陳芳+李國(guó)棋

【摘 要】 利用北京工業(yè)大學(xué)自主開(kāi)發(fā)的視線分析軟件《神眼》，分析近年來(lái)中國(guó)劇場(chǎng)觀眾廳視線設(shè)計(jì)的案例。

【關(guān)鍵詞】 劇場(chǎng)；觀眾廳；計(jì)算機(jī)軟件；《神眼》

文章編號(hào)： 10.3969/j.issn.1674-8239.2014.08.009

Application of Auditorium Sight Analysis Software "God's Eye"

CHEN Fang， LI Guo-qi

（Theatre Design and Stage Research Institute Collage of Architecture and Urban Planning， Beijing University of Technology， Beijing 100124， China）

【Abstract】The Sight analysis software "God's Eye" developed by Beijing university of technology was used to analyzed some sight design cases of domestic theater auditorium in recent years.

【Key Words】theater； auditorium； computer software； "God's eye"； sight analysis

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)已成為建筑設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要應(yīng)用技術(shù)。近年來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)及三維模擬的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，使得計(jì)算機(jī)可以模擬更加真實(shí)的建筑場(chǎng)景，從而指導(dǎo)建筑師的設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)及查找設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，甚至解決相關(guān)技術(shù)難題。

北京工業(yè)大學(xué)自主開(kāi)發(fā)的視線分析軟件《神眼》，以計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，對(duì)劇場(chǎng)的觀眾廳進(jìn)行三維建模，并模擬觀眾視線，提供各種與視線分析相關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)，為建筑師進(jìn)行觀眾廳座椅排布及視線分析提供依據(jù)。同時(shí)，也為觀眾廳座椅自動(dòng)排布和計(jì)算觀眾安全疏散時(shí)間打下基礎(chǔ)。本文利用《神眼》軟件分析相關(guān)案例，同時(shí)也進(jìn)一步完善該軟件，旨在為建筑師進(jìn)行觀眾廳視線分析提供便利實(shí)用的工具。

1 觀眾廳視線分析

作為一種大型的公共建筑，劇場(chǎng)的設(shè)計(jì)除了要滿足一般大型公共建筑的結(jié)構(gòu)、造型等設(shè)計(jì)要求，其視線設(shè)計(jì)也是必不可少的環(huán)節(jié)。眾所皆知，如果沒(méi)有良好的視線質(zhì)量，那么劇場(chǎng)觀眾廳的設(shè)計(jì)無(wú)疑是失敗的。長(zhǎng)期以來(lái)，視線設(shè)計(jì)一直是建筑技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)難題。

在觀眾廳的設(shè)計(jì)階段，座椅的排布設(shè)計(jì)是最重要的環(huán)節(jié)。由于視線本身的不定性及各種遮擋因素的相互交叉性，很容易造成劇場(chǎng)建成后觀演質(zhì)量難以達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)效果，造成大量觀眾席位視線遮擋嚴(yán)重。如采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施，又會(huì)局限于建筑的整體結(jié)構(gòu)及資金問(wèn)題等，往往會(huì)造成相應(yīng)資源的浪費(fèi)。

合理的觀眾廳視線設(shè)計(jì)應(yīng)使觀眾能夠看到舞臺(tái)面表演區(qū)的全部，即使受條件限制時(shí)，也應(yīng)使視覺(jué)質(zhì)量相對(duì)不良的座椅的觀眾可以看到80%的表演區(qū)。在當(dāng)下觀眾廳的視線設(shè)計(jì)中，視點(diǎn)應(yīng)根據(jù)劇場(chǎng)實(shí)際需求進(jìn)行選擇：鏡框式臺(tái)口劇場(chǎng)宜選在舞臺(tái)面臺(tái)口線中心臺(tái)面處；大臺(tái)唇式及伸出式舞臺(tái)可將視點(diǎn)相應(yīng)的外移；島式舞臺(tái)視點(diǎn)應(yīng)選在表演區(qū)邊緣；當(dāng)條件限制時(shí)，視點(diǎn)可適當(dāng)提高，但不得超過(guò)舞臺(tái)面0.3 m，向大幕投影線或表演區(qū)邊緣后移，不應(yīng)大于1.0 m。

