鸟巢“空中环幕”是这样炼成的——感受投影画面拼接的魅力
特别策划
北京奥运会创下的科技奥运奇迹，让国外友人都感受到了中国的伟大，特别是在开幕式和闭幕式上，鸟巢结构碗口立面建成了高14米、周长500米的空中环幕，63台大型投影机投射出了21组互相连接的精彩画面。21组画面的边缘自然融接，不留痕迹，天衣无缝，其实这要归功于投影画面拼接技术。而投影画面拼接技术在商务领域也有着广泛的用途，用奥运科技武装商务应用，一起来感受投影画面拼接（也称全景画面投影）的魅力。
北京奥运会开幕式上的投影科技
北京时间2008年8月8日晚8点，第29届夏季奥林匹克运动会在中国国家体育场（鸟巢）隆重开幕。8月9日0时整主火炬点燃时刻，李宁高举第21880支祥云火炬腾空飞跃绕场一周，在体育场上空一幅徐徐展开的中国式画卷上奔跑，画轴在前方滚动，后方是国人欢呼的场景。0时04分，在空中奔跑的李宁来到主火炬塔旁，点燃引线，巨大的主火炬顿时燃起熊熊的火焰，奥林匹克圣火把体育场上空映照得一片火红，全场沸腾。
其实李宁是奔跑在DLP投影拼接显示屏上面的，这块投影拼接显示屏安装在体育场结构碗口立面，形成了一个高14米、周长500米的空中环幕，63台大型数码投影机3机重叠，组成了21组互相连接的画面，这21组画面边缘融接非常自然，看不出任何接缝。
实际上，本届奥运会上一共使用了140多台大功率数码投影设备，使视频影像可灵活地出现在表演区、大型道具和体育场结构碗口立面，营造出了具有多维效果的灯光环境。
“空中环幕”背后的投影画面拼接技术
从概念上来看，投影画面拼接属于大屏幕拼接技术，其目的是将多屏图像融合在一起，并将图像与图像之间的拼接缝隙缩至最小，甚至完全重合。从技术原理来看，投影画面拼接技术有三种：显示墙硬拼接、重叠拼接和软边融合拼接等，而鸟巢体育场上的空中环幕画面就是应用软边融合拼接技术构成的。从投影画面拼接技术的发展来看，显示墙硬拼接、重叠拼接、软边融合拼接是一个渐进的技术发展过程，原理上既有很多共同之处，也有很大的差别，为了便于行业用户采购，有必要了解它们的区别。
1.显示墙硬拼接技术
显示墙硬拼接属于纯硬件融合技术，它是通过光学的遮光处理来融合图像，其优势是能够较好地处理融合图像的白平衡，因而图像清晰度比较出色，但由于有明显的分割线（即物理拼缝），因而无法实现全景一体化显示，适合对图像拼接要求不高的投影场合使用，如室内指挥自动化、工业控制、生产调度等领域。
从结构组成来看，显示墙硬拼接系统主要采用多个组件拼接而成，它由投影机、背投影屏幕、反射镜、支架和箱体几个组件构成。其中投影机是显示墙硬拼接技术最核心的部件，因而投影机的亮度、对比度、分辨率等参数，对整个显示墙硬拼接系统的显示效果起到了决定性的作用，投影机可以是LCD、3LCD、DLP和Lcos等产品，不同的投影机适合不同的场合使用，这要取决于投影环境的实际需求。
从技术原理来看，投影显示墙又称为背投影显示单元，它主要是通过光学的遮光处理来融合图像，也就是利用背投反射成像，通过箱体上的反射镜将需要拼接的画面反射到屏幕上，因而可以对拼接画面的白平衡进行很好的融合。由于采用纯硬件拼接，图像处理完全是实时动态显示，拼接出来的画面也很清晰流畅，同时还可实现分割、分屏显示、开窗口等功能，如在四屏组成的底图上，用任意一屏显示一个独立的画面。
从操作难度来看，投影显示墙硬拼接设备的安装很简单，操作也比较容易，日常维护比较简单，不过它只能实现四屏投影画面拼接（图1），拼接规模比较小，扩展应用性较差，不适合多屏拼接的需要，投影窗口不可放大、缩小或移动，同时无法实现真正的无缝拼接，只能将拼接缝隙控制在0.5mm以下，所以仅适合室内投影画面拼接应用，如中小型会议场所、室内工业控制、室内监控系统等。
2.重叠拼接技术
与显示墙硬拼接技术相比，重叠拼接技术并不需要借助反射镜来反射成像，而是通过电子线路处理来完成图像的融合，由于摆脱了反射成像的光线干扰，因而可以对白平衡进行合理处理。但要实现画面重叠拼接，除了投影机、背投影屏幕等组件外，还需要借助电脑，通过电脑上的软件来分割图像，如将两台投影机投出的图像在拼接处以叠加的方式重叠（图2），从而实现投影画面的“无缝”拼接。
