試析數字立體技術在攝像攝影中的應用與發展

孔 成

（安徽工商職業學院藝術設計系，安徽 合肥 230041）

作為傳統游樂形式，碰碰車、飛天摩輪、海盜船、過山車等電動游樂項目，以其真實刺激的感官體驗吸引著廣大受眾，而“迪斯尼”、“方特”、秦陵歷險等大型室內仿真游藝項目的異軍突起，則預示著數字立體仿真游樂時代的到來。在此過程中，立體三維數字影視技術、計算機動態仿真技術、虛擬現實技術、多媒體技術等數字立體技術的應用和發展成為其中的關鍵要素。

1 數字立體技術的界定

數字立體技術，主要特指基于電腦、網絡、數字化平臺運用現代工具形成虛擬的三維立體效果的技術，簡稱3D或者說三維數字化技術。包括3D軟件的開發技術、3D硬件的開發技術，以及3D軟件、3D硬件與其它軟件硬件數字化平臺、設備相結合在不同行業和不同需求上的應用技術。

3D 是英文“Three Dimensions”的簡稱，中文是指三維、三個維度,即長、寬、高，相對于只有長和寬的平面（2D）而言,其空間描述是立體的空間。我們放眼看世界，從網絡世界到現實生活，在虛擬和現實中無一不充斥著數字立體技術的痕跡，3D動畫、3D仿真、3D軟件、3D攝影、3D電影等等，這不僅是二維平面到三維立體的華麗蛻變，更為三維數字立體化時代的確立吹響了號角。

3D電影、3D圖片出現時，給大眾耳目一新的視覺感受，并熱議3D的魅力，一度3D成為了流行詞。3D數字立體技術在攝像、攝影領域如何化腐朽為神奇呢？目前三維數字立體技術（簡稱三維技術或者3D技術），它并不是某一特定領域的專門技術,除3D電影和圖片外還用于游戲、軍事、醫療、商業展示等諸多領域。電影領域中,這項技術就是利用三維攝像和計算機的三維軟件如3Dmax、Maya，根據電影不同風格的需要,攝制和制作出立體的角色、物體和電影場景，是3D技術和數字立體成像技術聯合使用的產物。

2 數字立體技術在攝像設備和技術中的應用

攝像領域中，從攝像設備與攝像技術兩個角度來看，數字立體技術在電影攝制中的由初級探索發展到《阿凡達》3D高水平的應用，數字立體技術展示在集藝術與技術之大成的電影業，可見數字立體技術在電影行業中的潘多拉魔盒效應。

2.1 攝像設備方面的數字立體技術應用

影片《阿凡達》中圣樹的種子緩緩飄落,你會忍不住伸手去接;《愛麗絲夢游仙境》中那只憨態可掬的“妙妙貓”近距離地懸浮在半空,觀眾忍不住想要去摸它一把;當煙霧彈迎面投擲過來,你會條件反射似地閃躲…給予觀眾強烈的臨場感和栩栩如生的逼真視覺再現源自于電影立體成像技術和3D立體攝影系統的無接縫拼合。導演卡梅隆是一個將藝術與技術完美結合的電影大師，他和助手發明的3D數字攝影機，被稱為Fusion Camera-3D System。擁有兩臺數字攝像機，按人類雙目可自由按需調節拍攝并將兩臺攝影機的同步影像儲存在一個遠程存儲系統中[1]。這臺3D數字立體攝影機成為現代3D電影拍攝設備的奠基石，其意義影響非凡。

2.2 攝像技術領域數字立體技術的應用

電影從無聲到有聲、黑白到彩色、膠片到數字、普通二維電影到3D立體電影稱之為電影發展史的四次革命。從數字3D立體電影作品來看,無論是全動畫立體電影，還是半動畫半真人立體電影，3D技術都是電影中虛擬人物角色和虛擬場景實現的重要手段。以具有從二維到三維劃時代分水嶺之稱的電影《阿凡達》為例，著名電影導演卡梅隆對三維電影藝術的狂熱摯愛延伸到技術鉆研和運用到極致，他在該影片拍攝過程中大量運用了立體成像技術、虛擬攝影系統、運動表情捕捉技術、協同工作攝影系統等先進的數字立體技術手段。實現了CG（虛擬動畫）角色、CG場景和真人表演的完美結合[2]。