《劇場(chǎng)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ 57-2000，下同）5.1中規(guī)定：觀眾席對(duì)視點(diǎn)的最遠(yuǎn)視距，歌舞劇場(chǎng)不宜大于33 m，話劇和戲曲劇場(chǎng)不宜大于28 m，伸出式、島式舞臺(tái)劇場(chǎng)不宜大于20 m；鏡框式舞臺(tái)觀眾視線最大俯角，樓座后排不宜大于20°，靠近舞臺(tái)的包廂或邊樓座不宜大于35°。伸出式、島式舞臺(tái)劇場(chǎng)俯角不宜大于30°；水平視角為30°～60°，最前排水平視角不宜超過(guò)120°。

在現(xiàn)階段的觀眾廳座椅排布設(shè)計(jì)中，視線升高差C值應(yīng)取0.12 m，一般采用圖解法、相似三角形數(shù)解法、謝爾可公式法等方法求取地面升起坡度。一層樓座末排觀眾沿著看臺(tái)上沿的視線不應(yīng)被二層挑臺(tái)下沿遮擋，安排在后墻的放映設(shè)備應(yīng)保證無(wú)遮擋地投影到整個(gè)舞臺(tái)，邊座視線不應(yīng)被包廂、側(cè)墻遮擋。

然而，在實(shí)際的工作中，大多數(shù)建筑師所采取的方法是憑借其他劇場(chǎng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行座椅排布，所給出的圖紙也只是CAD二維圖紙，視線質(zhì)量難以得到保證。

2 視線分析軟件《神眼》

軟件《神眼》正是在當(dāng)下傳統(tǒng)設(shè)計(jì)手法無(wú)法保證視覺(jué)效果的環(huán)境下，利用三維模擬技術(shù)，根據(jù)AutoCAD圖紙構(gòu)建一個(gè)虛擬的劇場(chǎng)模型，并以此模型為基礎(chǔ)，對(duì)劇場(chǎng)中的觀眾席進(jìn)行視線分析和模擬，隨后以視線遮擋率為標(biāo)準(zhǔn)將座椅分為好、中、差三個(gè)等級(jí)。在分析結(jié)果的基礎(chǔ)上結(jié)合《劇場(chǎng)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)視線較差的劇場(chǎng)座椅排布進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以得到最佳視線情況下的座椅排布設(shè)計(jì)，為建筑設(shè)計(jì)師隨后修改設(shè)計(jì)圖紙資料提供科學(xué)、準(zhǔn)確、直觀的依據(jù)。

2.1 《神眼》的工作原理

為保證軟件計(jì)算工作的準(zhǔn)確性，在視線分析和排布優(yōu)化的整個(gè)過(guò)程中使用的約束條件和判斷標(biāo)準(zhǔn)均來(lái)自《劇場(chǎng)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》及相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)場(chǎng)景的仿真設(shè)計(jì)使用速度更快、性能更高且跨平臺(tái)的Open Scence Graph（簡(jiǎn)稱OSG）作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，使得分析和優(yōu)化結(jié)果更加直觀。同時(shí)，參數(shù)化設(shè)計(jì)也是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外較為流行的建筑設(shè)計(jì)手法，相比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具有更強(qiáng)的邏輯性、可控性和實(shí)時(shí)性。

良好的視線設(shè)計(jì)就是保證觀眾在觀看演出的時(shí)候能夠看到表演區(qū)的全部?jī)?nèi)容，軟件《神眼》對(duì)劇場(chǎng)觀眾廳的判斷約束條件符合《劇場(chǎng)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》中所規(guī)定的各種參量。在軟件的運(yùn)行中，首先對(duì)整個(gè)劇場(chǎng)的觀眾廳場(chǎng)景進(jìn)行虛擬的三維建模，隨后，采取從虛擬的觀眾位置向臺(tái)口發(fā)出射線來(lái)模擬真實(shí)的觀眾視線，以求得這些射線與前排觀眾、舞臺(tái)臺(tái)口等參量是否相交，并以此為基準(zhǔn)來(lái)判定該座位是否存在視線遮擋。視線遮擋率是指在初始參數(shù)相同的情況下，視線較差（軟件《神眼》中顯示為紅色）的座椅占總座椅的比例。該數(shù)值也可以作為衡量一個(gè)觀眾廳視線設(shè)計(jì)好壞的標(biāo)準(zhǔn)。endprint

