虚拟现实技术与表演空间

李 涛

（北京舞蹈学院 舞台美术设计专业，北京 100081）

虚拟现实技术与表演空间

李 涛

（北京舞蹈学院 舞台美术设计专业，北京 100081）

阐述虚拟现实技术应用于表演空间、舞台环境形成的新的表演艺术创作理念，这项技术可以为演员提供新的表演手段与展示，让演员和观众实现新的互动。

虚拟现实；表演空间；多媒体技术；互动

前言

随着计算机技术的发展，现代表演空间的高科技含量大大增加，计算机控制技术的逐渐成熟，视频影像美学的创意性应用，使得现代表演空间向着多元化、人性化发展。

虚拟现实（Virtual Reality），简称VR，又称“灵境技术”、“虚拟环境”、“赛伯空间”等，它是一项综合集成技术，采用计算机为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉等一体化的虚拟环境，参与者借助必要设备以自然方式与虚拟世界中的物体进行交互、影响，产生身临其境的感受和体验。它涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术等领域，使用者进行交互时，电脑实时进行运算，将精确的3D世界影像输出使参与者产生临场感。它是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。

虚拟现实技术诞生于美国，最初是为了满足国防航空和医学领域的应用需求。随着计算机技术特别是图形显示技术的快速发展，虚拟现实技术被应用到各个领域，包括在表演空间与环境中的应用。将这种新的虚拟现实技术应用到表演空间、舞台环境，可以实现一种人机互动交流。其实各种新技术在表演领域的应用都是为演员、观众和舞台服务的，虚拟现实技术也不例外，为了演员和观众多一些表现和互动手段。

本文主要探讨虚拟现实技术在现代表演空间的应用及其未来的发展设想。

1 虚拟现实系统在表演空间的搭建

1.1 现阶段表演空间里“虚拟现实系统”

1.1.1 一般性系统

几乎所有的演出在搭建表演空间的视频系统时，其本质都是一样的，力求全方位地在三维环境中搭建出能和表演者互动的、有情节的虚拟环境氛围。现阶段表演空间里全三维多媒体系统的构建，可以看作是仿虚拟现实系统，因为，它在效果上、交互手段上和真正的虚拟技术还有差距，但已经很接近了。

通常的投影系统是按图1所示的方式搭建使用，而在表演空间里视频系统的搭建不太相同。表演空间视频系统最基本的构建方式如图2所示。这是通常的演出视频系统构建方式，因为整个系统还要考虑投射面积、舞台面积还有需要达到的亮度等诸多因素，所以，系统真正搭建起来要比图示复杂得多，有时为了系统所带设备数量的多少，需要加设很多中转设备，如视频分配器、信号放大器、光纤等。

1.1.2 多层次系统

图3是2008年北京奥运会开幕式视频系统示意图。为了保证演出的顺利，所有系统都做了备份，整个系统庞大而复杂。全方位立体的数码投影、地面超大规模的LED影像系统融为一体，和演员表演紧密结合，产生了令人震撼的艺术效果。北京奥运会首次构建了超大规模多层次、立体空间的多媒体舞台系统，把高空、中空、地面、地下的舞台机械系统和数码投影、地面超大规模的LED影像融为一体，配合演员的表演， 整个奥运会大型场景的实施规模是空前的，处处都显露着高科技的力量。

1.2 表演空间的VR系统解决方案

在构建一个虚拟现实系统时，首先要做到非常熟悉VR媒体，应该尽可能地去了解VR系统与硬件设备，认识它的能力、特征以及局限性。一般可以通过三种途径得到VR的设计经验：一是从其他媒体中；二是从现有的VR系统中；三是从偶然或琐碎的实践中。

如图4所示，对应表演空间的VR系统，我们可以这样理解：USER用户是表演空间中的演员；I/O TOOLS端口工具是传感设备和表演空间里的三维位置跟踪器；虚拟现实计算机是服务器媒体设备；软件和数据库是人们用VR软件给整个虚拟场景编写的程序。

结合现在表演空间的视频媒体设备，我们可以设计两种解决方案。

1.2.1 基于投影技术的VR方案

这是一种根据现有的VR系统设计的以投影作为输出设备的解决方案。这种方案与现有的视频影像系统相比，改变不大。现有的仿虚拟现实效果的系统与VR系统区别就是没有交互性，没有演员与环境的感知交流。如果我们在现有的媒体服务器与视频影像之间加入VR的输入输出设备，就可以达到环境与演员的互动目的。

