從沉浸式圖像到沉浸式視頻的顯示方式演變

駱駪駪

(北京電影學(xué)院影視技術(shù)系，北京 100088)

1前言

沉浸式空間，代表了相當(dāng)多不同的含義。我們的討論是在盧卡斯博士對(duì)沉浸式空間定義基礎(chǔ)上，將其限定在人造空間的范圍內(nèi)：一個(gè)能觸發(fā)個(gè)人感官(例如視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺(涉及溫度知覺)、平衡覺以及動(dòng)覺)的空間。

沉浸式視頻是一個(gè)沉浸式空間中的圖像顯示。根據(jù)Ed Lantz的分類，沉浸式視頻顯示方式基本分為三類：小型單用戶顯示設(shè)備(頭戴式顯示器和桌面顯示器)、中等規(guī)模的專為少數(shù)協(xié)作用戶所設(shè)計(jì)的顯示設(shè)備(CAVE、Powerwall)和為群體而設(shè)計(jì)的大型設(shè)備(dome、 IMAXDome)。Ed Lantz在2003年的SIGGRAPH會(huì)議上總結(jié)道，視覺上的沉浸應(yīng)該滿足如下幾個(gè)特點(diǎn)：“(1)對(duì)整個(gè)視網(wǎng)膜的刺激；(2)產(chǎn)生強(qiáng)烈的存在感；(3)在大腦中的前庭區(qū)域產(chǎn)生騎乘或暈屏的反應(yīng)；(4)視場(chǎng)角水平方向>140度，垂直方向>40度”。

本文集中在對(duì)沉浸式影像的發(fā)展歷史和對(duì)當(dāng)今主流大中型沉浸式影像顯示方式分類的討論上，梳理從沉浸式圖像到沉浸式視頻的發(fā)展和應(yīng)用范圍。

2沉浸式空間

說到空間，我們經(jīng)常會(huì)問：“空間究竟是一個(gè)實(shí)體，是我們的感官和物理物體之間的關(guān)系，還是一個(gè)抽象概念？我們可以定義、創(chuàng)造和操控空間來創(chuàng)造審美體驗(yàn)嗎？”

當(dāng)我們查閱“沉浸式”(immersive)這個(gè)詞的定義時(shí)，它的英文名詞“immersion”來自15世紀(jì)末的拉丁語immergere，即表示完全被水浸沒(《新牛津美語詞典》)?，F(xiàn)在，這個(gè)術(shù)語延伸到了計(jì)算機(jī)生成的圖像。中國(guó)的古人對(duì)沉浸的定義與西方人相似。在許慎撰寫的《說文解字》一書中，“沉”就是“陵上滈水也”，“浸”則表示“水”或“沒”(mò)。莊子曰，“大浸稽天而不溺”。韓愈(769年-824年)在《進(jìn)學(xué)解》寫道：“沉浸醲郁，含英咀華”。這是“沉浸”第一次出現(xiàn)在古漢語的文本中，它指的是一種精神狀態(tài)。在這一點(diǎn)上，正如珍妮特·穆雷(Janet Murray)所言，“沉浸是一個(gè)隱喻性術(shù)語，源于被淹沒在水中的物理經(jīng)驗(yàn)……在一種參與性的媒介中，沉浸意味著學(xué)習(xí)游泳，創(chuàng)作新環(huán)境并使之成為可能的事情……作為一種參與性活動(dòng)，沉浸享受”。

在智人最早的表達(dá)形式中，就有對(duì)沉浸式體驗(yàn)的欲望。智人長(zhǎng)期以來一直試圖建立某種虛擬環(huán)境來滿足他們對(duì)崇拜和其他方面的精神需求。在36000年前的拉斯科洞穴(圖1)中所留下的大型動(dòng)物洞穴壁畫的克羅馬農(nóng)人，在古龐貝城神秘別墅中用馬賽克塑造神像的古羅馬人，在絲綢之路上的洞窟中描繪佛國(guó)勝境的中亞人，以及在清代紫禁城中倦勤齋內(nèi)繪制全景畫的中國(guó)畫師，都證明了這一需求。

