好萊塢開源軟件生態(tài)發(fā)展與借鑒意義

胡 冰

（海南喜悅電影有限公司，北京100024）

1 引言

現(xiàn)今，數(shù)字影像技術早已被我們所熟知。創(chuàng)作者們使用電腦，甚至手機便可以制作出生動、絢麗的影像內(nèi)容。近年來，隨著高質量影視作品的不斷涌現(xiàn)，將觀眾帶入到一個又一個風格迥異的時空中翱翔穿梭。可以說，想象力已經(jīng)成為當前內(nèi)容創(chuàng)作的唯一天花板。而在這些成就取得的背后，始終與軟件技術的發(fā)展密不可分。

當我們使用電腦進行內(nèi)容創(chuàng)作時，軟件為我們提供了人機交互接口，并通過各種內(nèi)部算法實現(xiàn)對媒體內(nèi)容的處理與生成。從早期非線性編輯（NLE，Non-Linear Editing）系統(tǒng)所帶來的制作效率與靈活性的突破，到如今針對剪輯、視效、聲音、調(diào)色等不同制作環(huán)節(jié)，功能強大、種類繁多的專業(yè)軟件，全面涵蓋了影視制作的各個細分領域。與此同時，越來越多的軟件產(chǎn)品以開源的形式展露出來，成為行業(yè)中一股不可或缺的力量。

2 開源之初

自上世紀90年代 “開源”理念提出至今，人們對這一概念已不再感到遙遠與陌生。從支撐整個互聯(lián)網(wǎng)運行的Linux操作系統(tǒng)，到集成于各類桌面、移動影音播放器內(nèi)的FFmpeg媒體編解碼庫，開源軟件已經(jīng)融入到科技生活的方方面面。

早期的開源軟件通常界面簡陋、操作復雜，給人的印象往往是技術極客專屬的小眾產(chǎn)品。這些開源軟件盡管可供免費使用，但由于其復雜的部署與運維要求，導致系統(tǒng)的整體擁有成本甚至超過了商業(yè)軟件。在此后的二十多年間，開源社區(qū)愈發(fā)注重其產(chǎn)品可為行業(yè)創(chuàng)造的經(jīng)濟價值，開源軟件變得越來越可靠實用，人們的態(tài)度也隨之轉變，整個開源軟件生態(tài)迎來了良性發(fā)展的趨勢。

隨著開源軟件產(chǎn)業(yè)從幼年跨入成年，其關注重心也不再僅限于互聯(lián)網(wǎng)與科研領域，數(shù)字媒體的興起，成為了開源軟件新的關注熱點。無論你留意與否，它們正在以不同的形式，參與到數(shù)字內(nèi)容生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)中來。根據(jù)使用場景與發(fā)布形態(tài)的不同，可將這些開源軟件項目大致劃分為三類，即集成類、工具類以及標準類。

（1）集成類項目：提供滿足特定工作流程的“一站式”解決方案，具備完善的工具集與用戶交互界面。例如三維圖形軟件Blender、視頻剪輯軟件Kdenlive等。

（2）工具類項目：用于實現(xiàn)某類算法、功能的集合。它們通常以軟件庫的形式存在，既能獨立運行，又可被工作流程中的其他軟件所調(diào)用。例如FFmpeg媒體編解碼庫、MediaInfo媒體信息檢測工具等。

（3）標準類項目：包含各種數(shù)據(jù)交換格式、媒體編碼格式、協(xié)議棧等對某一技術框架的軟件實現(xiàn)與規(guī)范。例如ACES學院色彩編碼系統(tǒng)、FLAC無損音頻格式等。

在以上項目中，開源三維軟件Blender頗具代表性。Blender最初是作為荷蘭動畫工作室NeoGeo的內(nèi)部3D工具軟件而開發(fā)。此后，Blender的創(chuàng)立者Ton Roosendaal曾試圖將其商業(yè)化，但因慘淡的銷量及資金壓力未獲成功。為了延續(xù)Blender的生命力，Ton Roosendaal于2002年成立了非營利性的Blender基金會，在募集到10萬歐元后，Blender正式轉變?yōu)殚_源軟件。

