王 儉

（北京贏康科技股份有限公司，北京 100176）

建筑投影是一種投影映射（Projection Mapping），其借助投影技術(shù)和三維動(dòng)畫技術(shù)，結(jié)合建筑體結(jié)構(gòu)，將極具立體空間感的視頻內(nèi)容投射到建筑體表面，讓建筑“活”起來。由于建筑投影具有畫面大、酷炫、震撼、沉浸感和科技感強(qiáng)等特點(diǎn)，能給觀眾帶來強(qiáng)烈的視覺沖擊，被廣泛應(yīng)用于城市亮化、旅游景區(qū)、夜游等文旅領(lǐng)域。

近年來，戶外建筑投影不斷發(fā)展，并逐步趨于成熟，在文旅項(xiàng)目中發(fā)揮舉足輕重的作用，一些成功的應(yīng)用案例，甚至成為整個(gè)項(xiàng)目的“點(diǎn)睛之作”。但也有不少項(xiàng)目，由于不具備安裝條件，或者投影基站對景觀造成很大影響，導(dǎo)致方案無法落地而“夭折”；而有些項(xiàng)目，由于在設(shè)計(jì)或施工過程中，對建筑投影的諸多因素考慮不周，導(dǎo)致實(shí)際效果達(dá)不到預(yù)期，從而不被業(yè)主認(rèn)可。

筆者以參與設(shè)計(jì)和實(shí)施的《魅力蕪湖》臨江橋塔投影秀項(xiàng)目為例，探討建筑投影設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的幾個(gè)要素，分享在設(shè)計(jì)及實(shí)施中遇到的問題及解決方案。

1 建筑投影的關(guān)鍵要素

建筑投影的環(huán)境通常比較復(fù)雜，會(huì)受到很多要素的影響和制約，如何保證項(xiàng)目從規(guī)劃、設(shè)計(jì)到實(shí)施都能達(dá)到預(yù)期效果，需要對影響建筑投影的每一要素進(jìn)行充分的分析和考量。

1.1 建筑成像面

對于建筑投影的成像面即建筑表面，主要考慮建筑表面的幾何形狀和建筑表面的材質(zhì)，特別是建筑表面材質(zhì)的反射系數(shù)。材質(zhì)的反射系數(shù)是決定投影機(jī)的亮度選擇、最終照度是否足夠的關(guān)鍵。

建筑表面材質(zhì)種類繁多，如常見的有混凝土、陶瓷類、石材類、木制、玻璃、鋁扣板、外墻涂料等。不同材質(zhì)的反射系數(shù)不一，對建筑投影效果起著至關(guān)重要的作用。若建筑表面為穿孔鋁板，反射系數(shù)高，光損小，則成像效果較佳（見圖1）；若建筑表面為玻璃幕墻，透過率高，光損大，則成像效果較差（見圖2）。

圖1 穿孔鋁板的建筑外墻

圖2 玻璃外墻的建筑

蕪湖臨江橋位于青弋江和長江交匯口處，為單塔的斜拉索橋，橋塔高73.5 m，最寬處16 m，呈魚的形狀，寓意“魚米之鄉(xiāng)”（見圖3）。江兩側(cè)是濱江公園，有長達(dá)幾公里的棧道，供市民和游客觀光，長江航線有旅游觀光船，可以欣賞沿岸亮化的夜景。

橋塔成像面有約三分之二為玻璃幕墻，其他部分為灰色鋁合金面板（見圖4）。現(xiàn)場通過白場測試，用照度計(jì)和亮度計(jì)測量，實(shí)際測量結(jié)果：玻璃幕墻反射系數(shù)約為0.3，鋁合金面板反射系數(shù)約為0.8。很明顯，由于玻璃存在反射和透射雙重?fù)p失，光損嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域圖像照度不足，整體畫面照度不均為等問題。為了減少玻璃幕墻區(qū)域的光損，在玻璃幕墻背面做了貼膜處理。最終測試結(jié)果表明，經(jīng)過貼膜處理后，玻璃幕墻反射系數(shù)提升到約0.5。

