按文化部《中國文化文物統(tǒng)計年鑒》的統(tǒng)計，2017年，全國藝術表演場館2455個，從業(yè)人員53765，觀眾人次13453.80萬人，藝術演出觀眾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，目前大多數研究主要把精力放在了聲光效果的改進上。如果在此基礎上，還要能實現多聲源、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(tǒng)(Stage Multimedia Integrated Projection System)，具有一個集中“控制中心”(Control Center)，每個聲、光設備都是可控的，可以由“控制中心”統(tǒng)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，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;設置一個“透明”的云臺，借助外部設備實現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)通過采用新技術使傳統(tǒng)文化展示產生多元性的聲光效果。該系統(tǒng)的產生來源于劇院舞臺的實際需要，需要體現各種投影特效。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，而且還可以根據需要讓湖面產生不同效果的變形，讓每次表演有不同的呈現。但實踐過程中還有很多技術問題要解決。

　　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，這種效果會因經過觀眾席上空的漫反射光而產生很差的體驗，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實的可取性;現實中，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。

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，或產生多畫面、多種不同素材內容迭加的視效。

　　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生的抖動，隨演員出現而產生的名字、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，體現電影特技般的效果。傳統(tǒng)的電影特技是在拍攝結束后，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，根據演出現場需要而定，需要多媒體系統(tǒng)投影藝術是動態(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)平臺實時進行調整即可，甚至在設計時也可通過預設觸發(fā)條件，人為地進行極小的干預，如預設只有在演員出場時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態(tài)可調，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、質量各不相同，導致在一些投射細節(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，實際是灰色值較小的“深黑”色，這在高質量的戲劇演出中，會嚴重降低整體質量，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(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

　　在實際應用中，一方面，智能化云臺控制系統(tǒng)可以實時轉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的調整，如投影機鏡頭的伸縮(ZOOM)焦段、畫面對焦、梯形矯正、亮度、鏡罩開關等原本需要人工或者停機操作的參數，從而實現演出中的交互創(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，可兼容舊產品，節(jié)省資金“創(chuàng)造”價值。通過該云臺的物理結構，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行一定角度的旋轉，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構遮擋或放行投影機的投射光，客觀上“打開”或“關閉”投影機的投影開關，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“通信模塊”以網絡的方式對云臺實施遠程控制，如角度旋轉、以某種模式打開或關閉云臺的擋光板。“通信模塊”實現的主要功能有：通過單片機、FPGA、PLC、ARM等當前主流控制接口板，實現對外網口、串口數據的接收，從而實現與外界的網絡通信技術;而在內部則是通過電機、齒輪、油壓等機械裝置實現旋轉。

　　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)，實現開機關機、開關投光鏡頭、調焦等操作;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，因而使導演或場務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“關閉”。

　　3系統(tǒng)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技術委員會科技創(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和多媒體投影軟景技術的深入研究，用集成創(chuàng)新的方法，在戲劇舞臺上通過對藝術表演內容的編創(chuàng)、軟景介質和投影內容的設計以及交互多媒體邏輯控制系統(tǒng)的集成開發(fā)應用，實現了真實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時代特征的舞臺藝術表演語匯和藝術形態(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(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。這一現狀往往會增加舞臺演出時投影機的臺數。而基于智能云臺的舞臺多媒體綜合投影系統(tǒng)則可以利用智能云臺系統(tǒng)的機械旋轉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

　　基于這一應用方式，投影機的鏡頭需要變動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計一個開關燈閘(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。如果要避免這一現象，需要人工靠近投影機關上開關燈閘，但智能云臺多媒體綜合投影系統(tǒng)整合了這一開關功能，可以通過控制系統(tǒng)完成開關投影機燈閘的功能。

　　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，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任意角度。

　　4小結

　　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)投影儀設備在實際使用時，無法產生全黑視頻的缺陷，以及無法調焦，轉向等不足。其在演出中的實際應用，實現了投影黑場、調焦、轉向等功能，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，又使得投影設備能夠高效集約地進行控制。同時，配合利用紅外裝置感應技術以及光感應技術，實現“虛擬空間”和“真實空間”之間的互動，甚至觀眾與演出“互動”，增強藝術多層次的表現力，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、應用探索，促進當今戲劇舞臺藝術的多元化的創(chuàng)新發(fā)展。