舞臺“全息技術(shù) ”辨析

徐恩慧，張 磊

（1. 上海大學(xué)影視學(xué)院，上海 200433 )

視頻技術(shù)

舞臺“全息技術(shù) ”辨析

徐恩慧1，張 磊

（1. 上海大學(xué)影視學(xué)院，上海 200433 )

介紹真正全息技術(shù)的攝影和成像原理，以及佩珀爾幻象的原理，簡要闡述目前商業(yè)市場應(yīng)用廣泛的佩珀爾幻象投影技術(shù)在舞臺上的成像原理。

全息技術(shù)；全息攝影；全息成像；佩珀爾幻象；投影

2015 年羊年央視春晚，李宇春的一曲《蜀繡》重新引發(fā)了各界對于全息投影的熱情。翻看近年演出市場的報道，就會發(fā)現(xiàn)“全息投影”的演出案例正逐步增多，2014年，Billboard Music Awards（公告牌音樂獎，即美國流行音樂排行榜）頒獎禮上的“Michael Jackson（邁克爾·杰克遜）”；2014年，日本和美國巡演中的“初音未來”；2013年，周杰倫演唱會上的“鄧麗君”；2013年，West Coast Rock the Bells 中的Eazy-E和OL’Dirty Bastard；2012年，Coachella Valley Music and Arts Festival（柯契拉山谷音樂藝術(shù)節(jié)）上的Tupac Shakur（圖派克·夏庫爾）；2011年，江蘇衛(wèi)視跨年演唱會中和周筆暢同臺的梅艷芳、張國榮等；2011年，NRJ Music Awards（NRJ音樂獎）上的Black Eye Peas（黑眼豆豆合唱團(tuán)）；2010年，首次演唱會的“初音未來”；2007年，American Idols（美國偶像）中和Celine Dion（席琳·迪翁)同臺的貓王Elvis；2006年，Grammy Awards（格萊美獎）上的Gorillaz（街頭霸王）和Madonna（麥當(dāng)娜）。

1 全息技術(shù)的基本原理

圖1 全息攝影原理

這里需要說明的是，目前商業(yè)上使用的“全息技術(shù)”，并非傳統(tǒng)意義上的全息概念，也絕非經(jīng)常被提及的三維攝影。真正的全息技術(shù)被分為全息攝影和全息成像兩個部分。全息攝影技術(shù)包括了利用光波干涉和衍射的物理屬性，使用激光，在適當(dāng)?shù)臈l件下得到光強(qiáng)的信息，如圖1所示。全息成像技術(shù)則是對全息攝影過程的重新構(gòu)建，如圖2所示。通過重新提供參考光線來重現(xiàn)全息攝影過程中和被射物體一致的光波條件。區(qū)別于傳統(tǒng)攝影，全息攝影得到的其實(shí)并不是圖片本身，而是一系列包含了當(dāng)時光線強(qiáng)度、密度等資料的信息。因此，僅從全息圖中是很難辨別出被射物體的，這類似于觀察唱片表面是聽不到被記錄的聲音的。同時，真正的影像全息信息并不是由波浪狀的紋路來決定的，而是通過圖紋中的斑點(diǎn)狀態(tài)來描述的。

全息攝影技術(shù)由英國匈牙利裔物理學(xué)家Dennis Gabor于1947年發(fā)明，第一張記錄了三維物體的光學(xué)全息攝影照片是在1962年由蘇聯(lián)科學(xué)家Yuri Denisyuk拍攝，圖3顯示了Gabor的全息成像。

正是因為如此復(fù)雜高深的原理，使得全息技術(shù)概念更顯神秘，制作成本偏高。但從目前看，在舞臺演出、展覽展示等行業(yè)經(jīng)常使用的“全息技術(shù)”，并非真正意義上的全息技術(shù)。近些年商業(yè)用途全息技術(shù)的發(fā)展，其中有很多是依靠全息膜的發(fā)展。

目前，演出中最主流的“全息投影技術(shù)”源自于一種幻象技術(shù)，稱作Pepper’s Ghost（佩珀爾幻象），是因科學(xué)家John Henry Pepper（約翰·亨利·佩珀爾）在1892年制作反映這一技術(shù)的演示裝置而得名。令人驚嘆的是，早在16世紀(jì)就已經(jīng)開始有人使用該技法，直至今日仍舊被運(yùn)用在劇院、展館、主題公園，甚至是魔術(shù)表演中，因其推廣的成功而廣為應(yīng)用。當(dāng)下眾多的演出就是使用這種方法，Musion公司的產(chǎn)品Musion Eyeliner就是這個技術(shù)的發(fā)展成果。

