城市地球館的燈光效果及系統方案

胡燕燕

（上海戲劇學院， 上海 200040）

2008年末，筆者接受上海復旦上科多媒體有限公司的邀約，加入了2010年上海世博會主題館中城市地球館的工作團隊，主要承擔場館效果燈光及系統深化設計的任務。地球館的總策劃方為德國的柏林德立策劃公司，德國人縝密的邏輯思維和嚴謹的工作態度給筆者留下深刻的印象，整個工作過程讓筆者受益良多。借本文對城市地球館的設計工作做個總結，將這次難得的工作經歷與業內同仁分享。

1 城市地球館的主題及展館設計理念

“哪里有危險，哪里就有救贖”，這是德國18世紀詩人弗里德里希·荷爾德林的一句名言，也是城市地球館所要傳達的哲學理念。2008年城市居民數量在歷史上第一次超過農村居民，而且這個增長仍以迅猛的速度繼續著。城市地球館的主題是表現地球城市化所帶來的環境污染、材料分解、交通運輸和城市基礎設施的問題。一方面，工業產品和城市發展對生物界造成了嚴重的環境污染和無法彌補的損失，另一方面，如今的城市又是政治、技術創新和知識累積的中心。“城市既是問題的制造者，又是問題的解決者”，這兩個既對立又相互呼應的命題，融化滲透在整個場館展示的結構中。

俯瞰地球館，其內部是一個圓形的盤旋式通道結構，這是由一個上升螺旋和一個下降螺旋所組成的雙螺旋結構。場館設計構思引入了中國傳統道家思想的“陰陽五行”概念，體現了宇宙萬物都處在不斷變化和發展中，五行相生相克，陰陽在一定條件下可以相互轉化。整個展館共分為五個章節：（1）序曲：城市蔓延，世界的孩子；（2）危機之道；（3）藍色星球；（4）解決之道；（5）尾聲：

天下一宇，走向光明。參觀者可身臨其境地目睹地球所遭受的破壞，經歷星球危機的意識覺醒，接著開始為地球的可持續發展做出努力，探索國際性的解決方案及最佳實踐經驗。

2 燈光效果設計及系統解決方案

2.1 燈光的整體設計構思與原則

地球城市化是本館所表現的主題，大都市夜晚流光溢彩的霓虹和廣告燈箱、林立的樓宇和路燈、萬家燈火、璀璨的建筑照明等最能體現城市燈光的特征，因此，我們提取了城市夜景照明的部分元素作為貫穿整個地球館的燈光元素，以不同的形式出現在各部分展項中，展示主體有圖文的部分以自發光即內透光為主，重點照明及氣氛渲染以外部投光為主。

展館的五個章節是以起承轉合的節奏層層推進的，先以“城市蔓延”表現1 800年來城市的發展進程，引起參觀者的好奇心；再以“危機之道”拉動情節張力向上發展，以“水、火、金、木、土”五行相克的順序為線索，講述城市對地球資源的貪婪和掠奪；參觀者在經歷了一系列震撼人心的圖像和數據后，走到了圓形結構的頂端，視野豁然開朗，中心展項“藍色星球”映入眼簾，五行的轉變融入了全球的交通、數字化、通訊及能量等主題，在直徑長達40 m的半球結構上，以多媒體的形式向觀眾展開一個交互關聯的視聽空間，讓參觀者保護地球的意識達到高峰階段；從展館頂端盤旋而下，“解決之道”以生態桃花源的面貌向參觀者介紹保護地球的國際性的解決方案及最佳實踐經驗，按照五行相生的順序排列，三維仿生學結構和城市剪影交錯排布，將觀眾引入到地球的內部；“天下一宇”是在半球內部穹頂上播放視頻影像，是對“危機之道”和“解決之道”的核心總結，同時引發參觀者的思考，帶著希望和信心走向光明，離開展館。

館內展示燈光的節奏也是緊緊圍繞著這五個章節，分別從色彩、亮度、方向及圖案等方面進行藝術設計上的布局，力圖使燈光從視覺上能夠準確傳達展示的主題，與展示空間融為一體。

根據展示情節的發展，指導燈光設計的主要原則是由暗及明、由冷及暖、由點及面的節奏進程。根據五行的屬性及在展區內所代表的元素，設計者為五行定義了五個類別的色系，在“危機之道”及進入每個五行元素的通道里加以貫徹實施：水區——藍/藍紫；火區——紅/橙/紅紫；金區——金屬色/金/銀；木區——綠；土區——黃/褐/棕色。

