3D Mapping秀，点亮科学之夜！

提到3D Mapping，就不得不提其中的重要设备——投影仪。关于投影仪，你首先想到的是什么？课堂上老师讲课用的幻灯？会议室汇报方案的PPT？电影院的大屏幕投影？或者是代替电视的家用投影？当然，这些都是日常生活中投影的常用场景，可以说投影仪给我们的生活带来了很多的便利。这些场景有一个共同的特点：投影的载体（也就是幕布）通常都是一个很平整的平面。

3D Mapping的出现则打破了投影对于载体的限制，它可以让任意一个表面成为投影的载体，使投影画面与载体完美融合，仿佛画面就是载体本身的一部分。这种投影又被称作3D Mapping或结构投影，也可以叫做空间增强现实。

早在1969年，美国迪士尼乐园的鬼屋里就用到了这种投影技术，将电影视频（一张说话的脸）投射至一具面部模型上，看上去就像是一个人在说话一样。

▲鬼屋中投射的效果

1980年，一位名为Michael Naimark艺术家拍摄了一段视频，记录演员在客厅里与客厅内的物品互动的影像。之后，再将客厅的所有物体都涂成白色，并把拍摄到的影像投射到客厅里，就好像真的有人在与客厅里的物品互动一样。

▲拍摄的真实场景

▲涂成白色之后的客厅

▲将之前录制的影响投影至白色客厅

这些都是早期的一些3D Mapping实例，如今3D Mapping的应用更为广泛，显示效果更加精准和震撼。

建筑投影可以是说是3D Mapping最为普遍的应用了。建筑投影是将建筑物的外墙当做投影的“幕布”，根据建筑物的轮廓、形状特征等“量体裁衣”，制作匹配建筑物外形的视频动画，并精确投射在建筑物表面。由于建筑物投影面积往往比较大，再加上多变的光影特效，展示效果蔚为壮观。

▲迪士尼乐园灯光秀

▲悉尼歌剧院灯光秀

此外，3D Mapping还可应用于商业广告、舞台表演等多种场景。

▲汽车上的3D Mapping

▲鞋子上的趣味投影

▲舞台上的炫酷投影，与裙子融为一体

▲创意纹身秀

我们知道，当投影仪将画面投射到一个立体的物体上时，画面很容易发生变形，那么该如何将图像投射至三维物体，使得图像与物体完美融合呢？

学姐做了一个实验，首先选取了一个画面，试图通过投影仪投射到房间顶部墙角，由三面墙组成的空间。

▲投影仪输入的图像

于是学姐看到了如下的画面，墙顶面和两侧墙面分别承载了一部分图像，但是显示出的效果相比于原图，已经发生了较大的扭曲。

▲发生扭曲的显示画面

学姐换了好多个视角，看到的画面都发生了不同程度扭曲。然而当学姐从投影仪的视角望向墙角时，惊喜出现了！一个平整、没有弯曲的画面浮现在眼前！

▲从投影仪的视角看到的画面

也就是说，当我们把图像投射到任意非平面的载体上时，图像会根据载体的轮廓形状进行分布，发生形变，但是当我们从投影仪的视角看，我们总能看到一个和输入画面一致的图像。

这个画面让学姐想起了之前比较火的创意照片：

试想，如果我们将这组照片中主人公手里拿着的照片作为投影仪的图像，以相同的视角投射至背景里的建筑物（风景）中，原本灰暗的建筑（风景）是不是就会像手中的照片一样五彩斑斓？图像也能够精确匹配建筑（风景）的每一个细节。我们似乎发现了3D Mapping 的奥秘。

再回头看文章开头部分提到的1980年的3D Mapping案例，当时的艺术家Michael Naimark就是事先拍摄了演员在客厅里的一系列活动，然后以同样的角度将拍摄的画面投影到涂成白色的同一场景中，从而实现了在立体空间中精确投影。

所以，要想得到某一个立体物体的精确投影效果，我们只需要找到该物体在投影仪的视角是怎样一副画面，并将该画面作为投影仪的输入信号就可以了。当然，我们不太可能像Michael Naimark那样去实际拍摄再进行投影，这个“拍摄”过程一般都在软件当中通过虚拟的场景来完成。

比如想要在一个汽车上投影，那么我们先在软件中建立一个汽车的三维模型，在汽车模型上画上与汽车轮廓完美融合的图像，然后根据实际场景中汽车与投影仪的位置关系，在软件中模拟投影仪视角，找到汽车模型在投影仪视角的图像 ，再把这个图像放入真实场景里的投影仪中，便能够实现在汽车上的精确投影了。同样，根据汽车模型制作相匹配的动画，便能够实现在汽车上播放动态画面了。

看完上面的介绍，相信大家应该对3D Mapping是什么有了初步的认识。但百闻不如一见，2018年9月17日-24日，中国科技馆“科学之夜”活动即将上演一场3D Mapping视觉秀。这场3D Mapping秀以中国科技馆场馆内的四面墙组成的立体空间为投影载体，根据科技馆建筑特点，量身制作精美绝伦的3D动画。近3000平米的超大投影面积，将为观众带来沉浸感超强的体验环境，奉上一场美轮美奂的视听盛宴！

▲中科馆3D Mapping秀（样片仅供参考，实际展示内容可能有改动，请以现场效果为准）

然而，这场盛宴仅仅是中国科技馆“科学之夜”的开始，作为开幕式的3D Mapping秀结束之后，还有“密室逃脱”“科幻主题探秘”“Cosplay主题巡游”“科学嘉年华”“真人VR吃鸡”等更多好玩的活动等待大家来体验。

向来只在白天对公众开放的中国科技馆，将于本月17日-24日19:00-21:00在夜间向大家敞开大门，机会难得，感兴趣的朋友千万不要错过！

参考资料：

1. 维基百科：Projection mapping

2.How To Project On 3D Geometry

3.Two Unusual Projection Spaces

（部分图片来自网络，如有版权问题，请与我们联系）