影視燈光藝術虛擬仿真項目探索

劉陽

【摘要】在影視產業(yè)鏈中，燈光無疑是非常重要的前期藝術創(chuàng)作環(huán)節(jié)。我國影視作品的畫質提高與成本控制都需要優(yōu)秀的影視燈光師才能實現。影視燈光藝術虛擬仿真項目是當前高等藝術教育相關專業(yè)教學與研究的重要輔助手段，是影視制作公司有效降低現場置景和布光的時間、縮短制作周期的重要輔助措施，同時，也能夠有力促進影視文化產業(yè)和燈光行業(yè)良性發(fā)展。

【關鍵詞】影視燈光藝術;虛擬仿真項目;遠程教育平臺;燈光行業(yè)發(fā)展

DGI：10.3969/j.issn.1674-8239.2021.12.003

Exploration of Virtual Simulation Project of Film and Television Lighting Art

LIU Yang

（The College of Communication Science and Art Chengdu University of Technology，Sichuan，chengdu 610059，China）

【Abstract】In the film and television industry chain，lighting is undoubtedly a very important link of early artistic creation. The improvement of picture quality and cost control of China's film and television works both need excellent film and television lighting artists to achieve. The virtual simulation project is an important auxiliary means for professional teaching and research related to higher art education，and an important auxiliary measure for film and television production companies to effectively reduce the time of site setting and lighting and shorten the production cycle. At the same time，it can also effectively promote the benign development of film and television culture industry and lighting industry.

【Key Words】film and television lighting art;virtual simulation project;distance education platform;lighting industry development

前言

“有光才有影”。在影視產業(yè)鏈中，燈光設計無疑是非常重要的前期藝術創(chuàng)作環(huán)節(jié)。影視燈光最重要和最基本的任務就是合理運用人造光或自然光還原或模擬場景的真實光效，與此同時，還要保障攝影機或攝像機拍攝高質量畫面所需的最低照度、光比、色溫等技術方面的各項要求。

當前，影視文化產業(yè)進入了高速發(fā)展期，涌現了一批優(yōu)秀的影視作品，在國際國內屢獲殊榮，市場投資意愿與回報也空前高漲。然而國產影視作品與海外同類作品在畫面質量上始終存在不小的差距。這種差距主要原因之一就在于燈光的運用。影視作品前期制作的成本主要來自制作周期，而影響制作周期最大的因素就是現場布光環(huán)節(jié)。一個鏡頭從開機到結束的時間也許不到1分鐘，但布光時間可能就要耗費幾十分鐘。遇到參演角色眾多、場景復雜的全景鏡頭，布光所耗費的時間更是需要以小時來計算，而能夠準確快速完成布光工作的優(yōu)秀燈光師寥若星辰。

國內影視文化產業(yè)的發(fā)展急需優(yōu)秀的燈光師，培養(yǎng)優(yōu)秀燈光師的最佳途徑就是依托高校中的影視燈光藝術相關專業(yè)。影視燈光在整個產業(yè)鏈中如此重要，對其進行專業(yè)研究和高級人才培養(yǎng)的現狀卻令人堪憂，高等藝術教育機構普遍苦于師資力量和成本投入等因素而無法建設專業(yè)實驗場館用于教學與研究。

一邊是蓬勃發(fā)展的影視文化產業(yè)的市場需求，一邊是高校相關專業(yè)的捉襟見肘，那么，有沒有切實可行的解決辦法？筆者所從事的“影視燈光藝術虛擬仿真項目”研究應是一個較好的解決方案。

1影視燈光藝術虛擬仿真項目研究概況

1.1項目技術背景

虛擬仿真技術（virtual simulation），即VR技術，又稱虛擬現實技術或模擬技術，就是用虛擬的系統模仿真實系統的技術。從狹義上講，VR是指20世紀40年代伴隨著計算機技術的發(fā)展而逐步形成的一類試驗研究的新技術;從廣義上來說，VR則在人類認識自然界客觀規(guī)律的歷程中一直被有效地使用著。由于計算機技術的發(fā)展，VR逐步自成體系，并引發(fā)擴展現實技術（Extended reality）的進一步發(fā)展，從而成為繼數學推理、科學實驗之后人類認識自然界客觀規(guī)律的第三類基本方法，而且正在發(fā)展成為人類認識、改造和創(chuàng)造客觀世界的一項通用性、戰(zhàn)略性技術。

