游走于虚幻与真实之间——《2060》灯光设计

陈永刚

（江苏省广播电视总台技术运维部，江苏 南京 210008）

2021年10月22日，江苏卫视国产原创动漫形象舞台竞演节目《2060》开播，“通过技术与内容的融合，为一众原创动漫IP提供展现的综艺舞台”[1]。《2060》邀请26组中国动漫优秀的原创设计者，采用虚拟技术引入虚拟生命（V-life）入驻虚拟空间“星环城”，这些虚拟生命、虚拟场景等虚拟元素被展示于真实的舞台空间，与演员、嘉宾、主持人同台竞技，而现场观众通过VR眼镜沉浸于一种扩展现实（XR）的演出氛围之中。“相比过去的电视节目，《2060》最大的亮点之一，就是利用高新技术给观众带来沉浸式的新奇体验”[2]。

整季节目共分五个阶段，分别在虚拟空间“星环城”的5个虚拟场景中制作完成，分12集播出。笔者承担了节目制作中真实场景和虚拟场景下的灯光设计与制作，经历了一次与往常不一样的尝试和挑战。基于此，笔者阐述主舞台、第二现场、BUFF房实体空间的灯光设计，以及采用虚幻引擎（Unreal Engine）设计5个虚拟场景下的灯光呈现，重点分析虚拟制作中的难点。

1 《2060》灯光设计思路及制作流程

套用总导演唐焱的话：“它代表着我们对未来的向往以及对未知的探索。”所以《2060》的创作注定是一次艰难的挑战，也是一次充满激情的创新。这是一档构架于距现在40年后的表演舞台，但它又依赖于现在的技术支持。

作为一个以XR技术为内核的节目，虚拟角色不但生活在“未来城”这个虚拟空间，还会“来到”节目演播现场。“她”会和演播室的嘉宾同台演出、互动，而节目嘉宾也需要“穿越”到星环城，或单独表演或与“她们”同台演出。

《2060》的灯光呈现是一个以虚实同步为目标的工作，所有的目标都是基于现场直播的效果，节目的制作流程见图1。在每个节目制作中，V-life角色制作完成后，导入虚拟场景并进行内容设计编程。同时，对每个节目表演进行精准的灯光设计，节目彩排前完成所有灯光设定，特别是完成灯光效果重演的关键帧录制。真实场景灯光及虚拟场景灯光都设计制作完成后，即可进行现场录制。通过录制采集的摄像机跟踪数据与灯光数据置入最优场景文件，二次渲染得出最终电视播出画面。

图1 节目制作流程

2 真实场景的灯光设计

《2060》节目采用虚幻引擎实现扩展现实，整个世界是设定在虚拟空间“星环城”，在灯光设计上要同时满足现场拍摄及XR制作技术的实时互动。

《2060》的实体空间主要由主舞台、第二现场、BUFF房等3部分组成。

2.1 主舞台的灯光设计

主舞台是一个实体影视绿箱，除了绿箱背景还有实体的表演圆台、观众席和嘉宾席，如图2所示。绿箱长50 m、宽30 m、高10 m，把整个人物和舞台加观众席全部融入进去。

图2 绿箱与实体舞台的混合空间

《2060》的主表演舞台是基于抠像技术，通过虚幻引擎将真实世界与虚拟世界融合在一起。这个空间的灯光设计需要解决以下问题：大空间绿箱背景照明，演区、嘉宾席、观众席的照明与刻画，节目环节中的流程效果光。主舞台的灯位设计如图3所示。由于空间较大，选用了100台400 W LED平板灯，对整个舞台的绿箱部分实现全覆盖的基本照明，使其达到抠像技术要求。如此大面积的绿箱空间，灯具选择上并没有直接选用白光LED平板灯，而是选择具有RGB色彩功能的灯具，在使用过程中，可以对绿箱色彩做细微的修正，保证绿箱背景的色彩一致。

