立體動畫的雙眼成像原理淺析

孫　明　（天津科技大學　30000）

立體動畫的雙眼成像原理淺析

孫明（天津科技大學30000）

本文通過對立體動畫的視間距成像原理、會聚立體成像原理、視差立體成像原理三方面介紹了立體動畫視覺成像，并對其在立體動畫電影中的應用與影響做了論述，希望對立體動畫制作者給予相應的借鑒。

立體動畫；立體電影；立體成像原理

雙眼立體成像通俗是指，人們通過左右雙眼所看到的畫面形成有空間景深的立體圖像。立體動畫電影中，如兩幅畫面的視間距、會聚和視差的調整等客觀因素都會引起空間上的立體感，進而形成觀眾的雙眼立體視覺。

一、立體動畫的視間距立體成像原理

我們把軸間距、瞳間距、孔間距等稱之為視間距，也就是人類雙眼瞳孔間平均64毫米的距離。在立體動畫制作過程中，借助了立體攝影原理形成了立體動畫的視間距原理。利用視間距模擬出人的雙眼去制作動畫的立體景深，制作不懂層次景物左右偏移模擬立體攝影機的軸間距，這是立體動畫空間景深制作最重要的環節，也決定了立體動畫的景深空間。

如（圖1左）所示，如果把立體攝影機的軸間距拉大，銀幕前的觀眾所看到的景深立體空間就會被加深；反之，如果把立體攝影機的軸間距推近，則銀幕前所呈現的景深立體空間就會變淺。總的來講，視間距參數的變化所決定立體動畫畫面的視覺效果是藝術與技術結合的產物，會影響到動畫片的立體效果、鏡頭運動、畫面景別的應用。

在設置立體動畫的虛擬攝相機參數設置時，視間距一般會以50毫米的視間距為準則。在立體電影拍攝時，立體動畫攝影師會根據自己總結的經驗，把視間距設定為鏡頭中最近的畫面元素到立體攝影機1/30-1/40之間的距離就可以被廣大觀眾接受，這個區間值是模擬了觀眾兩眼瞳孔之間的平均距離所得出的。假設，被攝景物在攝像機的2米以外的位置，合理的視間距應該被設置為50毫米左右。因此，大多三維軟件中立體攝像機視間距參數就選用了5厘米作為默認值，用戶只要對會聚等參數做一些微調以后，就可以形成安全、富有景深空間效果的立體圖像。

二、立體動畫的會聚立體成像原理

在日常生活中，人們在觀察位置較近的物體時眼球會向著中間會聚，在觀察位置較遠的物體時眼球向兩邊相反方向分離。也就是說會聚是因為人類眼球的轉動而產生的視覺現象，在設置大多動畫制作軟件的虛擬攝像機參數時，如（圖1右）所示，如果調節虛擬立體攝影機的垂直軸線使其相互平行，則被拍攝到的景物在立體畫面中絕對是在銀幕之外（即負視差）；如果調節虛擬立體攝影機的垂直軸線使其向中間稍微轉動，則呈現的立體景物就會部分在銀幕之內形成入屏（正視差）效果，另外還會有一部分在銀幕之外形成出屏（負視差）效果；如果繼續把虛擬立體攝影機的垂直軸線夾角加大，會聚點被放在角色身上，所形成的立體畫面就會出現卡通角色在銀幕（零視差）位置，背景畫面則在銀幕之內的效果。

（圖1　）視間距與會聚立體成像原理圖解

三、立體動畫的視差立體成像原理

視差（parallax）簡單來說就是人們的立體錯覺，是指人類兩眼看到同一個物體時，呈現的畫面在視覺上形成的位移與細微差別的現象，這種能夠產生有空間感的立體效果的現象被稱之為視差。立體動畫的空間形成中，視差是視間距和會聚的共同作用所形成的產物。立體畫面的制作過程就是利用視差原理，在圖像中找出相應的深度信息來進行立體畫面的匹配，制作出兩個視點不同的圖像，最后被觀眾的大腦接收并處理形成立體觀感。立體動畫的視差按照其所處銀幕的空間位置，可把它分為正視差、負視差和零視差三種類型如（圖2）所示。

（圖2　）視差的類型 （注：需佩戴紅藍眼鏡查看）

立體動畫的正視差是指，人們在觀影時發現景物與角色在銀幕之內的現象，即鏡頭的景深層次被“推入”到銀幕里面的現象。觀眾欣賞到的立體畫面為正視差鏡頭時，他們兩眼的視線軸正好處于平行狀態，瞳孔正好在眼球中間位置，這樣才能獲得最舒服的觀影體驗，這也是整部立體動畫最常用的立體效果

立體動畫的負視差是指，觀眾在觀影時所看到的景物在銀幕的前方會聚的現象，即人們在觀影時所看到景物與角色在銀幕之外出現的效果。由于人類大腦接受負視差畫面信息時雙眼要向中間會聚，造成了其舒適感要低于正視差，所以一部立體效果好的動畫電影不會有太多的負視差鏡頭畫面。如果出現很強的負視差畫面這一定是劇情的特別安排，給觀眾耳目一新的立體視覺體驗需求。

零視差是指，觀眾在觀影時所看到的景物在銀幕位置會聚，也就是人們看到的景物正好處于銀幕位置，俗稱零屏幕。此時立體動畫場景中的畫面元素視差為零，空間中景物水平位置無左右偏移現象。最簡單來講，早先普通電影完全是零視差電影。

在制作立體動畫電影時，左右雙眼畫面產生的差異不能太過夸張，例如要避免出現視線不行視線軸夾角過大的現象，觀眾不能快速地把差異過大的圖像信息在大腦中處理成立體景深圖像。所以，在立體動畫的視差設置時要充分考慮銀幕的寬度，合理安排視差在銀幕中的分布。

在立體動畫電影的制作中，場景的空間景深在制作之前需要被設置好，要使其遵循人眼的立體成像原理。動畫導演與立體制作總監要對整部動畫電影進行畫面空間景深層次的詳細評估，合理地設置正視差和負視差的景深左右偏移區間，控制好每個動畫鏡頭之間的視差值，把觀眾在觀看立體動畫的眼疲勞降到最低而不至于損失立體空間。微觀來講，立體成像決定了人們在影院里90分鐘觀影舒適度；宏觀來講，立體成像決定著一部立體動畫電影票房收入高低。

[1]李鐵，張海力.動畫場景設計[M].清華大學出版社、北京交通大學出版社，2006.

[2]許結玲.佛山木版年畫的文化內涵解讀[J].廣西師范學院學報：哲學社會科學版，2016，37（1）.

孫明（1985-10），男，甘肅省酒泉市，最高學歷：研究生，目前職稱：助教，主要研究方向：動畫，單位：天津科技大學。