虛擬實境的秘密，全藏在達文西時代的「透視法」裡？

作者/ 曾靖越
臺北市立大學視覺藝術學系助理教授，熱愛閱讀、電影、跑步與科技藝術。每天不喝咖啡就無法將大腦開機，期許自己的文字能對社會產生些許功能性。

這學期初邀請了藝術家旺廷學弟來談談錄像藝術，班上同學都大有啟發。特別是創作的核心概念，以及作品觀看的方式，大家都有如醍醐灌頂。最近他在歐洲旅行，我注意到他來到了位於荷蘭海牙的梅斯達格全景博物館（Panorama Mesdag） ，這些照片真是令人驚奇。

Panorama Mesdag. 圖／Hans Splinter @ Flickr

視覺的滿漢全餐，古人今人都震撼

全景畫（panorama）是一種廣角或環繞式的影像創作，梅斯達格全景博物館的全景畫是採 360 度環繞呈現的手法，長度超過 14 公尺，圓周長達 120 公尺，其內容描繪 1881 年席凡寧根海灘（Scheveningen）的景象，是由畫家梅斯達格（Hendrik Willem Mesdag）在其友人協助下所完成的¹。

之前閱讀格勞（Oliver Grau）的《虛擬藝術》（Virtual Art）時，曾在書中讀到許多古典壁畫，以及其讓觀者產身歷其境幻覺的沈浸策略。特別是第三章所提到的色當戰役（The Battle of Sedan）全景圖，該全景圖是為了紀念戰役週年（1883 年），所特別繪製的。還記得讀到這段文字時，一直無法體會為何該全景畫作，在當時引起大眾這麼高的興趣。直到近日我看到了 Panorama Mesdag，我才驚覺，身處在數位年代的我，都對這種細膩的大規模影像感到驚嘆，更何況是身處在「古時候」視覺媒介相對貧乏的人們。

Sedan Panorama. 圖／Berlin um 1900

過去的全景畫，基本上是構築在一間圓筒狀的建築當中。觀眾必須透過走道或階梯，達到這個建築的中心點，以圓心的位置去觀察環形的全景畫。虛擬藝術（Virtual Art）第三章中曾提到：

「觀眾經由一條通往觀賞平台的黑暗通道進入全景畫空間，在那裡，觀眾被日光，以及畫家運用繪畫所描繪出的光而構成的輝煌影像所包圍。由於缺少外部客體與繪畫之間的對比，觀看者的視線完全被全景畫所征服。」²

這黑暗的通道不禁讓人聯想，這似乎是一種儀式般的準備過程，要讓觀眾先在暗處先把瞳孔撐開，把感官放大到極限，進入到全景畫空間當中，才會產生對繪畫的一種如夢似幻的感受。而 Panorama Mesdag 更在觀眾所在的圓形平台，以及全景畫之間加入實體物件，如：沙灘、枯木、漁網、船錨等。企圖加深觀眾對於場景的沈浸感受與將幻覺極大化。

Panorama National at the Rue de Berri. 圖／art history unstuffed.com

藝術上的視覺魔法，全靠幾何數學的幫忙

格勞（Oliver Grau）將全景畫視為虛擬藝術的前身，不過全景畫相較於當代的先進虛擬實境技術，終究有其限制（廢話）。這類的作品，需要觀眾位在一個圓心當中進行欣賞，一旦超出圓心，觀眾相當有可能就遠離被創作者設定好的透視系統，此外，若是觀眾與畫布過於接近，幻象也會看起來也會有被揭穿的感覺。³

若以製作技法來看，全景畫是依據精確的透視法則，以觀眾的視點為核心進行設計，用當時先進的繪製技法，將連續影像以多種視角，配合消失點進行繪製。若與虛擬實境相較則可以發現，同樣是營造身歷其境的幻覺感受，電腦會不斷根據觀眾的位置運算新的 3D 效果透視影像，也就是配合觀眾即時切換視角，以一種「虛擬」的移動，進行空間探索。這都要歸功於電腦運算運算速度的提昇，電腦圖學的進步，當然還有硬體價格的親民化。（下面 Eglise St Victor, Nages 模型建議與 Google CardBorad 一併服用，效果更佳）

透視法是畫家為了如實描繪景色，運用幾何、數學計算所開發出來的一種「在平面表示三度空間的方法」。顯而易見的，透視法與笛卡兒座標系以及數學運算，是電腦圖學中不可或缺的重要元素。⁴而當代顯學 3D 動畫又是各種視覺媒體的重點元素，由此，我們便可得知，透視法對於幻覺的營造，功不可沒。

