3D Mapping在媒体中的应用现状及发展趋势

■国防大学联合作战学院：安宁

近年来，3D Mapping技术成为一种新兴的新媒体艺术表现手段，其具有视觉冲击力强，应用场景丰富等特点，受到了国内外许多艺术家，媒体从业者的喜爱。随着格式塔心理学的广泛研究与运用，越来越多的学者对视知觉进行了大量的研究，其中视错觉作为视知觉当中最重要的一环受到了学者的广泛重视[1]。3D Mapping技术则是利用视错觉原理，在完全脱离外在装备辅助的前提下，使观者体验到了身临其境的感觉。

1. 3D Mapping技术介绍

3D Mapping即三维图形匹配投影技术，又称为Video Mapping Projection，也有人称为“裸眼3D”，作为一种新型艺术表现形式，它是利用计算机图形学中的平行投影和透视投影技术，将立体对象的立体形象呈现在二维平面上，这个过程是由对象的取景和观测来构建对应的立体模型，再根据投影仪的位置、方向、角度等要素，通过不断调整被展示物体的位移深度，进行空间的投影转换，从而拓展视觉体验效果，扩大视觉感染力和视觉冲击力。3D Mapping技术之所以能够达到“裸眼3D”效果，视错觉原理是其核心因素。运用视错觉原理作为3D Mapping设计的思路，不仅有助于透过现象洞察本质，而且使3D Mapping可以获得突破文化背景和地域局限的美感，加强内涵的传达，让人过目不忘[2]。

1.1 反透视原理

观察景物时，由于位置和距离不同，物体的形态也会发生改变，产生近大远小的特征，这便是透视现象[3]。反透视原理是改变其特征为近小远大的处理方式，从而达到一种特殊的3D效果。在3D Mapping中，由于“幕布”的不同材质、不同造型和投影仪的摆放的位置并不理想，所以产生的视觉效果也会差强人意，所以通过计算机测出投影与观众所处位置，运用反透视原理矫正后，给观众调整出正确的透视画面，可以达到良好视觉效果。

1.2 深度视错觉原理

深度错觉，也被称作立体错觉、多重性错觉。在现实中，物体以平面的形式反映在人眼的视网膜之上，视觉系统将双眼所感知的两个平面的图形融合成为一个立体图形[4]。在3D Mapping中，大多数作品会出现不同且复杂的立体图形，人的注意力也会不断跟随图形的变化而变化，投射的内容还会根据情境的不同出现明暗变化，因此画面内容的立体交替会不断出现。正因为这一原理，3D Mapping给人们以很大的视觉冲击力。

1.3 边框错觉原理

边框错觉是指当画面主体物超出边框范围时，产生一种画面主体高于平面的立体错觉[4]。在3D Mapping中，利用画框固定观众的视觉范围，并将表现内容投射出画框范围，不仅达到空间扩展的目的，同时还给观众以视觉张力。

2. 3D Mapping技术的主要应用领域

3D Mapping从技术上来说，还是属于投影技术，其对环境光、物体材质等有着较高的要求。因此，目前应用范围主要集中在旅游景区表演、大型晚会表演、新品发布会及博物馆展演等。

2.1 旅游景区表演

在旅游景区中，利用建筑物外墙作为投影的“幕布”，根据建筑物的轮廓、形状特征等“量体裁衣”，制作匹配建筑物外形的视频动画，并精确投射在建筑物表面。由于建筑物投影面积往往比较大，再加上多变的光影特效，展示效果蔚为壮观。例如，迪士尼乐园灯光秀，将动画经典人物形象投射到墙面上，观众则在街区任意位置观看表演，与喜爱的动画人物互动。张家界七十二奇楼，通过3D Mapping光影秀展现出了世界最高吊脚楼的建筑之美。

2.2 大型晚会表演

随着科技的不断进步，3D Mapping技术也很好的嵌入到表演形式中，突出的视觉效果成为了舞台中的一大亮点。比如在平昌冬奥会闭幕式上，中国上演震撼全场的“北京8分钟”，利用3D Mapping技术，完美演绎“中国文化”。在演唱会表演中，詹妮弗·洛佩兹在《美国偶像（American Idol）》上以一袭白裙现身，为在场的观众献上了一曲《Feel The Light》，配合音乐不停变换的光影图案，让她仿佛置身于周天星辰之中，美轮美奂。

