科普场馆特效影院更新改造关键要素分析研究——以中国科技馆巨幕影院改造为例

王 丽 孙 瑞 贾 硕

中国科学技术馆，北京 100101

1 引言

党的二十大报告指出，教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑[1]。2022 年中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于新时代进一步加强科学技术普及工作的意见》中提出：“全面提升科技馆服务能力，推动有条件的地方因地制宜建设科技馆。”“充分展现科技创新对推动经济社会高质量发展和满足人民群众美好生活需要的支撑作用”“让科技成果惠及广大人民群众。鼓励在科普中率先应用新技术，营造新技术应用良好环境。”[2]2023 年2 月21 日，习近平在中共中央政治局第三次集体学习时再次强调：要加强国家科普能力建设，深入实施全民科学素质提升行动，线上线下多渠道传播科学知识、展示科技成就，树立热爱科学、崇尚科学的社会风尚[3]。这些都是新时代国家层面对科普工作的新要求。

科普场馆特效影院依托先进的科技手段，在展示科技与艺术完美结合的同时，传播科学精神和科学家精神、普及科学知识、倡导科学思想和科学方法。科普场馆特效影院主要有球幕、巨幕、4D、动感等高新技术格式影厅，由于其兼具科技体验感、沉浸感、娱乐性和话题度，取得了很好的科普宣传效果。近年来，我国科普事业蓬勃发展，科普特效影院也在广泛兴建，一大批较早建设特效影院的科普场馆面临改造。由于特效影院在建筑、技术等要求上都存在特殊性，技术标准缺失和建设者对关键技术不了解，导致影院建设或改造后效果参差不齐。随着科技进步，人民生活水平明显提升，人们对科技文化的需求日益增长，对科技体验、文化艺术的欣赏水平也在逐步提升，这就对特效电影的技术和效果提出了更高要求。

2023 年，中国科学技术馆（以下简称“中国科技馆”）以展示我国电影科技成果、打造具有开创性与代表性的科教影院为目标，进行了巨幕影院更新改造，展示电影放映七大高新技术，同时创新性地进行了科普教育活动功能配置，以期在同一场地内实现特效电影和教育活动的有机结合。本文将结合中国科技馆本次更新改造项目，对特效影院改造过程的关键要素进行分析，分享建设思路和建设经验，共同探讨科普特效影院发展之路。

2 更新改造目标定位

2.1 特效影院功能定位

确定科普场馆影院更新改造的目标，首先需要准确把握新时代国家对科普工作的新要求和广大公众的新需求，对应新要求、新需求，特效影院能够发挥哪些作用。科技馆特效影院作为科普电影传播基地，是传播科学知识、展示科技成就、推进科技和文化事业发展的重要渠道。其常规功能笔者总结了四个方面：一是科普电影的良好载体。通过观看影片可获取科学理论知识，感受科学研究方法，体验科学探索过程，激发科学求索兴趣。二是通过感官体验引发好奇心和科学思考。特效电影在设备设施及技术方面的变化更容易增加观众的好奇心，体验电影的过程能激发观众的参与兴趣，树立科学态度和探索精神。三是展示电影相关科技成果。每一种特效影院都是观众了解电影新技术、体验现代科技的载体。观众观看特效电影，既能体验电影技术发展带来的非同寻常的感受，也能了解现代影视的相关技术发展，促进对科学事业的了解。四是发挥文化传播与价值引领作用。科技馆特效影院自出现以来，就被赋予了科学传播与价值传播的使命，有别于商业影院的泛娱乐化，特效影院除具有科学传播功能外还兼顾文化传播的责任与功能，作为科普场馆的特效影院，选择放映内容时更应注重社会主义核心价值观的传播以及意识形态的把控，其传播功能从向青少年普及科学，可扩展到涵盖体现中华传统文化、我国科技发展成就、科学家精神、爱国主义教育等更为多元的功能目标。

2.2 更新改造目标

在功能研究基础上，应进一步明确更新改造目标，如最终效果和技术要求是达标、优质，还是一流水平，这些将直接决定更新改造的经济成本。例如，中国科技馆需要在科技馆发展事业中发挥引领示范作用，因此巨幕影院的改造目标是：夯实特效影院硬件基础、提高科普教育能力，通过设备更新改造实现巨幕影院播放亮度、画面分辨率等核心技术指标明显提高，影院音响效果得到显著改善，影院整体播放效果达到国际一流水平，为公众提供更好的观影服务。

