影像融合在展览展示中的应用趋势

摘 要： 随着展览展示行业的不断发展，高清大投影展示越来越多的给观众带来感观震撼和视觉冲击，作为全面推荐东莞的窗口、市情教育的学校的东莞展览馆，“莞香动态画卷”一推出便成为吸引观众眼球的展示亮点，其中影像融合技术的成功应用也起到关键作用。从投影融合技术的简单原理入手，以“莞香动态画卷”的实施为案例，阐述投影融合技术在展览展示行业的普遍应用和与CG制作结合的相互关系，并对展览展示的发展趋势进行展望。

关键词： 影像融合；技术；展览展示；CG

中图分类号：TS664 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0210016－02

2010年上海世博会中国馆的镇馆之宝，数字版动态《清明上河图》将北宋画家张择端笔下的宋代城市风俗画，用CG（Computer Graphics，通常指数码化的作品，国际上习惯将利用计算机技术进行视觉设计和生产的领域通称为CG）手法表现为长128米，高6.5米的巨幅视觉作品，12台投影仪投射出的活动画面以4分钟为一个周期，2分钟日景、2分钟夜景，音乐与画面中的场景人物在空中缭绕，行走其间，宛如时光倒流，让人似乎回到了宋朝时热闹的开封府。这是中国纯CG作品第一次以如此规模完整的向世界展示，为中国展览展示的发展树立了一个重要的里程碑。它的数字内容部分分为剧本编写、二维设定、三维建模、骨骼蒙皮、动画帧制作、渲染输出、后期加工等七个环节，硬件部分采用边缘融合技术实现了12台高清投影的无缝融合，为这场视觉盛宴提供了技术保障。随着技术的日趋成熟，影像融合的广泛应用也将成为博物馆、展览馆展览展示的发展趋势。

1 影像融合相关技术参数解析

随着投影机价格的下降和投影技术的不断提高，无缝大视野环境让高清影像的振撼效果发挥得更加淋漓尽致，在展览展示的实际工程中，设计人员需要根据环境特点，合理地进行空间布局、投影机投影幕选型以及系统集成控制，以达到最佳展示效果，下面对几项关键参数进行简单说明。

1.1 主流投影机性能比较

LCD投影机：图像色彩饱和度好，色彩层次丰富，但在文本边缘都有阴影，近距离观察大尺寸图像时可以明显分辨出像素点间隙。目前，3片LCD板投影机是主要机型，分辨率可达1920×1080，亮度在3000lm以上。

DLP投影机：对比度高，黑白图像清晰锐利，暗部层次丰富，在表现黑白文本时纯正清晰，尤其是一些小字号文本时效果良好，但色彩饱和度稍差，色彩表现不够生动。

LCOS（Liquid Crystal on Silicon）投影机：即硅基液晶，是一种基于反射模式，尺寸非常小的矩阵液晶显示装置，与穿透式LCD和DLP相比，LCOS具有利用光效率高、体积小、开口率高等特点，可以实现高分辨率和充分的色彩表现。但由于制造工艺等方面原因，目前基于LCOS技术的产品还没有形成大规模量产，价格方面不具优势。

1.2 投影幕主要技术指标

增益：增益是反映屏幕反射（正投）或折射（背投）入射光的能力。在入射光角度一定、入射光通量不变的情况下，屏幕某一方向上亮度与理想状态下的亮度之比称为该方向上的高度亮度系数，把其中的最大值称为屏幕的增益。通常把无光泽白墙增益定为1，如果屏幕增益小于1将削弱入射光，反之将增强入射光。

视角：屏幕在所有方向上的反射是不同的，在水平方向离屏幕中心越远，亮度越低，当亮度降为50%时的观看角度，定义为视角。一般来说屏幕的增益越大，视角越小；增益越小，视角越大。

种类：投影幕从功能上分为反射式、透射式两类，反射式用于正投，透射式用于背投；根据材质不同可以分为对入射光几乎能完全进行扩散反射的扩散型白塑幕，将入射光线沿反方向进行最大限度反射的回归型玻珠幕，对入射光线进行定向反射的反射型金属幕。扩散性投影幕增益较低，反射型投影幕增益相对较高。

1.3 投影建设相关技术

通道数：通道意味着屏幕上的画面由N台投影机投射出来的区域组成，就叫做N通道的投影，用户为了追求大视野大画面的视觉效果，往往会采用两个通道以上的建设方案，多通道、大视野、多信号高清显示的大屏幕投影建设已经成为展示行业的一种趋势。

