還記得五一前夕，第二屆“一帶一路”國際合作高峰論壇期間，北京奧林匹克公園中軸線上演的那場奇幻瑰麗的光影秀嗎？無數駐足觀看的人們無不為之驚喜感動。

如今，光影秀這種新奇的景觀藝術形式越來越多地點綴著城市的夜空，一棟棟建築古跡仿佛擁有了生命，讓整個城市更加具有活力。在欣賞高科技為我們帶來的視覺盛宴之餘，你知道光影秀是如何實現的？它基於怎樣的原理？又有哪些分類？還有人說大規模的光影秀會影響交通安全，這個說法是否恰當呢？

母親節到來之際，除了問候母親，感謝母親的無私奉獻，如果為她準備一場獨特的光影秀，會不會是個很棒的驚喜呢！光影秀真的可以自己做？沒錯，光影秀的原理非常簡單，我們可以利用十分簡易的設備，在家中就能呈現類似的光影效果。

這篇文章，我們將從光影秀發展的歷史說起，重點介紹光影秀中效果最為絢麗，臨場體驗最好的三維空間投影技術。當然還有剛才提到的，家中實現簡易三維光影秀的方法，有興趣的你在家中不妨一試哦。

光影秀鼻祖：霓虹燈

城市中最原始的光影秀在人類大規模使用電能之後不久就開始登上了歷史舞台，1902年法國工程師喬治斯·克勞德（Georges Claude）發明了霓虹燈，並在1910年開始向公眾進行展示，城市夜晚的熱鬧街區也從此越發地燈紅酒綠。

霓虹燈之所以“燈紅酒綠”，是因為它的燈管內部充有氖氣、氬氣或者氙氣等稀有氣體，當接通電源後燈管兩端被施加上數千伏的高電壓，管內這些氣體會發生電離，在燈管內部變成等離子體狀態。在此過程中，霓虹燈管會向外界發出特定頻率的光線，形成特定顏色的輝光。通過調節管內氣體的種類以及在管壁上塗抹熒光材料等方式，人類獲得了顏色繁多的霓虹燈。

五顏六色的霓虹燈可以構成陣列，再通過明暗交替等方式產生各種炫目的動態效果，早期的光影秀便就此誕生了。不過，這種光影秀呈現出的效果與如今的同類有著雲泥之別，其具體呈現的顏色數目遠遠達不到人們期待的效果，單個霓虹燈光的尺寸至少也有分米級別。因此，霓虹燈組無法實現精確細膩的圖像顯示效果，只能實現某些特定的圖案組合。作為店鋪招牌效果尚可，大範圍空間內的表現力就差強人意了。

光影秀之——主動發光式

時間推移到1962年，美國通用公司的尼克·何倫亞克發明了最早的發光二極管，就是我們所熟知的LED（Light Emitting Diode）。早期的LED只能發出微弱紅光，實用價值不大，僅僅作為儀器設備上的狀態指示燈使用。在之後的三十年裡，世界各國科學家和工程師不斷努力，不僅極大降低了LED的成本，提高了發光效率，更製成了從紅光、橙光、黃光到綠光的各種LED。

然而，綠光波段之後的藍光LED卻一直未能問世，直到1993年，供職於日本徳島縣日亞化學公司的中村修二終於製成了世界上第一個具有商用價值的藍光LED。不久，混合了各種光線波段的白光LED隨即面世，這一關鍵性的突破令人類從此進入了LED照明時代。時至今日，全球已有四分之一的照明光源採用了LED。

由於LED光源為點光源，且具有電能消耗低，發光亮度高的特點，光影秀的呈現形式也從霓虹燈向LED轉變。雖然液晶面板技術也在同期實現了大規模商業化，但布置一塊大型建築牆面大小的液晶顯示屏需要消耗上千塊面板，購置成本和運營成本都極為高昂，應用場合受到一定限制。LED景觀照明系統在成本方面的優越性也因此而凸顯出來。