3 可行性分析的关键要素

3.1 相关产业发展和市场供给情况

改造前需进行深入的可行性调研，包括调研相关产业发展情况、市场供给情况、核心技术要求、相关标准和规范等。近年来，全球电影科技发展呈现的总体趋势，是以高品质沉浸式综合视听体验需求与高新技术格式电影摄制播映技术有力驱动和支撑电影视听品质持续提升，高端放映系统成为影院设备的发展和应用热点。

中国科技馆巨幕影院改造的调研始于2019 年，根据中国电影科学技术研究所（中央宣传部电影技术质量检测所）2020 年《全球电影行业技术发展报告》及《全球巨幕影院发展状况和演进趋势》研究，截至2019 年6 月底，全球共有巨幕影院3977 座，国内共有1388 座（商业影院），国际巨幕品牌拥有技术和市场优势。截至2019 年上半年，全球巨幕市场中国际品牌数量为2358 套，市场占有率已从2018 年的57.2%上升到59.3%。其中，全球范围内安装数量超过100 套的国际巨幕品牌分别为IMAX（1445 套）、中国巨幕（348 套）、ScreenX（228 套）、杜比影院（210套）。IMAX 市场占有率为60.9%，但较2016 年的74.2%已逐年下降；中国巨幕的全球市场占有率为15.1%，绝大多数安装于中国大陆（截至2019 上半年共安装342 套），占中国市场巨幕系统总数的24.7%；杜比影院的全球市场占有率为9.1%，安装主要集中在中国、阿联酋、日本、俄罗斯和英国[4]。巨幕品牌之间竞争日趋激烈，为顺应影院视听体验升级趋势，巨幕影院品牌寻找各自定位、发挥自身优势、走差异化发展道路。华夏电影发行有限责任公司联合美国科视（Christie）公司、环球数码（GDC）公司推出高新技术格式电影放映系统CINITY。法国CGR 院线自有品牌ICE（Immersive Cinema Experience）高端放映系统在全球市场开始推广。在IMAX、中国巨幕、ScreenX、杜比影院等成熟国际巨幕品牌数量稳步增长的同时，THX Ultimate Cinema、索尼数字影院等新兴品牌也在积极拓展市场[4]。国内已建成的巨幕影院主要品牌以IMAX、中国巨幕、中影CINITY为主，在2020年项目调研时的具体技术参数对比如表1 所示。

表1 2020 年项目调研时巨幕影院品牌技术参数对比

目前，IMAX 仍然是唯一使用标准1.43∶1 银幕的厂商，其优势是画面面积大、沉浸感更强。其劣势：一是场地方面，由于银幕高度比例大，银幕前方需要做地面下沉，不利于开展活动；二是兼容性方面，播放内容也只能放映专有IMAX 制式影片，不支持放映普通数字电影数据包（DCP），对于自己制作影片和映前秀的影院，限制较大；三是成本相比国内品牌较高。

中影CINITY 品牌2019 年之后发展较为迅速，其优势：一是高帧率（HFR）、高动态范围(HDR)；二是除了放映CINITY 专有制式DCP 外，可兼容放映普通DCP，并配置外接视频接口，方便开展教育活动；三是银幕前方场地便于开展活动。其劣势：一是在本项目调研之时，品牌知名度还不高；二是对于本项目，场地和设施改造相对复杂（原有场地为IMAX形式）。

3.2 放映效果技术参数设定

特效影院建设和改造中，应以相关行业标准和技术规范为基本依据和基础要求，同时综合考虑电影技术发展趋势和标准修订情况，确定放映效果的预期目标和技术参数。并且，科普特效影院作为电影科技发展的展示平台，更应当以效果为先，技术要求应高于普通影院。