圖3 斜拉索橋的魚形單塔

圖4 橋塔的成像面

圖5 《魅力蕪湖》投影機(jī)的位置

圖6 A點(diǎn)投射光和成像面的關(guān)系

1.2 場地條件

建筑成像面問題解決后，確定場地條件是否符合要求是重要的環(huán)節(jié)。場地條件主要有以下幾方面：

（1）是否有適合的安裝空間位置；

（2）投影基站和建筑物之間是否有阻擋物；

（3）投影基站是否有限高條件（在古建筑投影中比較重要）；

（4）投影基站的建設(shè)安裝是否會(huì)對周邊景觀造成較大影響。

除了上述需要考慮的因素之外，還要考慮建筑體自身或周邊環(huán)境燈光是否可控；投影基站建設(shè)安裝點(diǎn)是否可行，是否需要跨部門之間的協(xié)調(diào)等問題。

在對《魅力蕪湖》投影機(jī)位置的選擇過程中，甲方選擇A點(diǎn)，如圖5所示，因?yàn)榻ㄖ上衩鎸?shí)際和中軸線約有20°夾角，A點(diǎn)投影光和建筑面接近正相交，如圖6所示，光損最小，成像效果最佳，理論上A點(diǎn)是最佳投影點(diǎn)位。

但根據(jù)甲方提供的現(xiàn)場照片，通過衛(wèi)星地圖觀察分析，筆者所在技術(shù)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，A點(diǎn)不是最佳安裝點(diǎn)。如果投影機(jī)安裝在A點(diǎn)，投影基站和旁邊的中江塔（距今有400多年歷史）很不協(xié)調(diào)，如圖7（a）所示，嚴(yán)重破壞整體景觀環(huán)境；另外，A點(diǎn)跨江投影，投影距離遠(yuǎn)，也增加了光損，如圖7（b）所示。

通過衛(wèi)星地圖，確定位于觀光棧道旁的一片綠化地作為投影機(jī)安裝位置，即B點(diǎn)。雖然該位置投影光和成像面不是正交（約有20°夾角，見圖6），會(huì)造成一定光損，但該位置周邊開闊，對景觀環(huán)境影響不大，如圖8所示；同時(shí)，該點(diǎn)位投影距離縮短了一倍，降低了光損。

經(jīng)過實(shí)地考察和綜合考量，確定B點(diǎn)是更為合適的投影位置。

圖7 A點(diǎn)場地條件

1.3 投影基站的建設(shè)

防護(hù)箱或投影機(jī)房及其附屬的基礎(chǔ)建設(shè)，在業(yè)內(nèi)習(xí)慣稱為投影基站。投影基站的設(shè)計(jì)、建造，首先要考慮能滿足投影機(jī)安全運(yùn)行的環(huán)境；其次，要考慮安裝維護(hù)的便捷性，更重要的是要考慮對景觀環(huán)境的影響降到最低限度。

投影基站的安裝位置、高度，決定了投影機(jī)傾斜角度和畫面失真的問題，應(yīng)選取最佳位置減少亮度損失。

投影基站外觀應(yīng)與周圍環(huán)境的建筑風(fēng)格相協(xié)調(diào)，盡量選擇隱蔽的安裝點(diǎn)，避免給周邊景觀造成大的影響，如青島黃島區(qū)政府水秀項(xiàng)目的投影基站，如圖9所示，安裝在綠化帶中，與“中國結(jié)”相呼應(yīng)，有一定的隱蔽性；必要時(shí)，需要進(jìn)行藝術(shù)處理、美化包裝，如珠海長隆鯨鯊雕塑投影投影基站，設(shè)計(jì)成仿古建筑風(fēng)格，如圖10所示，融入周邊景觀環(huán)境；又如鄭州美盛地產(chǎn)項(xiàng)目示，結(jié)合書院街的主題，對投影基站進(jìn)行藝術(shù)包裝，將其設(shè)計(jì)為“書”的造型，如圖11所。

圖8 B點(diǎn)的場地條件

圖9 青島黃島區(qū)政府水秀項(xiàng)目投影基站

圖10 珠海長隆鯨鯊雕塑投影投影基站

圖11 鄭州美盛地產(chǎn)項(xiàng)目

如果投影基站的設(shè)計(jì)、造型及安裝位置不合理，與周邊環(huán)境不協(xié)調(diào)，會(huì)對景觀造成很大影響，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致項(xiàng)目被叫停。筆者曾經(jīng)歷過這類不成功的項(xiàng)目（基站是甲方設(shè)計(jì)的，業(yè)主不滿意），因投影基站安裝位置隱蔽性差，設(shè)計(jì)缺乏藝術(shù)美感，與周邊景觀不協(xié)調(diào)，最終被叫停整改（見圖12）。

