。例如投影機的“播放”命令，同樣意味著(zhù)云臺遮擋的門(mén)“打開(kāi)”，而投影機的“停止播放”命令，同樣意味著(zhù)云臺遮擋的門(mén)“關(guān)閉”。

　　3系統的應用

　　為了驗證和應用上述思路和設計方案，項目組在隨后文化部科技創(chuàng )新項目和上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì )科技創(chuàng )新行動(dòng)項目中使用了該系統。該項目通過(guò)對舞臺表演藝術(shù)和多媒體投影軟景技術(shù)的深入研究，用集成創(chuàng )新的方法，在戲劇舞臺上通過(guò)對藝術(shù)表演內容的編創(chuàng )、軟景介質(zhì)和投影內容的設計以及交互多媒體邏輯控制系統的集成開(kāi)發(fā)應用，實(shí)現了真實(shí)舞臺空間元素與虛擬影像內容之間的交互表演，創(chuàng )造出了具有信息技術(shù)時(shí)代特征的舞臺藝術(shù)表演語(yǔ)匯和藝術(shù)形態(tài)，解決了真實(shí)人物表演與虛擬影像之間交互表演的難題，促進(jìn)了戲劇人物與戲劇場(chǎng)景的協(xié)同敘事。

　　在舞臺演出中，投影一般被用于將數字影像投射在舞臺景片之上?；谶@一應用現狀，投影設計往往需要考慮投影介質(zhì)(surface)位置而采用多臺投影機。如果在舞臺上需要在多個(gè)位置進(jìn)行投影，如圖3中的左圖需要投射3個(gè)位置，則需要安裝3臺投影機進(jìn)行投影。這一現狀往往會(huì )增加舞臺演出時(shí)投影機的臺數。而基于智能云臺的舞臺多媒體綜合投影系統則可以利用智能云臺系統的機械旋轉裝置及電子控制的動(dòng)態(tài)對焦，使用一臺投影機就可以完成對3個(gè)位置的投影(見(jiàn)圖3中的右圖)。

圖3智能云臺系統與普通云臺的對比

　　基于這一應用方式，投影機的鏡頭需要變動(dòng)內部鏡片使得物距和像距的相對距離改變，讓投影影像能夠清晰地呈現在所希望的位置。

　　此外，在一般的舞臺演出中，關(guān)于投影機黑場(chǎng)的細節常常被忽略。一般演出投影機鏡頭前會(huì )設計一個(gè)開(kāi)關(guān)燈閘(shutter)，因為在舞臺演出過(guò)程中會(huì )存在不需要投影效果的時(shí)間，即“投影黑場(chǎng)”。

　　在使用普通云臺的投影黑場(chǎng)功能，舞臺上仍會(huì )殘留有投影機的“黑色”光線(xiàn)，會(huì )打破觀(guān)眾對舞臺演出的沉浸感。如果要避免這一現象，需要人工靠近投影機關(guān)上開(kāi)關(guān)燈閘，但智能云臺多媒體綜合投影系統整合了這一開(kāi)關(guān)功能，可以通過(guò)控制系統完成開(kāi)關(guān)投影機燈閘的功能。

　　在上海戲劇學(xué)院《那年我學(xué)開(kāi)車(chē)》的演出中，使用了智能云臺多媒體綜合投影系統，如圖4所示，主要使用了機械轉動(dòng)控制、動(dòng)態(tài)對焦和投影機燈閘控制的功能。云臺不但可以在x軸/y軸上進(jìn)行旋轉，使得投射影像可以在舞臺上橫向和豎向移動(dòng)，還可以將投影機固定在兩軸坐標內任意角度。

　　4小結

　　為滿(mǎn)足觀(guān)眾文化新需求，研發(fā)基于全新智能云臺的舞臺多媒體綜合投影系統，解決傳統投影儀設備在實(shí)際使用時(shí)，無(wú)法產(chǎn)生全黑視頻的缺陷，以及無(wú)法調焦，轉向等不足。其在演出中的實(shí)際應用，實(shí)現了投影黑場(chǎng)、調焦、轉向等功能，能夠使得一臺投影機對舞臺上多個(gè)位置不同的投影介質(zhì)進(jìn)行投射，畫(huà)面清晰，定位準確，既保證舞臺演出的效果，又使得投影設備能夠高效集約地進(jìn)行控制。同時(shí)，配合利用紅外裝置感應技術(shù)以及光感應技術(shù)，實(shí)現“虛擬空間”和“真實(shí)空間”之間的互動(dòng)，甚至觀(guān)眾與演出“互動(dòng)”，增強藝術(shù)多層次的表現力，滿(mǎn)足多元化的演出和欣賞的需求?；谥悄茉婆_的舞臺媒體體綜合投影系統的研究、應用探索，促進(jìn)當今戲劇舞臺藝術(shù)的多元化的創(chuàng )新發(fā)展。