按文化部《中國文化文物統(tǒng)計年鑒》的統(tǒng)計，2017年，全國藝術(shù)表演場館2455個，從業(yè)人員53765，觀眾人次13453.80萬人，藝術(shù)演出觀眾3234.22萬人次�？梢娦蕾p舞臺表演仍然是當前觀眾喜聞樂見的一種娛樂方式。相比于單一選擇的劇院電影，戲劇舞臺表演使觀眾有更多的參與感，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，無論是觀眾還是戲劇研究人員越來越不滿足于傳統(tǒng)的舞臺表現(xiàn)形式，并都意識到戲劇要與時俱進[1]。
為滿足觀眾文化新需求，戲劇界的專業(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。但通過對比發(fā)現(xiàn)，目前大多數(shù)研究主要把精力放在了聲光效果的改進上。如果在此基礎(chǔ)上，還要能實現(xiàn)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(tǒng)（Stage Multimedia Integrated Projection System），具有一個集中“控制中心”（Control Center），每個聲、光設(shè)備都是可控的，可以由“控制中心”統(tǒng)一向各聲、光設(shè)備發(fā)出指令，各設(shè)備在接到指令后作出響應(yīng)，達到“多位一體，協(xié)調(diào)如一”的操控效果。同時，對視頻的播放，通過增加濾鏡的方式解決因投影機位置不同而導(dǎo)致的圖像扭曲形變，增加的定制濾鏡包括“圖像特效、畫面處理、節(jié)目同步、畫面切換”四大類，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(shè)置一個“透明”的云臺，借助外部設(shè)備實現(xiàn)對投影機的靈活控制，除了彌補投影機原有無法全黑的缺陷，還增加了變換角度等新功能。
1 舞臺多媒體綜合投影系統(tǒng)
舞臺多媒體綜合投影系統(tǒng)通過采用新技術(shù)使傳統(tǒng)文化展示產(chǎn)生多元性的聲光效果。該系統(tǒng)的產(chǎn)生來源于劇院舞臺的實際需要，需要體現(xiàn)各種投影特效。如傳統(tǒng)戲劇表演中要展示湖面，是做一個湖面的景片，并靜止地放在舞臺的背景大幕處；而現(xiàn)在可以通過舞臺多媒體綜合交互式投影系統(tǒng)將湖面影像投射到背景大幕上，不僅投影的畫面是動態(tài)的，而且還可以根據(jù)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(xiàn)。但實踐過程中還有很多技術(shù)問題要解決。
其實，即使不考慮這些特效，也必須要考慮一個重要的因素：一個投影機投向一個平面，如圖1所示，默認的情況下，投影機應(yīng)該位于“投影點3”（Projection Site），并且要離舞臺大幕一定遠的距離，而事實上，這種效果會因經(jīng)過觀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被映射到大幕上，同時，平射光會影響到演員的視覺，所以這種投影點沒有現(xiàn)實的可取性；現(xiàn)實中，更多的是把投影機放置在“投影點2”處，這種方式也會產(chǎn)生演員影子和影響演員視覺；最佳的方式就是放置在“投影點1”處，可以避免上述兩個問題，但由于傾斜角過小而產(chǎn)生圖像變形。這時，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”（Line），根據(jù)投影點離大幕的距離和夾角計算出每條線的正確位置，對圖像進行濾鏡處理，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放在劇場的任何位置，甚至是動態(tài)移動。
常規(guī)的劇院對于戲劇或節(jié)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(shù)量可觀費用，特別需要考慮如背景視頻進度與戲劇節(jié)目本身同步的根本問題。但如果節(jié)目在演出中臨時出現(xiàn)小的變動，而已制作好的視頻卻無法做出哪怕是微小的改動。為此，可以沿著上面的思路做出形式多樣的特效。
圖像特效類：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：多圖像的無縫銜接、各自圖像的統(tǒng)一或單個大小變化、部分遮擋、畫中畫、畫面迭加，可以用于超大屏幕、環(huán)形屏幕，或產(chǎn)生多畫面、多種不同素材內(nèi)容迭加的視效。
節(jié)目同步類：隨劇情或背景音樂而發(fā)生的實時變形，隨演員說話的大小而故意產(chǎn)生的抖動，隨演員出現(xiàn)而產(chǎn)生的名字、簡介等實時字幕效果，這種特效可以增加演員的語言或肢體動作的感染力，達到多方面的感受體驗。
