■國(guó)防大學(xué)聯(lián)合作戰(zhàn)學(xué)院：安寧

近年來(lái)，3D Mapping技術(shù)成為一種新興的新媒體藝術(shù)表現(xiàn)手段，其具有視覺(jué)沖擊力強(qiáng)，應(yīng)用場(chǎng)景豐富等特點(diǎn)，受到了國(guó)內(nèi)外許多藝術(shù)家，媒體從業(yè)者的喜愛(ài)。隨著格式塔心理學(xué)的廣泛研究與運(yùn)用，越來(lái)越多的學(xué)者對(duì)視知覺(jué)進(jìn)行了大量的研究，其中視錯(cuò)覺(jué)作為視知覺(jué)當(dāng)中最重要的一環(huán)受到了學(xué)者的廣泛重視[1]。3D Mapping技術(shù)則是利用視錯(cuò)覺(jué)原理，在完全脫離外在裝備輔助的前提下，使觀者體驗(yàn)到了身臨其境的感覺(jué)。

1. 3D Mapping技術(shù)介紹

3D Mapping即三維圖形匹配投影技術(shù)，又稱(chēng)為Video Mapping Projection，也有人稱(chēng)為“裸眼3D”，作為一種新型藝術(shù)表現(xiàn)形式，它是利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的平行投影和透視投影技術(shù)，將立體對(duì)象的立體形象呈現(xiàn)在二維平面上，這個(gè)過(guò)程是由對(duì)象的取景和觀測(cè)來(lái)構(gòu)建對(duì)應(yīng)的立體模型，再根據(jù)投影儀的位置、方向、角度等要素，通過(guò)不斷調(diào)整被展示物體的位移深度，進(jìn)行空間的投影轉(zhuǎn)換，從而拓展視覺(jué)體驗(yàn)效果，擴(kuò)大視覺(jué)感染力和視覺(jué)沖擊力。3D Mapping技術(shù)之所以能夠達(dá)到“裸眼3D”效果，視錯(cuò)覺(jué)原理是其核心因素。運(yùn)用視錯(cuò)覺(jué)原理作為3D Mapping設(shè)計(jì)的思路，不僅有助于透過(guò)現(xiàn)象洞察本質(zhì)，而且使3D Mapping可以獲得突破文化背景和地域局限的美感，加強(qiáng)內(nèi)涵的傳達(dá)，讓人過(guò)目不忘[2]。

1.1 反透視原理

觀察景物時(shí)，由于位置和距離不同，物體的形態(tài)也會(huì)發(fā)生改變，產(chǎn)生近大遠(yuǎn)小的特征，這便是透視現(xiàn)象[3]。反透視原理是改變其特征為近小遠(yuǎn)大的處理方式，從而達(dá)到一種特殊的3D效果。在3D Mapping中，由于“幕布”的不同材質(zhì)、不同造型和投影儀的擺放的位置并不理想，所以產(chǎn)生的視覺(jué)效果也會(huì)差強(qiáng)人意，所以通過(guò)計(jì)算機(jī)測(cè)出投影與觀眾所處位置，運(yùn)用反透視原理矯正后，給觀眾調(diào)整出正確的透視畫(huà)面，可以達(dá)到良好視覺(jué)效果。

1.2 深度視錯(cuò)覺(jué)原理

深度錯(cuò)覺(jué)，也被稱(chēng)作立體錯(cuò)覺(jué)、多重性錯(cuò)覺(jué)。在現(xiàn)實(shí)中，物體以平面的形式反映在人眼的視網(wǎng)膜之上，視覺(jué)系統(tǒng)將雙眼所感知的兩個(gè)平面的圖形融合成為一個(gè)立體圖形[4]。在3D Mapping中，大多數(shù)作品會(huì)出現(xiàn)不同且復(fù)雜的立體圖形，人的注意力也會(huì)不斷跟隨圖形的變化而變化，投射的內(nèi)容還會(huì)根據(jù)情境的不同出現(xiàn)明暗變化，因此畫(huà)面內(nèi)容的立體交替會(huì)不斷出現(xiàn)。正因?yàn)檫@一原理，3D Mapping給人們以很大的視覺(jué)沖擊力。