遮擋檢測(cè)的原理是，把舞臺(tái)臺(tái)口等參量進(jìn)行量化細(xì)分，從觀眾席中的檢測(cè)視點(diǎn)引出視線到各個(gè)參量細(xì)分的點(diǎn)，并對(duì)遮擋物體與視線進(jìn)行交叉檢測(cè)。當(dāng)出現(xiàn)交點(diǎn)時(shí)，與交點(diǎn)相關(guān)的視線就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。這樣，就分別產(chǎn)生了以觀眾視點(diǎn)為頂點(diǎn)、舞臺(tái)臺(tái)口下沿、天幕上沿、天幕下沿為底邊的三角形遮擋情況，見(jiàn)圖1。這些細(xì)分?jǐn)?shù)值代表了對(duì)該觀眾廳座椅視線質(zhì)量的要求，通過(guò)對(duì)這些細(xì)分?jǐn)?shù)值的調(diào)整，即可得出不同限制條件下視線質(zhì)量的相關(guān)數(shù)據(jù)。同時(shí)，根據(jù)遮擋面積占舞臺(tái)臺(tái)口、天幕總面積的比例，可以求出總的遮擋率，從而能夠得出設(shè)計(jì)座椅的視線遮擋情況，隨后即可在設(shè)計(jì)中進(jìn)行座椅的優(yōu)化調(diào)整。

2.2 軟件工作流程及操作

軟件《神眼》的視線分析過(guò)程見(jiàn)圖2。

利用 《神眼》軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)視線仿真的具體過(guò)程如下：

首先，對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行三維建模。三維建模主要分為兩個(gè)部分：（1）利用AutoCAD中的建筑師所提供的座椅平面布置圖進(jìn)行座椅的坐標(biāo)定位；（2）利用SKETCHUP建模軟件對(duì)觀眾廳的舞臺(tái)、形狀等準(zhǔn)確定位。

完成上兩項(xiàng)工作后，將模型和數(shù)據(jù)導(dǎo)入到軟件《神眼》中，針對(duì)不同觀眾廳的演出質(zhì)量要求，在軟件自定的界面下對(duì)人眼高度、視點(diǎn)高度、判定標(biāo)準(zhǔn)等參量進(jìn)行設(shè)置。最后，計(jì)算機(jī)模擬視線仿真，可得出優(yōu)等、差等、中等的座位數(shù)及相關(guān)必要的參數(shù)，建筑師可根據(jù)這些參數(shù)對(duì)圖紙進(jìn)行必要的修改和調(diào)整。

3 應(yīng)用案例分析

3.1 800人小型劇場(chǎng)

案例一，觀眾廳的座椅包括池座（638座）和樓座（135座）兩個(gè)部分，共773座，其排布設(shè)計(jì)及視點(diǎn)等設(shè)計(jì)參量詳見(jiàn)圖3及表1。該劇場(chǎng)主舞臺(tái)尺寸為12 m×9 m×7 m（寬×深×高），臺(tái)口尺寸為12 m×7 m（寬×高）。

利用建筑師提供的建筑設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行建模，并導(dǎo)入視線分析軟件《神眼》中進(jìn)行視線分析，得出以下結(jié)論：

（1）樓座視線整體遮擋嚴(yán)重，原因在于C值分布不均勻，造成前后排觀眾遮擋；

（2）池座部分的視線遮擋主要集中于邊角地區(qū)，如圖4所示。一方面原因在于觀眾廳橫向輪廓偏寬，另一方面在于臺(tái)口尺寸偏小。

（3）座椅優(yōu)劣判斷標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2，觀眾席座椅視線分析數(shù)據(jù)結(jié)果詳見(jiàn)表3。