智人始終希望通過技巧和思想，在相對(duì)封閉的空間內(nèi)構(gòu)建令他們沉浸其間的虛擬世界。奧利弗·格勞(Oliver Grau)將其描述為“致幻景觀房”(illusionistic landscape room)。

圖1 Brimberg, Sisse. (n.d). 拉斯科洞穴壁畫.[照片]2018年1月5日檢索,來源：https∶//www.scriptmag.com/features/what-is-a-story-an-introduction

從上述例子中，我們看到東西方文化對(duì)沉浸式空間的認(rèn)知有許多相似之處。作者認(rèn)為，沉浸空間是一個(gè)獨(dú)立的、相對(duì)密閉的人造空間，表現(xiàn)為一種虛擬環(huán)境或人類使用工具和技術(shù)所創(chuàng)建的空間；這個(gè)空間能夠通過某種機(jī)制來觸發(fā)人類的感官體驗(yàn)(更多是視覺和聽覺)，從而激發(fā)記憶。對(duì)于沉浸體驗(yàn)，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，是從感官體驗(yàn)到敘事體驗(yàn)的漸進(jìn)過渡。

因此，沉浸式體驗(yàn)的前提應(yīng)該是選擇用合適的人造空間來刺激感官?？臻g讓身處其中的人忘記正常的時(shí)空，創(chuàng)造出不同的心理感受。而對(duì)于沉浸式環(huán)境的設(shè)計(jì)，又分為“無障礙”(類似CAVE系統(tǒng))和“有障礙”(類似HMD系統(tǒng))兩種原則。這篇文章將主要集中探討“無障礙”設(shè)計(jì)原則主導(dǎo)下所產(chǎn)生的沉浸式視頻顯示類別。

3從沉浸式圖像到沉浸式視頻

虛擬沉浸空間必須被歸類為圖像媒體的極端變體，因?yàn)樗鼈兊恼w性，提供了一個(gè)完全可替代的現(xiàn)實(shí)。

3.1 全景圖像與環(huán)幕

以龐貝古城的壁畫和“致幻景觀房”為起點(diǎn)，到18世紀(jì)中葉，藝術(shù)家們創(chuàng)造了一種全新的藝術(shù)風(fēng)格：全景畫(panorama)。埃爾基·胡塔莫(Erkki Huhtamo)認(rèn)為，全景畫及其相關(guān)形式：“Diorama”、“Georama”、“Cyclorama”、“Cosmorama”、“Kineorama”、“Poecilorama”、“Physiorama”和“Udorama”都是19世紀(jì)作家巴爾扎克在《高老頭》一書中所提及的“在rama中對(duì)話”的各種變體。

1787年，蘇格蘭畫家羅伯特·巴克(Robert Barker)通過描繪城市景觀的圖像，創(chuàng)造了“全景圖”(panorama)這個(gè)概念。他首先給它起了法文名字：La Nature à Coup d’ Oeil(自然一瞥)。由于18世紀(jì)的政治趨勢(shì)，法語成為“現(xiàn)代暴君”的語言，巴克不得不創(chuàng)造一個(gè)新名詞panorama，其來自兩個(gè)希臘詞根：pan(全部)和horama(視野)。巴克的主要成就是解決了大型圖像中眾多復(fù)雜的透視挑戰(zhàn)。后來，巴克把他的全景圖移出了畫框，建造了一座全景式的建筑?！?793年5月14日，世界上第一座特意打造的圓形大樓在倫敦萊斯特廣場(chǎng)揭幕”。它被譽(yù)為“第一個(gè)真正意義上的大眾傳媒”。這座圓形大樓一直開放到了1864年，總共展示了126幅不同的全景圖像(圖2)。在當(dāng)時(shí)，全景圖被認(rèn)為是人們逃避現(xiàn)實(shí)生活的一種好方法和好去處。