1.3 邊框錯(cuò)覺(jué)原理

邊框錯(cuò)覺(jué)是指當(dāng)畫(huà)面主體物超出邊框范圍時(shí)，產(chǎn)生一種畫(huà)面主體高于平面的立體錯(cuò)覺(jué)[4]。在3D Mapping中，利用畫(huà)框固定觀眾的視覺(jué)范圍，并將表現(xiàn)內(nèi)容投射出畫(huà)框范圍，不僅達(dá)到空間擴(kuò)展的目的，同時(shí)還給觀眾以視覺(jué)張力。

2. 3D Mapping技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域

3D Mapping從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，還是屬于投影技術(shù)，其對(duì)環(huán)境光、物體材質(zhì)等有著較高的要求。因此，目前應(yīng)用范圍主要集中在旅游景區(qū)表演、大型晚會(huì)表演、新品發(fā)布會(huì)及博物館展演等。

2.1 旅游景區(qū)表演

在旅游景區(qū)中，利用建筑物外墻作為投影的“幕布”，根據(jù)建筑物的輪廓、形狀特征等“量體裁衣”，制作匹配建筑物外形的視頻動(dòng)畫(huà)，并精確投射在建筑物表面。由于建筑物投影面積往往比較大，再加上多變的光影特效，展示效果蔚為壯觀。例如，迪士尼樂(lè)園燈光秀，將動(dòng)畫(huà)經(jīng)典人物形象投射到墻面上，觀眾則在街區(qū)任意位置觀看表演，與喜愛(ài)的動(dòng)畫(huà)人物互動(dòng)。張家界七十二奇樓，通過(guò)3D Mapping光影秀展現(xiàn)出了世界最高吊腳樓的建筑之美。

2.2 大型晚會(huì)表演

隨著科技的不斷進(jìn)步，3D Mapping技術(shù)也很好的嵌入到表演形式中，突出的視覺(jué)效果成為了舞臺(tái)中的一大亮點(diǎn)。比如在平昌冬奧會(huì)閉幕式上，中國(guó)上演震撼全場(chǎng)的“北京8分鐘”，利用3D Mapping技術(shù)，完美演繹“中國(guó)文化”。在演唱會(huì)表演中，詹妮弗·洛佩茲在《美國(guó)偶像（American Idol）》上以一襲白裙現(xiàn)身，為在場(chǎng)的觀眾獻(xiàn)上了一曲《Feel The Light》，配合音樂(lè)不停變換的光影圖案，讓她仿佛置身于周天星辰之中，美輪美奐。

2.3 新品發(fā)布會(huì)投影

在捷豹新車(chē)發(fā)布會(huì)中，以車(chē)體作為載體，用3D投影技術(shù)展現(xiàn)流線型車(chē)身到發(fā)動(dòng)機(jī)在各種環(huán)境下強(qiáng)勁的動(dòng)力，車(chē)體的特殊材質(zhì)和車(chē)輛低風(fēng)阻的效果，將靜止的汽車(chē)，流動(dòng)起來(lái)，展現(xiàn)其美感。

2.4 博物館展演

在莫斯科衛(wèi)國(guó)戰(zhàn)爭(zhēng)博物館，以博物館巨大圓屋頂為畫(huà)布的3D Mapping秀——“勝利之路”（Road to Victory），用沉浸式的投影表演，紀(jì)念勝利衛(wèi)國(guó)戰(zhàn)爭(zhēng)勝利70周年。

3. 3D Mapping技術(shù)在媒體應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)與束縛

3.1 3D Mapping所具有的優(yōu)勢(shì)

3.1.1 沉浸式體驗(yàn)感強(qiáng)