例如，下面的照片來自位於日本神戶市著名的景觀——海岸公園。神戶港塔，神戶海洋博物館、美利堅東方大酒店以及大型摩天輪和複合商業設施MOSAIC等在這裡交相輝映。當夜幕降臨，這些建築大量採用的LED照明系統打造了神戶市的地標景觀。其中的大型摩天輪採用了大約12萬個LED光源，這麽多的LED燈可以在計算機的控制下演繹出各種不同的色調和明度變化，甚至還能顯示動畫。

光影秀之——被動投影式

與主動發光式相比，被動投影式的光影秀走出了一條完全不同的技術路線。如同電視和電影的區別一般，前者主動顯示圖像，而後者通過在螢幕上進行投影而獲得影像。

被動投影式的光影秀依據投影器材和螢幕介質的不同有著非常繁多的種類。類似技術包括音樂燈光噴泉和水幕電影等等。利用水作為螢幕介質，將燈光或者影像呈現在水幕之上，這次以“一帶一路”為主題的大型光影秀不光應用了大規模LED陣列，也包含了大型水幕投影的環節。

隨著投影設備功率以及分辨率的不斷增大，我們可以獲得清晰投影的螢幕範圍不斷擴大，投影的清晰度也越來越高。因此，在建築牆面直接投射高質量影像的技術條件也逐漸成熟起來。與水幕電影相比，這種技術並沒有革命性的創新，應用的原理完全相同，只是具體呈現方式有所差別而已。

另外值得一提的是近年來非常流行的3D光影秀，這種技術最大的亮點就是它所依賴的螢幕將不再是平面，而是立方體，乃至完全自由的異形表面。同時，作為螢幕的物體也不僅僅局限於高大的建築，比如車輛乃至運動鞋等複雜曲面都可以用3D光影秀的形式表現。

一場成功的3D光影秀不僅需要專業的技術人員，更需要來自導演、設計、音響師、美工師等影視專業人員的協助。目前，已有多個利用3D光影秀進行產品發布的成功案例，其中就包括了奧迪、新百倫等世界知名品牌。

時間回到1969年，這一年美國加州安納海姆迪士尼樂園完成了最早的3D光影秀實景演出。受製於當時的設備條件，類似展示在之後的幾十年裡主要局限於室內。直到2000年後，利用高輝度大型投影儀在廣闊的空間和巨大建築物表面實施的3D光影秀演出變得越來越普遍。

這期間我們都取得了哪些技術進步呢？除卻上面提到的投影設備功能增強，計算機技術的同步提升，也令相關軟體的功能更加強大。在實施3D光影秀之前，專業人員會先利用計算機對複雜曲面進行建模，軟體會協助我們以盡可能小的畸變將影像投影於異形建築表面。此時，受製於光線無法彎曲的天然特性，一台投影設備顯然無法滿足異形表面的全向投影要求。先進的行業軟體可以協助規劃多台投影儀的機位以及相互間的分工，進而保證了最佳的投影效果。

光影秀之——家中DIY

在戶外廣闊空間進行的3D光影秀表演當然需要造價高昂的專業設備，但是我們在家中利用普通的家用投影機和家用電腦，同樣可以製作出簡易版的3D光影秀。

準備在母親節給母親驚喜的人要認真看這裡了，大致步驟如下圖所示，我們首先利用白紙板製作一個立方體投影螢幕，再在電腦上安裝簡化版的3D投影製作軟體。之後，將電腦和投影儀連接，對立方體朝向投影儀的三個表面逐個進行調整，令投影儀可以將內容分別投影到這三個表面。如此一來，3D投影就製作完成了。

雖然離高大上的光影秀還有不小的距離，但作為母親節送給母親的驚喜問題不大，當母親看見自己陪伴孩子成長的影像一幅幅出現在眼前，那份感動一定會成為她一生美好的回憶。

最後，至於光影秀會不會影響交通安全，筆者個人認為雖然這種安全隱患確實存在，但多少有一點言過其實。建議各位行駛的駕駛員還是以安全為主，如果想要欣賞這令人愉悅的光影秀，不妨安全停車後步行至展示場附近，輕鬆愉快地飽覽個痛快。

作者：【中】張昊 日本大阪大學產業科學研究所 助理教授

審閱：郭曉楊 深圳技術大學工程物理學院副教授

編輯：王波

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