全景圖意味著要在一個(gè)封閉的環(huán)境中創(chuàng)建一個(gè)盡可能跨越地平線的虛擬圖像，最好的方法是在一個(gè)類似谷倉的建筑內(nèi)立面繪制一個(gè)首尾相連的巨幅圖像。全景圖以錯(cuò)覺原理為依托，試圖讓觀眾感覺到他們已經(jīng)進(jìn)入了由圖像代表的場(chǎng)景中。為了達(dá)到這一目的，觀眾首先要穿過一條黑暗的走廊，然后走上蜿蜒的樓梯，最后到達(dá)大廳的中央平臺(tái)。觀眾在這個(gè)平臺(tái)上四處張望，卻無法看到被隱藏的底部，而巨型黑色幕布又阻擋了觀眾看到大樓的屋頂。斯蒂芬·奧特曼(Stephen Oettermann)認(rèn)為，“在全景圖中，打造出了供參觀者四處移動(dòng)的真實(shí)的圖像空間”。這種形式非常吸引人，以至于在18到19世紀(jì)期間，全景畫家花了大部分時(shí)間前往世界各個(gè)國(guó)家取材，并創(chuàng)作各種具有異國(guó)風(fēng)情的全景圖。至于全景圖的內(nèi)容，19世紀(jì)最為風(fēng)靡的是戰(zhàn)爭(zhēng)主題，隨后再是異國(guó)情調(diào)和傳統(tǒng)城市主題。

圖2 Mitchell, Robert. (1901年). 羅伯特·巴克(Robert Barker)在萊斯特廣場(chǎng)上的全景圓形大樓(Oettermann, 1997年, 第 104頁)

圖3 莫奈和他的睡蓮全景畫, Giverny (King, 2016年,第433頁)

到了20世紀(jì)初，全景圖在藝術(shù)界的影響力越來越大。著名的印象派畫家莫奈在他的晚年也開始創(chuàng)作全景畫。從1915年到1917年，莫奈創(chuàng)作了許多單幅12m×2m的睡蓮全景畫”(圖3)。莫奈試圖在全景畫中表現(xiàn)出花園池塘里的睡蓮及周圍環(huán)境，創(chuàng)造出“單張的連續(xù)畫布的錯(cuò)覺”。

一些學(xué)者認(rèn)為瓦格納在19世紀(jì)所說的，創(chuàng)作一部融合所有藝術(shù)形式的舞臺(tái)形式是受到了全景藝術(shù)的啟發(fā)。瓦格納的整體藝術(shù)(Gesamtkunstwerk)理論，可以解釋為在物質(zhì)世界中打造一個(gè)沉浸式空間。“瓦格納的整體藝術(shù)是由戲劇視野驅(qū)動(dòng)的，觀眾在戲劇的真實(shí)性中迷失了自我，從而創(chuàng)造出一種沉浸式的體驗(yàn)”。在瓦格納看來，戲劇和歌劇是不可分割的整體。其次，這種藝術(shù)體驗(yàn)應(yīng)當(dāng)結(jié)合觀眾觀看有趣表演時(shí)的感官體驗(yàn)，最終通過喚醒觀眾，引領(lǐng)他們進(jìn)入更深層次的欣賞和體驗(yàn)?？梢韵胂?，瓦格納和莫奈都試圖創(chuàng)造一種最大化的感官體驗(yàn)給觀眾，從而將觀者的思維從身體所處的真實(shí)環(huán)境中拉到藝術(shù)家所創(chuàng)造的虛擬世界中。

圖4 1900年巴黎世博會(huì)上的Cineorama(全景電影)熱氣球. 拉烏爾·格里姆安·桑松(Raoul Grimoin Sanson). (1897年). Nouvel appareil permettant de photographier et de projeter sur un écran circulaire des vues animées panoramiques en couleur par le Cinécosmorama Sanson. patent nr. 272.517 (法). (Kiessling, 2017年, 第3頁)

隨著電影技術(shù)的出現(xiàn)，人們對(duì)觀看活動(dòng)圖像和體驗(yàn)立體視覺的需求越來越強(qiáng)烈。19世紀(jì)末，一些人開始在全景圖中運(yùn)用電影技術(shù)進(jìn)行展示，這再次喚起了人們對(duì)全景圖的熱情。1895年，查爾斯·蔡斯(Charles A. Chase)在美國(guó)伊利諾伊州的芝加哥成功注冊(cè)了由16臺(tái)投影機(jī)組成的旋轉(zhuǎn)設(shè)備專利,被稱為立體放映(Stereopticon)。這種設(shè)備首次亮相于1900年的巴黎世博會(huì)上，拉烏爾·格里姆安·桑松(Raoul Grimoin Sanson)用10個(gè)70毫米的電影放映機(jī)，在世博會(huì)的觀景臺(tái)周圍投射出了一個(gè)360度連續(xù)的活動(dòng)影像。參觀者站在高高的觀景臺(tái)上環(huán)顧四周，就像站在一個(gè)升空的巨大熱氣球吊籃里，而周圍環(huán)境的圖像(直徑30米)實(shí)際上就是十臺(tái)放映機(jī)拼接后所投射的影像(圖4)。

