3D Mapping秀，点亮科学之夜！

谈到3D绘图，我们必须提到投影仪，这是一种重要的设备。你对投影仪的第一个想法是什么？老师在课堂上使用的幻灯片？会议室报告计划的PPT？电影院的大屏幕投影？或者是家庭投影而不是电视？当然，这些都是日常生活中常见的场景。可以说投影仪给我们的生活带来了很多便利。这些场景有一个共同的特征:投影载体(即幕帘)通常是一个非常平坦的平面。

3D贴图的出现打破了投影到载体的限制。它可以使任何表面成为投影的载体，并使投影图像和载体完美地融合在一起，仿佛图像是载体本身的一部分。这种投影也称为3D映射或结构投影，也可以称为空间增强现实。

早在1969年，这种投影技术就在美国迪士尼乐园的鬼屋中使用，将一个电影视频(会说话的脸)投影到一个面部模型上，看起来像一个人在说话。

▲鬼屋中投影的效果

1980年，一位名叫迈克尔·奈马克的艺术家拍摄了一段录像，记录了这位演员与客厅里的物体互动的过程。之后，客厅中的所有物体都被涂成白色，捕捉到的图像被投射到客厅中，就好像有人真的在与客厅中的物体互动。

▲拍摄的真实场景

客厅漆成白色

▲先前记录的影响对白色客厅的投影

这些是3D绘图的一些早期例子。现在3D绘图应用越来越广泛，显示效果也越来越精确和震撼。

建筑投影可以说是3D制图最常见的应用。建筑投影使用建筑物的外墙作为投影的“窗帘”。根据建筑物的轮廓和形状特征，制作出与建筑物外观相匹配的视频动画，并精确地投影到建筑物的表面。由于建筑物投影面积大，光影效果多变，显示效果壮观。

▲迪士尼照明展

▲悉尼歌剧院灯光表演

此外，3D映射还可以应用于商业广告、舞台表演和其他场景。

▲汽车上的3D映射

▲鞋子上有趣的投影

▲舞台上的冷投影与裙摆融为一体。

▲创意纹身秀

我们知道，当投影仪将图片投射到三维物体上时，图片很容易变形。如何将图片投射到三维物体上，使图像和物体完美融合？

高中生做了一个实验。首先，他们选择一张图片，并试图通过投影仪将其投影到房间的顶角。这个空间由三面墙组成。

▲投影仪输入图像

所以薛洁看到了下面的图片。墙的顶面和两边的墙分别带有一些图像，但显示的效果与原始图像相比有很大的失真。

▲扭曲的显示屏

薛洁换了几个视角，她看到的所有照片都有不同程度的失真。然而，当高年级学生从投影仪的角度看向角落时，惊喜出现了！一幅平展的画面出现在我们面前！

▲从投影仪视角看到的图像

也就是说，当我们将图像投影到任何非平面载体上时，图像将根据载体的轮廓形状分布和变形，但是当我们从投影仪的角度看时，我们总是可以看到与输入图像一致的图像。

这张照片让高年级学生想起以前非常流行的创意照片:

试想，如果我们把这组照片中主要人物手中的照片作为投影机的图像，从同一个角度投射到背景中的建筑物(景物)上，那么原本灰暗的建筑物(景物)会像我们手中的照片一样绚丽多彩吗？图像还可以精确地匹配建筑(景观)的每个细节。我们似乎已经发现了3D绘图的奥秘。

回顾文章开头提到的1980年3D制图案例，艺术家迈克尔·奈马克(Michael Naimark)事先在客厅拍摄了一系列演员的活动，然后将拍摄的画面以相同的角度投射到同一幅涂成白色的场景中，从而实现了立体空间中的精确投影。

因此，为了获得立体物体的精确投影效果，我们只需要找出物体在投影仪的视角下是什么样的图像，并将该图像作为投影仪的输入信号。当然，我们不太可能真的像迈克尔·奈马克那样拍摄和投射，这个“拍摄”过程通常是通过软件中的虚拟场景来完成的。

例如，如果我们要投影到一辆汽车上，那么我们首先在软件中建立一个汽车的三维模型，在汽车模型上绘制一幅与汽车轮廓完美融合的图像，然后根据汽车和投影仪在实际场景中的位置关系，在软件中模拟投影仪的透视，在投影仪的透视下找到汽车模型的图像，然后将图像放入投影仪的真实场景中，从而实现在汽车上的精确投影。同样，根据汽车模型制作匹配的动画，可以实现在汽车上播放动态图片。

在阅读了上面的介绍之后，我相信每个人都应该对什么是3D制图有一个初步的了解。然而，最好的消息和第一个不一样。2018年9月17日至24日，在中国科技馆的“科学之夜”活动中，将上演一场3D地图视觉秀。本次3D测绘展以中国科技馆四面墙形成的三维空间为投影载体，根据科技馆的建筑特点，制作精美的3D动画。近3000平方米的大投影面积将为观众提供身临其境的体验环境和华丽的视听盛宴。

▲中国科学馆3D测绘展(样本仅供参考，实际展示内容可能会有所变化，请参考场效应)

然而，这场盛宴只是中国科技馆“科学之夜”的开始。在3D地图展的开幕式之后，还有更多有趣的活动等着大家去体验，如“密室逃亡”、“科幻主题探索”、“角色扮演主题游行”、“科学嘉年华”和“真正的虚拟现实吃鸡”。

中国科技馆一直只在白天向公众开放，将于本月17日至24日晚上19: 00至21: 00向所有人开放。这是一个难得的机会。有兴趣的朋友一定不要错过！