巨幕影院改造可依据的相关标准和技术规范包括：DY/T 3—2020《数字电影巨幕影厅技术要求和测量方法》、GD/J 040—2012《数字电影巨幕影院技术规范和测量方法》、GB/T 13982—2022《反射和投射放映银幕》、GB/T 21048—2007《电影院星级的划分与评定》、GD/J 047—2013《数字影院立体放映技术要求和测量方法》、GD/J 017—2007《数字影院暂行技术要求》、JB/T 7809—2005《放映银幕特性参数和测定方法》以及大银幕影院协会（Giant Screen Cinema Association）发布的《数字沉浸式巨幕影院标准》（DIGITAL IMMERSIVE GIANT SCREEN SPECIFICATIONS）等。

亮度是放映效果的核心指标。亮度对于3D 观影尤为重要，人眼对3D 空间中事物的定位通过物体边缘判定，观看3D 电影时人眼在不断搜索物体边缘，亮度低会增加这一行为的难度，长时间观影会造成视觉疲劳。DY/T 3—2020《数字电影巨幕影厅技术要求和测量方法》中规定：2D 画面银幕中心亮度应为48cd/m2，允差宜≤+10.2cd/m2和应≥-3.5cd/m2；3D画面银幕中心亮度应≥24cd/m2，宜≤55cd/m2。《数字沉浸式巨幕影院标准》中规定3D 画面中心亮度宜不低于10 fL，建议不低于16 fL 更为合适[5]。

对比度也是放映效果的核心参数，主要有帧内对比度和顺序对比度两个指标。简单来说，顺序对比度描述全白场和全黑场画面的亮度比；帧内对比度描述同一帧画面内白色图像和黑色图像亮度比；对比度数值越高，画面越分明，层次越丰富。DY/T 3—2020《数字电影巨幕影厅技术要求和测量方法》中规定：顺序对比度应不低于1500∶1，帧内对比度应不低于100∶1，3D 放映时帧内对比度应不低于50∶1[4]。《数字沉浸式巨幕影院标准》中规定顺序对比度应不低于1500∶1，帧内对比度不低于150∶1[6]。

对于声音方面，巨幕影院由于影厅面积更大，应当配备层次更加丰富、立体效果更为鲜明的音频处理系统，增加声音的沉浸效果。DY/T 3—2020《数字电影巨幕影厅技术要求和测量方法》对放映设备要求应配备至少支持6声道的数字还音设备，宜配备基于对象的沉浸式声音处理系统[5]。《数字沉浸式巨幕影院标准》中明确规定宜大于12路声道[6]。

综合本项目原有场地的基本条件、相关行业标准和技术规范以及技术发展趋势，项目组对改造后巨幕影院放映效果提出预期目标，包括：有效画面宽度不小于29 米，3D 入眼亮度达到10fL，分辨率达到4K，色彩表现更加突出，有效提高3D 放映的观影质量；声音表现丰满、层次感好、具有大动态范围表现力和强烈的方向感，大幅提高观影时的听觉享受。

3.3 运行维护和影片资源因素

在可行性调研过程中，还需要对运行维护、软硬件升级、备品备件和耗材等后续采购，以及支持的影片类型、片源市场进行深入调研，这些与建成后的运行息息相关，是改造前必须考虑的因素。

3.3.1 运行维护工作

运行维护一般包括：（1）放映设备的规范使用；（2）激光放映系统进行定期维护，如对放映光路、散热等器件进行维护清洁、调整光学设置等；（3）对音响系统进行定期测试，调整各扬声器声压级等指标；（4）对影院座椅、辅助设备进行定期维护、检查，对损耗的零件进行更换和维修。

3.3.2 备品备件和耗材

主要有放映机散热风扇及其空气滤网、立体眼镜、冷却液等。其中立体眼镜根据使用的立体技术和材质不同，价格从8 元/副（圆偏振、线偏振）至500元/副（光谱立体）不等。因此，需要根据设备的立体效果和后续运行预算承受能力，综合选择适合的立体技术。

3.3.3 影片要求和市场情况

影片的调研尤为重要，关系到建成后可持续运行问题。特效影院是高新技术的体现，一些形式会很特殊，如不规则的曲面、多面屏等，但是适合的影片市场上很少，需要定制。科普场馆和乐园不同，乐园的影厅项目是有主题的场景化定制，几乎不需更换影片，而科普场馆影院一般不是固定主题，围绕不同的科学题材，影片需要定期更新，找不到丰富的片源就会影响科学传播作用的发挥。

