CAD在灯光设计中的应用与实践

宋祺 扬州广播电视传媒集团（总台）

1.引言

二十一世纪被人们称为信息时代或E时代，这个时代是建立在电子计算机基础上的电子时代。计算机的发展影响了很多行业和技术，对电视灯光技术而言，计算机技术的应用已很成熟，这从目前的电脑灯光控制台、电脑灯光换色控制器、智能型调光立柜、DMX512信号放大器等电视灯光硬件设备已可反映出来。现代电子计算机技术运用在灯光设计的范畴正在逐步扩大，用机械辅助设计软件Auto CAD可以很方便地绘出灯位布局图等一系列演播厅系统架构图；用CompuCAD可以设计出Auto CAD所达不到的灯光效果图。现在也已有专用的灯光设计软件，可以更加快捷地进行包括演播室等场所在内的灯光设计。

2．现代电视灯光设计的特点

本文主要探讨利用平面图形设计应用软件CAD，即计算机辅助设计，来进行电视灯光艺术设计的创作润色。

电视灯光设计，实际上是设计者自身综合素质的体现，如表现能力、感知能力、想象能力、审美能力的体现。各个专业虽然对设计知识的着重面不太相同，但对艺术设计概念本质 、审美、均衡韵律等要求是一样的。

不论是灯光平面的还是立体的设计，设计者首先要面对的是对所设计对象的理解，电视灯光设计，需从一个大的演播厅舞台环境去考虑，这其中涉及了很多现场元素，比如舞美、大屏、机械吊杆、DMX512信号、线缆、音响、人物等等，考虑到这些元素的同时来决定灯位以及光位，然后根据各个不同性质的节目去设计不同形式、不同效果的灯光艺术。在设计灯光效果的同时，需考虑呈现在电视机前的画面效果，这也是电视灯光设计和其他各类灯光设计的本质区别。因为电视灯光设计是为电视画面服务的，所以必须考虑电视画面的光圈、黑电平、黑白平衡、对比度、画面层次、光比等等这些有可能影响画质的因素，灯光的设计是否对电视画面的画质元素产生影响，这也成为电视灯光设计工作中的重中之重。

3．灯光设计与CAD绘图的结合

电视灯光设计工作是一项艰辛的现场操作与案头工作，传统的灯光设计方式耗费大量的精力和时间。CAD设计大大改善了这一现状，CAD设计从视觉效果、工作效率、作品储存、设计面貌等方面相比传统的设计具有无可比拟的优越性。

3.1 用AutoCAD可以绘制出传统设计中无法制作的演出现场布光图

（1）建立图标和图库

首先，我们要为常用灯具和设备建立图标，有了AutoCAD后，可以利用其绘图的精确性，为一种灯光和设备绘制出形象的图标，然后将它存储在专用的图库目录中。其次，将各种灯具和设备分别绘制后建立图库。这些图形入库后，可随时调用。如图1为聚光灯图标，图2为电脑灯图标。

图1 CAD制作的聚光灯图标

图2 CAD制作的电脑灯图标

（2）画出场地轮廓

根据场地的现场测量数据和现场简单的手绘图纸，使用画线命令、画弧命令、画圆命令可以顺利地完成这项工作，为接下来的灯具悬挂摆放和灯光设计工作带来极大的便捷性和精确性。CAD制作的演播厅场地轮廓模版如图3所示。

图3 CAD制作的演播厅场地轮廓模版

（3）添图

通过在命令行上输入插入命令，此时出现对话框，要求输入所需灯具设备的文件名(注意路径要准确)，确认后，所需的灯具设备就出现在绘制的场地图中。

（4）完成

通过以上命令，将不同的图标分别调用到场地图中，放置在各自的位置上，经反复摆放调整，并且将之前现场测量的数据标注在对应图标旁，最终确认并保存，灯位布局图就算完成了。有了这张电子版精确图纸，可为以后的灯光设计和演播厅改造等工作带来极大的便利性和可操作性。演播厅灯位布局图示例见图4。