边缘融合技术：就是将一组投影机投射画面的部分边缘进行重叠，并通过融合技术显示出来一个没有缝隙、更加明亮、高分辨率的整幅画面，就好象一台投影机投射的画质（如图所示）。边缘融合的主要功能就是把两台投影机重叠部分的亮度按照一定衰减方式调低，使整画面的亮度一致。利用带有多通道高分辨率输出的图像处理器和计算机，可以产生每通道为1920×1200象素的三个或更多通道的合成图像。如果融合25%的象素，可以通过减去多余的交叠象素产生4800×1200分辨率图像，目前市面上还没有如此高分辨率的投影机。

几何较正技术：所有的投影机在设计时都是针对平面投影屏幕的，投射出的画面也是矩形的，而当这样的投影仪把图像投射到弧形或球面的投影屏幕时，就会导致每台投影机投射到环形幕布上的影像画面出现图像变形失真，称之为非线性失真。为了在弧形屏幕或球面屏幕上得到正确的图像显示效果，就必须对生成后的实时图像进行处理，这种图像变形失真矫正处理被称之为非线性失真及数字几何校正。通过具有畸变较正功能的图形处理器对输入图像的非线性网格化的调整，使得图像能够很好地匹配在屏幕曲面上而没有局部明显的形变，从而满足观众视觉要求。

2 “莞香动态画卷”整体项目介绍

东莞展览馆是一座以展示东莞名城风采为目标，形象地再现东莞发展历程、发展成就和发展图景的城市博物馆。提到东莞，就不得不说“莞香”：莞香又名白木香、土沉香，宋元以来在东莞普遍种植，是当时重要的经济作物之一，清代成为贡品，经营莞香贸易的东莞香市是广东古代“四大名市”之一。为深入挖掘东莞香市文化，东莞展览馆决定参照“动态版清明上河图”的制作技术打造“动态版东莞香市卷”，其中就采用了两通道投影融合。展览馆前期组织相关人员深入寮步莞香种植园、莞香商店等实地研究种香、斩正干、开香门、采香、运香、买卖的全部资料，多次与莞香专家刘松泰请教交流，并以展览馆现有莞香画卷为基础，确定了文字脚本和基础性图片，通过公开招标选定了北京水晶石为制作团队，完全参照动态清明上河图的流程进行整体项目制作，元旦推出后受到了市民媒体的高度追捧和赞誉。项目共分为三个部分：

2.1 数字内容制作

制作团队首先根据《莞香画卷》原图对整个场景进行去人和三维建模，并根据人物和工具图片进行二维设定，然后通过三维软件将89个二维人物建立三维模型同时进行骨骼蒙皮（即给模型建立骨骼方便制作动画），接下来根据剧原本进行动画帧制作，全部场景制作完成后渲染输出第一版的数字内容，最后根据专家意见进行修改加工，元旦前推出时已是第四版。

2.2 项目需求分析

根据宽度为7米的展示空间和配置高清影像的要求，制作团队设计采用正投方式、两通道高清投影融合、投影机吊装的方案，通过图像融合器进行系统集成控制。投影幕采用增益为1.0的白塑硬幕，保证融合效果的良好实现。投影机采用分辨率达1920×1200的高清工程机，按照融合带25%计算，则数字影像分辨率为2880×1200。

2.3 施工调试阶段

屏幕制作由普通施工人员完成，两台投影机通过二次结构吊装在天面实体墙上，验证投影画面可以调整到预想的区域后，进行线路连接和软件调试，通过融合软件和几何校正程序实现画面的完美融合，播放“莞香动态画卷”视频内容时达到高清视频两台投影播放完整画面的预期效果。

影像融合后的显示效果（日景和夜景）

该项目CG制作一共历时60个工作日，除骨干设计人员来现场考察交流外，制作都在北京水晶石总部完成，硬件施工和融合调试7天内现场完成。CG制作在整个项目成功实施中还是占据重要地位，而大投影高清影像融合的成功应用更增添了“莞香动态画卷”的沉浸感和震撼力。

3 大屏幕融合系统在展览展示中的应用

随着我国城市化进程加快，展览馆、规划馆越来越受到政府管理者和社会各界的重视，也最能体现出一个城市文化的独特性和规划的专业性，各地纷纷新建的展览馆规划馆正是向各级领导和市民宣传城市形象的最佳平台。在丰富历史文化内涵的基础上，辅以弧幕、环幕、多媒体投影沙盘、城市虚拟漫游等先进展示手段，以最直观的方式将城市发展历程和规划图景立体化、生动化的展示给观众，大屏幕影像融合将发挥出越来越大的作用，目前主要有以下几个发展方向：