這樣的展出形式延續(xù)至今。2015年的法國(guó)魯昂市，一個(gè)名為“Panorama XXL”的項(xiàng)目開始展出，每年吸引了數(shù)百萬游客前來參觀(圖5)。在這個(gè)全景劇場(chǎng)里，觀眾站上劇場(chǎng)中間的高平臺(tái)，可以欣賞到哥特時(shí)期魯昂城的城市景觀、古典時(shí)期的羅馬城市景觀或者神秘亞馬遜叢林的高清影像。

圖5 Panorama XXL里魯恩的哥特式景觀. 2019年6月6日檢索, 來源：PANORAMA XXL 網(wǎng)站, http∶//www.panoramaxxl.com/en/expositions/rouen/

隨著技術(shù)的進(jìn)步和高清放映設(shè)備的出現(xiàn)，全景環(huán)幕全面采用視頻顯示，徹底拋棄了靜態(tài)的繪畫形式。為了形成一個(gè)完美而巨大的弧形屏幕視頻(120～360度)，它采用了基于軟件的解決方案，包括幾何校正和邊緣融合技術(shù)，同時(shí)結(jié)合了掃描攝影和VR技術(shù)(比如：《神圣的吳哥》[2004年]、《地點(diǎn)-漢比》[2006年]、《納高爾之眼》[2008年]和《人間凈土》[2012年])。這進(jìn)一步提高了環(huán)幕的觀看性和趣味性，同時(shí)也逐漸發(fā)展出了一套適合環(huán)幕的影像敘事方式。

3.2 球幕

“Dome”是一個(gè)類似于空心球體上半部的建筑術(shù)語，其已經(jīng)存在了數(shù)千年。在三維幾何中，穹頂被稱為2π球面度。像全景圖一樣，古人在穹頂上繪制圖畫，試圖營(yíng)造出某種“至高存在”類的沉浸體驗(yàn)。但是，全景圖是一個(gè)圓柱空間，而穹頂則是球體的上半部分，甚至可以是下半部分(例如：2010年上海世博會(huì)的沙特館)，這就意味著穹頂?shù)耐敢暭巴渡浞绞礁訌?fù)雜。

20世紀(jì)20年代，蔡司公司首次將穹頂用作投影屏幕。(圖6)蔡司公司最令人印象深刻的穹頂幕項(xiàng)目是1929年，在新建立的蘇聯(lián)，由鋼筋混凝土構(gòu)成的天文館內(nèi)的投影工程。其穹頂直徑長(zhǎng)達(dá)27米，可容納1440名游客同時(shí)觀看，使用當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的蔡司啞鈴型天象儀(Zeiss dumbbell projector)進(jìn)行投射。這被認(rèn)為是“社會(huì)主義蘇聯(lián)向其西方對(duì)手展示勝利的標(biāo)志”之一。

圖6 Jena鏡頭拍下的蔡司工廠屋頂上第一個(gè)投影天文館的公開展覽(1924年).圖片由蔡司提供， 2019年2月7日檢索，來源：蔡司官網(wǎng), https∶//www.zeiss.com/planetariums/int/media/images/history.html

1963年，美國(guó)太平洋院線集團(tuán)為影院和劇院展示了寬屏全景電影的新設(shè)計(jì)。20世紀(jì)70年代到80年代，電影業(yè)一直在努力提高電影的沉浸式體驗(yàn)。1973年，第一家IMAX球幕劇院在美國(guó)圣地亞哥的魯本菲利特太空劇院與科學(xué)中心揭幕。球幕系統(tǒng)(最初稱為OMNIMAX)，平均直徑達(dá)23米，球冠面與地平面呈25度角傾斜，擁有300多個(gè)座位，“這給位于穹頂中心的觀影者提供了水平投影角180度，垂直投影角122度(水平上方100度和水平下方22度)的觀影角度”。1983年，Nelson Max在明尼蘇達(dá)州科學(xué)博物館的OMNIMAX劇院展示新型的球幕劇院圖像，并描述了其設(shè)計(jì)和顯示系統(tǒng)(圖7)。