和大多數(shù)開源軟件的發(fā)展歷程相似，在Blender的早期開發(fā)階段，更多地關注于各種功能實現(xiàn)而非用戶體驗。軟件在易用性及支持文檔方面十分欠缺，仿佛是一款科研專用工具。逐漸地，Blender基金會也意識到自身在開發(fā)方向上的迷失。在廣泛收集了社區(qū)用戶的需求與反饋后，Blender基金會提出了以工作流程為導向的開發(fā)目標而非單純的功能堆砌。

此后，在經(jīng)歷了近兩年的版本停更后，直到2019年7月30日，Blender基金會正式發(fā)布了Blender 2.80版本。全新設計的用戶界面、現(xiàn)代化的3D視口、Eevee實時物理渲染引擎、2D繪圖與動畫系統(tǒng)等一系列重大改進顯著提升了Blender軟件的生產(chǎn)力與易用性。這一劃時代版本的發(fā)布，幾乎掃除了人們對于開源軟件的過往觀念，在某些方面，Blender的表現(xiàn)甚至超越了傳統(tǒng)商業(yè)軟件。越來越多的數(shù)字藝術家、中小型工作室以及教育機構開始投入Blender的懷抱。大量行業(yè)用戶在網(wǎng)絡上分享他們的創(chuàng)意作品與使用經(jīng)驗，掀起了一股數(shù)字藝術創(chuàng)作的潮流。

圖1 Blender 2.80版程序運行界面

與此同時，自2.80版本之后，Blender軟件的迭代速度進一步加快，基本上每個季度都會發(fā)布一個新的功能版本，持續(xù)將業(yè)內(nèi)的最新技術整合其中。根據(jù)Blender基金會的官方統(tǒng)計，在2019年期間，Blender軟件的下載次數(shù)達到了1000萬次。這些成績的取得，是廣大開源社區(qū)貢獻者與Blender基金會共同努力的結果。

3 好萊塢開源生態(tài)構建

以Blender為代表的開源項目的成功，再次證明了社區(qū)平臺對于開源軟件發(fā)展所帶來的推動力。在這一背景下，美國電影藝術與科學學院 （AMPAS，Academy of Motion Picture Arts and Sciences）與 Linux基金會 （Linux Foundation）于2018年8月聯(lián)合發(fā)起并成立了ASWF學院軟件基金會 （ASWF，Academy Software Foundation）。

作為面向電影和更廣泛的媒體行業(yè)的開源軟件社區(qū)，ASWF的主要使命是為了提升內(nèi)容創(chuàng)作產(chǎn)業(yè)開源軟件庫的貢獻品質與數(shù)量。與此同時，提供一個中立的平臺來協(xié)調(diào)跨項目的工作；提供通用的構建及測試基礎架構；并為個人和組織提供了一條明確的途徑，以參與推進內(nèi)容創(chuàng)作產(chǎn)業(yè)的開源生態(tài)系統(tǒng)。

截至目前，經(jīng)過提名與評估，ASWF先后吸收并接納了源自好萊塢知名制作機構的六款開源軟件項目，它們中的每一個在當今影視工業(yè)化生產(chǎn)中所體現(xiàn)的價值都不容小覷。這六款開源項目分別如下：

（1）OpenEXR

提到OpenEXR相信大多數(shù)從業(yè)者都并不陌生。事實上，不僅限于影視行業(yè)，很多需要高質量圖像存儲、交互的領域都能看到它的身影。Open EXR最初由工業(yè)光魔 （Industrial Light&Magic）開發(fā)，并于2003年首次發(fā)布。Open EXR格式可提供32位浮點精度及多種無損或有損壓縮編碼，能夠以線性方式準確、高效地保留HDR影像的動態(tài)范圍與色彩信息。

不僅如此，Open EXR所具備的多通道及深度數(shù)據(jù)功能，為視效合成帶來了巨大便利。畫面對象再不是呆板的 “景片”，各種光照、反射、縱深信息為場景中各元素的逼真呈現(xiàn)提供了無限可能。此外，Open EXR中包含的輕量級函數(shù)庫IlmBase，可用于表示2D和3D向量與矩陣，以及其他計算機圖形應用中常見的數(shù)學對象，包括經(jīng)典的 “半精度”16位浮點數(shù)據(jù)類型。

目前，Open EXR已被集成于各大三維、視效及DI軟件中，成為高端影視制作中最為常用的圖像交換格式之一。

（2）OpenColorIO

在有了統(tǒng)一的文件格式標準之后，接下來需要解決的便是色彩標準。

對于數(shù)字時代的電影制作，色彩管理可謂極其重要且精細復雜。面對來自攝影機的原始畫面、合成素材以及CG動畫，倘若沒有一套統(tǒng)一的色彩管理方案，結果將是災難性的。于是，OpenColorIO應運而生。