2.2 主要展區的設計方案及效果體現

2.2.1 篇章一：城市蔓延、世界的孩子

“城市蔓延”和“世界的孩子”是地球館的序篇部分，色彩基調以深藍和灰白為主。

“城市蔓延”展區（見圖1）的頂部是一幅巨大的藍色的世界地圖，嵌入了70多顆白色LED，每顆LED對應的位置都是世界上人數最多的城市之一，共分由少到多的三組變化，分別表現的是19世紀、20世紀及21世紀世界上超大都市數量及分布。展區入口的左側墻面上是21個大城市名字的燈箱，右側墻面是城市天際線。地面上立有21個自發光的有機玻璃信息球，記錄了21個大城市的歷史或現在，以及城市的人口變化數據。展區頂部有幾十個懸垂下來的發光球體，配合音效，體現一天之內晨昏交替的城市街道場景，球體內部用的是白熾燈泡，發出暖黃色的柔和光線，有萬家燈火的含義。此外，在頂部間或懸垂下來幾個自轉鏡面球，反射發光球體的光線，產生一定的動態效果。

在“世界的孩子”展區（見圖2），除了標題外，沒有使用任何外打燈光，整個展項主要依靠圖文燈箱的自發光作為展區照明的主體，方便觀眾集中注意力關注圖文主體，沿途在墻角鋪設隱蔽的LED光帶，作為觀眾路線引導。

2.2.2 篇章二：危機之道——水、火、金、木、土

圖1 “城市蔓延”展區

圖2 “世界的孩子”展區

圖3 火、金、木區之前的通道

“危機之道”按照五行相克的順序排列，進入每個元素空間之前，參觀者都會先經過一個代表這個元素的通道（見圖3），通道內均有一個玻璃箱體構成的鐘擺，擺錘勻速地來回擺動，一方面表現的是時間的流逝和緊迫性，另一方面比喻五行之間相生相克的運動著的能量。玻璃箱體的兩側上方各放置了一個45°～ 70°的變焦成像燈，切出略大于玻璃箱體的長方形進行主體部分照明，擺錘由內裝的白色LED自發光，隨著擺動，可以將觀眾的影子投射在墻面上，并且產生左右來回運動的變化。每個元素通道都按照五行所定義的顏色加以區分，如水區用藍色，火區用紅色，金區用冷灰色，木區用綠色，土區用黃色。

（1）水區

水區（見圖4）的左側是投影在波浪形曲面的視頻，地面上分布著4個代表不同地區水體污染的“水塘”，上方懸垂著參差的綠色水滴狀燈具，表面標有解釋水體污染的化學公式。展區的中央立有一個巨大的圓形水柱，內貯清水，水柱表面嵌著大小不一的水龍頭表示不同國家地區的水消耗量。展區頂面懸掛著形狀、角度不規則的鏡面，觀眾抬頭的話，就能從鏡面的多角度反射中看到水展區的不同樣貌。

水區的重點照明部分為水立柱和水塘，水立柱代表的是潔凈的水源和生命之泉，因此，用了淺藍色，且亮度比較高，聚光光源把水珠內產生的氣泡和水波紋清晰地投射在水柱周圍的地面上，形成漣漪狀，與右側墻面的圖案相互呼應。而水塘代表的是水體污染，因此，采用了幾種不同色調的灰來體現被污染的水源，亮度很低，造成昏暗晦澀的感覺，與明亮的水立柱形成亮度和色彩反差。

（2）火區

火區（見圖5）的主題是“我們燃燒自己的未來”，場景將城市設計成一個發著紅光的、吞噬著能量的、炎熱的充滿廢氣的生存空間。展示主體是幾個紅色的煙霧立柱雕塑，由層疊的片狀結構旋轉排列而成，內部安裝了LED光帶，以點陣的方式模擬出火焰躍動升騰的效果。

火區的設計方案經歷了數度修改，由于空間和預算的局限，最終確立為目前的方案。觀眾通道的左側外部有一片弧形的墻面，中心有一個圓形立柱將墻面一分為二，墻面為黑色，立柱為橙色。利用燈光將全球變暖的“氣候殺手”的形象投射在墻面和立柱上：鱗次櫛比的高樓大廈，冒著煙的工廠，摩肩接踵的高壓電塔等。根據時間的變化，立柱上投射的圖案會交替變化。雖然火區安裝的燈具數量不多，但是由于投射的圖案需要拼接，且燈具安裝位置條件不理想，增加了安裝和對光的難度。