在这个方案中：VR输入系统可以是类似数据手套的传感设备，VR输出设备是固定在表演空间里的三维跟踪设备，VR控制计算机是调试整个系统的控制端口，数据手套数据的输入与反馈，三维跟踪设备的追踪和实时反馈，并传入和传出VR软件编程的媒体文件。

这套解决方案用在需要有情节、有交互的表演空间较为合适，比如戏剧。它可以实现环境或虚拟出来的道具与演员的互动，增加演员的表演方式。甚至可以代替舞美的很多道具，达到节约资源的目的，更重要的是，可以让观众更有沉浸感和视觉美感。

需要注意的是，VR系统里演员不光是表演者，他还是观众。这种系统能让演员轻易找到演出状态，不会有做作或者难以入戏的感觉，演员的能动性比较高，演员不是光是按情节去“演”，还可以在一定范围有所“创新”。

在设计整个虚拟环境时，要考虑好想要呈现的内容，因为不管怎样，表演空间的主角是“人”，而不是环境。如果一部戏演完，观众都说环境效果很炫，而不清楚到底演了什么内容，这部戏还是失败的。所以，在制作虚拟环境的同时，效果设计不能单纯追求视觉效果，还是要根据剧情，根据事件和意境设计适合的虚拟环境，注意设计场景的真实性、临场性、互动性，如果单纯追求华丽的视觉感受，不如直接去研究动画软件。

1.2.2 全新媒介载体的VR方案

在近几年比较成功的大型演出中，不管是用投影技术还是LED影像，或者将全部技术加在一起，在空中、地面打出的影像效果，都是为了制造出三维空间的立体感。例如，2010年的中央电视台春节晚会，舞台应用了高科技的LED技术，随着LED柱状屏幕的上下移动，配合视频影像，为舞台塑造了立体感和空间感。但是，这些技术的配合使用从技术上说仍然是二维的平面组合，只是通过上下左右全方位的影像技术，加上承载影像的媒介作空间变化时，制造视觉效果上的三维空间感觉，与真正的虚拟现实技术相比，还是有一定的缺憾。

全新媒介载体的VR方案体现的是一种全新的概念，它的设想是以全新的媒介作为影像载体。这个设计方案就是要改变现在承载媒体影像的媒介物，在表演空间里打出的影像就是三维立体影像，并且可以与演员产生实时互动。打个比方，如果演出的舞剧或者歌手演唱的主题与“龙”有关，目前的成像系统是在LED或者投影上打出龙的媒体动画，就算加上周围环境，这条“龙”始终还是在二维的平面上做动作，LED和投影是像素平面载体，成像也基本都在媒介物表面，并且要受到物体材质影响，亮度也受到很大的制约。而VR技术可以做到整个视频动画在三维空间运动，这段“龙”的影像可以围在演员身边，演员用手触摸影像时，我们可通过编程实现“龙”配合演员作出相应的动作，比如躲避、抬头等。

在美国电影《钢铁侠》中有这样一段情节：主人公在家中实验室研制钢铁机器人的时候，用的就是虚拟现实技术和可以互动的虚拟影像。这种技术在美国已有实例，在2008年的美国虚拟现实技术交流会上，展出了类似的VR技术。但是，现阶段这种技术还不适合在大型表演空间中使用。

在这次交流会上，也展出了可应用于表演空间的虚拟现实技术。有一种可以固定在屋顶和地面的输出设备，能打出一种光束，在光束上可以成像，如果把这种输出设备按点阵的方式布在舞台或者表演空间里，可在光束的任意点、线构成面上成像，视频动画可以在有光束的地方任意“走动”，这些影像可以和表演者互动。

全新方案的好处是灵活多变，能做到真正三维空间的动画效果，与人互动看起来更加真实。但是，从目前的技术发展来看，这种方案耗资巨大，不易推广。

2 虚拟现实技术在表演空间中的现阶段应用

2.1 各种表演空间中虚拟现实技术的运用

虚拟现实技术在很多大型演出中已经有了运用，但还不是完善的体系。这项技术的关键在于它是否和参与者（演员或观众）之间有互动。例如，2009年中央电视台春节联欢晚会的舞蹈《城市变奏曲》，舞台背景大屏幕和演员的表演进行配合，视频影像从古代的舒缓过渡到现代的瞬息万变，视频中的舞者和舞台上的舞者虚虚实实，真假难辨，到最后的段落，视频影像里将当今世界的光鲜与时尚一层一层地迅速剥开，让观众目不暇接，再通过舞台布景的转换，给观众一个很大的想象空间和视觉的冲击力。但是，这个节目还是缺少表演者和环境互动的环节，试想一下，如果在虚拟现实技术的环境中，演员可以用跟踪触点技术对环境作出影响与互动，那样的效果肯定更精彩。不过，这个节目的视频动画效果和表演空间的结合已经有了虚拟现实技术的雏形。