与显示墙硬拼接技术一样，重叠拼接系统的核心部件依然是投影机，投影机的性能在很大程度上影响到了画面拼接的效果，由于软件拼接更加灵活，所以可以对画面进行特技控制，如可以跨屏幕显示，或在任意位置开窗口，可以任意放大、缩小、拖动窗口，同时也不仅局限于四屏投影画面拼接，可以构成一个由几十台投影机组成的拼接系统，利用鼠标即可对所开的窗口任意拖动，在电脑上控制屏幕墙，如同控制自己的显示器一样方便。
3.软边融合拼接技术
随着投影画面拼接技术的发展，现在已经实现了软硬件结合的边缘融合技术（也称软边融合拼接技术），软边融合拼接技术综合了显示墙硬拼接及软件重叠拼接两种技术的优点，它可以用多台投影以1×N或M×N的模式在一块大的投影幕上进行投影画面拼接，可以用来显示多个RGB模拟信号，既实现了边沿的完全融合，又消除了重叠拼接引起的过亮现象，可以用于多通道即时投影显示拼接，奥运会开幕式上鸟巢结构碗口立面的21组画面拼接就是采用该技术实现的。
软边融合拼接技术采用了并联框结构，通过硬件和软件以及控制接口，最多可控制上千台投影机同时工作，并实现不同窗口的实时动态显示，每个窗口的亮度、对比度和色度等参数可单独调整，且支持虚屏显示功能，即整个多屏显示墙可看成一个逻辑屏，每个窗口可以在整个屏幕上任意漫游、缩放或与其它窗口重叠，如任何一个视频可以缩小成一个图标，也可充满整个显示墙。由于投影内容首先要进行数字化处理，因而投射到显示墙上的画面叠加效果更好，真正实现了投影画面的无缝拼接（图3）。
从结构和组成原理来看，软边融合拼接系统是一个复杂的系统工程，它由投影机、投影屏幕、软边融合拼接处理器、信号处理设备、集中控制设备和周边设备组成。除了投影机外，软边融合拼接处理器及集中控制设备也是较为关键的部件，软边融合拼接处理器决定了画面的清晰度、边缘融合质量和信号处理速度，而集中控制设备是为了方便快捷地控制设备操作，通过中心计算机系统，采用软件及硬件结合的控制方式，对信号的切换、投影机数量、矩阵数量、信号源数量的选择等进行高效管理与控制。
投影画面拼接的商务应用
投影画面拼接功能不仅仅是工程领域的用户所需要的，对于商务用户来说，他们在商务演示、培训及大中型会议中，也常常需要这种类似的功能。为了满足商务用户对大画面投影和多屏幕投影的需求，同时降低应用成本，一些投影机厂商参考软边融合拼接技术，开发出了具有多屏幕演示功能的投影机，这种具有多屏幕演示功能的投影机不但可以实现投影画面拼接，而且还可以实现多投影画面演示，满足了商务用户的各种应用需求。
多屏幕演示功能就是使用一台电脑控制多台投影机投影不同的应用程序到屏幕上，可以使用多个屏幕进行商务演示，减少用户在屏幕间不停切换画面带来的烦恼。应用多屏幕演示功能电脑可连接2台到4台投影机，几台投影机可以投影同一幅画面，也可以同时投影来自不同应用程序的不同影像，或者同一应用程序的超宽画面。
在使用一台电脑（以笔记本为例）控制多台投影机时，如果投影机不具有无线功能，则需要使用分频器，这样投影画质会受到一定影响。因此使用多屏幕演示功能时，最好使用具有无线功能的投影机，这样不但使用方便，而且不会影响投影画质。无线投影有两种连接模式：快速连接模式和高级连接模式，所谓快速连接模式就是笔记本通过无线网卡直接和投影机的无线网卡进行信号传输，中间不需要其它设备，而高级连接模式则是笔记本通过无线路由器或网关等设备与投影机进行信号传输。要使用一台笔记本控制2台～4台无线投影机，最好通过高级连接模式进行信号传输。
爱普生推出的无线投影机EMP-1715就是具有多屏幕演示功能的机型，下面我们就以一台笔记本（安装Windows XP SP2）控制4台EMP-1715为例，通过NETGEAR的802.11g 54Mbps路由器连接，看看如何实现多屏幕演示和投影画面拼接（图4）。
1.软件安装
首先在笔记本上安装EasyMP软件（EMP NS Connection，EMP-1715的随机软件光盘里有），按照软件安装界面的提示逐步进行，在“添加/删除EPSON Virtual Display”界面中选择要使用的虚拟显示器（图5，使用4台EMP-1715就要全部选择），安装好“Virtual Display”驱动程序，单击“完成”后重新启动。
