电视演播室照明设计的计算机模拟[4]

　　电视作为现代社会一种最为大众化的传播媒介，在人们的日常生活中扮演着十分重要的角色，电视节目质量的高低，直接影响着信息传播的效果。电视照明作为戏剧照明的一个分支，是一门造型艺术，演播室灯光设计水平是影响电视节目质量诸多因素中极其重要的因素。人物形象、气氛烘托、场景渲染，都要依靠灯光来表现；舞台上演员的一举一动，每一个表情，乃至细微的眼神。舞美人员精心创造的每一处环境，大至整个场景的气氛，小至道具的立体感和质感，景物的色彩、细部，都要通过光环境的精雕细刻，恰如其分地展示给观众。仅有先进的摄录设备，而没有与之相适应的照明设备和优秀的照明设计，就得不到质量上佳的电视图像。
 

　　在各种大中型电视节目制作过程中，照明设计人员为充分体现导演的意图，通常需要依据节目内容及场景空间对照明进行设计。在这里，计算机辅助设计技术起了重要的作用。90年代末中央电视台率先投资研发电视照明计算机辅助系统。后几年内，著名的戏剧照明设计师蔡蔚、袁骏等（专业从事电视演播室照明设计）相继利用计算机辅助设计技术进行春节晚会的照明设计，把国内电视演播室的照明推向了更高水平（图1）。

图1  CCTV2000年春节联欢晚会场景照片
 

　　电视演播室照明设计过程
 

　　电视演播室照明的一般设计流程是：
 

　　>> 理解导演的总体意图和思路
　　>> 与舞台美术设计进行衔接
　　>> 场景变化对光色的要求
　　>> 绘制平面图等并输出
　　>> 在演播室中调整灯具设备，完成布光
 

　　通常在照明设计中，设计师根据导演的意图，首先与舞台美术设计师讨论，根据其舞美布景设计平面图、侧视图和平面气氛图，花费2～3天甚至更长的时间，手工绘制出灯光平面布置图、灯光位置平面图和灯光位置侧视图等。如果灯具的设置不在同一平面，还要分别画出若干张灯光位置图，并给出灯具的种类、数量与滤色片颜色，灯具的功率及用电量参数表。
 

　　传统照明设计的方法的不足
 

　　1 视觉效果无法预览
 

　　导演看到的照明设计方案只是若干张灯具平面布置图，无法对实际照明效果进行预览，实际效果必须等设计师完成现场布光以后才能看到。

 2 不适应场景效果变换繁复
 

　　现代电视节目制作的重要特点之一就是快速多变的场景和照明气氛效果，传统的手工绘制效果图远远不能满足这种要求。
 
　　3 节目制作周期长
 

　　用传统的照明设计方法设计一台大、中型电视节目，从开始设计方案到最终完成布光，一般需要3～5天的时间，照明设置人员劳动强度大，布光时间长，工作效率低。
 

　　这些都迫切要求采用先进的科技手段，用计算机进行照明设计，实现照明设计的可视化、规范化、程序化。惟此，照明设计才能满足电视节目制作时效性高、周期短的要求，适应广大观众日益提高的鉴赏力。

　　电视照明计算机辅助设计的思路
 

　　1 计算机模型与照明模拟
 

　　在电视演播室场景照明频繁变换的外表下，实际所用的照明设备和场景道具都是极为有限的，这些“硬件”设施在安装完成后总会在节目进行中及以后的节目场景中反复组合使用。令人眼花缭乱的各种气氛则都是通过各种设施的不同状况调节实现的。这就使采用计算机模型来模拟现实场景成为可能。
 

　　通过在计算机环境中建立演播室的场景模型再现实际场景，并采用计算机软件中的照明系统为场景增加光色效果，即可初步实现场景及照明效果在计算机上的再现，并可以按照导演意图，设定不同场次和不同照明变换效果。但在计算机照明和实际场景照明设备的对应方面，尚不能做到仿真模拟，计算机上能做到的效果，现实中出现时还需要做适当的调整。
 

　　2 照明虚拟现实技术
 
　　更进一步的照明设计方法，则是在建筑照明CAD技术的基础上，开发出适用于电视舞台照明设计的“电视照明设计软件”CAD软件包，建立影视灯具计算机模型库，为设计师提供一个进行照明设计的强大工具。
 

　　在该设计环境中，设计师的工作是利用虚拟环境中模拟的灯具模型，调节灯光的投射角度、光束、聚焦和散焦、色片、遮扉开合以及光束、图案等要素，进行与现实环境一样的工作。所实现的照明效果，通过照明参数的输出，在现实的演播室中再现，即可完成照明设计。场景和照明气氛的变换也经由同样的步骤实现。

3 与布景设施的协调
 

　　几何模型是每一个照明模型的组成部分之一，存在于虚拟环境中，设计师在调整灯光的同时，也在改变几何模型的位置、方向、角度等。在实际场景中，导演通常不希望灯具出现在摄像机的视野中，因此设计师在照明设计过程中，应尽力避免这一状况。在虚拟场景中，借助于照明的几何模型，调整的结果是否影响观看效果，即灯体是否会从场景中道具或结构后面露出来，可以即时判断并修正。

