3D Mapping在媒體中的應用現狀及發展趨勢

■國防大學聯合作戰學院：安寧

近年來，3D Mapping技術成為一種新興的新媒體藝術表現手段，其具有視覺沖擊力強，應用場景豐富等特點，受到了國內外許多藝術家，媒體從業者的喜愛。隨著格式塔心理學的廣泛研究與運用，越來越多的學者對視知覺進行了大量的研究，其中視錯覺作為視知覺當中最重要的一環受到了學者的廣泛重視[1]。3D Mapping技術則是利用視錯覺原理，在完全脫離外在裝備輔助的前提下，使觀者體驗到了身臨其境的感覺。

1. 3D Mapping技術介紹

3D Mapping即三維圖形匹配投影技術，又稱為Video Mapping Projection，也有人稱為“裸眼3D”，作為一種新型藝術表現形式，它是利用計算機圖形學中的平行投影和透視投影技術，將立體對象的立體形象呈現在二維平面上，這個過程是由對象的取景和觀測來構建對應的立體模型，再根據投影儀的位置、方向、角度等要素，通過不斷調整被展示物體的位移深度，進行空間的投影轉換，從而拓展視覺體驗效果，擴大視覺感染力和視覺沖擊力。3D Mapping技術之所以能夠達到“裸眼3D”效果，視錯覺原理是其核心因素。運用視錯覺原理作為3D Mapping設計的思路，不僅有助于透過現象洞察本質，而且使3D Mapping可以獲得突破文化背景和地域局限的美感，加強內涵的傳達，讓人過目不忘[2]。

1.1 反透視原理

觀察景物時，由于位置和距離不同，物體的形態也會發生改變，產生近大遠小的特征，這便是透視現象[3]。反透視原理是改變其特征為近小遠大的處理方式，從而達到一種特殊的3D效果。在3D Mapping中，由于“幕布”的不同材質、不同造型和投影儀的擺放的位置并不理想，所以產生的視覺效果也會差強人意，所以通過計算機測出投影與觀眾所處位置，運用反透視原理矯正后，給觀眾調整出正確的透視畫面，可以達到良好視覺效果。

1.2 深度視錯覺原理

深度錯覺，也被稱作立體錯覺、多重性錯覺。在現實中，物體以平面的形式反映在人眼的視網膜之上，視覺系統將雙眼所感知的兩個平面的圖形融合成為一個立體圖形[4]。在3D Mapping中，大多數作品會出現不同且復雜的立體圖形，人的注意力也會不斷跟隨圖形的變化而變化，投射的內容還會根據情境的不同出現明暗變化，因此畫面內容的立體交替會不斷出現。正因為這一原理，3D Mapping給人們以很大的視覺沖擊力。

1.3 邊框錯覺原理

邊框錯覺是指當畫面主體物超出邊框范圍時，產生一種畫面主體高于平面的立體錯覺[4]。在3D Mapping中，利用畫框固定觀眾的視覺范圍，并將表現內容投射出畫框范圍，不僅達到空間擴展的目的，同時還給觀眾以視覺張力。

2. 3D Mapping技術的主要應用領域

3D Mapping從技術上來說，還是屬于投影技術，其對環境光、物體材質等有著較高的要求。因此，目前應用范圍主要集中在旅游景區表演、大型晚會表演、新品發布會及博物館展演等。

2.1 旅游景區表演

在旅游景區中，利用建筑物外墻作為投影的“幕布”，根據建筑物的輪廓、形狀特征等“量體裁衣”，制作匹配建筑物外形的視頻動畫，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，迪士尼樂園燈光秀，將動畫經典人物形象投射到墻面上，觀眾則在街區任意位置觀看表演，與喜愛的動畫人物互動。張家界七十二奇樓，通過3D Mapping光影秀展現出了世界最高吊腳樓的建筑之美。

2.2 大型晚會表演

隨著科技的不斷進步，3D Mapping技術也很好的嵌入到表演形式中，突出的視覺效果成為了舞臺中的一大亮點。比如在平昌冬奧會閉幕式上，中國上演震撼全場的“北京8分鐘”，利用3D Mapping技術，完美演繹“中國文化”。在演唱會表演中，詹妮弗·洛佩茲在《美國偶像（American Idol）》上以一襲白裙現身，為在場的觀眾獻上了一曲《Feel The Light》，配合音樂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 新品發布會投影