再者，目前市场的主要品牌都具有专属版本影片，而且只有放映专属版本影片，才能展示最佳效果。例如，中影CINITY 系统具备放映3D/4K/120FPS内容的能力，但实际效果取决于影片的原始分辨率和帧率。只有使用影片母版，将影片转制为专属版本（即制版），才能取得更好的效果，当然由此也产生一定的转制费用。

3.4 科普影院扩展功能的设备配置

科普场馆的特效影院在放映内容和功能定位上与普通商业影院有所区别，有一些要兼顾举办教育活动、科普报告以及会议的功能，需要在设备配置前充分考虑。

（1）兼容科普报告和表演功能

科普报告和表演一般需要舞台区域连接笔记本电脑、各类话筒、摄像机等，需要配置的设备设施有：小型舞台、舞台接口箱（含电源、网络、音视频接口等）、舞台灯（面光灯等）、专门的扩音系统（音频控制台、会议音响、无线话筒和收发装置等）。还需要在舞台和放映间之间预埋音视频传输线路，用于在舞台上播放电脑端的音视频，高端的还可以配置视频矩阵。

（2）兼容院线放映功能

如果影院计划进行商业院线运行，就必须配置电影服务器和电影放映机，具备放映数字电影数据包（DCP）的能力，同时还需要配置影院票务系统。

4 改造施工重点与难点

关键设备选型确定后，应按照设备配置和最终技术要求，委托具备专业资质的单位进行工艺设计，确定建筑工艺参数，进行深化设计；并制定具体的施工方案，充分沟通现有条件，进行全流程规划，尤其是重点难点分析论证。以本项目为例，施工中重点难点主要包括：

（1）建筑结构相关设计。由于需要将原有的4∶3的银幕改造为1.85∶1 的银幕，高度减少5 米，因此需要对原有银幕前下沉区域进行改造搭平，需要建筑设计院根据承重进行结构设计。此外，由于在影院顶部安装了舞台灯、音响等设备，需要计算载荷是否能达到建筑要求。

（2）材料和货物运输路线设计。项目中，现有电梯空间不够、影院入口拐弯过多，没有适合搬运超长超重大件货物的路线，经过反复论证，最后现场搭建悬臂吊用于钢结构、脚手架材料等的吊运。超大银幕的进场是项目实施的最大难点之一，银幕外包装长17 米，截面不到1 平方米，如此长的包装要在保证环境安全、人员安全的情况下进入影院，在邀请专家进行反复论证后，最后确定拆除影院部分墙壁，使用悬臂吊、脚手架等辅助设施进行搬运的方案。实际搬运过程，从准备到完成总共历时26 个小时，由20余名工作人员合作完成。

（3）影院建声的再设计。巨幕影院装饰面使用铝扣板，原有建声基础条件差，又有松动情况，严重影响声音效果，此次改造中专门进行了建声的再设计，在铝扣板背部加装了吸音棉，并对整体墙面进行加固，整体效果尤其是混响时间和中高频率响应特性有了很大改善。

5 结束语

此次项目最终选用CINITY 系统，使用两台科视CP4450-RGB 放映机，物理分辨率达到4096×2160；支持3D/4K/120FPS 放映；同时可通过外接视频源实现播放WMV、AVI、JPEG 2000、MPEG-2、MPEG-4 等国际通用媒体格式。经检测，2D 银幕中心亮度为53.4cd/m2（约合15.9fL），3D银幕中心亮度为36.5cd/m2（约合10.6fL），均达到项目设定目标。此外科教系统配备数字调音台、信息接口盒（五孔电源、网口、HDMI 和SDI 信号端口）、高清视频混合矩阵、会议音响系统、可升降面光灯、灯光控制系统。整个影院集成4K 分辨率、3D 立体效果、高亮度、高帧率、高动态范围、广色域、沉浸式声音7 大电影放映领域的高新技术，能为公众带来融合视觉、声效、舒适度与科技教育为一体的良好观影学习体验。

此次中国科技馆巨幕影院更新改造是一次以实际行动深入学习贯彻落实党的二十大精神，促进公众理解科学、感受电影科技魅力，助力未来创新人才培育的具体举措和重要实践。笔者希望通过分享此次项目的实践、经验和教训，为其他场馆提供借鉴，共同推进科普场馆建设水平的提高，助力科普事业发展。