增強現實技術在影視包裝中的使用

韓曉

摘 要：增強現實技術作為影視包裝增強現實技術中的關鍵手段，對其的應用決定了影視包裝增強現實產品的制作質量和產出效率。本文從增強現實系統的構建應用來對影視包裝中增強現實技術的具體應用進行分析，旨在為業界人士提供一定的參考。

關鍵詞：影視包裝；虛擬現實技術；模型交換；節點制作模式

影視包裝中增強現實技術的應用，其根本是一種將現有真實環境和虛擬元素進行信息拼接、集成的新型技術。將該技術應用于影視包裝中，結合節目內容，烘托環境氣氛，打造出了傳統影視技術難以呈現的炫美視覺效果。加強對該項技術的研究對影視發展具有積極意義。

一、增強現實技術概述

增強現實技術（Augmented Reality，簡稱AR），作為虛擬現實系統的變種形式，其根本是一種將現有真實環境和虛擬元素進行信息拼接、集成的新型技術。是把原本在現實環境的時空域范圍內很難體驗到的實體信息（目前是以視覺和聲音信息為主，根據體驗的不斷增強將加入觸覺、味覺等多元化信息），通過計算機模擬仿真技術進行疊加，將虛擬的信息實時地應用到真實環境下，從而達到基于現實但超越現實的全新感官體驗。其重要的分支-虛擬現實技術（Virtual Reality，簡稱VR）是環境仿真技術的一個重要方向，其根本是利用仿真、計算機圖形學、人機接口、人工智能、傳感及網絡等綜合技術集合予以實現，這是一門富有挑戰性的交叉技術前沿學科和研究領域。已經在眾多的電視節目中得倒廣泛應用。

簡言之，增強現實技術是實時地將虛擬三維物體疊加到真實的環境下，最終實現在同一個畫面和空間的并行存在。相較于其他虛擬現實技術和實現，影視包裝將技術聚焦在疊覆（superimposed）及合成（composited）上。從實現效果上，增強現實技術主要面向的是增補現實環境的信息，而非單純地覆蓋整體現實環境，其最終結果是在理想情況下，將虛擬元素無縫地同現實環境在相同的時空域，根據統一的上下文環境實現實時且“恰當”的共存，通過增補準確地傳遞給受眾所要傳遞的信息。

二、增強現實技術在影視包裝中的使用

增強現實技術在影視包裝中的應用，具體體現在影視包裝增強現實系統上，相較于其他模式的制作系統，其優勢繼承現有的影視包裝制作環境，并在保留現有影視包裝業務特征的基礎上，進行感官延續和體驗擴展，從而在業務層面實現繼承和拓展現有包裝業務的基礎上，探索和挖掘新型包裝業務。基于此特征，影視包裝的增強現實系統從功能實現維度上包含虛擬現實制作端、虛擬現實中間件、虛擬現實發布端三個組成部分。下面本文將對此進行詳細論述：

1.界面設計

界面設計單元的效率決定了整體虛擬現實產品的產出速度，影視包裝的增強現實制作系統采用基于時間線的方式進行界面的設計和實現。界面設計單元主要是將菜單、UI、HUD以及可動畫紋理的圖形層面以及視頻編碼標準化輸出的視頻窗口層面在整體工程中實現一體化設計，這樣不但能夠使設計師們將注意力集中在“虛擬和設計”這個視角中，而且實現了整體包裝的風格化應用理念，從而同時保證了增強現實產品的圖形質量，以及用戶界面元素和互動三維體驗。在圖形優化處理方面，界面設計單元的矢量渲染機制通暢將多線程功能與最新硬件和圖形處理特性結合在一起，使其在不增加設計師工作量的基礎上實現最快的硬件加速矢量圖形。此外，界面設計單元還采用先進的批處理和排序協議的最優化算法，用以極大地減少繪制圖元數量和CPU和GPU協同工作負荷。