圖7 Omnimax劇院, 1984年. (Max, 1983年,第 74頁)

之后的二十年間，隨著數(shù)字技術(shù)的興起，各種球幕概念層出不窮：fulldome、halfdome、IMAXDome(舊稱OMNIMAX)、水平球幕或傾斜球幕等概念紛紛出現(xiàn)。

相對(duì)于傳統(tǒng)銀幕，球幕影像在拍攝和展示圖像的方式上有了很多改變。根據(jù)巨幕協(xié)會(huì)(GSSA)的定義，合格的球幕劇場(chǎng)的穹頂幕直徑至少需要達(dá)到60英尺(18.3米)。這意味著，傳統(tǒng)拍攝方式所攝制的影片并不適用在球幕劇場(chǎng)中放映。詹姆士·吉布森(James J. Gibson)表示，“使用球形屏幕時(shí)，可觀看的圖像達(dá)到160°，而不是通常電影院的20°或30°。但移動(dòng)的影像可能會(huì)令人信服，也可能會(huì)讓人很不舒服”。

由于球幕影像的獨(dú)特性，其拍攝方式被稱為球幕攝影術(shù)(Domegraphy),鏡頭通常有三種模式：興趣點(diǎn)鏡頭、探索性鏡頭和體驗(yàn)性鏡頭。(圖8)這三種鏡頭運(yùn)動(dòng)分別代表了三種敘事方式。同樣的，巨大的球形銀幕帶來更多的技術(shù)問題，在Maren Kiessling的調(diào)查中，傳統(tǒng)的30fps視頻已經(jīng)不太能滿足觀眾的沉浸體驗(yàn)需求，似乎240fps視頻才是未來球幕影像的最佳選擇。

圖8 球幕攝影術(shù)的模式，圖片來源：?NSCcreative 2016

如今，世界各地的眾多球幕劇院和球幕電影院都被用在教育和娛樂等領(lǐng)域?！岸鄠惗嗟摹队钪嫣剿髦谩泛偷鲜磕針穲@的《星際之旅》就是模擬技術(shù)和虛擬顯示環(huán)境的首批娛樂應(yīng)用之一”。近年來，隨著三維立體電影技術(shù)的普及，球幕與其他體感設(shè)備(例如活動(dòng)座椅、模擬氣流設(shè)備、散發(fā)氣味設(shè)備)結(jié)合在一起，為游客提供了更身臨其境的體驗(yàn)(圖9)。

圖9 迪斯尼加州冒險(xiǎn)樂園、未來世界、上海迪斯尼樂園三處的環(huán)游世界翔天之旅(翱翔·飛越地平線).該景點(diǎn)使用OMNIMAX屏幕. Bricker,Tom. (n.d). 環(huán)游世界翔天之旅評(píng)論. 2019年6月7日檢索, 來源：Disneytouristblog網(wǎng)站, http∶//www.disneytouristblog.com/soarin-around-world-review/

3.3 佩珀?duì)柣孟?/h3>

1862年，約翰·亨利·佩珀?duì)?John Henry Pepper)教授和英國(guó)工程師亨利·戴瑞克斯(Henry Dircks)發(fā)明了一種完全不同的投影方法，稱為“佩珀?duì)柣孟蟆?the Pepper's ghost illusion)。當(dāng)年，這個(gè)裝置在倫敦皇家理工學(xué)院進(jìn)行了首次演出。這是一種使用玻璃產(chǎn)生幻象的技術(shù)，玻璃的角度介于觀眾和舞臺(tái)之間，舞臺(tái)下演員的光線反射到臺(tái)前的玻璃上。觀眾能看到玻璃上的幻象，也能看到玻璃后真實(shí)背景下，在舞臺(tái)上來回走動(dòng)的演員。(圖10)佩珀?duì)柣孟笸ǔＥc全息投影的概念混淆。實(shí)際上，在電視或舞臺(tái)上看到的大多數(shù)全息投影都是佩珀?duì)柣孟蟮淖凅w。這種表現(xiàn)形式特別適用于對(duì)模糊物體的展示，幻像突然出現(xiàn)或消失，會(huì)讓空間變得神秘而奇妙。

