浅谈虚拟舞台系统灯光效果的实现
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摘要：在舞台排练系统中，经常有上百盏不同式样的灯同时照亮场景的情况发生，但是目前图形处理器硬件只支持8盏灯同时点亮，而且大多数渲染引擎只提供点光源、聚光源和方向光源三种灯光模型。为了实时模拟真实的效果，本文从虚拟舞台系统灯光效果的实现技术及虚拟舞台系统灯光设计的关键维度两个方面着手，针对虚拟舞台系统灯光效果的更好实现进行了探讨。
关键词：虚拟舞台；系统；灯光；效果；实现
中图分类号：TM923.53 文献标识码：A 文章编号：1673-8500（2013）07-0025-01
一、引言
舞台灯光的功能从照明而起，灯光的定义也随着科技的演进，演化为雕塑造型、模拟自然环境、营造氛围、表现节奏等，幻化为一只灵活的绘笔，更在多媒体技术的冲击下，由lighting design向sceno graphy（剧场设计）定位看齐，将剧场中的表演空间整合，除了静态的画面，运用一切的剧场元素，加上时间的流动，与表演、情节产生了新的互动关系，实现了剧场视觉艺术的自我提升。
数字时代舞台灯光，得利于电脑虚拟软件与数字灯光通信系统的发展，进入动态虚拟、即时互动的新纪元。舞台与灯光艺术从平面图表式的“臆测想像”转变为电脑数字三维立体虚拟空间式的“视觉理解”。数字化灯光设计范畴已然融合传统灯光、电脑灯光设计新思维与电脑辅助虚拟软件，并通过数字虚拟空间科技，呈现灯光设计者的创意与想像。数字虚拟舞台灯光的潜力，在结合影像编辑技术后，提供了现代剧场艺术动态光影化的资源。建立数字虚拟系统，也是舞台灯光技术可持续发展的文化创意。
二、虚拟舞台系统灯光效果的实现技术
灯光在真实及虚拟场景中都是相当重要的部分，它除了照明的作用让我们看见物体及颜色之外，它的亮度、颜色、强度、照明范围、灯光分布等不同因素，会对整个场景的气氛营造成戏剧性的变化。因此，虚拟舞台系统除了要了解真实灯光的效果外，也需搭配艺术家的美感及所需要的技巧，才能让整个舞台场景所呈现的效果，达到预定的目标。
在虚拟舞台环境下，光源主要用途是提供照明，拟真的程度往往并不是很好，这主要是软硬件的设计上为了达到虚拟实境的要求，基本上所采取的都是区域照明（Local Lighting）的方式，光源照射到模型表面后就直接进入经过剪裁的矩形投影平面，而不去计算光源的能量在不同表面的反射。然而在真实环境中，有许多的光源来自物体表面的反射。要更精准呈现全部的光源时，应当采用全域照明的方式。全域照明时，光源照射到虚拟模型表面后，光子会在具有反射能力的材质表面进行反射，直到衰减至难以计算，最后才进入摄影机。由于全域照明的灯光模拟方式，可大幅提高真实程度，但是对于目前的软硬件而言，还是需要经过非即时的算图着色方式才能完成。
虚拟舞台系统灯光应当包括四种基本光源：环境光源（Ambient light）、点光源（Point light）、聚光灯（Spotlight）与方向光（Direct light），并且在特定情况下能够使用至少八个光源。因为材质的属性不同，灯光与材质表面之间的关系主要分成三大类：反射表面（Specular surface）、散射表面（Diffuse surface）与半透明表面（Translucent surface）。虚拟舞台系统包含一个定点（Vertex），它是系统模型的最小单位，可同时具有灯光、颜色及透明度的属性。顶点灯光（Vertex lighting）是模仿灯光效果的方法之一，顶点的数目越多，灯光效果越准确，但所需的模型面数更多。模型顶点的数量与分布，对于光源品质有直接的影响，顶点越少则越不能呈现灯光真实的照明效果，顶点越多则灯光照明效果越准确。当照射角度小，表示光源与点的法线接行，则因直接照射而使得点被照亮，反之照射角度大，表示光源与点的法线接近垂直，则点呈现未被照亮的阴暗状态。
三、虚拟舞台系统灯光设计的关键维度
1.灯光类型需结合实际
在虚拟舞台系统之中，一切的角色与物件仍然与真实环境一般，需要灯光与阴影来做为物体的可视条件，并且灯光也是用来创造整体影像情境与色调最主要的设定工具及技术。与一般现实中的舞台不同的是，在虚拟场景里只要电脑运算能力许可，创造者可以依其情境设定的需要建立起无数的灯光数目，并且还可随意改变灯光及阴影的强度与颜色，制造出想要达到的视觉效果。例如，由点光源所模拟出来的火焰类型的灯光，以及借助方向灯所产生平行且锐利的格状光线与阴影等，都需要考虑各种灯光类型、特质来作具体运用，以达到最恰当的模拟效果与情境营造。
2.色彩与光影需把握观众情感
在虚拟舞台系统中，色彩与光影都是以虚拟而非真实性的物质，也由于不受现实环境的限制而具有更多的创意空间。在色彩方面，每个舞台影像都应有整体的色彩基调来配合创作的主题，例如低彩度的色系适于怀旧的主题、高彩度的影像则适于活泼型的影像风格。以色彩心理层次方面，色彩具有文化性、象征性与流行性的特质。在文化性方面，主要是根据国家的民俗习惯，如红色在中国代表吉祥，而白色却在日本具有吉祥的意义。因此，主题若有关于文化性题材，选择适宜的颜色对主题的传达会有强化的效果。在象征性方面，主要依照大众普遍对色彩的心理反应来决定，如蓝色象征和平、黑色象征黑暗与危险等。关于色彩流行性方面，利用观察时下无论是服装、产品设计等的流行用色，应用于具有商业性质创作的题材，不但帮助主题意念的传达，也会提升观众的认同感。舞台虚拟系统的光影表现是主导表演视觉气氛最具影响力的因素。创作者根据影像的主题与营造的气氛，可用明调光（High Key）、低调光（Low Key）与逆光（Back Lighting）等光影类型来运用。如要制作出轻松写意气氛的影像主题，可采用明调光；若需要营造出具有戏剧性、心理性或神秘气氛的影像，可采用低调光及逆光的光影手法，表现出影像的视觉主题。
参考文献：
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