圖2 全息成像原理

2 佩珀爾幻象投影技術(shù)的舞臺成像原理

佩珀爾幻象的基本技法非常簡單。舞臺整體包括了兩個空間，一個是觀眾可見的表演空間，另一個是位于其邊上的隱藏空間，又稱“藍(lán)屋”（Blue Room）。在表演空間前放置一塊平面玻璃，也可是有機(jī)玻璃或塑料薄膜，使其角度正好可以把隱藏空間向觀眾席反射。通常情況下，平面玻璃沿垂直方向旋轉(zhuǎn)45°，同時盡可能地隱蔽放置。當(dāng)隱藏空間開始變亮?xí)r，反射影像開始在表演空間顯現(xiàn)，如圖4所示，觀眾透過紅色方框看見桌子旁邊的幻象，綠色方框是反射玻璃的位置，也可以是有機(jī)玻璃或塑料膜，此時，通常會降低表演空間的亮度，來增強(qiáng)幻象的效果；當(dāng)表演空間光線充足而隱藏空間昏暗時，反射的影像不會被看見，如圖5所示，當(dāng)左側(cè)隱藏空間亮度降低，表演空間內(nèi)將不再能看到幻象；當(dāng)左側(cè)隱藏空間亮度增加，表演空間適當(dāng)降低亮度進(jìn)行補(bǔ)償，幻象就又重新回到了表演區(qū)域，但不透過反射玻璃無法看見幻象，如圖6所示。隱藏空間經(jīng)常會被設(shè)置成表演空間的鏡像，這樣，反射的影像可以最大限度地和表演空間融合。這種幻象技術(shù)對于展現(xiàn)舞臺上演員憑空出現(xiàn)或者消失起到了很大的幫助，同時，也可以使被幻象的演員直接變換成站在反射玻璃后面的真實(shí)演員。說到這里，文章開頭提及的一些舞臺演出中各種神秘賓客、夢幻場景的幻化就清楚了。所以，經(jīng)過精心設(shè)計和排練，展現(xiàn)令人驚嘆的演出效果也并非困難重重。

圖3 Gabor的全息成像

圖4 成像效果

圖5 不成像的狀態(tài)

圖6 透過反射玻璃看幻象

作為佩珀爾幻象的發(fā)展和應(yīng)用，國內(nèi)目前對此經(jīng)常直接以“全息投影技術(shù)（Front-Projected Holographic Display）”相稱。這樣的稱呼也在一定程度上混淆了全息技術(shù)的概念。

不過，這并不影響此類投影技術(shù)在各大演出和活動中越來越廣泛的應(yīng)用，Musion Eyeliner系統(tǒng)就受益于此。Musion Eyeliner系統(tǒng)位于舞臺的前方，投影機(jī)在舞臺的前上方，舞臺前下方的地面被設(shè)計成高亮度的投影界面，將要投影的素材成像在界面上；從舞臺臺口斜向上到舞臺前上方之間是一張用于反射投影的全息膜，光線通過在全息膜上的反射和折射，最終在舞臺上形成幻象，如圖7、圖8所示。在設(shè)計和演出時，通常需要將舞臺前下方的投影界面以一定的方式保護(hù)起來，形成一個隱藏的空間。由此，盡管空間的分布由左右變成了前后，但依然是佩珀爾幻象的應(yīng)用。實(shí)際上，Musion公司為其在美國注冊的專利名稱就是“投影裝置和佩珀爾幻象方法”（Projection Apparatus And Method For Pepper’s Ghost Illusion）。如果仔細(xì)觀察各種類似的演出或者活動，就會發(fā)現(xiàn)類似的系統(tǒng)搭建。