畫面切換類：如百頁窗效果、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節(jié)目具有一種視覺上的新鮮感，體現(xiàn)電影特技般的效果。傳統(tǒng)的電影特技是在拍攝結(jié)束后，由專業(yè)的“非線性音視頻編輯軟件”進行電影特技處理，這類軟件通常動輒百萬，并且編輯后的視頻是永久性的，不具備靈活性。而戲劇具有在場性，根據(jù)演出現(xiàn)場需要而定，需要多媒體系統(tǒng)投影藝術(shù)是動態(tài)的、即興的，能達到“所見即所得”的效果，因而要具備通用性、靈活性，舞臺呈現(xiàn)效果可以立竿見影。
毫無疑問，有了具備上述功能的舞臺多媒體綜合投影系統(tǒng)，導(dǎo)演或場控人員就可以“運籌于控制臺，而決勝于舞臺”，主控人員只需要通過系統(tǒng)平臺實時進行調(diào)整即可，甚至在設(shè)計時也可通過預(yù)設(shè)觸發(fā)條件，人為地進行極小的干預(yù)，如預(yù)設(shè)只有在演員出場時才在幕墻上出現(xiàn)該演員的介紹[3-5]。由于濾鏡的選擇可以疊加和動態(tài)可調(diào)，因而對同一劇目的不同場次展示，場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(tǒng)
傳統(tǒng)的戲劇表演，劇情場景的切換通常是通過舞臺的背景大幕實現(xiàn)的，對于頻繁切換的場景則要采用多個層次的背景大幕切換。但無論哪一種，大幕都是靜態(tài)的形式，在表演的時候，由人工或人工控制機械進行移動。然而在實際使用中，戲劇工作者也發(fā)現(xiàn)一些問題，如當采用多層情景投射時，由于多層情景大幕距離投影機的遠近各不相同，因而會產(chǎn)生投射焦距和投射中心點各不相同；由于不同時期，所采購的投影機廠家、品牌、質(zhì)量各不相同，導(dǎo)致在一些投射細節(jié)上略有差異，特別是當投射為全黑效果時，有些投影機由于內(nèi)部密閉性差和漫反射處理效果的不佳而導(dǎo)致即使
投射本意為全黑效果，實際是灰色值較小的“深黑”色，這在高質(zhì)量的戲劇演出中，會嚴重降低整體質(zhì)量，影響觀眾的觀演效果。這一問題的臨時解決方案，或者采用手工方式調(diào)整方式，或是采用雙投影機，甚至多投影機的多機方式。兩者的缺點不言而喻，手工方式即由人來手動調(diào)焦、撥動以對投射中心、手動擋光等操作費時費力，且對參與手工調(diào)整的人員來說，時效性和動作熟練程度都有太高的要求，在一些特殊的場景切換要求下，也是不可能實現(xiàn)的；雙投或多投的方式最大的問題是資源的浪費，只是為了一個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(xiàn)實問題，引入了智能化云臺控制系統(tǒng)。這里的云臺控制系統(tǒng)并不是泛指當前監(jiān)控系統(tǒng)中廣泛使用的攝像頭云臺（Cradle Head Camera），而是針對現(xiàn)代投影機所特設(shè)的一種革新式的結(jié)構(gòu)，如圖2所示，從而使舞臺多媒體綜合投影系統(tǒng)可具備很好的通用性、靈活性。智能化云臺控制系統(tǒng)通過硬件和軟件的定制改裝， 將機械云臺和投影機內(nèi)的控制協(xié)議轉(zhuǎn)化成DMX512(Digital Multiplex)協(xié)議（國際演出行業(yè)的數(shù)字通信標準），使得其能夠適用于任何使用該協(xié)議的設(shè)備。
圖2 云臺設(shè)計示意圖
在實際應(yīng)用中，一方面，智能化云臺控制系統(tǒng)可以實時轉(zhuǎn)動云臺的橫豎兩個方向來改變并保存投影機的投射方向；另一方面，通過燈光控臺（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(shù)的調(diào)整，如投影機鏡頭的伸縮（ZOOM）焦段、畫面對焦、梯形矯正、亮度、鏡罩開關(guān)等原本需要人工或者停機操作的參數(shù)，從而實現(xiàn)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(xiàn)有資源，可兼容舊產(chǎn)品，節(jié)省資金“創(chuàng)造”價值。通過該云臺的物理結(jié)構(gòu)，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行一定角度的旋轉(zhuǎn)，從而可以將正投的投射中心定點于舞臺的任何位置；在云臺前端以擋光板的物理結(jié)構(gòu)遮擋或放行投影機的投射光，客觀上“打開”或“關(guān)閉”投影機的投影開關(guān)，從而彌補投影機本身在投射效果上的設(shè)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?shù)姆绞健?/P>
通過“通信模塊”以網(wǎng)絡(luò)的方式對云臺實施遠程控制，如角度旋轉(zhuǎn)、以某種模式打開或關(guān)閉云臺的擋光板�！巴ㄐ拍K”實現(xiàn)的主要功能有：通過單片機、FPGA、PLC、ARM等當前主流控制接口板，實現(xiàn)對外網(wǎng)口、串口數(shù)據(jù)的接收，從而實現(xiàn)與外界的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)；而在內(nèi)部則是通過電機、齒輪、油壓等機械裝置實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。