2.3 新品发布会投影

在捷豹新车发布会中，以车体作为载体，用3D投影技术展现流线型车身到发动机在各种环境下强劲的动力，车体的特殊材质和车辆低风阻的效果，将静止的汽车，流动起来，展现其美感。

2.4 博物馆展演

在莫斯科卫国战争博物馆，以博物馆巨大圆屋顶为画布的3D Mapping秀——“胜利之路”（Road to Victory），用沉浸式的投影表演，纪念胜利卫国战争胜利70周年。

3. 3D Mapping技术在媒体应用中的优势与束缚

3.1 3D Mapping所具有的优势

3.1.1 沉浸式体验感强

1975年，美国心理学家米哈里·契克森米哈提出了心理学术语“心流”（Flow或者是Mental Flow），指一种将个人的精神力完全投注在某种活动上的特殊感觉。当人的心流产生时会伴随着高度的兴奋感和充实感，在事后也会留下难忘的记忆。这是从心理学的角度对沉浸感做了非常贴切的描述。现如今，多媒体视觉设计结合不同领域，碰撞出了许多新花样，新品发布会、博物馆展览、大型户外演出纷纷使用3D Mapping技术、实时渲染影像特效追踪技术与Black Trax实时灯光追踪技术，营造出强烈的具有视觉冲击感的3D效果，加之音乐氛围的烘托，将观众沉浸在现场氛围之中，从而获得奇妙的感官体验。这种感受是绝大多数其他媒体表现形式难以达到的高度。

3.1.2 打破物理空间束缚

视错觉是人类所共有的一种特殊错觉，通过生理和心理因素的影响，或感知到外界环境的影响下，从而对视觉影像产生错误的理解[5]。正是基于这一原理，在阿拉伯联合酋长国庆祝统一45年的活动中，举行了一个巨大的多面投影表演活动，创造了以航行在广阔大海上的船只为前景，以无限延伸的沙漠为远景的宏大场景，仿佛将观众从座位席抽离，瞬间跳跃到波斯湾沿岸，与观众一起回顾往昔瞬间，整个现场视听效果堪比奥运开幕式演出盛况。3D Mapping在水幕投影中，将高约10米翩翩起舞的女孩形象投射在由高压水泵和特质水幕发生器，雾化后形成扇形“银幕”上，女孩自由跳跃，舞蹈的美感跃然水幕，给了观众很大视觉冲击。

3.1.3 摆脱设备“累赘”

目前，主要的虚拟现实技术包括VR（虚拟现实）、AR（增强现实）、MR（混合现实）等，它们借助于计算机图像学技术理论，在真实环境交互数据基础上，以一种场景重构的虚拟手段来为体验者营造出一种多维度3D立体结构的虚拟世界。特别是VR和MR技术目前体验还需要借助外部设备，所以在有些场景的体验中还不太自如，甚至有些体验者还有眩晕感。但3D Mapping技术不用体验者穿戴这些外部辅助设备，只需裸眼便能感受到3D效果，这大大方便了观者的参与度。

3.2 发展过程之中暴露出的短板

3.2.1 制作费用高

全球最大的3D Mapping秀——莫斯科国立大学建筑3D投影秀，以莫斯科国立罗蒙诺索夫大学宏伟的主楼为舞台，面积超过5万平方米，全长超过0.5公里，使用了212台投影机。整个投影秀时长9分多钟，耗资约2亿美金。国内的3D舞台剧《盗墓笔记》的番外篇《新月饭店》在天桥剧院上演，该剧首次运用了3D Mapping技术，将视觉影像与“新月饭店”的建筑立面相结合，而此次《新月饭店》中使用的3D Mapping技术，一分钟需花费20万-25万元左右，加上布景费用，整个剧目的制作成本超过了500万元。因此，这项技术目前只适用于大型演出，想要向更广泛的用户或单位普及还有很长一段路要走。

3.2.2 流于形式，忽视内容

投影机设备等硬件和创意设计等软件，都需要高度配合才能达到视觉震撼的效果。目前多媒体3D Mapping技术在演出中的运用范围并不广。造成这样的原因主要有两个，一是出于成本的考虑，二是需要衡量剧目内容本身是否需要与技术结合。剧目所运用的3D Mapping技术是噱头与否取决于观众观剧的诉求，有的观众为了剧情而来，可能会对剧目略有失望，而有的观众重视体验，所以反响相对较好。因此，技术是把双刃剑，关键还看表现内容是否需要技术来展现，否则只会流于形式。

