球幕影院剧场设计及技术科普——以中国杭州低碳科技馆球幕影院为例

陶 晔 王迎春 吕佳璐



球幕影院剧场设计及技术科普——以中国杭州低碳科技馆球幕影院为例

陶 晔 王迎春 吕佳璐

中国杭州低碳科技馆，浙江 杭州 310051

近年来，随着国家以及地方政府对社会性、公益性、群众性科普教育机构不断加大建设投入，许多城市纷纷建造科学技术馆、科技类博物馆、科学中心、科学宫。根据中国科协科普发展规划（2016～2020年），我国科技馆的数量到2020年保有量达到1000个。现有的大中型科技馆（建筑面积在8000平方米以上）都标配特效影院，特种电影作为一种创新科普展教传播形式吸引许多到访参观者，它利用各种高科技技术，通过放映科普短片让游客身临其境的感受到科学的魅力。基于此，主要科普特效影院—球幕影院剧场设计及技术。

科技馆；球幕影院；影院剧场设计；科普

特效影院之所以称它为“特效”，是因为它的表现形式不只一种，比如大众熟知的3D影院、4D动感影院以及在一线城市科技馆中较为常见的比较特殊的影院——球幕影院，球幕影院又称“穹幕影院”，最先出现于20世纪70年代，球幕影院外观如球形，银幕形状是大半个圆穹顶，放映视域范围可达360度，立体声音响环绕球幕银幕，即使电影画面并非3D效果，观众也能产生声临其境的错觉，沉浸感非常强烈。本文以中国杭州低碳科技馆数字球幕影院为例，根据供货商提供的球幕影院的技术文档向大家简单科普数字球幕影院设计及技术。

我馆数字球幕系统结构设计整个影院设计综合场地空间及影像效果，将影院设计为倾斜角度23度。投影机安装在剧场的最高处和最低处。

数字球幕影院采用美国益世（E & S）公司Digistar 4 LCOS播放系统，整个系统由以下几部分组成：

（1）控制、播放演示系统；

（2）数字放映系统；

（3）球幕系统；

（4）音响系统；

（5）LED灯光系统；

（6）座椅系统。

1 控制、播放、演示系统

影院剧场使用全球市场占有率最高的数字剧场系统——美国益世（E & S）公司开发的Digistar系统，该系统具有全球幕渲染、天文演示及对剧场内其他周边系统进行实时同步控制能力。该系统硬软件主要有：

（1）控制服务器。与其他计算机和部件相连，是Digistar系统主要控制装置，为操作人员提供播放演示界面，向剧场内各类设备发出指令并对系统状况进行监控。

（2）图形计算机。实时提供最高质量的基于PC的图像渲染，每台图形计算机都能够生成实时三维节目、显示视频窗口，并同时解码预先渲染的全球幕视频图像。

（3）音频计算机。将各种数字音源混合形成可以输出的5.1格式的数字音频流，控制计算机通过音频计算机控制音源回放和音量以提供节目场景的混音并通过光纤线路连接外部音响放大和播放系统。

（4）操控台。包括2台液晶显示器、背光键盘和鼠标、PDA手持控制器、操作杆。

（5）软件。每台服务器都按照Windows7操作系统及Digistar 4星空表演及球幕播放软件。

2 数字放映系统

影院通过2台4K SONY SRX-T420投影机和2个加配的110度广角镜头将Digistar计算机系统生成的图像投射在整个球幕上，投影机固定在球幕南北对端，每端1台投影机，沿球幕基线与地平线成夹角23度向上投射，覆盖环绕水平基线360度、镜头张角向上45度覆盖至球幕天顶区域，每台投影机投出的独立的图像经过Digistar系统的校正和边缘融合后组成一个完整、无缝的图像投在整个球幕上。SONY SRX-T420高画质4K投影机，使用4 200 W超大功耗和发热量的高功率氙灯。而且在持续的高功耗的发热下，能保证画面 长时间持续稳定地工作。它可以投射4 096×2 160画素的高画质画面，达到数字影院标准4K质量的信号，而且，此投影仪也可以接受2K画面的讯号，透过投影机内部处理器的处理运算，转成4K画面投射出去，其投射的画面质量也优于原来的2K画面质量，具备高于3 000：1的高对比率，能够提供21 000流明的亮度。益世公司设计的2个110度广角镜头内置光阑，可以对球幕上投出的图像亮度进行精细调解，实现投影仪之间的亮度平衡，镜头内置图像掩模拼接技术，可以很容易控制图像拼接。

3 球幕系统

影院球幕系统由Spitz公司生产的网架及幕板组成，网架由分割成32个三角形状的经度方向组件和分割成5个分区的纬度方向的矩形铝管及钢管组件组成。网架结构紧凑，可使球幕保持所要求的几何形状，并且安装在张力环上时实现自我支撑。网架还可以支撑剧场合理数量的影院设备。

设备可以包括：音响、照明灯、隔音层等。幕板由119块复合曲面模具伸展成型铝板组成，幕板上有1.6 mm直径空，以3.2 mm孔中心距错列排列，粉末喷涂表面达到所要求的光学特性使得放映面适合观看明亮的放映景象，具有高分辨率、真实色彩和高对比度，并报纸规定的反射率，防止反射刺眼，幕板边缘与龙骨组件的中心线重合，在76 mm中心采用3 mm铆钉。

4 音响系统

影院音响系统采用BOWEN Technovation公司的Astro FX Audio MP 12 m球幕高级数字5.1环绕立体声音响系统。

系统提供了一个专业的先进的多功能配置，包括4个高效的15英寸双路音响（左前、右前、左后、右后）和2个12英寸的中置音箱，以及2个高性能的15英寸低音音箱，数字音频处理器，高品质的数字影院6 800 W功率放大器，CD播放机，一套1 440 Hz的无线麦克风，一个16路的专业高级调音台。该音响系统是全数字化的，各个声道完全分离，由各自不同的功放提供音源，因此避免了各声道的相互串扰问题。音频通过时间先嵌入到球幕电影视频流中，当球幕电影播放时，Digistar系统的图形计算机播放相应的视频流，音频计算机根据视频流通过光纤向音响系统发送数字音频信号，确保音画同步。

5 LED灯光系统

影院采用AstroFXAurora LED提供明亮、均匀的球幕照明和可选择的程序化效果。LED灯的使用可以减少耗电及散热量，便于维护，AstroFXAurora LED系统采用16位DMX控制来实现极为平滑的灯光控制。采用了新的三色LED芯片，极大地提高了光线的均匀性和柔和度。通过控制屏幕底圈的LED灯，可以生成颜色渐变，亮度渐变、颜色变化等效果。

6 座椅系统

影院剧场共有60个座椅，采用影院专用座椅，该 座椅根据人体工程学原理设计制造，适合人体坐姿的需要，外观雅致，结构结实耐用，坐感良好、舒适、颜色搭配合理，做工精细。并都经过阻燃处理。

科技馆的特效影院中的球幕影院是最有特色的影院剧场，观众在欣赏球幕影片，感受科技魅力的同时，我们更应该把球幕影院设计及技术进行科普，让人们知道球幕影院是怎样建造出来的，系统是怎样集成整合出来，到底通过什么设备将图像电影完美的显示在球形荧幕。

[1]袁惠明.天象厅中的数字革命——数字技术在科普场馆中的应用[J].现代电影技术，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