吸取成功的經(jīng)驗(yàn)和失敗的教訓(xùn)，針對《魅力蕪湖》，在確定了投影基站的安裝位置后，提供了投影基站的技術(shù)要求（包括基站的高度、安裝點(diǎn)位、空間尺寸等），并要求甲方對基站做必要的藝術(shù)包裝，最終方案必須要業(yè)主認(rèn)可，而且要具備可實(shí)施性。對此，甲方也非常重視，綜合考慮整個(gè)周邊環(huán)境，提出了多種方案，一種為中西結(jié)合風(fēng)格造型，如圖13（a），體現(xiàn)開放的人文，與古塔遙遙呼應(yīng)；另一種為現(xiàn)代抽象派雕塑造型，如圖13（b），體現(xiàn)歷史、現(xiàn)代科技，并展望未來。

但上述方案均被業(yè)主否定，經(jīng)過多輪論證，最終提出了明確的建設(shè)原則：“簡樸實(shí)用”。配合這一原則，在滿足投影機(jī)安裝、運(yùn)行及維護(hù)便捷的基礎(chǔ)上，盡量避免對景區(qū)環(huán)境造成影響。經(jīng)過現(xiàn)場勘察，并采用計(jì)算機(jī)仿真模擬投影基站和周邊景觀的空間位置，提出了簡樸、接地氣的投影基站建設(shè)方案，柱體高10 m，投影房高3 m，整體材質(zhì)以鋼結(jié)構(gòu)為主，外表仿實(shí)木，并做噴漆防銹處理，如圖14所示。實(shí)踐證明，整體設(shè)計(jì)方案達(dá)到了預(yù)期效果：簡樸實(shí)用。對景觀環(huán)境影響最小，實(shí)景圖如圖15所示，最終被業(yè)主方認(rèn)可。

圖12 不成功的投影基站

圖13 《魅力蕪湖》投影基站的多種設(shè)計(jì)方案

圖14 《魅力蕪湖》投影基站的最終設(shè)計(jì)方案

圖15 《魅力蕪湖》投影基站的實(shí)景圖

圖16 不同照度指標(biāo)的實(shí)際效果對比

表1 公共場所環(huán)境照度標(biāo)準(zhǔn)

1.4 環(huán)境照度

針對戶外投影，在設(shè)計(jì)及實(shí)施過程中，要充分考慮環(huán)境光對建筑體的影響。根據(jù)光比及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，要獲得良好的畫面效果，投射到建筑體表面的照度要高于環(huán)境照明5倍以上；并盡量避免周邊環(huán)境光直接照射到投影顯示區(qū)域。必要時(shí)，需要對周邊環(huán)境照明進(jìn)行適當(dāng)控制。

結(jié)合多年戶外建筑投影的經(jīng)驗(yàn)積累，以及公共場所環(huán)境的照度（見表1）情況，總結(jié)建筑投影照度標(biāo)準(zhǔn)如下①：

（1）建筑投影設(shè)計(jì)照度≥ 300 lx，可以獲得完美的效果；

（2）建筑投影設(shè)計(jì)照度≥ 200 lx，可以獲得優(yōu)秀的效果；

（3）建筑投影設(shè)計(jì)照度≥ 150 lx，可以獲得良好的效果；

（4）建議最低照度不低于120 lx，可以達(dá)到基本效果。

不同照度指標(biāo)的實(shí)際效果對比如圖16所示。

在《魅力蕪湖》的投影設(shè)計(jì)中，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境照度指標(biāo)，綜合考慮項(xiàng)目投資預(yù)算的場地范圍，在滿足項(xiàng)目需求的基礎(chǔ)上，照度指標(biāo)按照理論值為120 lx進(jìn)行設(shè)計(jì)，光路模擬如圖17所示。采用6臺Crimson WU25投影機(jī)，1×3三通道融合投形成整幅畫面，每通道雙機(jī)疊加，照度在90 lx～140 lx，平均照度115 lx。

圖17 《魅力蕪湖》投影的光路模擬

圖18 《魅力蕪湖》投影的場地?zé)艄猸h(huán)境

通過《魅力蕪湖》現(xiàn)場照片來分析一下環(huán)境照度對投影畫面質(zhì)量的影響。圖18（a）是在投影秀播放時(shí)間段周邊道路照明、景觀照明等環(huán)境光直接投影到建筑體的情景，橋塔左側(cè)的黃色光是中江塔的景觀照明燈的散射光，橋塔下方還有橋體路燈的直射光。這些都來自于城市必須的照明，是不允許關(guān)閉的。圖18（b）為深夜時(shí)所有景觀照明關(guān)閉的情景。圖19是投影表演時(shí)環(huán)境照明對畫面的影響情況，包括塔橋和周邊建筑照明、塔橋的拉索燈、古塔的照明光，這些直接投射到橋塔表面；周邊樓體亮化燈光，造成背景光亮，導(dǎo)致圖像對比度下降，給觀眾的視覺感覺畫面不夠亮。從現(xiàn)場對比可以看出，環(huán)境照度對橋塔圖像對比度的影響非常大。