右側墻嵌了許多排煙管道，利用紅色LED洗墻燈將管道內部的墻面打亮，透過排煙管道，觀眾可以看到紅光透射出來。

（3）金區

金區（見圖6）被設計成一個廢棄坑道的樣子，弧形頂面有一道不規則的裂縫，象征地球的傷口。裂縫里是背投影像，表現的是機械挖掘的畫面，挖土機、齒輪、鉆頭在繁忙地工作著，嘈雜、尖銳、刺耳的音效造成了坑道內令人局促不安的感覺。坑道兩側是圓形舷窗，內部為自發光燈箱結構，展示的內容為各種挖礦、開采的照片，地面中線位置為一排沙漏，內置與兩邊舷窗內采礦照片相對應的所采的礦石。

整個金區沒有使用任何外部投射的燈具，而是采用了展項自發光的形式，如沙漏、舷窗等。

（4）木區

木區（見圖7）體現的是城市森林和物種的消失，一幢幢做成摩天大樓形狀的長方體燈箱錯落地擺在展區內，右側墻面是瀕危物種的圖表，由于燈箱體積比較大，發光面也非常大，所以燈箱本身所發出的光線就足以將周圍的墻面圖文打亮，因此，這個展區也未設置其他的外部投射燈具。

（5）土區

圖4 水區的燈光效果

圖5 火區的燈光效果

圖6 金區的燈光效果

城市吞食資源、制造垃圾，土區（見圖8）將觀眾置身于一個充斥著生物、塑料、電子、化學垃圾的垃圾場內，中心矗立著兩個垃圾反應箱，箱體上部的LED顯示屏中顯示著各國垃圾產生的數據及各種垃圾降解需要的周期。

兩個垃圾反應箱采取的是兩種不同的照明形式。第一個反應箱利用展項本身結構的特點，在周圍豎立的圓形圍欄中內嵌LED條帶，照亮內部懸掛的電子垃圾，通過反應堆頂面和底面的鏡面多重反射，形成一個無限延展的空間；第二個垃圾反應箱是封閉式的，內部有許多輪胎、鋼管之類的垃圾堆，需要通過燈光將這些垃圾的剪影投射在磨砂玻璃的表面，因此，設計者在箱體的頂面開設了6個孔，安裝了6個短筒PAR64，由于投射距離太短，除了使用寬光束的燈泡外，另加了柔光紙以擴大投射面積，按照不同的角度進行投射，并依照時間的推移，產生此起彼伏的明暗變化。

兩側墻面的“垃圾場”采用嵌入式金鹵泛光燈進行均勻照明。

2.2.3 篇章三：藍色星球——意識轉變（中心展項）

“藍色星球”是地球館的中心展項（見圖9），也是整個場館中最重頭的部分。展項由一個直徑為28 m的球冠和直徑為40 m的不規則鏤空的環形紗幕構成。球冠表面由多臺大功率投影機組成，通過影像拼接融合，完成球幕電影的表現。而燈光的主要“戰場”在球冠周圍的環形紗幕上。

球幕投影的燈光方案數易其稿，最初按照德方的要求，只需要把紗幕用綠色燈光照亮即可，不想讓紗幕搶奪觀眾的視線。后來考慮到6分鐘的影片播放過程中，巨大的環形紗幕若沒有變化，未免使球幕投影顯得呆板孤立，因此，需要燈光渲染配合視頻內容，表述主題思想。經過多次討論，最終決定用電腦圖案燈作為主要照明設備，完成紗幕的藝術表現。

球冠頂部，也就是地球館的最高點，是一個高14 m的環狀馬道，投影機安裝在馬道內側，電腦燈安裝在馬道外側。為了切合視頻內容，設計者精心繪制了15套圖案片，替換了原有的出廠標配。

配合球幕視頻中的五行元素和動態畫面內容，挑選出最匹配的圖案，細膩地調節每一臺燈的色彩，使得畫面層次豐富多變。由于馬道承重和空間位置問題，燈具數量比較少，未將整個紗幕完全打滿，而且需要通過半數燈具交替淡出淡入完成兩個圖案間的轉換，也就是說，一個圖案的轉換要拆解成兩步完成，好在光斑位置分布得當，并沒有讓觀眾產生突兀的感覺，反倒是這種柔和的、悄無聲息的變化，為整個球幕投影增添了幾分靈動氣息。