3.1 大型弧幕及360°环幕

大型弧幕一般用于播放高清影片，展示城市历史、文化以及城市形象，气势恢宏，对展馆格调、档次的提升有很大帮助。在特殊的展厅结构如圆形展厅中，我们可以将弧幕扩展为360°环幕。与大型环幕相比，360°环幕的视听效果更为霸道，360°无死角影片播放、360°环绕声音效，给观众极大的视觉震撼。另外，360°环绕式的视听效果有助于播放环境展示影片，在沉浸式的环境展示下，观众将感受到不同凡响的身心体验。大型弧幕、环幕可以与多媒体投影沙盘、城市虚拟漫游组合，迸发出更精彩的火花。

3.2 多媒体投影沙盘

多媒体投影沙盘在传统固态沙盘的基础上，加入了以动态投影为主的各种多媒体声光手段，打破了人们对沙盘单调刻板的印象，向观众提供一个鸟瞰的角度观察城市全局，实现系统集成同步联动，调用沙盘LED灯光、动态投影视频、大型弧幕等子设备，动态地展现一个城市的过去、现在和未来，在不同的时间维度上跳跃变化，是阐述一个城市发展规划的最佳工具。

3.3 城市虚拟漫游系统

城市虚拟漫游系统是针对城市展览馆、房地产展厅优化的解决方案之一。观众站在一个大型弧幕前，以简易舒适的操作方式（摇杆、轨迹球、多点触摸或体感）控制画面中视角的移动与变化，使观众可以在虚拟的3D世界中随意漫游。这是一种非常直观的展示手段，它使一个城市的规划更容易被观众所理解和接受，以一种零死角的观察角度将城市全方位展现在观众面前，市政设施、城市风光等都将在强大的3D建模技术支持下一览无遗，观众从现在走入未来，在获得“恍若隔世”的体验的同时，也切实感受到城市“蜕变”后的美好。

3.4 互动橱窗

互动橱窗正如当下流行的多点触控手机一般，提供了一个可以同时识别多个手指的自然操控界面。事实上，触控墙更拥有大尺寸屏幕、高分辨率、理论上无限个识别点等手机难以比拟的优势。在展览馆、规划馆中，互动橱窗提供了一个让观众主动获取信息、自主提炼信息的平台。城市规信息通过文字、图片及视频等方式录入到触控墙，观众通过简单的点击和拖拽等手势就可以随意选择浏览。互动橱窗可以是嵌在墙壁中的屏幕，也可以以全透明的科技感造型出现，外形设计灵活多变，与展馆的装饰设计配合度高。

3.5 多点触控桌面

与互动橱窗类似，多点触控桌面是一台灵活、拓展性高的多点触控信息台。多点触控桌可以单独作为展示信息的载体，也可以配合大型弧幕使用，观众在多点触控桌上预览和选择内容，然后在大型弧幕上进行欣赏。

以上几种技术在一些先进地区的展览馆、规划馆乃至博物馆中都已经得到了初步应用，这些展项无不成为吸引观众眼球的展示亮点，但这些多变的展示技术又都是以投影融合技术为基础发展演变的。

4 前景展望

大屏幕投影市场的发展，归根结底是大屏幕显示和影像处理设备的发展，随着观众对大视野高清展示需求的日益提高，大屏幕投影市场也需要不断地推陈出新，来迎合音视频发展的需要。从制造商到使用方，对于清晰度、亮度、色彩、音质等技术指标的追求始终孜孜不倦，显示技术从2K到4K都已成为现实。展览展示行业的工作者不是从头开始研发生产，而是需要不断地了解业界发展动态，把先进设备和技术为我所用，打造富于沉浸性的高端展示亮点，使观众乐于参与互动和接受知识。科技服务于社会，也引领着各个行业的发展和变化，相信随着影像融合技术的不断发展，大屏幕投影在展览展示行业中的应用也会越来越广泛。

参考文献：

[1]上海世博科技促进中心，《中国2010年上海世博会场馆科技新视点》，同济大学出版社，2010.7.

[2]许永顺、季路德、胡学增，《中国2010年上海世博会主办方场馆展示形式和展示技术研究》，上海科技文献出版社，2010.6.

[3]吕建昌，《世办博览会与博物馆发展的内在关系》，上海大学学报，2010.5.

作者简介：

孟穗东（1967-），现任东莞展览馆馆长；许海涛（1982-），现任东莞展览馆技术部负责人，文博馆员、电子商务设计师。