球幕影院劇場設計及技術科普——以中國杭州低碳科技館球幕影院為例

陶 曄 王迎春 呂佳璐

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球幕影院劇場設計及技術科普——以中國杭州低碳科技館球幕影院為例

陶 曄 王迎春 呂佳璐

中國杭州低碳科技館，浙江 杭州 310051

近年來，隨著國家以及地方政府對社會性、公益性、群眾性科普教育機構不斷加大建設投入，許多城市紛紛建造科學技術館、科技類博物館、科學中心、科學宮。根據中國科協科普發展規劃（2016～2020年），我國科技館的數量到2020年保有量達到1000個。現有的大中型科技館（建筑面積在8000平方米以上）都標配特效影院，特種電影作為一種創新科普展教傳播形式吸引許多到訪參觀者，它利用各種高科技技術，通過放映科普短片讓游客身臨其境的感受到科學的魅力。基于此，主要科普特效影院—球幕影院劇場設計及技術。

科技館；球幕影院；影院劇場設計；科普

特效影院之所以稱它為“特效”，是因為它的表現形式不只一種，比如大眾熟知的3D影院、4D動感影院以及在一線城市科技館中較為常見的比較特殊的影院——球幕影院，球幕影院又稱“穹幕影院”，最先出現于20世紀70年代，球幕影院外觀如球形，銀幕形狀是大半個圓穹頂，放映視域范圍可達360度，立體聲音響環繞球幕銀幕，即使電影畫面并非3D效果，觀眾也能產生聲臨其境的錯覺，沉浸感非常強烈。本文以中國杭州低碳科技館數字球幕影院為例，根據供貨商提供的球幕影院的技術文檔向大家簡單科普數字球幕影院設計及技術。

我館數字球幕系統結構設計整個影院設計綜合場地空間及影像效果，將影院設計為傾斜角度23度。投影機安裝在劇場的最高處和最低處。

數字球幕影院采用美國益世（E & S）公司Digistar 4 LCOS播放系統，整個系統由以下幾部分組成：

（1）控制、播放演示系統；

（2）數字放映系統；

（3）球幕系統；

（4）音響系統；

（5）LED燈光系統；

（6）座椅系統。

1 控制、播放、演示系統

影院劇場使用全球市場占有率最高的數字劇場系統——美國益世（E & S）公司開發的Digistar系統，該系統具有全球幕渲染、天文演示及對劇場內其他周邊系統進行實時同步控制能力。該系統硬軟件主要有：

（1）控制服務器。與其他計算機和部件相連，是Digistar系統主要控制裝置，為操作人員提供播放演示界面，向劇場內各類設備發出指令并對系統狀況進行監控。

（2）圖形計算機。實時提供最高質量的基于PC的圖像渲染，每臺圖形計算機都能夠生成實時三維節目、顯示視頻窗口，并同時解碼預先渲染的全球幕視頻圖像。

（3）音頻計算機。將各種數字音源混合形成可以輸出的5.1格式的數字音頻流，控制計算機通過音頻計算機控制音源回放和音量以提供節目場景的混音并通過光纖線路連接外部音響放大和播放系統。

（4）操控臺。包括2臺液晶顯示器、背光鍵盤和鼠標、PDA手持控制器、操作桿。

（5）軟件。每臺服務器都按照Windows7操作系統及Digistar 4星空表演及球幕播放軟件。

2 數字放映系統

影院通過2臺4K SONY SRX-T420投影機和2個加配的110度廣角鏡頭將Digistar計算機系統生成的圖像投射在整個球幕上，投影機固定在球幕南北對端，每端1臺投影機，沿球幕基線與地平線成夾角23度向上投射，覆蓋環繞水平基線360度、鏡頭張角向上45度覆蓋至球幕天頂區域，每臺投影機投出的獨立的圖像經過Digistar系統的校正和邊緣融合后組成一個完整、無縫的圖像投在整個球幕上。SONY SRX-T420高畫質4K投影機，使用4 200 W超大功耗和發熱量的高功率氙燈。而且在持續的高功耗的發熱下，能保證畫面 長時間持續穩定地工作。它可以投射4 096×2 160畫素的高畫質畫面，達到數字影院標準4K質量的信號，而且，此投影儀也可以接受2K畫面的訊號，透過投影機內部處理器的處理運算，轉成4K畫面投射出去，其投射的畫面質量也優于原來的2K畫面質量，具備高于3 000：1的高對比率，能夠提供21 000流明的亮度。益世公司設計的2個110度廣角鏡頭內置光闌，可以對球幕上投出的圖像亮度進行精細調解，實現投影儀之間的亮度平衡，鏡頭內置圖像掩模拼接技術，可以很容易控制圖像拼接。