2.路由器设置
对投影机的无线网络设置需要参照无线路由器的设置进行调整，因此用户必须有访问无线路由器的权限，使用笔记本登录路由器设置界面，按照路由器内已有的参数设置投影机，与无线投影机相关的主要是如图6和图7所示的两个设置界面（不同厂商的路由器控制界面及相关设置名称可能不同）。
3.EPSON EMP-1715的设置
A.将投影机菜单里的“网络”→“无线LAN”的连接模式设置为“高级”，将EMP-1715的“ESSID”设置成与无线路由器的“无线网络标志（SSID）”完全相同的名称（见图6，大小写必须一致，如EPSON）。再将EMP-1715的“DHCP”根据路由器的情况进行设置，如果路由器已打开DHCP功能（见图7），则EMP-1715的“DHCP”选择“开”即可，如果路由器没有打开DHCP功能，则EMP-1715的“DHCP”选择“关”，并按照实际网络情况，手动设置IP地址、子网掩码、默认网关等。
B.在EMP-1715的“网络”→“安全”选项下，可以看到有WEP、WPA等选项，此时必须根据路由器“安全选项”（见图6）的设置，调整投影机的加密格式、密码等相关设置。
C.设置完成后，选择“设定结束”并选择保存。稍后，在EMP-1715的EasyMP界面左下角将显示IP地址等网络信息。
其它3台投影机按照相同的办法设置，不过IP地址要进行相应的变动。
4.将笔记本接入网络并进行无线投影
A.利用Windows XP SP2自带的“无线网络连接”功能搜索可用的无线网络，并选择相应的无线路由器连入网络，注意不要选择点对点的方式进行无线连接。
B.利用Windows支持的屏幕延展功能，在笔记本上设置扩展显示器，查看显示器属性，可以看到扩展显示器2、3、4、5（图8）。
C.运行EMP NS Connection软件，在连接模式中选择“高级连接”（图9），确认连接后，软件通常会搜索出网络中可用的投影机并列出待选，直接选择需要连接的投影机，即可进行投影。禁止插入连接功能是禁止其它笔记本连接本台投影机，如果不选择该功能，其他笔记本用户可以切断当前用户的连接。由于要使用4台投影机，因此必须选择“使用多显示器”，为每一台投影机指定对应的扩展显示器号（图10）。
5.几种多屏幕演示方式
多屏幕演示可以简单分为三种形式：同画面投影、不同画面独立投影和全景画面投影。
A.同画面投影：所谓同画面投影就是4台投影机投射与笔记本屏幕相同的画面。在较大的会议场所，很多情况下需要同时投影同一幅画面，采用图11所示的多屏幕演示，使用就会变得非常简单。
B.不同画面独立投影：所谓不同画面独立投影就是4台投影机上投射来自同一台笔记本上的不同应用程序，如投影机1投射的是PPT文件，投影机2投影Word文档，投影机3演示Excel表格，投影机4可以让观众看到一幅美丽的图片（图12）。操作也非常简单，用户只要用鼠标将相应的应用程序直接拖到扩展显示器上即可。
C.全景画面投影：我们在使用宽幅Excel表格时，需要不停地拖滚动条，一部分一部分地观看宽宽的表格。其实只要将画面延展到4台EMP-1715投影机上，就可以展示一个宽幅的Excel表格。同样，4台EMP-1715投影机也可以投射出一幅全景图片（图13）。
在使用4台投影机进行全景画面投影时，注意各投影机的分辨率设置要相同，否则由于显示分辨率不同，会出现错行错位的情况。为保持整个全景画面色彩的一致性，EMP-1715还提供了多屏幕色彩调节功能，与传统的RGB调节不同，它采用了色差调节，用户可以根据屏幕菜单中的5个挡位准确、快捷地调整每台投影机的色差，使投射出的全景画面色彩均匀一致。
编后
从上面的文章可以看出，应用于工程领域的投影画面拼接与应用于商务领域的全景画面投影具有相同的效果，只是前者更专业，投出的画面更大，效果更好。而商务用户在应用多台投影机进行多屏幕演示时，可以根据情况灵活应用，如使用两台投影机同样可以实现全景画面投影，而在使用4台投影机时，可以将上面提到的同画面投影、不同画面独立投影和全景画面投影配合使用，如投影机1和4投影相同的影像，投影机2和3投影不同的应用程序或同一应用程序的宽幅画面。