立體成像技術：是利用人類雙眼的視角差和會聚功能制作的可產生立體效果的影像原理。即在拍攝時使用兩臺數字攝像機并列放置猶如人的雙眼視角，在特制的三維云臺上角度和距離調節到適于人類觀看的角度然后再進行拍攝；播放影片時也要用兩臺放映機按人兩眼的間距范圍同步播放兩個角度的同時畫面，觀眾再配以特制的立體眼鏡進行觀看，通過視網膜會聚功能觀看到立體畫面的電影。

運動、表情捕捉技術：影片拍攝過程中為了將CG角色更加真實化，捕捉動態物體時還采用Motion Capture（動作捕捉）技術，演員身著全套捕捉設備，即特制的動作捕捉衣服和特制的表情捕捉帽子，其中帽子裝有微縮高清攝像頭，全新的運動、表情捕捉系統可以捕捉到演員的每一個動作和細微表情。而這些數據在經過電腦的剖析處理后，豐富電腦虛擬角色的動作表演，呈現出高度逼真的效果[3]。從而給3D立體電影帶來更加新奇的視角效果。

虛擬攝影系統：運用實時交互三維動畫軟件（Motionbuider）也稱為虛擬攝影技術。虛擬攝影的工作原理是在三維軟件中設置虛擬攝影機，它與表演的人或物安裝跟蹤點連接，再連接控制設備的監視器合成虛擬影像；它通過動態的捕捉系統、視頻監視器和三維攝影機的聯動傳輸影像并通過虛擬攝影合成，導演就可以在監視器中看到穿捕捉服裝的演員的表演合成到三維角色的表演的過程，這個系統就稱之為虛擬攝影系統。

協同攝影系統：和虛擬攝影技術相互協作配合的綜合技術是協同攝影技術，就是將在3D軟件中設計制作好的三維場景和三維人物或動物，與在拍攝實際人物或動物的動作利用虛擬攝影技術合成，從而得到三維場景中三維人或動物高仿真的合成影像的協同攝影系統。《阿凡達》影片虛擬制作總監格倫·戴瑞在評價卡梅隆時說 ：“他想如同拍攝真實的演員表演一樣，在拍攝現場讓計算機三維動畫和角色實現實時交互，他希望以自己的方式持握著攝影機在這個 CG世界里自由的拍攝。”[4]

3 數字化技術介入與立體化技術在攝影中應用

攝影的本質是拍攝者運用攝影術對客觀可視存在的主觀反映[5]。數字技術的迅速發展浪潮也波及到攝影領域，這個浪潮首先促使了攝影器材、設備和技術的更新,數碼相機以“山雨欲來風滿樓”之勢迅速取代了傳統相機。由此而發的數字影像是利用電腦對所拍攝的影像文件進行加工處理，利用電腦及相關編輯軟件進行后期制作，對圖像進行色彩改變，把握和精確調控達到了前所未有的高度。

3.1 攝影中數字化技術介入

數字技術給現代攝影技術帶來的全新的革命，相機數字化的運用、拍攝技術規范、后期數字“暗房”的處理與傳統攝影都有著巨大的改變。數字攝影技術最大的特點就是直觀性、可控制性、環保性。

3.1.1 直觀性：攝影者拍攝圖片后，馬上直觀看到圖像，并及時加以處理，圖像是通過數字信號存儲到存儲卡上，人們可以選擇自己喜愛的圖片，通過彩色打印機印制相片，也可以存儲到電腦上或刻錄成光盤，以數字信號記錄下來，隨時可打開電腦進行觀看。