图3 主舞台的灯位图

由于节目环节设置的需要，在布光上需要将绿箱与表演舞台、嘉宾席、观众席分割开来。使用了140台1 000 W高显指切割电脑灯以实现现场表演舞台、嘉宾席、观众席的照明与刻画。考虑到在大面积绿箱背景下反射的绿光对人物影响，表演区照度设定为700 lx，色温5 600 K，以减弱背景反射光对主体人物影响。在此基础上，使用了30台三合一光束灯及60台LED摇头染色灯，对表演空间进行适度的修饰勾勒，以满足节目环节设置需求的效果光。

2.2 第二现场

第二现场是动漫原创设计者集结区，属于节目的真人秀空间，在灯光设计上注重空间环境塑造。在空间塑造上力求还原背景的金属质感，使用LED平板灯与LED摇头染色灯的组合完成整体渲染和局部刻画，如图4所示。但需要注意的是，大量的金属质感材质的使用需要更好地控制光照，以消除高反射环境带来的不利因素。

图4 还原金属质感背景的第二现场

使用LED光源的高显指切割电脑灯对人物进行精准布光照明，使人物布光与环境光效得到较好的平衡。考虑到第二现场空间相对紧凑，在布光上将照度适当降低，面光照度控制在400 lx，加大摄像机光圈，增加景深表现。

2.3 BUFF房

节目还设置了3个不同风格的BUFF房，主要用于备战期间动漫原创设计者准备节目内容和形式，期间会有与V-life进行交流的环节，如图5所示。

图5 真人与V-life交流的BUFF房

在灯光布置上，以影视场景的布光思路进行处理，使用100 W LED平板柔光灯，色温可调。此处重点是要协调好真实空间与V-life同框共存的问题，在现场，V-life形象是以大屏的形式呈现的。需要处理好现场和屏幕内画面的色调、亮度，使二者在视觉上形成“真实”共存；精确调整真人秀的灯光照度与色温，在画面中将真人与V-life的光比、色调尽可能调整协调。

3 虚拟场景中的灯光设计

《2060》的时空背景建立在一个虚构的平行于现实世界的虚拟空间——星环城，这里生活着数以万计的虚拟生命。

整季《2060》节目分五个阶段，分别在星环城的五个虚拟表演空间完成，即卡岗图雅小剧场、水滴苍穹、长安未央城、长安智慧城、赫尔辛根默斯肯天空竞技场。在PIXOTOPE(基于虚幻引擎的演播室版本)中，通过抠像技术，将演播现场的真实场景与虚拟场景实时融合在一起。

虚拟场景制作中首次应用虚幻引擎的DMX灯光插件进行灯光设计，DMX插件中将DMX类灯具分为6种类型：Static（固定位置灯具）、Matrix/PIixel Bar（矩阵灯或像素条）、Moving Head（摇头类灯具）、Moving Mirror（镜面移动类灯具）、Strobe（频闪类灯具）、Other（其他特殊灯具）。在分类上完全与真实的专业舞台灯具匹配，可以依照现实中的经验去使用这些灯具来设计虚拟场景中的灯光效果。

3.1 卡岗图雅小剧场

《2060》前三期的场景卡岗图雅小剧场是模拟海选表演的舞台。在这个场景下的灯光呈现相对比较简洁，如图6所示，仅使用了少量的灯具完成这一阶段的表演。在灯位设计上，使用5台摇头spot完成正面照明造型需求，在背景上设计了5×11的矩阵灯墙、7台摇头spot灯作为逆光造型使用。在软件设置中，将灯具的模型设置为隐藏，力图画面更为干净。在节目表演的灯光效果上比较克制，使其舞台风格更符合海选阶段样式。

