陶 曄 王迎春 呂佳璐

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球幕影院劇場(chǎng)設(shè)計(jì)及技術(shù)科普——以中國杭州低碳科技館球幕影院為例

陶 曄 王迎春 呂佳璐

中國杭州低碳科技館，浙江 杭州 310051

近年來，隨著國家以及地方政府對(duì)社會(huì)性、公益性、群眾性科普教育機(jī)構(gòu)不斷加大建設(shè)投入，許多城市紛紛建造科學(xué)技術(shù)館、科技類博物館、科學(xué)中心、科學(xué)宮。根據(jù)中國科協(xié)科普發(fā)展規(guī)劃（2016～2020年），我國科技館的數(shù)量到2020年保有量達(dá)到1000個(gè)。現(xiàn)有的大中型科技館（建筑面積在8000平方米以上）都標(biāo)配特效影院，特種電影作為一種創(chuàng)新科普展教傳播形式吸引許多到訪參觀者，它利用各種高科技技術(shù)，通過放映科普短片讓游客身臨其境的感受到科學(xué)的魅力?；诖?，主要科普特效影院—球幕影院劇場(chǎng)設(shè)計(jì)及技術(shù)。

科技館；球幕影院；影院劇場(chǎng)設(shè)計(jì)；科普

特效影院之所以稱它為“特效”，是因?yàn)樗谋憩F(xiàn)形式不只一種，比如大眾熟知的3D影院、4D動(dòng)感影院以及在一線城市科技館中較為常見的比較特殊的影院——球幕影院，球幕影院又稱“穹幕影院”，最先出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，球幕影院外觀如球形，銀幕形狀是大半個(gè)圓穹頂，放映視域范圍可達(dá)360度，立體聲音響環(huán)繞球幕銀幕，即使電影畫面并非3D效果，觀眾也能產(chǎn)生聲臨其境的錯(cuò)覺，沉浸感非常強(qiáng)烈。本文以中國杭州低碳科技館數(shù)字球幕影院為例，根據(jù)供貨商提供的球幕影院的技術(shù)文檔向大家簡(jiǎn)單科普數(shù)字球幕影院設(shè)計(jì)及技術(shù)。

我館數(shù)字球幕系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整個(gè)影院設(shè)計(jì)綜合場(chǎng)地空間及影像效果，將影院設(shè)計(jì)為傾斜角度23度。投影機(jī)安裝在劇場(chǎng)的最高處和最低處。

數(shù)字球幕影院采用美國益世（E & S）公司Digistar 4 LCOS播放系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)由以下幾部分組成：

（1）控制、播放演示系統(tǒng)；

（2）數(shù)字放映系統(tǒng)；

（3）球幕系統(tǒng)；

（4）音響系統(tǒng)；

（5）LED燈光系統(tǒng)；

（6）座椅系統(tǒng)。

1 控制、播放、演示系統(tǒng)

影院劇場(chǎng)使用全球市場(chǎng)占有率最高的數(shù)字劇場(chǎng)系統(tǒng)——美國益世（E & S）公司開發(fā)的Digistar系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有全球幕渲染、天文演示及對(duì)劇場(chǎng)內(nèi)其他周邊系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)同步控制能力。該系統(tǒng)硬軟件主要有：

（1）控制服務(wù)器。與其他計(jì)算機(jī)和部件相連，是Digistar系統(tǒng)主要控制裝置，為操作人員提供播放演示界面，向劇場(chǎng)內(nèi)各類設(shè)備發(fā)出指令并對(duì)系統(tǒng)狀況進(jìn)行監(jiān)控。

（2）圖形計(jì)算機(jī)。實(shí)時(shí)提供最高質(zhì)量的基于PC的圖像渲染，每臺(tái)圖形計(jì)算機(jī)都能夠生成實(shí)時(shí)三維節(jié)目、顯示視頻窗口，并同時(shí)解碼預(yù)先渲染的全球幕視頻圖像。