通過通信協(xié)議對投影機進行控制（該項功能需要投影機本身支持），實現(xiàn)開機關(guān)機、開關(guān)投光鏡頭、調(diào)焦等操作；并支持綜合平臺遠程手動操作、平臺定時操作、手動遙控器操作等模式。
智能化云臺的控制使舞臺多媒體綜合投影系統(tǒng)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(dǎo)演或場務(wù)工作人員只知道該處有投影點，而不需要知道該處還有云臺。例如投影機的“播放”命令，同樣意味著云臺遮擋的門“打開”，而投影機的“停止播放”命令，同樣意味著云臺遮擋的門“關(guān)閉”。
3 系統(tǒng)的應(yīng)用
為了驗證和應(yīng)用上述思路和設(shè)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技術(shù)委員會科技創(chuàng)新行動項目中使用了該系統(tǒng)。該項目通過對舞臺表演藝術(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，在戲劇舞臺上通過對藝術(shù)表演內(nèi)容的編創(chuàng)、軟景介質(zhì)和投影內(nèi)容的設(shè)計以及交互多媒體邏輯控制系統(tǒng)的集成開發(fā)應(yīng)用，實現(xiàn)了真實舞臺空間元素與虛擬影像內(nèi)容之間的交互表演，創(chuàng)造出了具有信息技術(shù)時代特征的舞臺藝術(shù)表演語匯和藝術(shù)形態(tài)，解決了真實人物表演與虛擬影像之間交互表演的難題，促進了戲劇人物與戲劇場景的協(xié)同敘事。
在舞臺演出中，投影一般被用于將數(shù)字影像投射在舞臺景片之上�；谶@一應(yīng)用現(xiàn)狀，投影設(shè)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位置進行投影，如圖3中的左圖需要投射3個位置，則需要安裝3臺投影機進行投影。這一現(xiàn)狀往往會增加舞臺演出時投影機的臺數(shù)。而基于智能云臺的舞臺多媒體綜合投影系統(tǒng)則可以利用智能云臺系統(tǒng)的機械旋轉(zhuǎn)裝置及電子控制的動態(tài)對焦，使用一臺投影機就可以完成對3個位置的投影（見圖3中的右圖）。
圖3 智能云臺系統(tǒng)與普通云臺的對比
基于這一應(yīng)用方式，投影機的鏡頭需要變動內(nèi)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(xiàn)在所希望的位置。
此外，在一般的舞臺演出中，關(guān)于投影機黑場的細節(jié)常常被忽略。一般演出投影機鏡頭前會設(shè)計一個開關(guān)燈閘（shutter），因為在舞臺演出過程中會存在不需要投影效果的時間，即“投影黑場”。
在使用普通云臺的投影黑場功能，舞臺上仍會殘留有投影機的“黑色”光線，會打破觀眾對舞臺演出的沉浸感。如果要避免這一現(xiàn)象，需要人工靠近投影機關(guān)上開關(guān)燈閘，但智能云臺多媒體綜合投影系統(tǒng)整合了這一開關(guān)功能，可以通過控制系統(tǒng)完成開關(guān)投影機燈閘的功能。
在上海戲劇學院《那年我學開車》的演出中，使用了智能云臺多媒體綜合投影系統(tǒng)，如圖4所示，主要使用了機械轉(zhuǎn)動控制、動態(tài)對焦和投影機燈閘控制的功能。云臺不但可以在x軸/y軸上進行旋轉(zhuǎn)，使得投射影像可以在舞臺上橫向和豎向移動，還可以將投影機固定在兩軸坐標內(nèi)任意角度。
4 小結(jié)
為滿足觀眾文化新需求，研發(fā)基于全新智能云臺的舞臺多媒體綜合投影系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)投影儀設(shè)備在實際使用時，無法產(chǎn)生全黑視頻的缺陷，以及無法調(diào)焦，轉(zhuǎn)向等不足。其在演出中的實際應(yīng)用，實現(xiàn)了投影黑場、調(diào)焦、轉(zhuǎn)向等功能，能夠使得一臺投影機對舞臺上多個位置不同的投影介質(zhì)進行投射，畫面清晰，定位準確，既保證舞臺演出的效果，又使得投影設(shè)備能夠高效集約地進行控制。同時，配合利用紅外裝置感應(yīng)技術(shù)以及光感應(yīng)技術(shù)，實現(xiàn)“虛擬空間”和“真實空間”之間的互動，甚至觀眾與演出“互動”，增強藝術(shù)多層次的表現(xiàn)力，滿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(tǒng)的研究、應(yīng)用探索，促進當今戲劇舞臺藝術(shù)的多元化的創(chuàng)新發(fā)展。
*本文為文化與旅游部重點實驗室資助項目和上海市高峰高原學科建設(shè)計劃成果（項目編號：SH1510FXK）
選自《演藝科技》2019年第10期 張敬平，朱佳靜《基于智能化云臺的舞臺多媒體綜合投影系統(tǒng)*》
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