依據(jù)《神眼》分析結(jié)果，對(duì)原設(shè)計(jì)提出以下修改意見(jiàn)：

（1）對(duì)于觀眾廳的樓座部分，主要調(diào)整座椅排布的C值；

（2）對(duì)于池座部分，調(diào)整觀眾廳座椅排布，減少邊角座椅；

（3）臺(tái)口尺寸不變，調(diào)整觀眾廳形狀，減少橫向距離，可加大縱向距離；

（4）觀眾廳尺寸不變，增加舞臺(tái)臺(tái)口尺寸。

按照以上修改意見(jiàn)，重新調(diào)整劇場(chǎng)的座椅之后，再一次進(jìn)行視線分析，具體操作及分析內(nèi)容如下：

（1）調(diào)整舞臺(tái)臺(tái)口的尺寸，由原先的12 m調(diào)整為14 m，視線分析結(jié)果如圖5所示，對(duì)邊角區(qū)域的座椅視線質(zhì)量有較大的改善；

（2）對(duì)于樓座座椅，調(diào)整C值后樓座座椅的視線有了很大的改善，如圖6所示。

3.2 1500人大型劇場(chǎng)

案例二，座椅包括樓座（939座）和池座（438座）兩部分，共1 377座。另外，臺(tái)口尺寸為18 m×8 m（寬×高）； 舞臺(tái)尺寸為18 m×13 m×8 m（寬×深×高），其座椅排布圖及設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)圖7及表4。

經(jīng)軟件《神眼》分析后，具體分析數(shù)據(jù)及結(jié)果見(jiàn)圖8及表5，表3中的數(shù)據(jù)分別為視點(diǎn)為0.000及300 mm時(shí)的視線分析數(shù)據(jù)。由此，可以得出結(jié)論——座椅排布視線的整體遮擋率為21.9%，其中：

（1）池座部分前半?yún)^(qū)視線遮擋最為嚴(yán)重，原因在于前3排設(shè)計(jì)有會(huì)議桌，C值偏??；4排～10排設(shè)置為隔排升起，C值平均為10 cm，造成視線遮擋；后半?yún)^(qū)C值有所增加，平均為12 cm，視線良好，沒(méi)有遮擋。

（2）樓座部分視線遮擋座位主要集中在邊角區(qū)域，原因在于樓座座椅排布曲率半徑過(guò)小，雖然平均C值為12 cm，但出現(xiàn)座椅錯(cuò)位遮擋現(xiàn)象，造成視線遮擋。

（3）本方案使用功能以會(huì)議為主，為了降低觀眾席后排高差，可以適當(dāng)提高視點(diǎn)。

值得一提的是，《神眼》軟件可以仿真模擬每個(gè)座位的視線情況，更加清楚直觀地看出當(dāng)前座椅的遮擋情況及具體遮擋的參量。在該案例中，座椅排布平面圖（圖7）中所選A、B兩點(diǎn)的視線模擬圖如圖9～圖10所示。 B點(diǎn)視線質(zhì)量良好；A點(diǎn)的遮擋來(lái)源于臺(tái)口及天幕下沿，原因在于C值過(guò)小造成的前排觀眾對(duì)其產(chǎn)生橫向及縱向遮擋。

4 結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)軟件輔助設(shè)計(jì)突破了傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)手法，從而提高了建筑師的設(shè)計(jì)效率。在劇場(chǎng)觀眾廳的設(shè)計(jì)方面，視線分析軟件《神眼》有效地幫助解決了座椅排布中視線遮擋問(wèn)題，具有一定的實(shí)用性。不僅如此，該軟件對(duì)體育場(chǎng)館、階梯教室同樣適用，還將輔助解決人員安全疏散時(shí)間等問(wèn)題。當(dāng)然，目前軟件《神眼》還處于初級(jí)階段，存在一些操作上的問(wèn)題，有待進(jìn)一步改進(jìn)，敬請(qǐng)業(yè)內(nèi)外行家不吝指正。