1975年，美國(guó)心理學(xué)家米哈里·契克森米哈提出了心理學(xué)術(shù)語(yǔ)“心流”（Flow或者是Mental Flow），指一種將個(gè)人的精神力完全投注在某種活動(dòng)上的特殊感覺(jué)。當(dāng)人的心流產(chǎn)生時(shí)會(huì)伴隨著高度的興奮感和充實(shí)感，在事后也會(huì)留下難忘的記憶。這是從心理學(xué)的角度對(duì)沉浸感做了非常貼切的描述?，F(xiàn)如今，多媒體視覺(jué)設(shè)計(jì)結(jié)合不同領(lǐng)域，碰撞出了許多新花樣，新品發(fā)布會(huì)、博物館展覽、大型戶(hù)外演出紛紛使用3D Mapping技術(shù)、實(shí)時(shí)渲染影像特效追蹤技術(shù)與Black Trax實(shí)時(shí)燈光追蹤技術(shù)，營(yíng)造出強(qiáng)烈的具有視覺(jué)沖擊感的3D效果，加之音樂(lè)氛圍的烘托，將觀眾沉浸在現(xiàn)場(chǎng)氛圍之中，從而獲得奇妙的感官體驗(yàn)。這種感受是絕大多數(shù)其他媒體表現(xiàn)形式難以達(dá)到的高度。

3.1.2 打破物理空間束縛

視錯(cuò)覺(jué)是人類(lèi)所共有的一種特殊錯(cuò)覺(jué)，通過(guò)生理和心理因素的影響，或感知到外界環(huán)境的影響下，從而對(duì)視覺(jué)影像產(chǎn)生錯(cuò)誤的理解[5]。正是基于這一原理，在阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)慶祝統(tǒng)一45年的活動(dòng)中，舉行了一個(gè)巨大的多面投影表演活動(dòng)，創(chuàng)造了以航行在廣闊大海上的船只為前景，以無(wú)限延伸的沙漠為遠(yuǎn)景的宏大場(chǎng)景，仿佛將觀眾從座位席抽離，瞬間跳躍到波斯灣沿岸，與觀眾一起回顧往昔瞬間，整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)視聽(tīng)效果堪比奧運(yùn)開(kāi)幕式演出盛況。3D Mapping在水幕投影中，將高約10米翩翩起舞的女孩形象投射在由高壓水泵和特質(zhì)水幕發(fā)生器，霧化后形成扇形“銀幕”上，女孩自由跳躍，舞蹈的美感躍然水幕，給了觀眾很大視覺(jué)沖擊。

3.1.3 擺脫設(shè)備“累贅”

目前，主要的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)包括VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）、AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）、MR（混合現(xiàn)實(shí)）等，它們借助于計(jì)算機(jī)圖像學(xué)技術(shù)理論，在真實(shí)環(huán)境交互數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，以一種場(chǎng)景重構(gòu)的虛擬手段來(lái)為體驗(yàn)者營(yíng)造出一種多維度3D立體結(jié)構(gòu)的虛擬世界。特別是VR和MR技術(shù)目前體驗(yàn)還需要借助外部設(shè)備，所以在有些場(chǎng)景的體驗(yàn)中還不太自如，甚至有些體驗(yàn)者還有眩暈感。但3D Mapping技術(shù)不用體驗(yàn)者穿戴這些外部輔助設(shè)備，只需裸眼便能感受到3D效果，這大大方便了觀者的參與度。

3.2 發(fā)展過(guò)程之中暴露出的短板

3.2.1 制作費(fèi)用高

全球最大的3D Mapping秀——莫斯科國(guó)立大學(xué)建筑3D投影秀，以莫斯科國(guó)立羅蒙諾索夫大學(xué)宏偉的主樓為舞臺(tái)，面積超過(guò)5萬(wàn)平方米，全長(zhǎng)超過(guò)0.5公里，使用了212臺(tái)投影機(jī)。整個(gè)投影秀時(shí)長(zhǎng)9分多鐘，耗資約2億美金。國(guó)內(nèi)的3D舞臺(tái)劇《盜墓筆記》的番外篇《新月飯店》在天橋劇院上演，該劇首次運(yùn)用了3D Mapping技術(shù)，將視覺(jué)影像與“新月飯店”的建筑立面相結(jié)合，而此次《新月飯店》中使用的3D Mapping技術(shù)，一分鐘需花費(fèi)20萬(wàn)-25萬(wàn)元左右，加上布景費(fèi)用，整個(gè)劇目的制作成本超過(guò)了500萬(wàn)元。因此，這項(xiàng)技術(shù)目前只適用于大型演出，想要向更廣泛的用戶(hù)或單位普及還有很長(zhǎng)一段路要走。