在捷豹新車發布會中，以車體作為載體，用3D投影技術展現流線型車身到發動機在各種環境下強勁的動力，車體的特殊材質和車輛低風阻的效果，將靜止的汽車，流動起來，展現其美感。

2.4 博物館展演

在莫斯科衛國戰爭博物館，以博物館巨大圓屋頂為畫布的3D Mapping秀——“勝利之路”（Road to Victory），用沉浸式的投影表演，紀念勝利衛國戰爭勝利70周年。

3. 3D Mapping技術在媒體應用中的優勢與束縛

3.1 3D Mapping所具有的優勢

3.1.1 沉浸式體驗感強

1975年，美國心理學家米哈里·契克森米哈提出了心理學術語“心流”（Flow或者是Mental Flow），指一種將個人的精神力完全投注在某種活動上的特殊感覺。當人的心流產生時會伴隨著高度的興奮感和充實感，在事后也會留下難忘的記憶。這是從心理學的角度對沉浸感做了非常貼切的描述?，F如今，多媒體視覺設計結合不同領域，碰撞出了許多新花樣，新品發布會、博物館展覽、大型戶外演出紛紛使用3D Mapping技術、實時渲染影像特效追蹤技術與Black Trax實時燈光追蹤技術，營造出強烈的具有視覺沖擊感的3D效果，加之音樂氛圍的烘托，將觀眾沉浸在現場氛圍之中，從而獲得奇妙的感官體驗。這種感受是絕大多數其他媒體表現形式難以達到的高度。

3.1.2 打破物理空間束縛

視錯覺是人類所共有的一種特殊錯覺，通過生理和心理因素的影響，或感知到外界環境的影響下，從而對視覺影像產生錯誤的理解[5]。正是基于這一原理，在阿拉伯聯合酋長國慶祝統一45年的活動中，舉行了一個巨大的多面投影表演活動，創造了以航行在廣闊大海上的船只為前景，以無限延伸的沙漠為遠景的宏大場景，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，整個現場視聽效果堪比奧運開幕式演出盛況。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水幕發生器，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，給了觀眾很大視覺沖擊。

3.1.3 擺脫設備“累贅”

目前，主要的虛擬現實技術包括VR（虛擬現實）、AR（增強現實）、MR（混合現實）等，它們借助于計算機圖像學技術理論，在真實環境交互數據基礎上，以一種場景重構的虛擬手段來為體驗者營造出一種多維度3D立體結構的虛擬世界。特別是VR和MR技術目前體驗還需要借助外部設備，所以在有些場景的體驗中還不太自如，甚至有些體驗者還有眩暈感。但3D Mapping技術不用體驗者穿戴這些外部輔助設備，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 發展過程之中暴露出的短板

3.2.1 制作費用高

全球最大的3D Mapping秀——莫斯科國立大學建筑3D投影秀，以莫斯科國立羅蒙諾索夫大學宏偉的主樓為舞臺，面積超過5萬平方米，全長超過0.5公里，使用了212臺投影機。整個投影秀時長9分多鐘，耗資約2億美金。國內的3D舞臺劇《盜墓筆記》的番外篇《新月飯店》在天橋劇院上演，該劇首次運用了3D Mapping技術，將視覺影像與“新月飯店”的建筑立面相結合，而此次《新月飯店》中使用的3D Mapping技術，一分鐘需花費20萬-25萬元左右，加上布景費用，整個劇目的制作成本超過了500萬元。因此，這項技術目前只適用于大型演出，想要向更廣泛的用戶或單位普及還有很長一段路要走。

3.2.2 流于形式，忽視內容

投影機設備等硬件和創意設計等軟件，都需要高度配合才能達到視覺震撼的效果。目前多媒體3D Mapping技術在演出中的運用范圍并不廣。造成這樣的原因主要有兩個，一是出于成本的考慮，二是需要衡量劇目內容本身是否需要與技術結合。劇目所運用的3D Mapping技術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，可能會對劇目略有失望，而有的觀眾重視體驗，所以反響相對較好。因此，技術是把雙刃劍，關鍵還看表現內容是否需要技術來展現，否則只會流于形式。