注：由北京工業(yè)大學(xué)自主開(kāi)發(fā)的觀眾廳視線分析軟件《神眼》，獲國(guó)家版權(quán)局計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)保護(hù)，登記號(hào)2013SR089485。endprint

遮擋檢測(cè)的原理是，把舞臺(tái)臺(tái)口等參量進(jìn)行量化細(xì)分，從觀眾席中的檢測(cè)視點(diǎn)引出視線到各個(gè)參量細(xì)分的點(diǎn)，并對(duì)遮擋物體與視線進(jìn)行交叉檢測(cè)。當(dāng)出現(xiàn)交點(diǎn)時(shí)，與交點(diǎn)相關(guān)的視線就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。這樣，就分別產(chǎn)生了以觀眾視點(diǎn)為頂點(diǎn)、舞臺(tái)臺(tái)口下沿、天幕上沿、天幕下沿為底邊的三角形遮擋情況，見(jiàn)圖1。這些細(xì)分?jǐn)?shù)值代表了對(duì)該觀眾廳座椅視線質(zhì)量的要求，通過(guò)對(duì)這些細(xì)分?jǐn)?shù)值的調(diào)整，即可得出不同限制條件下視線質(zhì)量的相關(guān)數(shù)據(jù)。同時(shí)，根據(jù)遮擋面積占舞臺(tái)臺(tái)口、天幕總面積的比例，可以求出總的遮擋率，從而能夠得出設(shè)計(jì)座椅的視線遮擋情況，隨后即可在設(shè)計(jì)中進(jìn)行座椅的優(yōu)化調(diào)整。

2.2 軟件工作流程及操作

軟件《神眼》的視線分析過(guò)程見(jiàn)圖2。

利用 《神眼》軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)視線仿真的具體過(guò)程如下：

首先，對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行三維建模。三維建模主要分為兩個(gè)部分：（1）利用AutoCAD中的建筑師所提供的座椅平面布置圖進(jìn)行座椅的坐標(biāo)定位；（2）利用SKETCHUP建模軟件對(duì)觀眾廳的舞臺(tái)、形狀等準(zhǔn)確定位。

完成上兩項(xiàng)工作后，將模型和數(shù)據(jù)導(dǎo)入到軟件《神眼》中，針對(duì)不同觀眾廳的演出質(zhì)量要求，在軟件自定的界面下對(duì)人眼高度、視點(diǎn)高度、判定標(biāo)準(zhǔn)等參量進(jìn)行設(shè)置。最后，計(jì)算機(jī)模擬視線仿真，可得出優(yōu)等、差等、中等的座位數(shù)及相關(guān)必要的參數(shù)，建筑師可根據(jù)這些參數(shù)對(duì)圖紙進(jìn)行必要的修改和調(diào)整。

3 應(yīng)用案例分析

3.1 800人小型劇場(chǎng)

案例一，觀眾廳的座椅包括池座（638座）和樓座（135座）兩個(gè)部分，共773座，其排布設(shè)計(jì)及視點(diǎn)等設(shè)計(jì)參量詳見(jiàn)圖3及表1。該劇場(chǎng)主舞臺(tái)尺寸為12 m×9 m×7 m（寬×深×高），臺(tái)口尺寸為12 m×7 m（寬×高）。

利用建筑師提供的建筑設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行建模，并導(dǎo)入視線分析軟件《神眼》中進(jìn)行視線分析，得出以下結(jié)論：

（1）樓座視線整體遮擋嚴(yán)重，原因在于C值分布不均勻，造成前后排觀眾遮擋；

（2）池座部分的視線遮擋主要集中于邊角地區(qū)，如圖4所示。一方面原因在于觀眾廳橫向輪廓偏寬，另一方面在于臺(tái)口尺寸偏小。

（3）座椅優(yōu)劣判斷標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2，觀眾席座椅視線分析數(shù)據(jù)結(jié)果詳見(jiàn)表3。