图4 演播厅灯位布局图示例

下面介绍AutoCAD在我们实际工作中的应用。去年在我台大厅演播厅新建以及800㎡演播厅改造动工之前，我们经过实地考察测量绘制出了演播厅布局图、演播厅灯位布局图、演播厅直通柜配电系统图、演播厅调光柜配电系统图、演播厅吊杆强电号码分布图、演播厅DMX信号系统图、演播厅灯光控制系统图、演播厅灯具地址码分布图、演播厅吊杆系统控制图、演播厅单点吊、行车及吊杆接线原理图。这一系列的电子图纸实际上是一个完整的工作流程。对于电视灯光设计，演播厅的平面布局图为灯光设计师考虑灯具摆放位置提供了便捷工具，提前在平面图纸上进行灯位的设计，可为日后的架灯工作奠定基础；演播厅的配电系统图也是架灯工作开始前必须要认真对照的一个重要依据，这其中包含了直通回路、调光回路、灯具负载、灯具走线等等一系列因素，如果没有这样一张电子图纸，对演播厅的设备安全也会造成极大的隐患；演播厅的控制系统图，当进行吊杆的升降、行车的移动、灯具的摆放以及光位的调整都必须用到它，极大地方便我们去正确控制当前所要调整的设备；演播厅的信号系统图，在控制台操控中，DMX512信号的控制是当前演播厅灯具设备所广泛使用的，因此，灯具与灯具之间信号的连接、信号是否串号、信号之间是否有干扰以及信号放大器的安置都须参照这张图纸进行操作；演播厅的强电号码、地址码、灯具号码分布图，是查找演播厅灯具系统故障的重要依据，也是灯光操控台灯具编程以及查找、地址码的配置、配电合理使用的重要依据；演播厅各系统接线原理图，可方便进行设备的维修和维护，方便更有效地查找当前设备故障原因。由此可见，这一系列由AutoCAD所设计的演播厅系统图纸，对我们实际的灯光设计工作所带来的帮助是显而易见的。

4．CAD与灯光系统

CAD计算机辅助设计在灯光设计的应用主要体现在利用计算机CAD绘出灯位图、布光图、光学数据目录、工程图、控制设备系统图、效果图、设备一览表，即所谓的“六图一表”。

（1）计算机灯光控制设备

用计算机控制灯光的最基本任务就是存储局部灯光变化的各类数值信息（包括亮度、光圈、虚实、颜色、图案、色温、位置等），并计算处理，完成输出。在我们当前所使用的灯光控制台中，电子计算机处理中枢起到了核心作用。而CAD技术在电视灯光设计中的实际应用，在现代一些高端灯光控制台中也有类似于其作用的软件设置了。比如，先进的grandMA2代灯光控制台中就有一个Layout的设计。它可以设计出一个简单的线型舞台框架，并将分配好的灯具以图标的形式摆放在相对应的舞台框架中，方便选灯、找灯、查看灯具属性以及当前运行效果状态等作用，非常实用。

（2）效果灯光设备

图5 grandMA2代灯光控制台Layout设计

效果灯光设备主要设计LED灯、染色灯、光束灯、电脑灯等。其中这些带有DMX512信号接入的灯具经过512信号接口来和计算机控制系统相连，从而实现图案流水自转、动作变化，渲染场景气氛。在其设备里设计一个解码器，利用先进的控制技术，进行色彩的动态转化，从而得到渲染环境气氛的效果。而CompuCAD在效果灯具中的作用体现也是十分明显的。

（3）配电系统、演播厅吊杆升降系统以及控制系统

这三个系统在灯光专业领域十分重要。由于系统的复杂性和多样化，传统的手绘图纸根本不可能将系统的框架结构完整表现出来，同时也不利于保存。运用CAD绘图，灯具的配电走线、演播厅吊杆升降系统电机的配置、灯具信号线的分布和地址码的设置都在电子图纸上一目了然，方便日后的设备故障查询、保存和收藏，并且方便修改完善。

5．CompuCAD在灯光设计中的运用

用AutoCAD绘制灯位图非常简便，图1和图2都是一个简单的实例。AutoCAD是一个机械辅助设计软件，功能非常强大。用它绘制灯位布局图、演播厅系统图等，只需用到其中的绘图工具条、修改工具条以及文字输入功能、标注、块等元素即可，这里就不作过多描述。下面详细谈谈利用 CompuCAD绘制灯光效果图。