3 球幕系統

影院球幕系統由Spitz公司生產的網架及幕板組成，網架由分割成32個三角形狀的經度方向組件和分割成5個分區的緯度方向的矩形鋁管及鋼管組件組成。網架結構緊湊，可使球幕保持所要求的幾何形狀，并且安裝在張力環上時實現自我支撐。網架還可以支撐劇場合理數量的影院設備。

設備可以包括：音響、照明燈、隔音層等。幕板由119塊復合曲面模具伸展成型鋁板組成，幕板上有1.6 mm直徑空，以3.2 mm孔中心距錯列排列，粉末噴涂表面達到所要求的光學特性使得放映面適合觀看明亮的放映景象，具有高分辨率、真實色彩和高對比度，并報紙規定的反射率，防止反射刺眼，幕板邊緣與龍骨組件的中心線重合，在76 mm中心采用3 mm鉚釘。

4 音響系統

影院音響系統采用BOWEN Technovation公司的Astro FX Audio MP 12 m球幕高級數字5.1環繞立體聲音響系統。

系統提供了一個專業的先進的多功能配置，包括4個高效的15英寸雙路音響（左前、右前、左后、右后）和2個12英寸的中置音箱，以及2個高性能的15英寸低音音箱，數字音頻處理器，高品質的數字影院6 800 W功率放大器，CD播放機，一套1 440 Hz的無線麥克風，一個16路的專業高級調音臺。該音響系統是全數字化的，各個聲道完全分離，由各自不同的功放提供音源，因此避免了各聲道的相互串擾問題。音頻通過時間先嵌入到球幕電影視頻流中，當球幕電影播放時，Digistar系統的圖形計算機播放相應的視頻流，音頻計算機根據視頻流通過光纖向音響系統發送數字音頻信號，確保音畫同步。

5 LED燈光系統

影院采用AstroFXAurora LED提供明亮、均勻的球幕照明和可選擇的程序化效果。LED燈的使用可以減少耗電及散熱量，便于維護，AstroFXAurora LED系統采用16位DMX控制來實現極為平滑的燈光控制。采用了新的三色LED芯片，極大地提高了光線的均勻性和柔和度。通過控制屏幕底圈的LED燈，可以生成顏色漸變，亮度漸變、顏色變化等效果。

6 座椅系統

影院劇場共有60個座椅，采用影院專用座椅，該 座椅根據人體工程學原理設計制造，適合人體坐姿的需要，外觀雅致，結構結實耐用，坐感良好、舒適、顏色搭配合理，做工精細。并都經過阻燃處理。

科技館的特效影院中的球幕影院是最有特色的影院劇場，觀眾在欣賞球幕影片，感受科技魅力的同時，我們更應該把球幕影院設計及技術進行科普，讓人們知道球幕影院是怎樣建造出來的，系統是怎樣集成整合出來，到底通過什么設備將圖像電影完美的顯示在球形熒幕。

[1]袁惠明.天象廳中的數字革命——數字技術在科普場館中的應用[J].現代電影技術，2011（3）：26-30.

Theater Design and Technology Popular Science — a Case Study of Hangzhou Low Carbon Science and Technology Museum of China

Tao Ye Wang Yingchun Lyu Jialu

Low carbon science and Technology Museum, Hangzhou, china, Zhejiang Hangzhou 310051

In recent years, with the countries and the local government to the social, public, mass science educational institutions continue to increase investment in the construction of, many cities have built museum of science and technology, science and technology museums, science centers, science palace. According to the China Association for science and technology science development plan （2016~2020）, the number of China’s science and Technology Museum to 2020 retains the quantity up to 1000. The existing large and medium-sized science and Technology Museum （construction area of 8000 square meters in the above） standard effects theater, film special as an innovative science exhibition teaching forms of communication to attract many visitors to visitors. It uses a variety of high technology, show science video to let visitors immersive feel science by charm. This paper will show you the design and technology of dome theater.

Science and Technology Museum; ball screen theater; theater design; popular science

J946

A

1009-6434（2016）08-0152-03