數控技術和數字媒體技術在舞臺創意設計中的應用

徐佳琦

（中央戲劇學院 傳統戲劇數字化高精尖研究中心，北京 102209）

1 演藝行業數字化舞臺裝備發展現狀

隨著數字化技術的發展與相關政策的推進，人工智能、大數據、5G、云計算、虛擬現實技術、區塊鏈技術等在各行各業廣泛落地應用，給各行業帶來了巨大的變革與重塑。在此影響下，演藝行業涌現出應用高新技術的諸多創新內容［1］。

1.1 舞臺精密機械設備

舞臺精密機械是指結合自動化技術、電子技術、光學和計算機技術，應用于舞臺的高精尖舞臺機械設備。舞臺精密機械設備能夠結合多媒體視頻、數字影像及燈光等賦能舞臺創意設計。例如，在2021 年的騰訊娛樂盛典中，600 多平方的舞臺，內藏9 組數控機械裝置。此次演出，舞臺采用了全新的數控系統，用來控制開合旋轉燈屏四方形柱，從而實現精準定位。數控技術能夠保證多節桿式升降柱升降平穩，其負載可達2 t，升高6 m；每組升降平臺可負載4 t，精度控制在1 mm 內，升降屏可根據需求以時間編程運行。

精密舞臺機械使得傳統技術無法實現的舞美創意有了實現的途徑。在東方衛視跨年舞臺中，由梁余豐設計的“風從東方來”舞美創意，也同樣使用了大量的精密舞臺機械。舞美設計從“風”的意向出發，舞臺機械結構環環相扣。整個舞臺分別由外環、中環、內環3 組結構組成。外環為4 個固定的環形結構，分布于場館四周，讓觀眾有置身舞臺之中的感覺；中環為6 個可單獨升降的環形結構，圍繞內環層層錯落，形成交錯的階梯型螺旋形態，襯托內環，形成一個整體的風暴造型；內環由7 組交錯旋轉開口組合升降，帶來錯綜復雜的交錯感。

根據舞臺表演設計的數控裝備和數字媒體創意，使得舞臺的表現形式與舞臺的藝術語匯變得更加豐富多彩。精密舞臺機械配以數控化燈光技術的應用，能夠為舞臺創意設計注入新的靈魂。

1.2 數控化燈光設計

數控化燈光設計是指通過數控技術對舞臺燈光的運行進行控制。數控化結構燈光設計使得燈光的變化形態和創意設計更加靈活多變，視覺效果更加震撼。

例如，湖南衛視《乘風破浪的姐姐》初評舞臺舞美由船體甲板地屏和空中數控單面鏡組成。舞臺除地屏外，其余部分沒有使用屏幕，表演秀的呈現都交由燈光完成，這給予燈光設計充分的展示空間。在數控結構設計上，十條橫向數控燈架藏于單面鏡結構之上，每條燈架上由LED bar、三合一燈具和蜂眼組成。雖然燈架是最簡單的橫向結構，燈具也十分常用，但通過數控變化，可以形成將近30 種不同的造型，加上三種燈具不同的組合搭配，能夠展現多層次的空間變化，分別為三十位嘉賓設計獨一無二的表演。數控造型主要在dance 表演環節中呈現，在離線編程階段，便根據嘉賓們的不同歌曲和舞臺形式做了一一對應的特殊設計。

數控化的燈光設計應用，不僅能夠為舞美創意設計添磚加瓦，還能夠優化傳統燈光設計存在的不完美問題。例如，中央廣播電視總臺春節聯歡晚會的燈光設計，采用數控電葫蘆來配合舞美設計的效果，燈光設計根據大屏幕的弧形結構制定了與大屏弧形一致的TRUSS 梁，配合升降冰屏幕來達到最佳燈光效果。

1.3 虛擬視覺設計

虛擬現實技術在舞臺表演中的應用，加強了舞臺表演的表現力，拓展和完善了舞臺設計效果的時空概念，為舞臺創作的藝術塑造力和創造力提供更有效的技術支持，給觀眾帶來了全新的視覺和聽覺盛宴。

在虛擬視覺設計方面，2015 年底，太陽馬戲團在《托魯克：首次翱翔》中做過初步的嘗試。當時，劇團與Normal Studios，Solotech 和disguise 等新技術公司合作，并指定了disguise 數字媒體服務器系統和投影解決方案。這個方案是一項包含40臺工程投影機的毫米級精確映射的演出項目。在一個森林場景中，數字影像需要布滿整個舞臺區域，使其在視覺上看起來像是布滿了藍色螢火蟲的生物發光體。為了確保數字影像的精確性，團隊利用3D 掃描技術將舞臺布景的實際數據變為虛擬數據模型，并把數據模型加入前期內容創作工作中［2］。