OpenColorIO （OCIO）是一套面向電影制作的完整色彩管理解決方案，最初由索尼影業(yè)旗下的動畫公司Sony Pictures Imageworks于2003年開發(fā)并應用于 《蜘蛛俠2》《愛麗絲夢游仙境》等項目。此后，Autodesk、工業(yè)光魔等公司也參與到OCIO的開發(fā)工作中來。

OCIO提供了預置及可自定義的色彩空間轉換模型，可搭配同樣出自電影藝術與科學學院的ACES色彩編碼系統(tǒng)，為跨部門間的影像制作提供了統(tǒng)一的色彩科學框架。目前，OCIO已被集成于包括After Effects、Blender、Fusion、Nuke在內(nèi)的各大主流視效軟件中，成為色彩管理領域必不可少的一環(huán)。

（3）Open VDB

Open VDB作為一款開源的數(shù)據(jù)結構與工具集，被廣泛應用于視效與動畫領域。

為了實現(xiàn)對液體、云霧、火焰、煙塵等流體效果的高細節(jié)真實渲染，視效與動畫工作室利用數(shù)以萬億計的微小體素 （Voxel，即三維空間中的像素）來構建體積數(shù)據(jù)。盡管體素相對于多邊形更利于流體效果的模擬與操縱，然而它也帶來了對存儲和計算資源的巨大消耗。

Open VDB的出現(xiàn)改變了這種狀況，其特有的分層數(shù)據(jù)結構可用于高效存儲和處理離散在三維網(wǎng)格上的稀疏體積數(shù)據(jù)，從而有效降低了數(shù)據(jù)存儲要求，減少了渲染模擬所需的處理時間。

Open VDB最初由夢工廠 （Dream Works Animation）開發(fā)，并于2015年獲得奧斯卡技術成就獎。Open VDB現(xiàn)已成為動畫與視效領域的行業(yè)標準，被 Houdini、Render Man、Arnold、RealFlow等軟件整合其中，Blender自2.83版起也加入了對Open VDB的支持。

1）少部分學生參與任務的積極性不高。經(jīng)過與這些同學溝通，發(fā)現(xiàn)問題的根源在于他們對英語缺乏學習興趣，在中學階段把主要精力放在了音樂專業(yè)知識的學習上，基本放棄了英語或其他課程的學習。“任務型教學模式”雖然不同于傳統(tǒng)的教學模式，提高了課堂的趣味性，但對于這部分學生來說，還不足以使其發(fā)生太大的變化。對此，教師因適當設計一些容易完成且符合其專業(yè)特點的任務 （如英文歌曲演唱、電影配音等），讓這些學生在參與任務的過程中不斷增加自信心。教師應多進行正面引導，從而激發(fā)學生的學習熱情和學習動力，取得良好的課堂教學效果。

圖2 在Blender中導入Open VDB體積文件

（4）OpenCue

OpenCue是一款專為視效和動畫領域設計的渲染管理系統(tǒng)，最早由Sony Pictures Imageworks開發(fā)，并已被應用于其內(nèi)部數(shù)百部影片的渲染管理。

對于當今的好萊塢視效大片，動輒需要數(shù)以百萬計的渲染機時，并要求渲染管理系統(tǒng)能夠同時調(diào)度上百個渲染請求。OpenCue所具備的高可擴展性架構能夠支持大量的并發(fā)主機，并且隨著公有云與虛擬化技術的普遍應用，OpenCue能夠同時支持本地、云端以及混合方式進行部署，使得用戶可以按需創(chuàng)建主機實例 （Instance），更為有效地控制成本開銷。OpenCue提供了兼容各款主流DCC（Digital Content Creation）軟件的渲染任務提交插件以及針對Katana、Render Man、Arnold渲染器的原生多線程支持。通過對不同任務添加屬性標簽，渲染管理器可為其分配指定規(guī)格的計算資源。

圖3 OpenCue軟件技術架構

（5）Open TimelineIO

Open TimelineIO從命名便可看出其與時間線有關。作為剪輯創(chuàng)意在制作管線中交互的基礎，時間線的重要性不言而喻。然而，不同后期軟件通常有其各自的時間線工程標準，使得我們不得不花費精力以確保剪輯信息在整個制作流程中的一致性。