4. 3D Mapping区别于其他媒体特效技术的新变化

4.1 构思先行，贴合实际

“国际动画组织（Association International du Film Animation）在1980年南斯拉夫的萨格勒布会议中，对动画（Animation）一词所下的定义：‘动画艺术是指除真实动作或方法外，使用各种技术创作活动影像，亦即是以人工的方式创造动态的影像。’它可以创造出实拍片无法表现的世界[6]。”由于3D Mapping技术相较于传统动画制作形式所展现方式的不同，所以在前期艺术设计上，有一个非常明显的艺术思维的变化。传统影视动画会根据剧本风格，来设计镜头、场景、人物，其主要作用是渲染铺垫影片剧情及人物情感，而在3D Mapping中，不仅要考虑剧本需要，还要综合考虑投影载体的实体。

在设计镜头时，传统特效是基于荧幕大小来显示的，所有特效形式都被限定在镜头的画框之内，因此需要不同景别、不同角度调度镜头，从而配合特效进行展现。而3D Mapping中不存在镜头的概念，它是基于固定场景模型而进行设计的，3D Mapping动画中主要通过视觉变化效果，音效及光影色彩方式来达到效果。

4.2 视觉语言的变化

3D Mapping是依托投影载体的一种表现手法，它可以展现出三维立体效果的变化，因此也成为这一技术独特的视觉语言。3D Mapping在不改变原有背景造型的基础上，可以通过投放不同的背景内容、颜色或动态效果，来改变原有物体呈现给观众的形象。比如在《浪淘沙·北戴河》的实景演出中，碧螺塔作为主背景，它根据不同章节的内容，变换着不同的氛围，开篇的海底世界再到第三章的星轨，虽然都是投射在碧螺塔上，但是现场所感受的氛围却不尽相同。三维结构透视对于3D Mapping来讲，也是一个独特的视觉语言。透视内容的切换也等同于场景的切换，辅助故事情节的表达。由于其内部结构的丰富性、可塑性给予故事创作无尽的空间[8]。

4.3 虚拟世界真实化

传统媒体制作的动画中，虽然可以通过各类视频处理软件去重塑他们想象中的世界，从细节、动作、人物表情使其具有真实性，但其本质还是通过二维画面来呈现的，观众的感受依然是一个虚拟世界。而3D Mapping则打破了这一限制，它可以将虚拟童话世界真实化地呈现。由于其具有裸眼3D的效果，将表现内容投放于一个实物载体之上，并配合声光电等技术手段，呈现出独有的立体性，使观者能够充分感受视觉效果带来的震撼力。

5. 3D Mapping技术展望

3D Mapping是近几年兴起的一个艺术媒体，它具有很强的现场感染力、互动性及传播性，而且可以应用于各类演出和展示。随着技术的不断完善和发展，未来在硬件方面，投影设备会性能更强，价格更低。在艺术创作上，随着越来越多的团队加入，未来的艺术风格及制作方式会越来越多元化，3D Mapping会更多的走入我们的生活中。

5.1 3D Mapping在电影中的应用

目前，电影特效制作中，大多使用特效软件进行制作，随着3D Mapping技术的进一步发展，在人物建模、场景建模、灯光效果制作中，可以利用3D Mapping技术更加真实地再现，给创作人员更真实的感受。有些电影拍摄现场，绿幕加实景环境下进行的，但受限于道具的要求，只能通过后期合成，通过3D Mapping技术，可以还原许多天马行空的布景设置，这给拍摄制作带来很大方便。

5.2 3D Mapping在教学中的应用

3D Mapping技术在教学中的应用目前还不太广泛。在今后的教学工作中，一些比较抽象的学科，通过3D Mapping技术可以更加立体地呈现，比如可以用于建筑、城市规划等课程的教学中，帮助学生更好地理解和掌握相关知识。在医学、生物学等领域的教学中，更好的学习人体细微结构及生物特征。在军事航天领域中，能够帮助飞行员、航天员更真实地感受地理环境，摆脱显示装备的束缚，更加沉浸地进入情境中，从而更好的进行训练。