数控技术和数字媒体技术在舞台创意设计中的应用

徐佳琦

（中央戏剧学院 传统戏剧数字化高精尖研究中心，北京 102209）

1 演艺行业数字化舞台装备发展现状

随着数字化技术的发展与相关政策的推进，人工智能、大数据、5G、云计算、虚拟现实技术、区块链技术等在各行各业广泛落地应用，给各行业带来了巨大的变革与重塑。在此影响下，演艺行业涌现出应用高新技术的诸多创新内容［1］。

1.1 舞台精密机械设备

舞台精密机械是指结合自动化技术、电子技术、光学和计算机技术，应用于舞台的高精尖舞台机械设备。舞台精密机械设备能够结合多媒体视频、数字影像及灯光等赋能舞台创意设计。例如，在2021 年的腾讯娱乐盛典中，600 多平方的舞台，内藏9 组数控机械装置。此次演出，舞台采用了全新的数控系统，用来控制开合旋转灯屏四方形柱，从而实现精准定位。数控技术能够保证多节杆式升降柱升降平稳，其负载可达2 t，升高6 m；每组升降平台可负载4 t，精度控制在1 mm 内，升降屏可根据需求以时间编程运行。

精密舞台机械使得传统技术无法实现的舞美创意有了实现的途径。在东方卫视跨年舞台中，由梁余丰设计的“风从东方来”舞美创意，也同样使用了大量的精密舞台机械。舞美设计从“风”的意向出发，舞台机械结构环环相扣。整个舞台分别由外环、中环、内环3 组结构组成。外环为4 个固定的环形结构，分布于场馆四周，让观众有置身舞台之中的感觉；中环为6 个可单独升降的环形结构，围绕内环层层错落，形成交错的阶梯型螺旋形态，衬托内环，形成一个整体的风暴造型；内环由7 组交错旋转开口组合升降，带来错综复杂的交错感。

根据舞台表演设计的数控装备和数字媒体创意，使得舞台的表现形式与舞台的艺术语汇变得更加丰富多彩。精密舞台机械配以数控化灯光技术的应用，能够为舞台创意设计注入新的灵魂。

1.2 数控化灯光设计

数控化灯光设计是指通过数控技术对舞台灯光的运行进行控制。数控化结构灯光设计使得灯光的变化形态和创意设计更加灵活多变，视觉效果更加震撼。

例如，湖南卫视《乘风破浪的姐姐》初评舞台舞美由船体甲板地屏和空中数控单面镜组成。舞台除地屏外，其余部分没有使用屏幕，表演秀的呈现都交由灯光完成，这给予灯光设计充分的展示空间。在数控结构设计上，十条横向数控灯架藏于单面镜结构之上，每条灯架上由LED bar、三合一灯具和蜂眼组成。虽然灯架是最简单的横向结构，灯具也十分常用，但通过数控变化，可以形成将近30 种不同的造型，加上三种灯具不同的组合搭配，能够展现多层次的空间变化，分别为三十位嘉宾设计独一无二的表演。数控造型主要在dance 表演环节中呈现，在离线编程阶段，便根据嘉宾们的不同歌曲和舞台形式做了一一对应的特殊设计。

数控化的灯光设计应用，不仅能够为舞美创意设计添砖加瓦，还能够优化传统灯光设计存在的不完美问题。例如，中央广播电视总台春节联欢晚会的灯光设计，采用数控电葫芦来配合舞美设计的效果，灯光设计根据大屏幕的弧形结构制定了与大屏弧形一致的TRUSS 梁，配合升降冰屏幕来达到最佳灯光效果。

1.3 虚拟视觉设计

虚拟现实技术在舞台表演中的应用，加强了舞台表演的表现力，拓展和完善了舞台设计效果的时空概念，为舞台创作的艺术塑造力和创造力提供更有效的技术支持，给观众带来了全新的视觉和听觉盛宴。

在虚拟视觉设计方面，2015 年底，太阳马戏团在《托鲁克：首次翱翔》中做过初步的尝试。当时，剧团与Normal Studios，Solotech 和disguise 等新技术公司合作，并指定了disguise 数字媒体服务器系统和投影解决方案。这个方案是一项包含40台工程投影机的毫米级精确映射的演出项目。在一个森林场景中，数字影像需要布满整个舞台区域，使其在视觉上看起来像是布满了蓝色萤火虫的生物发光体。为了确保数字影像的精确性，团队利用3D 扫描技术将舞台布景的实际数据变为虚拟数据模型，并把数据模型加入前期内容创作工作中［2］。