圖19 投影表演時(shí)環(huán)境照明對畫面的影響情況

圖20 觀眾視點(diǎn)——近距離觀眾

圖21 觀眾視點(diǎn)——遠(yuǎn)距離觀眾

1.5 觀眾視點(diǎn)

戶外建筑投影，從投影設(shè)計(jì)到視頻影像的制作，都要考慮觀眾視點(diǎn)——受眾人群。

（1）若觀看區(qū)與成像面距離較遠(yuǎn)、建筑物很高，實(shí)際場地寬闊，首先要考慮觀看者的視角，設(shè)計(jì)合適的整屏分辨率。

（2）若觀看區(qū)與成像面距離很近，就要重點(diǎn)考慮成像面的整屏分辨率的像素，保證觀看人員看到清晰的圖像。

（3）根據(jù)建筑物位置，畫面的尺寸、觀看人員的視角、觀看距離，確定投影區(qū)域的整體分辨率，與視頻影像協(xié)調(diào)一致，避免浪費(fèi)和失真，保證主觀看區(qū)效果。

《魅力蕪湖》在設(shè)計(jì)時(shí)兼顧了兩部分觀看點(diǎn)的受眾人群，一部分為兩岸固定觀看點(diǎn)，觀眾視點(diǎn)與橋塔距離在50 m ～150 m；另一部分為在長江航線的旅游觀光船上欣賞，距橋塔在300 m左右。總之，需要確保遠(yuǎn)近觀眾都能看到理想的畫面效果，如圖20、圖21所示。

2 工程實(shí)施中常見的問題

戶外建筑投影除了要注意上述的幾個(gè)要素，還要保證嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)工藝施工。無論是投影機(jī)、媒體播放、信號傳輸、控制及線纜等設(shè)備、器材，都要求選取高品質(zhì)的產(chǎn)品，保障系統(tǒng)能達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。

該項(xiàng)目從設(shè)計(jì)到產(chǎn)品選型，嚴(yán)格遵從上述準(zhǔn)則，但最初調(diào)試結(jié)果并不理想。綜合分析，如前文闡述的因素，整個(gè)環(huán)境照度過高，造成圖像視覺效果不夠亮。針對這個(gè)問題，對各環(huán)節(jié)逐一深化解決。

在工程實(shí)施中發(fā)現(xiàn)，甲方外協(xié)單位制作的投影房的投影窗口玻璃沒有按照提供的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，采用了普通玻璃，導(dǎo)致亮度損失過大。經(jīng)過整改，采用高透射率的光學(xué)玻璃后，亮度提升近20%，圖22為更換光學(xué)玻璃前后的對比。

圖22 更換光學(xué)玻璃前后對比的效果

圖23 調(diào)整圖像色度及飽和度前后對比的效果

另一個(gè)存在的問題是，由于橋塔整體面板材料呈灰色，導(dǎo)致視頻畫面色彩失真嚴(yán)重。對視頻影像的色彩飽和度等參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)整，畫面亮度及色彩改善明顯，圖23為調(diào)整圖像色度及飽和度前后的對比效果。

3 結(jié)語

當(dāng)下，雖然戶外投影技術(shù)發(fā)展趨于成熟，得到廣泛應(yīng)用，但效果突出并能長期運(yùn)行的精品項(xiàng)目不多。筆者認(rèn)為，造成這種情況的主要原因是，在從事項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)施的過程中，對戶外投影的關(guān)鍵要素不了解或者不夠重視，簡單地把投影當(dāng)作“燈具”使用，項(xiàng)目前期規(guī)劃、預(yù)算、設(shè)計(jì)、施工都不夠細(xì)致和深入，未能充分地平衡各要素之間的關(guān)系，導(dǎo)致效果不佳。希望本文中所述內(nèi)容能對業(yè)界有所啟發(fā)和裨益。

注釋：

① 引用的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)源自《贏康科技2012年技術(shù)手冊》。