3.2.2 流于形式，忽視內(nèi)容

投影機(jī)設(shè)備等硬件和創(chuàng)意設(shè)計(jì)等軟件，都需要高度配合才能達(dá)到視覺(jué)震撼的效果。目前多媒體3D Mapping技術(shù)在演出中的運(yùn)用范圍并不廣。造成這樣的原因主要有兩個(gè)，一是出于成本的考慮，二是需要衡量劇目?jī)?nèi)容本身是否需要與技術(shù)結(jié)合。劇目所運(yùn)用的3D Mapping技術(shù)是噱頭與否取決于觀眾觀劇的訴求，有的觀眾為了劇情而來(lái)，可能會(huì)對(duì)劇目略有失望，而有的觀眾重視體驗(yàn)，所以反響相對(duì)較好。因此，技術(shù)是把雙刃劍，關(guān)鍵還看表現(xiàn)內(nèi)容是否需要技術(shù)來(lái)展現(xiàn)，否則只會(huì)流于形式。

4. 3D Mapping區(qū)別于其他媒體特效技術(shù)的新變化

4.1 構(gòu)思先行，貼合實(shí)際

“國(guó)際動(dòng)畫(huà)組織（Association International du Film Animation）在1980年南斯拉夫的薩格勒布會(huì)議中，對(duì)動(dòng)畫(huà)（Animation）一詞所下的定義：‘動(dòng)畫(huà)藝術(shù)是指除真實(shí)動(dòng)作或方法外，使用各種技術(shù)創(chuàng)作活動(dòng)影像，亦即是以人工的方式創(chuàng)造動(dòng)態(tài)的影像。’它可以創(chuàng)造出實(shí)拍片無(wú)法表現(xiàn)的世界[6]?！庇捎?D Mapping技術(shù)相較于傳統(tǒng)動(dòng)畫(huà)制作形式所展現(xiàn)方式的不同，所以在前期藝術(shù)設(shè)計(jì)上，有一個(gè)非常明顯的藝術(shù)思維的變化。傳統(tǒng)影視動(dòng)畫(huà)會(huì)根據(jù)劇本風(fēng)格，來(lái)設(shè)計(jì)鏡頭、場(chǎng)景、人物，其主要作用是渲染鋪墊影片劇情及人物情感，而在3D Mapping中，不僅要考慮劇本需要，還要綜合考慮投影載體的實(shí)體。

在設(shè)計(jì)鏡頭時(shí)，傳統(tǒng)特效是基于熒幕大小來(lái)顯示的，所有特效形式都被限定在鏡頭的畫(huà)框之內(nèi)，因此需要不同景別、不同角度調(diào)度鏡頭，從而配合特效進(jìn)行展現(xiàn)。而3D Mapping中不存在鏡頭的概念，它是基于固定場(chǎng)景模型而進(jìn)行設(shè)計(jì)的，3D Mapping動(dòng)畫(huà)中主要通過(guò)視覺(jué)變化效果，音效及光影色彩方式來(lái)達(dá)到效果。