VR技術的核心問題之一是實時生成高度真實感復雜虛擬環(huán)境的立體視圖，受圖形硬件技術發(fā)展的制約，到目前為止都很難在普通計算機或工作站上以很短時間實時生成具有照片般真實感的圖像?；趫D像的渲染技術，即IBMR（Image-Based Modeling and Rendering），突破了傳統計算機圖像生成模式，加快了VR技術的應用推廣。影視燈光虛擬仿真項目即是基于IBMR的一種新構想，實現成果即是影視燈光虛擬仿真平臺終端軟件。

為了在前期設計的虛擬場景中更加真實地反映現場布光效果，國外影視制作機構在該領域的研究一直在探索改進。國內外在影視燈光虛擬仿真領域目前尚未有研究成果（報告）公開發(fā)表。日前，筆者撰寫的SCI論文“Film and Television Production System Based on VR Virtual Simulation Technology”已經收到錄用通知，可以說，對影視燈光虛擬仿真項目的研究已經處在國際同行的前列。

1.2虛擬仿真平臺實現原理及預想

影視燈光虛擬仿真平臺是將傳統影視燈光的理念和布光方式通過計算機對復雜數據進行可視化操作與交互的一種全新的“預創(chuàng)作”方式。虛擬仿真平臺可以讓創(chuàng)作者在前期準備階段調用任何一款經過技術參數數字采樣的影視燈具，通過智能穿戴設備“進入”由IBMR技術生成的仿真場景中，“看到和調整”自然光或人造光以不同的亮度、照射角度、聚（柔）光程度、投射距離、透明度（陰影）、正/反投模式等使用方式下產生的照明和物體反射、透射、直接或間接照明等特性的真實效果，設計定型后，系統就能自動輸出實現該場景燈光效果的所有數據清單，燈光師及其助手就能根據該文件內所列參數在現場迅速完成布光，從而高效節(jié)約現場布景和布光時間，以顯著提高制作精度和生產效率的方式來促進整個影視行業(yè)的發(fā)展。

1.3虛擬仿真平臺與燈光輔助設計軟件的區(qū)別

“虛擬”和“仿真”有著本質的區(qū)別。目前在舞臺燈光設計領域和部分高校中教學使用的計算機舞臺燈光輔助設計軟件，例如MA3D、WYSIWYG、SHOWDESIGN、3DVISUALISATION、ESP、VISION、VECTORWORKS 等都僅僅是在前期設計中虛擬展現燈光效果，通過這些軟件設計出的方案往往需要在現場裝臺和編程環(huán)節(jié)進行反復調試和修改，遠遠沒有達到“所見即所得"（What you see，is what you get）的效果。本項目的虛擬仿真平臺，突出效果在于高精度的“仿真”，真正做到了“所見即所得”。

1.4虛擬仿真平臺實現條件及成果

1.4.1成熟的IBMR技術軟件

選擇一款成熟的IBMR技術軟件平臺，構建虛擬仿真的拍攝現場以及布景、道具、服裝、人物造型和角色行動范圍及軌跡。

1.4.2攝影機數據庫

虛擬仿真平臺嵌入攝影機數據庫。在軟件中預制各型號攝影機的技術參數（包括與之配套的各焦段鏡頭），方便構建不同景別的固定或移動畫面。

1.4.3影視燈具數據庫

虛擬仿真平臺嵌入影視燈具數據庫。對常用的各類型燈具（包括使用各種光源的聚光燈、泛光燈和特殊燈具以及反光板、柔光箱、遮光罩等）進行數字采樣。有別于目前大多數3D軟件可以為了視覺效果而任意設置“虛擬燈”，這里每一款燈的技術參數是真實恒定而不可更改的，設計師只能按照拍攝要求來選取合適的燈具加以設置和調整。

1.4.4輸入輸出設備

虛擬仿真平臺支持通用智能穿戴設備和各類標準化輸入輸出設備。設計師完成一個鏡頭的布光設計后，軟件將生成該鏡頭中所需燈具和輔助設備的數量、具體安裝參數以及需要的現場供電量、回路數以及線纜的隱藏敷設路線等內容，并形成excel文件方式輸出。

1.4.5數據匯總

設計師按照上述進程完成整部作品的設計后，軟件將生成整部作品拍攝時所需全部設施設備的數據匯總，并按照交叉分組、重復使用的原則加以分類，燈光團隊就可以按照文件提前精簡準備所要攜帶的器材和耗材。

1.4.6現場校正

設計師及其團隊在拍攝現場按照文件所載的設計內容快速完成布光，并記錄需要微調的瑕疵到軟件“現場校正”數據庫中，逐步提高軟件的仿真設計能力。

2虛擬仿真平臺在影視藝術類高校的應用

平臺建成后，影視藝術類高校僅需要一臺與互聯網連接的終端，通過虛擬仿真平臺進行基于VR技術的遠程教育，由業(yè)內外優(yōu)質教師資源在線指導學生開展線上課程實驗，并選拔部分優(yōu)秀實驗作品到專業(yè)影視制作機構實地參與作品創(chuàng)作拍攝，為培養(yǎng)影視燈光專業(yè)人才提供全新高科技手段。