圖10 舞臺(tái)上使用佩珀?duì)柣孟? Tissandier, Gaston. (n. d). 《流行科學(xué)娛樂》倫敦: Ward, Lock, and Co., 倫敦. 第138頁. 此書最初為1880年法語版. (Greenslade, 2011年,第 338頁)

圖11 Lemieux Pilon 4D art.(2008年). 《動(dòng)畫大師諾曼》 2007年. 2019年6月27日檢索,來源 Lemieux Pilon 4D art, http∶//4dart.com/en/creation/2007/norman/

近年來，舞臺(tái)表演越來越多地借助3D計(jì)算機(jī)生成的圖像和投影設(shè)備來使用佩珀?duì)柣孟?，而不再是使用單?dú)光源反射的演員。2007年，一部關(guān)于諾曼·麥克拉倫(Norman McLaren)生活和動(dòng)畫的戲劇《動(dòng)畫大師諾曼》登臺(tái)亮相。該部制作精良的舞臺(tái)作品于2007年在加拿大首演，之后風(fēng)靡全球。這部作品是對(duì)四次奧斯卡獎(jiǎng)提名的電影制作人諾曼·麥克拉倫的致敬，它結(jié)合了電影、舞蹈、音樂、戲劇和佩珀?duì)柣孟蟮榷喾N形式(圖11)，期間把麥克拉倫的動(dòng)畫投射在傾斜的成像膜上，并與現(xiàn)場(chǎng)表演者的表演相互配合。

3.4 CAVE

20世紀(jì)70年代，媒體藝術(shù)家丹尼爾·桑丹(Daniel J.Sandin)和工程師托馬斯·德凡提(Thomas A. DeFanti)加入芝加哥伊利諾伊大學(xué)的電子可視化實(shí)驗(yàn)室之后不久，又打造出了另一種投影視頻系統(tǒng)。他們和正在攻讀博士學(xué)位的學(xué)生卡羅來納州·克魯茲-內(nèi)拉(Carolina Cruz-Neira)合作，嘗試將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和視頻成像相結(jié)合。1991年，他們?cè)O(shè)計(jì)并建成了第一個(gè)洞穴式自動(dòng)虛擬環(huán)境系統(tǒng)(Cave Automatic Virtual Environment)(CAVE)。CAVE系統(tǒng)用于相對(duì)封閉的正方形空間，該空間中配備了跟蹤攝像機(jī)來捕捉用戶的行動(dòng)，捕捉到的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)反饋給圖像處理系統(tǒng)。圖像處理系統(tǒng)則通過投影設(shè)備將視頻投射到空間的墻壁和地面上(圖12)。

圖12 CAVE在游戲中的應(yīng)用.2019年6月27日檢索, 來源 http∶//www.technobyte.org/2016/03/introduction-virtual-reality/

此裝置把虛擬世界和真實(shí)世界融合在了一起。帕克寫道：“與其他VR系統(tǒng)不同，CAVE的屬性是通過真實(shí)與虛擬之間的相互作用而得以增強(qiáng)……(CAVE)在動(dòng)畫圖像和精心安排的聲音中，讓你從內(nèi)心深處意識(shí)到自己就置身在‘舞臺(tái)上’”。但是，CAVE不適合多人游戲體驗(yàn)，因?yàn)椤捌聊粓D像只顯示被跟蹤的一個(gè)人(即所謂的主要觀眾)”。CAVE系統(tǒng)的最初設(shè)計(jì)理念旨在突破頭戴式顯示器(HMD)系統(tǒng)的限制，并最大程度地減少對(duì)用戶移動(dòng)的限制。此外，它還提供了共享的虛擬和現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)。目前，這項(xiàng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于建筑、藝術(shù)和工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中。