　　电视演播室照明效果的分类及模拟
 

　　照明虚拟现实的核心是将照明设备的各种参数在计算机模型上重建。这是通过对照明的分类模拟实现的。关键技术是配光特征的模拟，其余的角度、光束、聚焦和散焦、色片、遮扉开合以及光束、图案等可由计算机平台软件来实现。
 

　　配光特征模拟将照明分为两大类：一类是旋转对称性配光的灯具，如电脑灯、筒子灯（光束灯）等；另一类是非对称配光的灯具，如聚光灯、柔光灯、背景灯、地排灯等，这一类品种、型号都非常多，各自具有独特的结构与配光特点。
　
　　电脑效果灯通称电脑灯（Electronic Light）。电脑灯的大量使用是当今电视演播室及舞台照明的一大特色。其空间配光分布比较均匀，且为旋转对称，光束角分级调整，在实际运用中不是用来照明，而是以其光束、颜色和图案的变化取胜。光束的模拟借助于平台软件所具有的光束模型，按产品样本所得参数进行设置。利用色差计或扫描设备，提取标准白和各种滤色片颜色的色值，经标准白参数进行校准，得到各种色片的RGB值，建立数据库。在灯光设计需要时，从数据库中取出相应的数据，计算出光源与滤色片颜色的混合作用结果赋予光源，实现对滤色片效果的模拟。

　　图案变化是电脑灯的一大特色，一台电脑灯所带图案有的可达14种，各组灯具进行组合，频繁变幻，可以产生很好的舞台气氛。加上图案后，电脑灯的配光按图案的亮暗分布（图6）。将各种图案输入计算机，以之作为电脑灯的图案片，赋予计算机中的光源，它在场景中投射出图案光斑，产生逼真的效果。

图6 电脑灯投射图案样片

　　聚光灯（Fresnel Spot Light）由光源及支撑部分、调焦部分、反光板、菲涅尔透镜、遮扉、电源线及灯壳和安装结构组成。多数聚光灯有水平旋转、俯仰、调焦、扉动等三种至八种机械动作。其中调焦、扉动都会引起灯具配光分布的变化，对应着多种的配光分布情况（图7）。扉叶角度的组合变化产生不同的配光，大部分是非对称的。
 
　　模拟中以15°为单位，在遮扉从全张到全部遮住，分级为5～6种状况。调焦过程以全聚焦、全散焦和适中为基本情况，使之与实际使用方法相吻合。去除遮扉张角之间互相抵触，实际没有的情况，和对称情况之间可以翻转、镜像变化实现，每种聚光灯的配光可以简化为28种组合。

图7-1 筒子灯投射的场景效果图

图7－2  滤色片、聚焦及遮扉变化效果模拟

 
　　软件的组成
 

　　1 照明设计
 

　　该部分是本软件的核心，进行灯具参数的设置，包括聚焦、遮扉、滤色片、调光状态、图案等参数的调整或数据库的调用，完成照明设计工作。该部分通过利用平台软件来实现对实际灯光效果的模拟。平台软件可选择如3DS MAX/VIZ、LIGHT SCAPE、MAYA等，利用其强大的建模和灯光功能，特别是日新月异的渲染器，得到逼真的效果。
 
 
 
　　2 效果输出
 

　　该部分进行场景照明效果包括动画效果的观看及打印输出。在执行每一步照明及场景操作之后，都可以即时察看效果变化，得到符合意图的场景之后，即可记录数据；各个场次场景效果之间可以动态衔接，形成动画。调试完毕，即可输出参数。
 
 
 
　　3 参数输出
 

　　该部分完成照明布置参数的输出。可输出的内容有灯位图、亮度分布图、照度分布图，以及灯具的位置、投射角度、聚焦状态、遮扉、滤色片、调光状态、电脑灯图案编号等参数。根据输出结果，直接调整现实演播室中的灯光设备，即可完成照明布置（图8 ）。
 
 
 
　　4 数据库

　　包括灯具模型库、灯具的配光分布图库、滤色片库、电脑灯图片库，供其它灯光设计子程序调用。

图8  场景照明设计效果图与实景照片

　　电视照明设计软件为照明设计提供了一个强大的工具，实现了电视照明设计可视化。现在照明设计人员可以坐在计算机前，用照明设计软件直接在美术设计人员提供的3维场景模型中进行布光。如果美术设计人员不能提供3维场景模型，照明设计师可根据美术设计人员提供的场景平面图和立体图，先在计算机上建立3维场景模型，然后再用照明设计软件对场景进行布光（图9）。

图9  虚拟场景及灯具布置

　　该软件为照明设计人员提供了充分的创作想象空间，使用该软件进行设计，可以模拟演播室的实际现场环境，包括3维场景摆放的位置、灯具吊挂的矩阵状态、吊杆号、灯具号等，灯具的配光曲线是根据现场实际使用的灯具