虚拟视觉设计的使用，除了能够带来更丰富的视觉体验外，还能够在短期内提升整体视觉质量。以爱奇艺的虚拟偶像综艺节目《跨次元新星》为例，动画、虚拟灯光、AR 特效、纯虚拟镜头、分镜头语言可同步制作，因为是并行流程，所以每天都会迭代出一个结构完整的播出工程进行预演，甚至直接用于彩排。同时，及时与舞台导演、音乐、现场灯光进行直接沟通，在灯光、动画、特效等多维度进行优化调整，能够在短周期内提升整体视觉质量。

虚拟舞台技术除了能够提升视觉效果以外，还能够解决突发情况导致演员无法到现场演出这种传统技术无法解决的问题。例如，2021 年的春节联欢晚会节目《牛起来》由刘德华、王一博、关晓彤三人表演，刘德华表演部分通过扩展现实（Extended Reality，XR）技术“云录制”完成［3］。

随着技术的发展，以全息投影技术为代表的虚拟视觉设计在更深层的结构上重构着舞台艺术，结合数字化机械舞台、数字多媒体中控系统等先进技术，创建出新的舞台设计语汇和艺术意境空间，如全新歌舞秀《寻梦·刘三姐》、全息沉浸式演出《游园惊梦》等［4］。

2 表演装备协同仿真控制系统

在精密舞台机械、数控化灯光、裸眼3D 虚拟现实等新技术应用的同时，各种表演装备的协同复杂程度也变得越来越高。本文提出一种表演装备协同仿真控制系统的管理框架。通过数字化舞台数据交换数据协议、LED 物理地址输出、舞台模型、空间数据、动画数据、舞台控制系统、多视频播放器等的管理以及系统级安全监测，辅助舞台表演顺利、安全进行。

2.1 数字舞台技术

2.1.1 舞台数字交换流程

模块化的虚拟舞台中，各装备间的数据交换管理是关键。在创意预判和评估矫正阶段，可通过数据驱动的控制技术，对舞台行为建模，然后抽取各舞台机械的数据进行处理，对数据进行拟合优化，再对数据进行压缩传输。通过计算引擎输出仿真模拟的初步形态。最后，通过舞台美术显示技术，对视频进行时空一致编辑、基于正投影的视频分解、帧内和帧间并行、视频分解映射合成。通过以上一系列流程，最终形成舞台创意的前视觉，可进行仿真舞台预览。如仿真舞台无问题，可将视频映射到真实舞台。如发现问题，则对相关问题进行调整解决，直至无问题后，映射到真实舞台。

2.1.2 舞台仿真控制系统

对LED 物理地址输出，进行基于拓扑结构的LED 扩展面，对相关数据进行模拟。同时，用空间数据和舞台数据对舞台进行建模，将控制数据传输给舞台控制系统。对项目视频进行分解和合成，对视频进行剪辑后，传输给多视频播放器。

2.2 安全监测机制

近年来，舞美设计中，大屏幕的使用日趋频繁，大屏幕的复杂程度越来越高，对视频播控的安全要求高于节目播出安全。原有非广播级如“笔记本电脑”形式的极简播控设备已经完全无法满足播出安全与要求［6］。

2.2.1 安全性保障流程

为了防止黑屏、内容异常等相关问题，可通过以下方式对流程进行安全监测和保障。

舞美创意后，在仿真计算阶段，通过《播控手册》《制作手册》等统一规定对视频进行规制制作和切分。在视频制作阶段进行文件级安全监测，在视频播放阶段进行驱动级安全监测，在屏幕显示阶段进行硬件级信号监测。全流程通过系统级安全监测，即文件级安全监测、驱动级安全监测以及硬件级安全监测来保障整个流程的数据和内容安全。

2.2.2 视频仿真切分系统

视频仿真切分系统涉及舞台建模、视频切分及视频预览。这一过程涉及终端控制、集群并行处理以及多CPU-GPU 集群多线程工作，需要合理地进行切分任务管理和调度。同时，要计算负载平衡与优化、盘阵数据共享，对视频进行实时切分与渲染。

2.2.3 实际应用与测试

在实际应用的过程中，需要分析并计算单台播放器的编码器、渲染效率，了解或建立生产设备的效率模型。根据播放素材规模计算出多通道播出设备负荷，模拟真实应用情况，生成最优化设备播出方案和实际播出效率测试对比等［7］。

3 结语

科技在演艺行业的应用，给舞台表演艺术带来了更加多元的创作构思和更具视觉冲击力的舞台表现。舞台的多样化呈现使得观众的趣味性和参与度得到加强，从而使舞台表演获得更广泛的传播，与此同时，舞台的安全性也不容忽视，越来越复杂的舞台设计也暗藏着安全隐患。在此背景下，除了舞台设计的顺利演出机制值得注意外，演员的人身安全防控也应当引起重视。