图6 卡岗图雅小剧场虚拟场景

虚幻引擎中可以通过设定灯具的亮度（照度）、投射距离、色温、阴影强度等参数模拟灯光的效果，为灯光设计带来很多便利。如可以设定将某些物体排除在灯光照射影响之外，根据使用需要任意放大或缩小灯光的大小体积。这样原本在现实世界中需要大量灯具去完成的环境照明、染色等，在虚幻引擎中可能只需要一台或两台点光源就可以满足整体空间的照明任务。在现实的工作中，往往受限于设备的特性；在这里对灯具的应用将更为自由，突破实体灯具设备性能的限制。

3.2 水滴苍穹

水滴苍穹是模拟一个体育馆的场景效果，其灯光设计整体风格偏向场馆类表演灯光布置。在灯光设计上，依附体育馆的造型、观众席弧线结构分布，分4个层次，相对工整，主要进行空间环境渲染；灯具选型以染色灯、光束图案灯和频闪灯为主。在《美羊羊与喜羊羊》节目表演中，通过蓝图设置，将场馆上空布置满可供DMX信号控制的六边形霓虹灯，勾勒出水滴苍穹的效果，如图7所示。

图7 水滴苍穹虚拟场景

以上效果的实现就是由虚幻引擎DMX灯光插件功能完成的，其可以将场景中任何物体转化成可控的发光灯具，而不再受限于具体的场地和设备。

3.3 长安未央城

长安未央城虚拟场景是一个建在水面上的八边形开放场地，如图8所示。其灯光设计除按照场景中观众席的走向设置，还特别设计了11根灯光立柱，解决它的立面造型。灯具选择仍选用光束灯、频闪灯。

图8 长安未央城虚拟场景

3.4 长安智慧城

长安智慧城虚拟场景是在一座摩天大楼顶部的天空剧场，它是一个狭长如一颗尖刺般的通道式舞台，如图9所示。

图9 长安智慧城虚拟场景

其虚拟灯光设计主要考虑纵深效果，在舞台立面设计了一个背景灯墙，同时两侧设计了光束灯的阵列，在打开时宛如蝴蝶的翅膀，解决了横屏画面的构图问题，拓展了场景的空间。由于后部地面是透明材质，又设计了纵向长条矩阵灯，可以实现类似音量柱效果。

3.5 赫尔辛根默斯肯天空竞技场

赫尔辛根默斯肯天空竞技场虚拟场景是宛如超级航空巨舰般的一座移动竞技场，长度达到了200 m，缓慢地漂浮于星环城中。

该虚拟场景的灯光设计主要考虑竞技场轮廓线条的勾勒，使用光束灯与频闪灯对建筑空间进行填充，形成飘带状的空间效果，如图10所示。

图10 赫尔辛根默斯肯天空竞技场的轮廓线条勾勒效果

3.6 V-life表演的虚拟场景

除对以上虚拟空间的塑造外，还针对每一个V-life的舞台表演风格塑造充满个性化的虚拟表演场景。

针对电视鸡《流光飞舞》的表演，根据角色特性，虚拟场景的设计采用了翻书的表现形式，完成场景的快速转换，类似于舞台剧中软式布景的效果；模拟布光效果时，同样采用舞台剧的处理手法，呈现简洁明快的表演场景，如图11所示。

图11 电视鸡《流光飞舞》的虚拟表演场景

弦与宋雨琦合作表演《邦尼》的虚拟表演场景是一个拉长并折叠成U形的国际象棋棋盘，整个场景狭长，如图12所示。在灯光设计上，呈现沿着棋盘两侧阵列分布频闪的效果，随着音乐节奏闪动，有飞机跑道灯的感觉。

图12 《邦尼》的虚拟表演场景

无限少女与白举纲合作表演《墨菲斯》的虚拟场景是一个末日废墟。根据整个场景风格，以及歌曲节奏激烈狂躁的摇滚曲风，原有长安智慧城的灯光效果不再适合，其灯光设计包括，在楼宇背后的远处加了一个点光，模拟落日；同时在场景中植入4个路灯杆，模拟了3×4的频闪灯矩阵；在破碎的楼宇中植入了大量的点光源，呈现光影动态，如图13所示。