2.1實驗目的

2.1.1實現影視拍攝過程中燈光藝術的真實模擬

通過虛擬仿真平臺，學生可以模擬真實拍攝環(huán)境下影視拍攝中的燈光藝術創(chuàng)作過程，體驗影視作品創(chuàng)作生產過程中的交互感，掌握影視燈光藝術的基本規(guī)律。

2.1.2培養(yǎng)學生影視燈光實戰(zhàn)技巧

通過虛擬仿真平臺，學生可以在全仿真語境下模擬燈光設備選型、燈位布置規(guī)律、照射角度調整、光線明暗操作以及在不同鏡頭景別下或特殊場景拍攝過程中的完整步驟，從而形成和提升學生在今后使用設備實際操作時的技巧。

2.1.3實現知識整合，形成學生綜合技能

通過虛擬仿真平臺，可以促使學生將所學理論知識進行綜合運用，實現理論與實踐相結合，形成學生在影視作品拍攝過程中良好的燈光藝術創(chuàng)作技能，快速適應當今迅速發(fā)展的影視文化產業(yè)的發(fā)展。

2.2實驗原理

項目實驗原理說明：虛擬仿真平臺需要學生對多項藝術、技術、多媒體傳播類知識進行綜合運用。這里所涉及知識點有：光學及色彩學基本原理、電學及力學基本原理、電影攝影機及電視攝像機基本原理、拍攝畫面基本構圖原理、電影拍攝用燈具及4K/8K超高清電視制作拍攝用燈具介紹及選型、人物布光基本原理、室內空間認識及布光基本原理、大型室外場景布光基本原理。通過該虛擬仿真項目的實施，可以實現各獨立知識點的相互融合，形成學生影視燈光藝術綜合創(chuàng)作技能。

項目使用方法說明：任一可上網的終端設備（智能手機、平板電腦、臺式電腦等）下載虛擬仿真平臺終端軟件（或APP），登錄平臺并完成注冊后就能開始進行虛擬實驗。虛擬仿真平臺后端由專業(yè)領軍人物率領專業(yè)團隊按照嚴格的高校教學模式對整個實驗過程進行監(jiān)控、教學、指導、答疑、考核、導出成績和學分認定。并且定期選拔優(yōu)秀學生到實體實驗室再現虛擬實驗成果。

2.3實驗步驟

實驗步驟即學生需要掌握的知識點，數量為8個方面，可以按照難易程度進階實行。

2.3.1光學及色彩學基本原理

項目組學生需要具備光學及色彩學基本原理知識，通過虛擬仿真平臺模擬各類自然光源、人造光源，熟練掌握光的基本特質、傳播特性——包括反射、折射、透視等理論知識;“色溫”“顯色性”“光譜連續(xù)性”等光的色彩學原理。

2.3.2電學及力學基本原理

項目組學生需要具備基本的電學和力學基礎知識。影視燈光藝術所采用的人造光源大多是建立在基本的電學和力學技術基礎之上的，因此，通過虛擬仿真平臺模擬各類場景環(huán)境下的用電基礎、燈具及其他電氣設備、燈具吊（懸）掛設施設備的使用和操作，熟練掌握與此相關的電學、力學基礎知識是很有必要的。

2.3.3電影攝影機及電視攝像機基本原理

項目組學生需要具備對電影攝影機、電視攝像機基本原理知識。影視燈光藝術是專門針對攝影機或攝像機的藝術創(chuàng)作，了解攝影機和攝像機的發(fā)展歷史、成像原理、各項技術指標、基本操作技能對于項目組學生來說是非常重要的學習環(huán)節(jié)。項目組學生可以通過虛擬仿真平臺深入了解各時期國際通用的拍攝設備的基本構造、技術發(fā)展、性能指標極限以及操作使用等各項知識。

2.3.4拍攝畫面基本構圖原理

影視作品都是由連續(xù)的單個畫面組成，畫面構圖是最基本的鏡頭語言之一。畫面構圖的優(yōu)劣直接關系到影視藝術創(chuàng)作者想要向觀眾表達的最深層意愿。與此同時，畫面構圖也決定著影視燈光的范圍和實施的技巧。項目組學生需要具備畫面構圖的基本原理、要素、規(guī)律等理論和實踐知識，借助虛擬仿真平臺大量推演各類畫面構圖，從中進行比對、分析、創(chuàng)作，并在不同的畫面構圖環(huán)境中初步完成燈光的設想。