2.2.4 篇章四：解決之道——生態桃花源

“解決之道”是地球投影空間的延伸（見圖10），通道兩邊錯落擺放著許多形態各異的三維仿生學結構模型，體積大小不一，大的高達五六米，銀色亞光表面，中空結構，穿插著眾多拯救地球的可持續性方案。側墻上是連續的城市天際線剪影。

“解決之道”主要采用的是點面結合的照明方式。單個三維仿生學結構用光斑可切割的成像燈從多個角度投射，利用角度和亮度的差異增強仿生學結構的立體感，基本上每個仿生學結構都有3～4個燈從不同的角度加以照明。為了使銀色的表面色彩能夠得到正確體現，在燈前加裝了雷登82B的色紙，升高出射光線色溫，使銀色表面看上去干凈、純正。

墻面上的城市天際線剪影及標題文字基本采用面的形式照明。使用了500 W的菲涅耳螺紋聚光燈作為主要照明燈具。

圖7 木區的燈光效果

圖8 土區的燈光效果

圖9 “藍色星球”的投影及燈光效果

圖10 “解決之道”的燈光效果

2.2.5 篇章五：天下一宇

“天下一宇”位于“地球”的“內部”，即觀眾走到了地球的里面，仰望的是一個巨大的穹頂。穹頂上是一個巨型的360°凹面球幕電影。這個部分除了穹頂底部周圍的一圈觀眾引導燈帶，未使用任何燈光設備。

3 控制系統架構及現場技術執行

通常，舞臺演出燈光程序都是由人工實時控制的，城市地球館的技術運營要求實現無人控制的目標，為此，我們采用了一套以以太網絡傳輸為基礎的控制系統來實現調試階段的靈活性和運營階段的無人化管理。

以較為復雜的多媒體項目“藍色星球”為例，燈光控制系統主要是解決燈光、音頻、視頻的同步以及實現實時熱備份的問題。控制系統結構示意圖見圖11。

總控的核心部分是Medialon的表演控制器，由其分別控制視頻和音頻多軌機，再由多軌機給出SMPTE time code，在燈光控制臺及備份設備之間實現燈光程序變化與前兩者的同步。燈光控制系統采用了COMPULITE的Vector Oringe控制臺作為主控臺，Vector Node重放單元作為從屬備份控制，兩者同時經由eSync接收軌機發出的遠程同步控制信號（time code）。燈具安裝在離地面14 m高的環形馬道上，360°均勻分布，為了減少控制線路的數量和距離，以90°角為單位將放大器放置在馬道的4個方位，方便電腦燈DMX512信號的接入，放大器均與Ethernet-to-DMX轉換器E-port連接。主控臺、重放單元、E-port以及eSync都接入網絡交換機，由于主控臺和重放單元同時接收同步控制信號，也同時對E-port輸出兩個相同的程序控制命令，因此，當主控臺發生故障的時候，重放單元依然可以同步接收time code，不間斷地發出燈光程序指令，完成真正意義上的程序熱備份。

控制系統的合理配置，不僅在場館運營的時候實現了無人化管理，而且在調試編程階段，配合無線路由器靈活組合應用，大大提高了現場程序編輯的便捷性。“藍色星球”是一個巨大的球冠，現場編輯程序的時候，受視野的局限，設計師無法看清楚球冠對面的內容，按照以前傳統的方式，每編輯一個程序就要推著控制臺環球一周，試想面對這樣一個直徑40 m的大球，要完成所有的程序編輯將會消耗大量的時間和體力。因此，在程序編輯階段，把E-port臨時放置到馬道，與控制臺一起接入無線路由器，通過筆記本電腦上的Vector on PC離線編輯器，實現便攜式操作，設計師可以在任意位置進行觀察和修改，大大提高了工作效率。

城市地球館的燈光控制系統以較小的投入完成了無人化管理和實時熱備份的任務，并且通過設備的靈活組合，搭建便捷的工作平臺，以省時、省力、高效的工作方式體現了藝術設計構思。

4 結語

筆者在城市地球館的燈光設計工作前后歷時一年半，在專業知識方面收獲良多，片言只字無法將這個項目的眾多經驗和體會完整總結。借用荷爾德林的一句詩“人，詩意地棲居在大地上”，將城市地球館的美好愿望寄予其中，向所有為地球館建設貢獻過力量的工作者們致敬！

圖11 燈光控制系統結構示意圖