Open TimelineIO （OTIO）被定義為一種媒體剪輯信息的交換格式及應用程序接口 （API）。用戶既可以將其作為一種時間線文件格式進行交互，也可以借助OTIO提供的應用程序接口對模型化的剪輯數(shù)據(jù)進行各種操作。OTIO通過名為 “適配器”的模塊，實現(xiàn)對EDL、XML、AAF等不同格式時間線工程文件的讀取與寫入。伴隨第三方適配器插件的不斷豐富，OTIO所能兼容的時間線格式也在持續(xù)豐富。此外，OTIO還允許用戶加載自定義的“媒體鏈接器”，用于將時間線中所引用的媒體與機構內(nèi)部的存儲命名規(guī)范匹配并關聯(lián)，從而實現(xiàn)更高效率的媒體素材利用與生命周期管理。

圖4 OTIO時間線查看工具OTIOView

Open TimelineIO最初由皮克斯工作室 （Pixar Animation Studios）開發(fā)，目前已被包括Netflix、Marvel Studios在內(nèi)的大型制作機構所采用。

開放式著色語言 （OSL，Open Shading Language）是一款小巧而豐富的著色編程語言。作為ASWF于2020年4月吸納的最新成員，OSL同樣誕生自Sony Pictures Imageworks，最初用于搭配公司內(nèi)部的渲染器進行動畫電影及視效制作，在其開源后，其他的視效及動畫工作室也參與到OSL的應用與發(fā)展中來。

圖5 在Blender中應用OSL

OSL特別針對高級渲染算法所設計且易于使用，其內(nèi)部提供的顏色、坐標、向量、法線等特殊數(shù)據(jù)類型，非常適合用于描述材質、燈光、置換及樣式生成。隨著OSL被越來越多的渲染器工具所支持，其已成為行業(yè)內(nèi)著色語言的事實標準，被應用于 《長城》《敦刻爾克》《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》《權力的游戲》等諸多大型制作中。OSL的核心開發(fā)者Larry Gritz于2017年獲得奧斯卡技術成就獎。

受篇幅所限，上述六款開源項目在本文中我們只能做簡要介紹，無法深入展開其技術架構與功能特性，但我們?nèi)阅軓囊陨蟽?nèi)容中總結出一些規(guī)律：

（1）現(xiàn)階段，ASWF所主導的六款開源項目基本都與視效環(huán)節(jié)緊密相關，而這也正是影視制作產(chǎn)業(yè)中工業(yè)化屬性最強、技術更迭最快、協(xié)作要求最高的領域。上述開源項目的發(fā)展，有效填補了單一創(chuàng)意軟件在流程、規(guī)范、協(xié)作等方面的短板，構建出了一套貫穿整個制作流程的開源軟件生態(tài)系統(tǒng)。根據(jù)ASWF 2020年度的工作規(guī)劃，目前在動畫與視效領域討論最多的USD （Universal Scene Description）工作流程將是其下一個關注重點。

（2）上述項目在誕生之初都源自好萊塢頂尖制作公司的內(nèi)部需求，并經(jīng)過大量一線項目的實際應用。它們的出現(xiàn)，確實能夠有針對性地解決影視制作流程中存在的主要痛點，并且引領行業(yè)技術的發(fā)展方向。

（3）以上項目普遍提供有基于Python的應用程序接口，方便用戶更容易地將相關軟件模塊整合進自身的工作流程中，大幅降低了部署難度與應用門檻。而Python本身也是一款開源的編程語言。

圖6 ASWF開源生態(tài)版圖

在上述六款開源項目之外，ASWF還特別發(fā)布了一款面向整個開源生態(tài)的交互式工具ASWF Landscape（ASWF版圖）。該工具可提供實時生成的基于流程與功能分類的開源軟件項目信息，方便開發(fā)者及用戶掌握當前可用于影視制作行業(yè)的各種最新資源，從而更加有效地促進這一生態(tài)體系的蓬勃發(fā)展。

4 生態(tài)優(yōu)勢與借鑒意義

通過以上介紹我們可以看出，現(xiàn)階段開源軟件在數(shù)字內(nèi)容創(chuàng)作領域已經(jīng)逐步構成了自下而上的生態(tài)體系，覆蓋了從數(shù)據(jù)交換、流程管理直至創(chuàng)意實現(xiàn)的各個環(huán)節(jié)。以ASWF學院軟件基金會為代表的社區(qū)化驅動開源項目的發(fā)展，將對影視制作行業(yè)的工業(yè)化進程產(chǎn)生不可忽視的影響。