CompuCAD是在处理画面元素的同时，更形象地将灯光设计元素融入在软件中，达到想要的现场舞台效果、灯光效果甚至是三维立体效果等。这款灯光设计软件是由以色列COMPULITE公司开发的。它不仅能绘制灯位图，产生设备清单，还可以绘出三维灯光效果，如图6所示。

图6 CompuCAD灯光设计软件界面

CompuCAD由三个模块组成：

（1）图形模块

可以设置场景，布置吊挂，插入和定义设备，并以任意角度和各种模式，包括三维效果透视图来察看场景。

CompuCAD的图形模块允许通过使用程序中提供的基本模块（台口、空地、舞台前部等）来选择舞台类型，并可以定义舞台的尺寸，剧场的大小。

（2）方案设计工作区

可将设计者的构思组织为一个任务组或预备场，并且从中可以打印出包括设备一览表及任务表在内的所有的列表和图表。

在方案设计工作区中，可以组织灯光构思，选择照明设备、悬吊设备和其他舞台元素；可设置照明设备类型、属性，悬吊设备参数，包括照明设备的厂商、光学特性、灯泡功率、光路号、光强、光束角度等；给这些设备定义“任务”，并把它们组合到“组”中。图6是打开的一个灯具属性选项表。

（3）场景编辑器

可以决定舞台透视图中能看到的图像的光强，并产生和保存场。通过使用CompuCAD，灯光设计人员可将自己的想法展示给导演看，确定最后的方案，而无须在实际绘图中浪费时间。CompuCAD可自动完成灯光设计人员为每个灯光设计思想加注有关灯光设备的类型、颜色、硅路及光路等。完成设计后，可以打印出各种清单、透视图以及灯光效果图。需注意的是，在此软件中，灯光效果图必须存为“.bmp”或“.pcx”格式，方可打印。

在实际电视灯光设计应用中，CompuCAD还显得不是很成熟，虽然其方案设计模块、图形和数据库模块、场景编辑器、三维图形界面、CompuCAD网络非常全面，但是操作起来比较复杂耗时。不过它在实际应用中的作用不可小视。如果将现有的演播厅系统及灯具用 CompuCAD进行三维立体化，绘制成一个虚拟的场景，并和控制台相连接，不仅可以直接进行场景的编辑，还能模拟电脑灯大多数的效果功能并展现在显示器上。更重要的是作为一名电视灯光设计员，在节目没开始之前，就可以通过它模仿摄像机各个机位的拍摄画面来提前预览节目演出的实际三维立体灯光效果，并进行适当的程序修改，然后再通过显示器反复预览虚拟的舞台效果直到最佳为止。在彩排时，用这种3D渲染后的虚拟舞台画面效果和导演进行现场交流，能够让导演提出更加直观的修改意见，同时也提高了节目录制时灯光效果的质量。

AutoCAD与CompuCAD虽然都属于CAD计算机技术，但是其实际应用是完全不一样的。从应用的广泛程度来说，AutoCAD已经非常普遍运用到电视灯光的平面设计中，它是灯光设计前必不可少的一个环节，也是设计的基础。而CompuCAD的应用程度还不广泛，主要原因在于它的实际操作较复杂；从用途来说，AutoCAD更加注重于在灯光设计前进行演播厅各个系统的平面设计，并绘制一张详细的平面电子图纸，使得在灯光设计时可以对照图纸提供一定的参考依据。CompuCAD注重三维立体效果的灯光设计，更加具有现场编程的实时性，对于绘制场景的灯光效果更为适用。对已设计好的舞美效果图，可以存为适当的文件格式，作为纹理引入到CompuCAD中，再在此基础上添加灯光效果，编程结束后在当前显示器上进行摄像机各个机位的三维立体舞台灯光效果预览。

6．应用前景

电视灯光的计算机辅助设计虽起步较晚，但应用前景广阔。目前，很多电脑灯光控制台都加入了类似于AutoCAD和CompuCAD相结合的“stage设计”元素，也就是简单的舞台灯光效果设计，设计好的舞台以及灯具框架，同时编上灯号、地址码等，呈现在显示器上，方便找灯和查看当前灯具的运行状态。随着应用软件的不断完善，CAD技术必将为丰富电视画面作出极大的贡献，也必将成为灯光设计人员不可或缺的设计软件。