4.2 視覺(jué)語(yǔ)言的變化

3D Mapping是依托投影載體的一種表現(xiàn)手法，它可以展現(xiàn)出三維立體效果的變化，因此也成為這一技術(shù)獨(dú)特的視覺(jué)語(yǔ)言。3D Mapping在不改變?cè)斜尘霸煨偷幕A(chǔ)上，可以通過(guò)投放不同的背景內(nèi)容、顏色或動(dòng)態(tài)效果，來(lái)改變?cè)形矬w呈現(xiàn)給觀眾的形象。比如在《浪淘沙·北戴河》的實(shí)景演出中，碧螺塔作為主背景，它根據(jù)不同章節(jié)的內(nèi)容，變換著不同的氛圍，開(kāi)篇的海底世界再到第三章的星軌，雖然都是投射在碧螺塔上，但是現(xiàn)場(chǎng)所感受的氛圍卻不盡相同。三維結(jié)構(gòu)透視對(duì)于3D Mapping來(lái)講，也是一個(gè)獨(dú)特的視覺(jué)語(yǔ)言。透視內(nèi)容的切換也等同于場(chǎng)景的切換，輔助故事情節(jié)的表達(dá)。由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的豐富性、可塑性給予故事創(chuàng)作無(wú)盡的空間[8]。

4.3 虛擬世界真實(shí)化

傳統(tǒng)媒體制作的動(dòng)畫(huà)中，雖然可以通過(guò)各類(lèi)視頻處理軟件去重塑他們想象中的世界，從細(xì)節(jié)、動(dòng)作、人物表情使其具有真實(shí)性，但其本質(zhì)還是通過(guò)二維畫(huà)面來(lái)呈現(xiàn)的，觀眾的感受依然是一個(gè)虛擬世界。而3D Mapping則打破了這一限制，它可以將虛擬童話世界真實(shí)化地呈現(xiàn)。由于其具有裸眼3D的效果，將表現(xiàn)內(nèi)容投放于一個(gè)實(shí)物載體之上，并配合聲光電等技術(shù)手段，呈現(xiàn)出獨(dú)有的立體性，使觀者能夠充分感受視覺(jué)效果帶來(lái)的震撼力。

5. 3D Mapping技術(shù)展望

3D Mapping是近幾年興起的一個(gè)藝術(shù)媒體，它具有很強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)感染力、互動(dòng)性及傳播性，而且可以應(yīng)用于各類(lèi)演出和展示。隨著技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，未來(lái)在硬件方面，投影設(shè)備會(huì)性能更強(qiáng)，價(jià)格更低。在藝術(shù)創(chuàng)作上，隨著越來(lái)越多的團(tuán)隊(duì)加入，未來(lái)的藝術(shù)風(fēng)格及制作方式會(huì)越來(lái)越多元化，3D Mapping會(huì)更多的走入我們的生活中。

5.1 3D Mapping在電影中的應(yīng)用

目前，電影特效制作中，大多使用特效軟件進(jìn)行制作，隨著3D Mapping技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，在人物建模、場(chǎng)景建模、燈光效果制作中，可以利用3D Mapping技術(shù)更加真實(shí)地再現(xiàn)，給創(chuàng)作人員更真實(shí)的感受。有些電影拍攝現(xiàn)場(chǎng)，綠幕加實(shí)景環(huán)境下進(jìn)行的，但受限于道具的要求，只能通過(guò)后期合成，通過(guò)3D Mapping技術(shù)，可以還原許多天馬行空的布景設(shè)置，這給拍攝制作帶來(lái)很大方便。

5.2 3D Mapping在教學(xué)中的應(yīng)用

3D Mapping技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用目前還不太廣泛。在今后的教學(xué)工作中，一些比較抽象的學(xué)科，通過(guò)3D Mapping技術(shù)可以更加立體地呈現(xiàn)，比如可以用于建筑、城市規(guī)劃等課程的教學(xué)中，幫助學(xué)生更好地理解和掌握相關(guān)知識(shí)。在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域的教學(xué)中，更好的學(xué)習(xí)人體細(xì)微結(jié)構(gòu)及生物特征。在軍事航天領(lǐng)域中，能夠幫助飛行員、航天員更真實(shí)地感受地理環(huán)境，擺脫顯示裝備的束縛，更加沉浸地進(jìn)入情境中，從而更好的進(jìn)行訓(xùn)練。