3.1.2 可控制性：進入電腦時代，發明了功能強大的圖像處理軟件，例如PHOTOSHOP，3DMax、Maya、CorelDraw 等。利用 PHOTOSHOP軟件可以自由調整數碼相片，從而達到自己主觀想要圖片，可以對畫面進行影調、色相、反差等隨意增減和再造，達到精益求精的畫面效果；通過3DMax軟件可以對數碼圖片進行在三維虛擬空間中自由的貼圖，使之產生立體效果，制作精良的三維空間可以達到以假亂真的效果。因此，數字圖片與現代計算機的結合被廣泛應用于藝術設計領域。形象地說，圖像掌握在我們手中，可以進行隨心所欲的控制。

3.1.3 環保性：數字圖像時代，拍攝者從拍攝到看片選片等環節可以說是一氣呵成，大大節約了傳統膠片時代時從取片、沖洗到放大的復雜耗時環節，突破以往傳統沖洗環節上需要用到顯影和定影藥水環節，數字時代可謂環保最大化的終極追捧者。

3.2 攝影中數字立體化技術應用

數字圖像縱橫江湖，雖樹立霸主地位，但后輩層出不窮，本世紀初一種自由體立體影像合成技術便嶄露風采，它利用特種光學材料（通稱光柵材料）可將將任意一幅平面的圖畫轉換制作成具有3D效果的立體圖畫，事物既能深藏畫中，又能飄逸畫外，栩栩如生，顛覆了傳統平面圖像成像特點，立體的視覺畫面給人們帶來了耳目一新的視覺感受，令人過目難忘。被譽為“有生命的圖像”。

數字立體圖像的特點在于不需要借助鏡片設備進行觀看，也不需要對眼式的眼球調整，就可以直觀的欣賞立體圖片。適用于裝飾裝修、婚紗影樓、客廳、餐廳、臥室、書房、兒童房、過道等空間的裝飾；辦公室、會議室等工裝空間裝飾；室內外廣告、酒店大堂、客房、各類休閑場所等商業空間裝飾。

近年剛剛興起的360度全景攝影和720度全景攝影，都是利用數字立體技術在攝影中的新技術運用，它將所拍真實環境從360度或720度鏈接成整幅畫面，再將數字立體技術融入其中，以左右360度或左右、上下720度場景拼合結合，用Flash等軟件的合成立體的畫面進行展示。此技術鏈接在公司網站上，觀者按照自己的主觀意愿前進或后退等，增加了趣味探秘性，商業用途廣泛，一般在房產樓盤展示、商業環境展示、產品產生、旅游景點展示、博物館等公益場館的展示應用。

4 數字立體技術未來發展趨勢展望

數字立體技術（3D）在攝像攝影領域的應用是個極其復雜的高科技綜合大薈萃，也是一個以服務人們感官需求的高新技術。不僅在影視產業運用，現已經拓展到教育、醫療、軍事、建筑設計、城市規劃、文物珍寶保護、交通、娛樂、生物科技、航空以及商業環境等領域。在互動展示項目上：可應用于多點互動觸摸技術、互動投影技術、電子細膩翻書技術、虛擬主持人、虛擬旅游攝影、虛擬遠望鏡、遺址幻影觀景臺等。在電子沙盤展示上：可應用于互動投影沙盤、三維立體數字沙盤、互動觸摸電子沙盤。在全息投影上：可應用于360度全息、全息投影、空氣成像、幻影成像等。此外，在顯示系統、虛擬游戲、軍事模仿、體感技術、3D打印等高科技領域中都發揮著越來越重要的作用。3D技術的應用從根本上改變了現行行業的生產和服務模式。

[1]胥余川.淺析立體電影的物理原理[J].中國科技信息，2005，（6）：99-99.

[2]朱梁.高清數字立體攝像技術在電影《深淵幽靈》中的創新應用[J].影視技術，2003，（7）：22-24.

[3]李道新、王壵、劉繼明.阿凡達：3D 電影元年的未來啟示錄[J].藝術評論，2010，（3）：10-16.

[4]朱梁.電影《阿凡達》的數字立體和虛擬攝影技術[J].現代電影技術，2010，（2）：34-37.

[5]邵培仁.傳播學導論[M].杭州：浙江大學出版社，1997.