在第21届温哥华冬奥会开幕式演出中，第四章《谁看到了风》让人印象深刻，追风的少年在金黄色的原野中飞奔、舞蹈，体现人们对自由的向往。在这段表演中，演员吊在威亚上在空中进行表演，舞台是一块大屏幕，当演员的脚划过屏幕表面时，和脚接触的屏幕就会出现变化的视频影像，演员的脚上装了触动式的传感设备，当设备与屏幕面接触时，能触发当前位置的动画效果，通过虚拟现实的设备与场景动画有了交互的动作，这是虚拟现实技术在表演空间的典型应用。

2.2 北京奥运会开闭幕式中虚拟现实技术的体现

2008年北京奥运会的开闭幕式取得了巨大的成功，“鸟巢”是一个巨大的演出空间，整个演出都体现了高科技的含量，所构建的视频环境都属于虚拟现实技术的体现。

当李宁在空中围绕“碗边”奔跑追逐展开的画卷时，“碗边”的画面随着他的脚步逐渐亮起，最后，形成一个完整的环形巨画，在李宁举着火炬跑完一周时，画面带着观众回顾了火炬在全球传递的精彩瞬间，在这个环节，编导的创意就是要体现一种交互性，如图6所示。

地面的LED超大屏幕在第一、二幕演出时，配合舞蹈演员的表演，呈现出不同的影像内容。整个地面屏幕就是一个虚拟现实技术的精彩创意。演出中演员和视频设备之间的交互是一大亮点，这是靠多次彩排和各种设备的精确同步实现的。如果将来VR技术的设备达到一定的条件，完全可以做到演员在演出空间里自己与环境互动，实现更多触发性特效，让节目更加精彩圆满。

3 未来VR系统在表演空间里的设想

虚拟现实技术在表演空间中的应用有着巨大的潜力，结合目前的仿虚拟显示效果的技术发展，笔者设想，虚拟现实技术未来的发展分为三个阶段，即初级阶段、中级阶段、高级阶段。

3.1 初级阶段

主要为演员表演手段服务，主要环节包括：

（1）用VR软件编辑好多媒体动画或程序；

（2）用新的媒介材料投射出动画运动轨迹和画面；

（3）在演员身上配备互动传感设备（可以是触觉、视觉等，最简单的是触觉传感设备）；

（4）演员在表演空间表演时，与计算机图形动画有互动和交流。

3.2 中级阶段

主要为演员表演增加互动和人机交流，主要环节包括：

（1）用VR软件编辑好多媒体动画或者程序；

（2）用新的媒介材料投射出动画运动轨迹和画面（全新媒介载体，如光束成像媒介）；

（3）在非表演区搭建操作技术工人的工作间，指操作技术工人带上虚拟头盔，虚拟手套及相关设备，实时操作表演空间里动画及多媒体的运动轨迹和互动，与演员的表演要一致、同步，可以做一些难度较高的实时互动。难点是设备投资费用较高，还要解决好两个画面的同步性；

（4）演员在表演空间或者镜框舞台上表演，与计算机图形动画有互动和交流。

3.3 高级阶段

主要是让演员、观众和表演空间里的多媒体动画产生人机互动，主要环节包括：

（1）用VR软件编辑好多媒体动画或者程序；

（2）需要建立虚拟现实剧场或专门的技术设备，可以提供多触点的传感需求。难点是投资较大，一些设备有待研究与开发；

（3）演员和观众在表演情节中参与互动。

随着科技的发展，虚拟技术应用于表演空间所需要硬件条件也会随之进步，相关技术会越来越成熟，设备会得到不断完善。相信不久的将来，虚拟现实技术必将有更多的机会在表演空间里展现它独特的魅力。

李涛，2010年7月毕业于北京舞蹈学院舞台美术设计专业，获硕士学位。

Virtual Reality Technology and Performance Space

LI Tao
(Beijing Dance Academy, Beijing 100081)

A new performance concept was expounded with application of virtual reality to performing space and stage surrounding.The technology can provide actors with new performance medium and show, which realizes active interaction between the actors and audiences.

virtual reality; performance space; multimedia technology; interaction

10.3969/j.issn.1674-8239.2010.07.015

（编辑 张 淼）