想投影出鬼怪？先來量身打造投影角度吧

由此我們再來談談這幾年一種熱門的創作形式：Projection Mapping（或稱光雕、對位投影、Video Mapping）⁵。Projection Mapping 可視為一種虛實整合的展現手法，強化了創作者對實體空間想像力，目前正廣泛應用於藝術領域與廣告商用領域，但像這種虛實整合的視覺作品，並不是最近才有的全新藝術形式，例如早期在 1969 年的迪士尼公園（Disney parks）鬼屋當中使用投影效果的幽靈頭顱與半身像，透過真人預錄的影片，技巧性地運用投影技術，將影像投射到水晶球與半身人像中，讓幽靈奇蹟似的來到了真實世界 。

Five singing busts, the ‘Grim Grinning Ghosts‘, singing the theme song of the ride. 圖／disneytouristblog

Projection Mapping 作品的影像製作與呈現，必須針對觀眾的視角進行設計，一般而言，若觀眾沒有在作品設計者所指定的位置觀看作品，完整的影像幻覺便會消失。我們可以從波蘭籍視覺設計師 Marcin Ignac 針對 Projection Mapping 的分析⁶，得知進行投影時運用透視法進行影像配置的原理 。

如圖 a，投影機投射方向垂直於投影面，無論觀眾怎樣觀看，影像將不會因為投影表面而產生扭曲。但是當投影機之投射角度，並沒有與投影平面垂直時，就會產生投影變形效應（Keystone Effect），如圖 b。因此，若要讓圖 b 的投影效果與圖 a 相同，就必須針對影像進行變形，以抵銷因為投影角度產生的圖形扭曲，如圖 c。

2D to 3D a.b.c 圖／MARCIN IGNAC

要進行影像變形，多半由專業的 Projection Mapping 軟體進行影像整合與配置，如 MadMapper、vvvv、Resolume Arena 等等，種類非常繁多，但原則上使用模式大同小異。

為了進行對為投影使用軟體進行影像校正（扭曲），無非就是要針對觀眾視角，重新呈現較為正確的透視感，以便產生幻覺，達到觀者的娛樂效果。下面這邊是一段教學，它介紹了如何使用 3D 軟體 Cinema 4D 進行造型製作與動態，並產出影片，接著再由 Adobe AfterEffect 進行色調與光影後製，最後再使用 Resolume Arena 軟體將影像投影到現場實體模型之上。這製作的過程，詳盡說明了 Projection Mapping 製作方式，值得一看。

經典作品背後，原理一脈相傳

本文最末，我們再來談談一個經典作品：Bot & Dolly 工作室的 “Box”⁷⁸。“Box” 贏得 SIGGRAPH 2014 Best In Show，是一件運用軟體預先模擬，並以精準的機器人動作，配合精緻動畫現場投影，所整合完成一鏡到底（鏡頭應有剪接，但攝影機位置透過機器人保持一定路徑）的對位投影作品。“Box” 以舞台魔術為基本概念，配合黑色電影風格，以陰影圖形、歐普藝術、幾何圖形、錯視、構成等數種設計元素，製作了足以讓人沈浸其中的幻覺藝術 。“Box” 作品最令人驚嘆的就是那種現場營造出來的空間感，那種具備深度的立體幻象，是透過精密的計算，透過機器人、攝影機與投影機所完成的，技術層面高超，這亦充分說明了透視法對立體視覺的重要性。

從古到今，透視法一直是營造立體視覺呈現的關鍵法則。新舊媒體其實背後有一條共同的軸線在貫串彼此，新舊其實並沒有優劣、取代的問題，反而是一種相輔相成，交互拉抬一同進化的共生模式。

本文轉自 nmlab《新舊媒體的幻覺營造：透視法》

參考資料

1. 詳見：Panorama Mesdag Den Haag Holland
2. Grau, O. (2003). The Panorama of the Battle of Sedan: Obedience through Presence Virtual Art: from illusion to immersion (pp. 97): MIT press.
3. 劉京璇. (2012). 虛擬實境藝術的繪畫視覺性. 臺北藝術大學.(pp. 83) (2012年)
4. 電腦圖學相關入門基礎可參閱：非關語言: 電腦圖學入門 
5. Projection Mapping相關資訊可參閱：Projection Mapping Centra
6. Marcin Ignac, polish artist / programmer / designer
7. BOX DEMO
8. 關於 “Box” 亦可參閱 Bot & Dolly 機械手臂 ( 拍攝科技 & 視覺 VJ )

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