图13 《墨菲斯》的虚拟场景

4 虚拟制作中的难点

虚幻引擎是一款游戏开发软件，在4.0版本首次引入DMX灯光插件。在虚幻引擎中，DMX灯具在分类上与真实的专业舞台灯具完全匹配，理论上可以实现所有真实专业舞台灯光的效果。同时，灯具的种类、灯具的通道属性都可以拓展，如图14所示。在虚幻引擎中，可以自由添加由DMX类灯具组成的各种Component（组件），每个Component可以分别设置自己独特的功能，如Color_Component可以控制混色，Gobo_Component可以控制图案变化。灯光师根据需要添加组件，并分别控制，实现特定的灯光效果。它与其他灯光设计模拟软件有相似之处又不尽相同。采用其他专业的灯光模拟软件的确也可以模拟出相对逼真的灯光演示效果，但虚幻引擎提供的便捷交互性是其他灯光软件所无法比拟的。特别是PIXOTOPE(基于虚幻引擎的演播室版本)可以支持演播室直播交互的功能，使得演播现场和虚拟世界实现实时交互。

图14 灯具种类、灯具通道的设置

在实际的项目制作中，不仅仅可以用来控制舞台灯具，也可以按照接收的数延伸控制其他灯类；通过软件内的蓝图设计，可以控制例如模型某个局部亮暗、位置等，将一些模型实体转化为设计者需要的发光元素或其他特效。软件的开放性为设计者的实际制作提升了效率，可实现更多的创意。

在实际使用中也遇到一些困惑，作为一名从业多年的灯光设计师，对于现实中各种灯具会呈现什么效果，基本会有一定的判断。如对人物造型，投射什么样的光，设定什么样的数值。但在为虚拟角色做灯光设计时还是遇到了新的问题。受制软件算法的影响，V-life角色材质特性对灯光反射的影响，不能完全依照实体设计中的经验，一个角色的皮肤、毛发、服饰等材料不同，它的反射率不尽相同。造成这个问题的根本原因在于，参与竞演的V-life来自不同的制作公司，在建模及材质设定上标准不一。用传统的方式来处理往往结果不尽人意，最后采取了局部补光的方式解决了这个问题。

如前面提到，《2060》的灯光呈现是一个以虚实同步为目标的工作，所有的目标都是基于现场直播的效果。当一个节目的角色制作完成后，导入节目场景中，就开始了一个节目的灯光设计，包括对特定场景的灯位设计、效果编程。对照节目的创意呈现，完成了基于时间码的灯光效果程序编写，对每个节目表演进行精准的灯光设计。但是由于场景的复杂程度以及光效对计算机运算资源的需求过高，在实际节目录制中，场景运算的帧率仍然远远达不到演播系统的要求。为了保证现场录制的安全性，在正式演播厅录制时会删减掉一些内容来保证画面帧率，然后用后期渲染的完整版本交由播出使用。因此在节目彩排前，通过虚幻引擎的关键帧录制技术完成灯光效果的录制。它的原理就是记录在整个表演过程中DMX512各通道的实时数据变化，在二次渲染过程中，运行完整的工程文件来完成最终效果。事实上场景的镜头变化也是利用相似的技术来完成。

5 结语

以上简单阐述了《2060》的节目的灯光设计及制作过程，受限于个人的经验和能力，最终结果未必尽善尽美，但这是一次非常有意思的尝试。也许从旁观者的角度来看，它仅仅是一个虚拟抠像棚的制作和灯光模拟软件的使用。但能创新地将二者实时融合在一起，这也是巨大的技术突破。

挑战与创新是每一位耕耘在节目制作一线的从业者不断需要面对的。“元宇宙”扑面而来，从业者必将在今后的工作中面临更多更高的挑战，突破常规，以更新的技术为受众带来更新更好的体验。