2.3.5電影拍攝及4K/8K超高清電視制作拍攝用燈具介紹及選型

電影燈具的光源、材質、工藝、維護等方面有獨特的要求，因此其生產成本和售價都遠遠高于相似類型的舞臺燈具，非大型以上專業(yè)影視制作機構都難以花費巨資齊全配置。項目組學生可以依托影視燈光藝術虛擬仿真平臺，全面了解“鹵鴇石英光源”“金屬鹵化物氣體放電光源”“LED光源”為核心的影視拍攝用燈具，以及以特種光源為核心的特種影視燈具。掌握每一類型的燈具的技術指標、適用范圍、選型要求等理論和實操知識。

2.3.6人物布光基本原理

影視拍攝中大量的鏡頭內容是反映人物的，因此，項目組學生一定要全面學習和掌握人物布光的基本原理。影視燈光藝術虛擬仿真平臺可以讓學生針對不同性別、不同年齡、不同身份、不同臉型構造、不同膚色、不同人物造型的對象進行不同光位的布光實驗。還可以設定人物所在環(huán)境、場景、天氣、服飾、姿勢。與此同時，還可以虛擬仿真單人特寫、雙人交流、三人對話、多人討論等畫面的布光要求。

2.3.7室內空間認識及布光基本原理

影視燈光藝術的基礎是藝術再現還原真實的場景。對室內空間結構的認識是室內場景布光的前提。虛擬仿真平臺可以提供項目組學生自由創(chuàng)作室內空間結構的功能，當然，相對應的場景庫內也包含了各歷史時期的不同風格的大型宮殿、城堡、樓宇、帳篷、茅屋等典型室內空間的模型供學生使用。項目組學生可以在充分認識和了解室內空間結構基礎以后，開展虛擬室內布光的實驗練習，初步掌握應對各種典型室內空間布光需要的技能。

2.3.8大型室外場景布光基本原理

實踐證明，影視作品畫面的視覺沖擊力越強，對觀眾的吸引力也就越大。這其中，大型室外場景的氛圍營造被越來越多地運用在各類影視作品當中。大型室外場景人物眾多、場面宏大、畫面內涵豐富，日景可充分利用自然光，夜景就只能大量使用大功率人造光源了。虛擬仿真平臺可以充分利用技術優(yōu)勢讓項目組學生從場景模擬、天氣模擬、人物模擬開始造型，一直到完成燈光布光為止的全過程仿真實驗，基本掌握大型室外場景布光原理知識和實操技能。

3尚待解決的技術問題

當然，影視燈光藝術虛擬仿真項目在現階段還有一些技術問題尚待解決。

3.1燈光對象建模的仿真

以目前成熟的軟件開發(fā)水平來看，大型游戲軟件無疑在人物、景物、環(huán)境等方面的3D建模能力最為強大。但是，運行這些大型軟件對智能終端的硬件要求很高。怎樣才能在保持原有強大建模能力的前提下有效降低對硬件的要求，這是難題之一。

3.2對特定燈光產品的光效采樣

目前行業(yè)內使用的影視燈光器材可謂五花八門，同樣是1.2 KW的金屬鹵化物氣體放電燈具，不同產品的光效差別巨大。這就要求虛擬仿真平臺必須對市場主流的成熟產品進行光效數字采樣。然而，光效數字采樣的工作量是巨大的。要想在虛擬仿真平臺上準確模擬每一款燈具投射到照射對象的光效，則需要極其龐大、精準的光效數據庫的支撐。

3.3仿真平臺上的光效再現

目前大型游戲軟件引擎幾乎都是采用圖形圖像引擎來渲染再現畫面，為了達到真實的光效仿真，就必須使用光學引擎來對畫面進行渲染。而就目前的研發(fā)狀況來看，國內尚無一款成熟的光學圖形渲染引擎。

結語

綜上所述，研究開發(fā)影視燈光藝術虛擬仿真平臺是有效解決高速發(fā)展的影視產業(yè)對人才需求與高校人才培養(yǎng)尷尬現狀之間巨大矛盾的有效手段。虛擬仿真平臺一旦建成投入使用，就會有越來越多的藝術高校依托平臺，進而培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀專業(yè)人才;燈光師可以利用平臺，按照劇本和導演的要求，提前與美工置景部門模擬仿真拍攝現場的對象建模與燈光藝術設計，有效提高專業(yè)技能水平;影視制作公司利用平臺能有效降低現場置景和布光的時間，從而大大縮短制作周期。

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