2.場景實現

場景實現單元負責將三維制作場景轉換為虛擬應用場景，并且在此基礎上進行環境體驗的視覺展現編輯調整。場景轉換過程是以關卡（Level）為整體單位轉換為虛擬現實場景，并且之后的動作綁定以及事件處理均基于關卡為全局邏輯進行設置。在影視包裝增強現實制作系統結構中，虛擬現實制作端與三維制作環境采用FBX格式文件作為增強現實的模型制作交換標準。FBX（Filmbox，擴展名為*.fbx）格式，是一款用于跨平臺的免費三維創作與交換格式，通過FBX，用戶能訪問大多數三維供應商的三維通用文件。FBX文件格式支持所有主要的三維數據元素以及二維、音頻和視頻媒體元素，目前已經成為廣泛使用的數字資產入庫和交換標準。FBX作為模型交換標準。FBX是一個多叉樹節點式結構進行模型信息存儲的格式，整體結構由一個根節點（Root Node）和數個子項樹（Tree ofChildren）組成，所有節點連接模式為雙向迭代模式，即子節點可以索引到父節點，反之亦然。FBX記錄包含場景（Scene）、模型網格（Mesh）、三維紋理（Texture）、材質（material）、攝像機（Camera）、燈光（Light）、骨骼（Skeleton）、動畫（Animation），所有的節點均繼承自FbxNode對象。FBX應用于增強現實制作和研發，應對制作維度，其提供對于虛擬引擎的無縫導入，包含Maya，3DsMax等主流三維制作軟件都支持FBX文件輸出。相對于虛擬現實引擎，則可以直接被Stingray，Unity，Unreal主流虛擬引擎應用。

3.動作綁定

動作綁定單元是解決場景中角色動畫的關鍵環節一一動畫骨骼綁定，虛擬現實制作系統單元的動作綁定采用人類角色反向動力學（HumanIK，HIK）系統。IK是反向動力學（Inverse kinematic）的簡稱，就是一種子節點驅動父節點運動的動畫制作方法，即IK通過先確定子骨骼的位置，然后反求推導出其所在骨骼鏈上n級父骨骼位置，從而確定整條骨骼鏈的方法。雖然稱為“人類角色”，但HIK系統也針對四足、多足以及機械角色，且HIK強化目標的重心是目標重定功能。所謂“目標重定”功能，是指將自定義的骨架結構映射現有骨架模板，HIK映射模板所需的全部十五個節點。這樣即可標識角色骨架的主要元素。如果未為這15個必需節點提供特征，則無法在運行時使用HIK控制角色。在“角色控制”（CharacterControls）中，只有成功映射所有這些必需節點后才能保存或鎖定特征。

4.事件處理

事件處理單元是進行虛擬制作與傳統制作本質區別的工作一一交互事件的定義。交互事件是指在進行虛擬應用時聽覺，視覺，觸覺被觸發時所產生的動作以及動作觸發的狀態，交互事件按照觸發類型劃分為以下類型：視覺交互事件、聽覺交互事件、操作交互事件。影視包裝的交互事件是圍繞著視覺展開，即聽覺和操作均基于視覺效果進行設計，實現擴展視覺效果、豐富信息內容的目標，虛擬制作的核心是設計符合人機工學的多維事件行為。節點制作模式的本質是任何一個節點都由三部分構成：輸入、輸出、中間計算。一般情況下，一個節點會從另一個節點取得數據作為自身計算的依據，然后在內部進行計算，最后將計算結果按要求交給下一個節點。最終由每一個節點根據業務設計成為一個邏輯拓撲結構進行計算。整個計算過程會分成一些次級的基礎單元，這些基礎單元在邏輯上相互關聯，在控制上相互獨立，每個單元根據輸入會完成一個計算步奏，形成一個相對獨立的任務，然后將計算結果交給下一個計算單元進行進一步處理。節點就是這種計算單元。節點有輸入屬性和輸出屬性，能完成相對獨立的計算功能。

5.音頻制作

音頻制作單元在整體制作系統中除進行標準的音效制作外，主要進行交互式音樂的制作。所謂交互式音樂又稱動態音樂，這是根據用戶體驗互動行為而對應產生的音頻或音效。在虛擬產品應用過程中，交互式音樂主要實現環境渲染和畫面帶入的效果。

音頻制作單元分為兩個部分：實時聲音引擎、前端創作工具。實時聲音引擎的實現是基于轉換分段和音高調制兩個部分，在增強現實制作過程中首先將實時聲音引擎的轉速按照交互需求進行轉速區間設定，而且定義每個轉速的均差，并依據均差進行音頻循環樣本。最后將樣本參數化處理，即在增強虛擬現實產品中實時傳遞參數，判斷轉速區間，決定音高調制比例。事件處理單元采用工作流節點模式作為一個可視化編輯模式在影視包裝的事件處理單元被廣泛應用。

三、結語

通過對虛擬現實制作系統核心單元進行探索性的設計和構建，希望影視包裝制作系統在不改變現有制作體系的前提下，充分利用現有資源，以期實現現有制作環境應對增強虛擬現實技術的有效利用。

參考文獻：

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（作者單位：山東藝術學院）