4. 3D Mapping區別于其他媒體特效技術的新變化

4.1 構思先行，貼合實際

“國際動畫組織（Association International du Film Animation）在1980年南斯拉夫的薩格勒布會議中，對動畫（Animation）一詞所下的定義：‘動畫藝術是指除真實動作或方法外，使用各種技術創作活動影像，亦即是以人工的方式創造動態的影像?！梢詣撛斐鰧嵟钠瑹o法表現的世界[6]?！庇捎?D Mapping技術相較于傳統動畫制作形式所展現方式的不同，所以在前期藝術設計上，有一個非常明顯的藝術思維的變化。傳統影視動畫會根據劇本風格，來設計鏡頭、場景、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體。

在設計鏡頭時，傳統特效是基于熒幕大小來顯示的，所有特效形式都被限定在鏡頭的畫框之內，因此需要不同景別、不同角度調度鏡頭，從而配合特效進行展現。而3D Mapping中不存在鏡頭的概念，它是基于固定場景模型而進行設計的，3D Mapping動畫中主要通過視覺變化效果，音效及光影色彩方式來達到效果。

4.2 視覺語言的變化

3D Mapping是依托投影載體的一種表現手法，它可以展現出三維立體效果的變化，因此也成為這一技術獨特的視覺語言。3D Mapping在不改變原有背景造型的基礎上，可以通過投放不同的背景內容、顏色或動態效果，來改變原有物體呈現給觀眾的形象。比如在《浪淘沙·北戴河》的實景演出中，碧螺塔作為主背景，它根據不同章節的內容，變換著不同的氛圍，開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，但是現場所感受的氛圍卻不盡相同。三維結構透視對于3D Mapping來講，也是一個獨特的視覺語言。透視內容的切換也等同于場景的切換，輔助故事情節的表達。由于其內部結構的豐富性、可塑性給予故事創作無盡的空間[8]。

4.3 虛擬世界真實化

傳統媒體制作的動畫中，雖然可以通過各類視頻處理軟件去重塑他們想象中的世界，從細節、動作、人物表情使其具有真實性，但其本質還是通過二維畫面來呈現的，觀眾的感受依然是一個虛擬世界。而3D Mapping則打破了這一限制，它可以將虛擬童話世界真實化地呈現。由于其具有裸眼3D的效果，將表現內容投放于一個實物載體之上，并配合聲光電等技術手段，呈現出獨有的立體性，使觀者能夠充分感受視覺效果帶來的震撼力。

5. 3D Mapping技術展望

3D Mapping是近幾年興起的一個藝術媒體，它具有很強的現場感染力、互動性及傳播性，而且可以應用于各類演出和展示。隨著技術的不斷完善和發展，未來在硬件方面，投影設備會性能更強，價格更低。在藝術創作上，隨著越來越多的團隊加入，未來的藝術風格及制作方式會越來越多元化，3D Mapping會更多的走入我們的生活中。

5.1 3D Mapping在電影中的應用

目前，電影特效制作中，大多使用特效軟件進行制作，隨著3D Mapping技術的進一步發展，在人物建模、場景建模、燈光效果制作中，可以利用3D Mapping技術更加真實地再現，給創作人員更真實的感受。有些電影拍攝現場，綠幕加實景環境下進行的，但受限于道具的要求，只能通過后期合成，通過3D Mapping技術，可以還原許多天馬行空的布景設置，這給拍攝制作帶來很大方便。

5.2 3D Mapping在教學中的應用

3D Mapping技術在教學中的應用目前還不太廣泛。在今后的教學工作中，一些比較抽象的學科，通過3D Mapping技術可以更加立體地呈現，比如可以用于建筑、城市規劃等課程的教學中，幫助學生更好地理解和掌握相關知識。在醫學、生物學等領域的教學中，更好的學習人體細微結構及生物特征。在軍事航天領域中，能夠幫助飛行員、航天員更真實地感受地理環境，擺脫顯示裝備的束縛，更加沉浸地進入情境中，從而更好的進行訓練。