圖7 Musion Eyeliner系統(tǒng)1

圖8 Musion Eyeliner系統(tǒng)2

3 投影素材的制作

除了投影方式外，投影素材的制作也在發(fā)生變化，前面介紹到的“初音未來”就是通過三維動畫渲染出的純虛擬角色。除了現(xiàn)場演出以外，改進(jìn)后的裝置開始嘗試著使用到實(shí)時投影中。Musion公司的展示廳就擁有從實(shí)時拍攝傳輸直至投影成像的完整流程演示。而備受關(guān)注的制作2014年Billboard Music Awards中Michael Jackson的幕后團(tuán)隊Hologram USA，同樣擁有一個虛擬攝影棚，設(shè)有26個攝像機(jī)位，可以拍攝素材并實(shí)時傳送到世界任何地方，直至完成投影。也有未經(jīng)過證實(shí)的傳言稱，此次Michael Jackson的表演其實(shí)就是在攝影棚里事先錄制好再投影成像的，而表演者就是Micheal Jackson的官方扮演演員Christopher Gaspar。除此之外，目前的視頻會議領(lǐng)域也都在嘗試使用類似的技術(shù)裝置。

4 佩珀爾幻象投影技術(shù)的缺點(diǎn)

當(dāng)然，使用類似的技術(shù)也會有一些限制和顯著的缺點(diǎn)。使用玻璃或有機(jī)玻璃作為反射介質(zhì)，從一定程度上，會影響觀眾的觀看體驗，因為玻璃或有機(jī)玻璃是非常容易被肉眼識別出來的；進(jìn)入21世紀(jì)以后，因全息投影膜開始快速發(fā)展，這才觸發(fā)此項技術(shù)廣泛使用。類似技術(shù)的另外一個弊病是，膜受空氣振動影響的概率很大，室外的風(fēng)或室內(nèi)的高分貝音響，都非常容易影響到成像質(zhì)量。注意觀察可以看到，部分演出中的幻象會有明顯的抖動感，就是因為這點(diǎn)所致。同時，由于幻象是必須透過全息投影膜才能被看見，因此，觀看角度受到一定限制。最后一點(diǎn)，因為舞臺前方需要空間進(jìn)行系統(tǒng)搭建，所以真實(shí)演員和觀眾就會因空間的隔離，從而影響互動效果。

5 結(jié)語

需要注意的是，并不是所有演出都使用這一種方式實(shí)現(xiàn)。除通過前方投影反射形成幻象這一做法，使用背投技術(shù)偶爾也會被歸類為“全息投影”，這主要是因為使用了全息膜的緣故。這種情況下，會選擇將全息膜貼在其他透明介質(zhì)之上，比如玻璃等。不過，隨著全息膜技術(shù)的提高，已有直接使用全息膜而無需依附在其他透明介質(zhì)上的案例。因為是采用投影機(jī)直接投影在全息膜的方式，故稱其為“全息投影”，實(shí)際上這種說法過于牽強(qiáng)。

全息透明膜實(shí)際上并非完全透明，投影時，正面和背面都可以看到顯現(xiàn)在介質(zhì)上的圖像。選擇背投方式，對外界光線的要求相對敏感，外界越暗，效果越好；另外，進(jìn)行背投的投影機(jī)亮度要求相對于正投的投影機(jī)亮度要高出不少。以上提及的兩種“全息投影（正投和背投）”是目前商業(yè)使用最多的方式，但背投技術(shù)在博物館、展覽、發(fā)布會、廣告、互動投影等領(lǐng)域使用得更為頻繁，而演出方面則要少很多。

綜上所述，雖然目前常用這兩種投影方式都不屬于真正意義上的全息技術(shù)，但是它們確實(shí)給演出、展覽展示等領(lǐng)域帶來了巨大的變化和豐富的體驗。隨著全息膜的不斷發(fā)展，以及燈光控制的進(jìn)步，未來全息成像技術(shù)也一定會不斷地發(fā)展和完善。

張磊，舞臺互動技術(shù)設(shè)計策劃及實(shí)施開發(fā)人，BZ Studio創(chuàng)始人。他及其團(tuán)隊參與的項目有夢立方互動游戲開發(fā)（The Cube China）、中國夢之聲（Chinese Idols）、中國好聲音演唱會（The Voice of China）、2014郭富城倫敦演唱會、，Laureus‘Spirit of Sport’ official sports magazine、Immersive Flamenco Tour等。

（編輯 杜 青）

Analysis about “Holograph Technology” on Stage

XU En-hui1, ZHANG Lei
(1. School of Film & TV, SHU, Shanghai 200433, China)

This article describes the photography and imaging principles of true holographic technology, as well as the principle of Pepper's ghost. In addition, the writer briefly describes imaging principle of Pepper's ghost projection technology on the stage which is widely used in the current commercial market.

holographic technology; holography; holographic imaging; Pepper's ghost; projection

10.3969/j.issn.1674-8239.2015.04.011