依據(jù)《神眼》分析結(jié)果，對(duì)原設(shè)計(jì)提出以下修改意見(jiàn)：

（1）對(duì)于觀眾廳的樓座部分，主要調(diào)整座椅排布的C值；

（2）對(duì)于池座部分，調(diào)整觀眾廳座椅排布，減少邊角座椅；

（3）臺(tái)口尺寸不變，調(diào)整觀眾廳形狀，減少橫向距離，可加大縱向距離；

（4）觀眾廳尺寸不變，增加舞臺(tái)臺(tái)口尺寸。

按照以上修改意見(jiàn)，重新調(diào)整劇場(chǎng)的座椅之后，再一次進(jìn)行視線分析，具體操作及分析內(nèi)容如下：

（1）調(diào)整舞臺(tái)臺(tái)口的尺寸，由原先的12 m調(diào)整為14 m，視線分析結(jié)果如圖5所示，對(duì)邊角區(qū)域的座椅視線質(zhì)量有較大的改善；

（2）對(duì)于樓座座椅，調(diào)整C值后樓座座椅的視線有了很大的改善，如圖6所示。

3.2 1500人大型劇場(chǎng)

案例二，座椅包括樓座（939座）和池座（438座）兩部分，共1 377座。另外，臺(tái)口尺寸為18 m×8 m（寬×高）； 舞臺(tái)尺寸為18 m×13 m×8 m（寬×深×高），其座椅排布圖及設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)圖7及表4。

經(jīng)軟件《神眼》分析后，具體分析數(shù)據(jù)及結(jié)果見(jiàn)圖8及表5，表3中的數(shù)據(jù)分別為視點(diǎn)為0.000及300 mm時(shí)的視線分析數(shù)據(jù)。由此，可以得出結(jié)論——座椅排布視線的整體遮擋率為21.9%，其中：

（1）池座部分前半?yún)^(qū)視線遮擋最為嚴(yán)重，原因在于前3排設(shè)計(jì)有會(huì)議桌，C值偏??；4排～10排設(shè)置為隔排升起，C值平均為10 cm，造成視線遮擋；后半?yún)^(qū)C值有所增加，平均為12 cm，視線良好，沒(méi)有遮擋。

（2）樓座部分視線遮擋座位主要集中在邊角區(qū)域，原因在于樓座座椅排布曲率半徑過(guò)小，雖然平均C值為12 cm，但出現(xiàn)座椅錯(cuò)位遮擋現(xiàn)象，造成視線遮擋。

（3）本方案使用功能以會(huì)議為主，為了降低觀眾席后排高差，可以適當(dāng)提高視點(diǎn)。

值得一提的是，《神眼》軟件可以仿真模擬每個(gè)座位的視線情況，更加清楚直觀地看出當(dāng)前座椅的遮擋情況及具體遮擋的參量。在該案例中，座椅排布平面圖（圖7）中所選A、B兩點(diǎn)的視線模擬圖如圖9～圖10所示。 B點(diǎn)視線質(zhì)量良好；A點(diǎn)的遮擋來(lái)源于臺(tái)口及天幕下沿，原因在于C值過(guò)小造成的前排觀眾對(duì)其產(chǎn)生橫向及縱向遮擋。

4 結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)軟件輔助設(shè)計(jì)突破了傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)手法，從而提高了建筑師的設(shè)計(jì)效率。在劇場(chǎng)觀眾廳的設(shè)計(jì)方面，視線分析軟件《神眼》有效地幫助解決了座椅排布中視線遮擋問(wèn)題，具有一定的實(shí)用性。不僅如此，該軟件對(duì)體育場(chǎng)館、階梯教室同樣適用，還將輔助解決人員安全疏散時(shí)間等問(wèn)題。當(dāng)然，目前軟件《神眼》還處于初級(jí)階段，存在一些操作上的問(wèn)題，有待進(jìn)一步改進(jìn)，敬請(qǐng)業(yè)內(nèi)外行家不吝指正。