3.5 光雕投影

光雕投影，被稱為Projection mapping，也稱為空間增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(spatially augmented reality)，基于投影的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(projection-based augmented reality)或基于投影的空間顯示(projection-based spatial displays)。這是一種將視頻投影到各種對(duì)象表面的映射技術(shù),大多數(shù)學(xué)者把它歸為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。這項(xiàng)技術(shù)通過將圖像投射到不同角度和形狀的物體表面，可以增加現(xiàn)實(shí)世界中三維物體的空間。投射圖像的形狀與色彩是由軟件創(chuàng)建的，由計(jì)算機(jī)預(yù)先渲染完成或?qū)崟r(shí)生成。通常，光雕投影使用一個(gè)或多個(gè)投影設(shè)備將圖像投射到空間中的一個(gè)對(duì)象或一組對(duì)象上。利用圖像和投射對(duì)象在形狀、顏色、飽和度與對(duì)比度方面的差異，創(chuàng)建具有視覺沖擊的圖像(圖13)。

圖13 新加坡國(guó)家美術(shù)館的mapping演示.2019年2月10日檢索, 來源https∶//www.green-hippo.com/spectacular-projection-mapping-opening-national-gallery-singapore/

按照布雷特·瓊斯(Brett Jones)的說法，首個(gè)非平面投影實(shí)例是在1969年的迪士尼樂園的《鬼屋之旅》的開幕式上。光雕投影具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)與傳統(tǒng)的照明方法相比，投影映射更能創(chuàng)造動(dòng)態(tài)、優(yōu)美的環(huán)境；(2)與AR設(shè)備相比，投影映射為多個(gè)觀眾提供了共享的體驗(yàn)；(3)由于投影對(duì)象移動(dòng)較少或具有固定的運(yùn)動(dòng)軌跡，因此投影映射的圖像延遲較小；(4)從設(shè)計(jì)上考慮，投影儀容易隱藏，能讓整體環(huán)境更加完整。

光雕投影和平面屏幕投影之間的最大區(qū)別，在于光雕投影必須考慮圖像在Z軸(深度)上的表現(xiàn)。與平面屏幕不同，光雕投影的對(duì)象主要都是具有曲線(例如：汽車表面)或不同空間層次(例如：在建筑物立面之后或之前的陽臺(tái)和支柱)的對(duì)象，因此，糾正多頻道圖像的失真問題就顯得尤為重要。如今，大多數(shù)流行的光雕投影軟件都走上了3D發(fā)展道路。通常，光雕投影的目標(biāo)是靜態(tài)對(duì)象。投射到動(dòng)態(tài)物體上有時(shí)會(huì)出現(xiàn)問題，這是由于追蹤系統(tǒng)延遲導(dǎo)致的圖像位移以及不同圖像亮度水平下現(xiàn)有算法的不穩(wěn)定性所致。但近年來，隨著圖像追蹤技術(shù)和圖像算法的發(fā)展，越來越多的動(dòng)態(tài)光雕投影作品開始出現(xiàn)(圖14)。

圖14 日本藝術(shù)家Nobumichi Asai的動(dòng)態(tài)光雕投影作品《INORI -PRAYER》，2020年4月10日檢索, 來源https∶//www.nobumichiasai.com/works/139/

光雕投影的應(yīng)用越來越廣泛，涉及到醫(yī)學(xué)、教育、設(shè)計(jì)、娛樂和表演。最近，它在主題公園和博物館中的利用率也非常高。馬克·梅恩(Mark Mine)評(píng)論說：“基于投影的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是提升主題公園和其他娛樂環(huán)境，并為其增添活力的強(qiáng)大工具?！匀皇腔孟牍こ處煿ぞ呦渲械闹匾ぞ撸兄谧屩黝}公園娛樂節(jié)目中的建筑物煥發(fā)活力”。

4總結(jié)

沉浸式空間是一種追求虛擬世界的封閉人造空間。自古以來，人們就通過各種方式創(chuàng)造沉浸式的體驗(yàn)。狹義上的沉浸式空間最終被定義為一個(gè)可以完全改變現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的虛擬人工環(huán)境。而在這樣的虛擬環(huán)境中，沉浸式的影像占據(jù)了觸發(fā)人類感知體驗(yàn)的絕對(duì)的統(tǒng)治地位。