虛擬視覺設計的使用，除了能夠帶來更豐富的視覺體驗外，還能夠在短期內提升整體視覺質量。以愛奇藝的虛擬偶像綜藝節目《跨次元新星》為例，動畫、虛擬燈光、AR 特效、純虛擬鏡頭、分鏡頭語言可同步制作，因為是并行流程，所以每天都會迭代出一個結構完整的播出工程進行預演，甚至直接用于彩排。同時，及時與舞臺導演、音樂、現場燈光進行直接溝通，在燈光、動畫、特效等多維度進行優化調整，能夠在短周期內提升整體視覺質量。

虛擬舞臺技術除了能夠提升視覺效果以外，還能夠解決突發情況導致演員無法到現場演出這種傳統技術無法解決的問題。例如，2021 年的春節聯歡晚會節目《牛起來》由劉德華、王一博、關曉彤三人表演，劉德華表演部分通過擴展現實（Extended Reality，XR）技術“云錄制”完成［3］。

隨著技術的發展，以全息投影技術為代表的虛擬視覺設計在更深層的結構上重構著舞臺藝術，結合數字化機械舞臺、數字多媒體中控系統等先進技術，創建出新的舞臺設計語匯和藝術意境空間，如全新歌舞秀《尋夢·劉三姐》、全息沉浸式演出《游園驚夢》等［4］。

2 表演裝備協同仿真控制系統

在精密舞臺機械、數控化燈光、裸眼3D 虛擬現實等新技術應用的同時，各種表演裝備的協同復雜程度也變得越來越高。本文提出一種表演裝備協同仿真控制系統的管理框架。通過數字化舞臺數據交換數據協議、LED 物理地址輸出、舞臺模型、空間數據、動畫數據、舞臺控制系統、多視頻播放器等的管理以及系統級安全監測，輔助舞臺表演順利、安全進行。

2.1 數字舞臺技術

2.1.1 舞臺數字交換流程

模塊化的虛擬舞臺中，各裝備間的數據交換管理是關鍵。在創意預判和評估矯正階段，可通過數據驅動的控制技術，對舞臺行為建模，然后抽取各舞臺機械的數據進行處理，對數據進行擬合優化，再對數據進行壓縮傳輸。通過計算引擎輸出仿真模擬的初步形態。最后，通過舞臺美術顯示技術，對視頻進行時空一致編輯、基于正投影的視頻分解、幀內和幀間并行、視頻分解映射合成。通過以上一系列流程，最終形成舞臺創意的前視覺，可進行仿真舞臺預覽。如仿真舞臺無問題，可將視頻映射到真實舞臺。如發現問題，則對相關問題進行調整解決，直至無問題后，映射到真實舞臺。

2.1.2 舞臺仿真控制系統

對LED 物理地址輸出，進行基于拓撲結構的LED 擴展面，對相關數據進行模擬。同時，用空間數據和舞臺數據對舞臺進行建模，將控制數據傳輸給舞臺控制系統。對項目視頻進行分解和合成，對視頻進行剪輯后，傳輸給多視頻播放器。

2.2 安全監測機制

近年來，舞美設計中，大屏幕的使用日趨頻繁，大屏幕的復雜程度越來越高，對視頻播控的安全要求高于節目播出安全。原有非廣播級如“筆記本電腦”形式的極簡播控設備已經完全無法滿足播出安全與要求［6］。

2.2.1 安全性保障流程

為了防止黑屏、內容異常等相關問題，可通過以下方式對流程進行安全監測和保障。

舞美創意后，在仿真計算階段，通過《播控手冊》《制作手冊》等統一規定對視頻進行規制制作和切分。在視頻制作階段進行文件級安全監測，在視頻播放階段進行驅動級安全監測，在屏幕顯示階段進行硬件級信號監測。全流程通過系統級安全監測，即文件級安全監測、驅動級安全監測以及硬件級安全監測來保障整個流程的數據和內容安全。

2.2.2 視頻仿真切分系統

視頻仿真切分系統涉及舞臺建模、視頻切分及視頻預覽。這一過程涉及終端控制、集群并行處理以及多CPU-GPU 集群多線程工作，需要合理地進行切分任務管理和調度。同時，要計算負載平衡與優化、盤陣數據共享，對視頻進行實時切分與渲染。

2.2.3 實際應用與測試

在實際應用的過程中，需要分析并計算單臺播放器的編碼器、渲染效率，了解或建立生產設備的效率模型。根據播放素材規模計算出多通道播出設備負荷，模擬真實應用情況，生成最優化設備播出方案和實際播出效率測試對比等［7］。

3 結語

科技在演藝行業的應用，給舞臺表演藝術帶來了更加多元的創作構思和更具視覺沖擊力的舞臺表現。舞臺的多樣化呈現使得觀眾的趣味性和參與度得到加強，從而使舞臺表演獲得更廣泛的傳播，與此同時，舞臺的安全性也不容忽視，越來越復雜的舞臺設計也暗藏著安全隱患。在此背景下，除了舞臺設計的順利演出機制值得注意外，演員的人身安全防控也應當引起重視。