注：由北京工業(yè)大學(xué)自主開(kāi)發(fā)的觀眾廳視線分析軟件《神眼》，獲國(guó)家版權(quán)局計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)保護(hù)，登記號(hào)2013SR089485。endprint

遮擋檢測(cè)的原理是，把舞臺(tái)臺(tái)口等參量進(jìn)行量化細(xì)分，從觀眾席中的檢測(cè)視點(diǎn)引出視線到各個(gè)參量細(xì)分的點(diǎn)，并對(duì)遮擋物體與視線進(jìn)行交叉檢測(cè)。當(dāng)出現(xiàn)交點(diǎn)時(shí)，與交點(diǎn)相關(guān)的視線就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。這樣，就分別產(chǎn)生了以觀眾視點(diǎn)為頂點(diǎn)、舞臺(tái)臺(tái)口下沿、天幕上沿、天幕下沿為底邊的三角形遮擋情況，見(jiàn)圖1。這些細(xì)分?jǐn)?shù)值代表了對(duì)該觀眾廳座椅視線質(zhì)量的要求，通過(guò)對(duì)這些細(xì)分?jǐn)?shù)值的調(diào)整，即可得出不同限制條件下視線質(zhì)量的相關(guān)數(shù)據(jù)。同時(shí)，根據(jù)遮擋面積占舞臺(tái)臺(tái)口、天幕總面積的比例，可以求出總的遮擋率，從而能夠得出設(shè)計(jì)座椅的視線遮擋情況，隨后即可在設(shè)計(jì)中進(jìn)行座椅的優(yōu)化調(diào)整。

2.2 軟件工作流程及操作

軟件《神眼》的視線分析過(guò)程見(jiàn)圖2。

利用 《神眼》軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)視線仿真的具體過(guò)程如下：

首先，對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行三維建模。三維建模主要分為兩個(gè)部分：（1）利用AutoCAD中的建筑師所提供的座椅平面布置圖進(jìn)行座椅的坐標(biāo)定位；（2）利用SKETCHUP建模軟件對(duì)觀眾廳的舞臺(tái)、形狀等準(zhǔn)確定位。

完成上兩項(xiàng)工作后，將模型和數(shù)據(jù)導(dǎo)入到軟件《神眼》中，針對(duì)不同觀眾廳的演出質(zhì)量要求，在軟件自定的界面下對(duì)人眼高度、視點(diǎn)高度、判定標(biāo)準(zhǔn)等參量進(jìn)行設(shè)置。最后，計(jì)算機(jī)模擬視線仿真，可得出優(yōu)等、差等、中等的座位數(shù)及相關(guān)必要的參數(shù)，建筑師可根據(jù)這些參數(shù)對(duì)圖紙進(jìn)行必要的修改和調(diào)整。

3 應(yīng)用案例分析

3.1 800人小型劇場(chǎng)

案例一，觀眾廳的座椅包括池座（638座）和樓座（135座）兩個(gè)部分，共773座，其排布設(shè)計(jì)及視點(diǎn)等設(shè)計(jì)參量詳見(jiàn)圖3及表1。該劇場(chǎng)主舞臺(tái)尺寸為12 m×9 m×7 m（寬×深×高），臺(tái)口尺寸為12 m×7 m（寬×高）。

利用建筑師提供的建筑設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行建模，并導(dǎo)入視線分析軟件《神眼》中進(jìn)行視線分析，得出以下結(jié)論：

（1）樓座視線整體遮擋嚴(yán)重，原因在于C值分布不均勻，造成前后排觀眾遮擋；

（2）池座部分的視線遮擋主要集中于邊角地區(qū)，如圖4所示。一方面原因在于觀眾廳橫向輪廓偏寬，另一方面在于臺(tái)口尺寸偏小。

（3）座椅優(yōu)劣判斷標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2，觀眾席座椅視線分析數(shù)據(jù)結(jié)果詳見(jiàn)表3。