（3）音頻計(jì)算機(jī)。將各種數(shù)字音源混合形成可以輸出的5.1格式的數(shù)字音頻流，控制計(jì)算機(jī)通過音頻計(jì)算機(jī)控制音源回放和音量以提供節(jié)目場(chǎng)景的混音并通過光纖線路連接外部音響放大和播放系統(tǒng)。

（4）操控臺(tái)。包括2臺(tái)液晶顯示器、背光鍵盤和鼠標(biāo)、PDA手持控制器、操作桿。

（5）軟件。每臺(tái)服務(wù)器都按照Windows7操作系統(tǒng)及Digistar 4星空表演及球幕播放軟件。

2 數(shù)字放映系統(tǒng)

影院通過2臺(tái)4K SONY SRX-T420投影機(jī)和2個(gè)加配的110度廣角鏡頭將Digistar計(jì)算機(jī)系統(tǒng)生成的圖像投射在整個(gè)球幕上，投影機(jī)固定在球幕南北對(duì)端，每端1臺(tái)投影機(jī)，沿球幕基線與地平線成夾角23度向上投射，覆蓋環(huán)繞水平基線360度、鏡頭張角向上45度覆蓋至球幕天頂區(qū)域，每臺(tái)投影機(jī)投出的獨(dú)立的圖像經(jīng)過Digistar系統(tǒng)的校正和邊緣融合后組成一個(gè)完整、無縫的圖像投在整個(gè)球幕上。SONY SRX-T420高畫質(zhì)4K投影機(jī)，使用4 200 W超大功耗和發(fā)熱量的高功率氙燈。而且在持續(xù)的高功耗的發(fā)熱下，能保證畫面 長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)穩(wěn)定地工作。它可以投射4 096×2 160畫素的高畫質(zhì)畫面，達(dá)到數(shù)字影院標(biāo)準(zhǔn)4K質(zhì)量的信號(hào)，而且，此投影儀也可以接受2K畫面的訊號(hào)，透過投影機(jī)內(nèi)部處理器的處理運(yùn)算，轉(zhuǎn)成4K畫面投射出去，其投射的畫面質(zhì)量也優(yōu)于原來的2K畫面質(zhì)量，具備高于3 000：1的高對(duì)比率，能夠提供21 000流明的亮度。益世公司設(shè)計(jì)的2個(gè)110度廣角鏡頭內(nèi)置光闌，可以對(duì)球幕上投出的圖像亮度進(jìn)行精細(xì)調(diào)解，實(shí)現(xiàn)投影儀之間的亮度平衡，鏡頭內(nèi)置圖像掩模拼接技術(shù)，可以很容易控制圖像拼接。

3 球幕系統(tǒng)

影院球幕系統(tǒng)由Spitz公司生產(chǎn)的網(wǎng)架及幕板組成，網(wǎng)架由分割成32個(gè)三角形狀的經(jīng)度方向組件和分割成5個(gè)分區(qū)的緯度方向的矩形鋁管及鋼管組件組成。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)緊湊，可使球幕保持所要求的幾何形狀，并且安裝在張力環(huán)上時(shí)實(shí)現(xiàn)自我支撐。網(wǎng)架還可以支撐劇場(chǎng)合理數(shù)量的影院設(shè)備。

設(shè)備可以包括：音響、照明燈、隔音層等。幕板由119塊復(fù)合曲面模具伸展成型鋁板組成，幕板上有1.6 mm直徑空，以3.2 mm孔中心距錯(cuò)列排列，粉末噴涂表面達(dá)到所要求的光學(xué)特性使得放映面適合觀看明亮的放映景象，具有高分辨率、真實(shí)色彩和高對(duì)比度，并報(bào)紙規(guī)定的反射率，防止反射刺眼，幕板邊緣與龍骨組件的中心線重合，在76 mm中心采用3 mm鉚釘。

4 音響系統(tǒng)