依據(jù)《神眼》分析結(jié)果，對(duì)原設(shè)計(jì)提出以下修改意見(jiàn)：

（1）對(duì)于觀眾廳的樓座部分，主要調(diào)整座椅排布的C值；

（2）對(duì)于池座部分，調(diào)整觀眾廳座椅排布，減少邊角座椅；

（3）臺(tái)口尺寸不變，調(diào)整觀眾廳形狀，減少橫向距離，可加大縱向距離；

（4）觀眾廳尺寸不變，增加舞臺(tái)臺(tái)口尺寸。

按照以上修改意見(jiàn)，重新調(diào)整劇場(chǎng)的座椅之后，再一次進(jìn)行視線分析，具體操作及分析內(nèi)容如下：

（1）調(diào)整舞臺(tái)臺(tái)口的尺寸，由原先的12 m調(diào)整為14 m，視線分析結(jié)果如圖5所示，對(duì)邊角區(qū)域的座椅視線質(zhì)量有較大的改善；

（2）對(duì)于樓座座椅，調(diào)整C值后樓座座椅的視線有了很大的改善，如圖6所示。

3.2 1500人大型劇場(chǎng)

案例二，座椅包括樓座（939座）和池座（438座）兩部分，共1 377座。另外，臺(tái)口尺寸為18 m×8 m（寬×高）； 舞臺(tái)尺寸為18 m×13 m×8 m（寬×深×高），其座椅排布圖及設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)圖7及表4。

經(jīng)軟件《神眼》分析后，具體分析數(shù)據(jù)及結(jié)果見(jiàn)圖8及表5，表3中的數(shù)據(jù)分別為視點(diǎn)為0.000及300 mm時(shí)的視線分析數(shù)據(jù)。由此，可以得出結(jié)論——座椅排布視線的整體遮擋率為21.9%，其中：

（1）池座部分前半?yún)^(qū)視線遮擋最為嚴(yán)重，原因在于前3排設(shè)計(jì)有會(huì)議桌，C值偏??；4排～10排設(shè)置為隔排升起，C值平均為10 cm，造成視線遮擋；后半?yún)^(qū)C值有所增加，平均為12 cm，視線良好，沒(méi)有遮擋。

（2）樓座部分視線遮擋座位主要集中在邊角區(qū)域，原因在于樓座座椅排布曲率半徑過(guò)小，雖然平均C值為12 cm，但出現(xiàn)座椅錯(cuò)位遮擋現(xiàn)象，造成視線遮擋。

（3）本方案使用功能以會(huì)議為主，為了降低觀眾席后排高差，可以適當(dāng)提高視點(diǎn)。

值得一提的是，《神眼》軟件可以仿真模擬每個(gè)座位的視線情況，更加清楚直觀地看出當(dāng)前座椅的遮擋情況及具體遮擋的參量。在該案例中，座椅排布平面圖（圖7）中所選A、B兩點(diǎn)的視線模擬圖如圖9～圖10所示。 B點(diǎn)視線質(zhì)量良好；A點(diǎn)的遮擋來(lái)源于臺(tái)口及天幕下沿，原因在于C值過(guò)小造成的前排觀眾對(duì)其產(chǎn)生橫向及縱向遮擋。

4 結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)軟件輔助設(shè)計(jì)突破了傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)手法，從而提高了建筑師的設(shè)計(jì)效率。在劇場(chǎng)觀眾廳的設(shè)計(jì)方面，視線分析軟件《神眼》有效地幫助解決了座椅排布中視線遮擋問(wèn)題，具有一定的實(shí)用性。不僅如此，該軟件對(duì)體育場(chǎng)館、階梯教室同樣適用，還將輔助解決人員安全疏散時(shí)間等問(wèn)題。當(dāng)然，目前軟件《神眼》還處于初級(jí)階段，存在一些操作上的問(wèn)題，有待進(jìn)一步改進(jìn)，敬請(qǐng)業(yè)內(nèi)外行家不吝指正。

注：由北京工業(yè)大學(xué)自主開(kāi)發(fā)的觀眾廳視線分析軟件《神眼》，獲國(guó)家版權(quán)局計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)保護(hù)，登記號(hào)2013SR089485。endprint