影院音響系統(tǒng)采用BOWEN Technovation公司的Astro FX Audio MP 12 m球幕高級(jí)數(shù)字5.1環(huán)繞立體聲音響系統(tǒng)。

系統(tǒng)提供了一個(gè)專業(yè)的先進(jìn)的多功能配置，包括4個(gè)高效的15英寸雙路音響（左前、右前、左后、右后）和2個(gè)12英寸的中置音箱，以及2個(gè)高性能的15英寸低音音箱，數(shù)字音頻處理器，高品質(zhì)的數(shù)字影院6 800 W功率放大器，CD播放機(jī)，一套1 440 Hz的無線麥克風(fēng)，一個(gè)16路的專業(yè)高級(jí)調(diào)音臺(tái)。該音響系統(tǒng)是全數(shù)字化的，各個(gè)聲道完全分離，由各自不同的功放提供音源，因此避免了各聲道的相互串?dāng)_問題。音頻通過時(shí)間先嵌入到球幕電影視頻流中，當(dāng)球幕電影播放時(shí)，Digistar系統(tǒng)的圖形計(jì)算機(jī)播放相應(yīng)的視頻流，音頻計(jì)算機(jī)根據(jù)視頻流通過光纖向音響系統(tǒng)發(fā)送數(shù)字音頻信號(hào)，確保音畫同步。

5 LED燈光系統(tǒng)

影院采用AstroFXAurora LED提供明亮、均勻的球幕照明和可選擇的程序化效果。LED燈的使用可以減少耗電及散熱量，便于維護(hù)，AstroFXAurora LED系統(tǒng)采用16位DMX控制來實(shí)現(xiàn)極為平滑的燈光控制。采用了新的三色LED芯片，極大地提高了光線的均勻性和柔和度。通過控制屏幕底圈的LED燈，可以生成顏色漸變，亮度漸變、顏色變化等效果。

6 座椅系統(tǒng)

影院劇場(chǎng)共有60個(gè)座椅，采用影院專用座椅，該 座椅根據(jù)人體工程學(xué)原理設(shè)計(jì)制造，適合人體坐姿的需要，外觀雅致，結(jié)構(gòu)結(jié)實(shí)耐用，坐感良好、舒適、顏色搭配合理，做工精細(xì)。并都經(jīng)過阻燃處理。

科技館的特效影院中的球幕影院是最有特色的影院劇場(chǎng)，觀眾在欣賞球幕影片，感受科技魅力的同時(shí)，我們更應(yīng)該把球幕影院設(shè)計(jì)及技術(shù)進(jìn)行科普，讓人們知道球幕影院是怎樣建造出來的，系統(tǒng)是怎樣集成整合出來，到底通過什么設(shè)備將圖像電影完美的顯示在球形熒幕。

[1]袁惠明.天象廳中的數(shù)字革命——數(shù)字技術(shù)在科普?qǐng)鲳^中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電影技術(shù)，2011（3）：26-30.

Theater Design and Technology Popular Science — a Case Study of Hangzhou Low Carbon Science and Technology Museum of China

Tao Ye Wang Yingchun Lyu Jialu

Low carbon science and Technology Museum, Hangzhou, china, Zhejiang Hangzhou 310051

In recent years, with the countries and the local government to the social, public, mass science educational institutions continue to increase investment in the construction of, many cities have built museum of science and technology, science and technology museums, science centers, science palace. According to the China Association for science and technology science development plan （2016~2020）, the number of China’s science and Technology Museum to 2020 retains the quantity up to 1000. The existing large and medium-sized science and Technology Museum （construction area of 8000 square meters in the above） standard effects theater, film special as an innovative science exhibition teaching forms of communication to attract many visitors to visitors. It uses a variety of high technology, show science video to let visitors immersive feel science by charm. This paper will show you the design and technology of dome theater.

Science and Technology Museum; ball screen theater; theater design; popular science

J946

A

1009-6434（2016）08-0152-03