首先，具有完備體系的開源軟件解決方案對于整個行業(yè)制作流程的規(guī)范化起到了積極的示范作用。任何機構都可將其作為自身工作流程的最佳實踐，無障礙地整合到機構現(xiàn)有的制作規(guī)范中，隨之而來的是行業(yè)機構間更加統(tǒng)一高效的數(shù)據(jù)交互與流程協(xié)作。此外，對于具備一定技術研發(fā)能力的制作機構，開源方案允許其進行定制化的二次開發(fā)，以獲得最佳的靈活性與適應性。

最終，當開源軟件切實成為用戶手中得力的生產(chǎn)工具，其免費屬性才得以真正凸顯。以2019年上映的動畫電影新版 《獅子王》（The Lion King）為例，有超過1200名數(shù)字藝術家參與其中。假設這些藝術家使用開源軟件替換他們電腦工作站中的某一款商業(yè)三維圖形軟件 （以Autodesk 3ds Max為例，其單個軟件授權價格為1620美元/年），則每年可節(jié)省的軟件授權費用便接近200萬美元，這對于重資產(chǎn)類型的視效公司而言是值得評估與考量的議題。

近年來，伴隨著我國影視產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，影視工業(yè)化這一命題被不斷提及。對于后期制作領域，從某種意義上來說，制作軟件的研發(fā)水平就代表著影視工業(yè)化的發(fā)展水平。而開源軟件在影視制作領域的興起，可以幫助我們進一步縮小與好萊塢先進制作體系之間的差距。當新技術被加入到開源軟件中的同時，我們便可以無延遲地加以學習與應用。另一方面，開放源代碼在一定程度上也可避免因使用私有化代碼軟件程序所帶來的潛在信息安全風險。

當前，已有越來越多的國內(nèi)企業(yè)針對影視制作行業(yè)推出了相應的軟件或SaaS（軟件即服務，Software as a Service）產(chǎn)品，涵蓋了智能影像處理、項目管理、云協(xié)作平臺等方面。與此同時，我們與國際同行間的技術交流也更加緊密。在2019北京國際電影節(jié)電影科技國際論壇上，組委會就特別邀請了美國電影藝術與技術學院技術委員會常務理事Andy Maltz分享了有關ASWF的最新信息。盡管如此，我們在自身開源軟件生態(tài)體系的建設方面，仍處在相對初級的階段。

隨著國內(nèi)制作公司對于流程設計和研發(fā)能力的不斷投入，一些國產(chǎn)開源項目開始陸續(xù)浮現(xiàn)，例如由國內(nèi)知名影視后期公司天工異彩開發(fā)的dayu開源后期制作管理平臺等。但由于大多數(shù)從業(yè)者仍然缺乏對于開源軟件的系統(tǒng)認知與技術應用手段，使得這些項目往往被 “束之高閣”。不僅如此，在開源項目的開發(fā)者之間，也由于缺少有效的溝通交流渠道，造成不同項目的開發(fā)質量良莠不齊，重復 “造輪子”的情況時有出現(xiàn)。以上這些，都需要我們通過建立自己的開源生態(tài)體系去逐步發(fā)展與完善。

圖7 天工異彩dayu開源項目Git Hub頁面

我們以學院軟件基金會作為參考對象。當ASWF接手幾款開源項目的管理工作后，其首要任務便是避免讓它們因為某個開發(fā)人員或機構的變故而導致 “單點故障”，進而造成整個項目的停滯。另一方面，ASWF需要通過積極的行業(yè)推廣讓更多從業(yè)者了解并應用這些開源項目，同時吸引潛在的社區(qū)貢獻者。而上述工作的開展，都離不開包括資金在內(nèi)的各種資源的有力支撐。

圖8 ASWF成員機構

ASWF通過學院以及Linux基金會的影響與號召力，在成立不到兩年的時間內(nèi)，便獲得了來自互聯(lián)網(wǎng)、信息技術以及影視制作領域行業(yè)巨頭們的加盟與支持，包括蘋果與微軟、谷歌與亞馬遜、英特爾與英偉達等。這也從側面反映了數(shù)字媒體產(chǎn)業(yè)當前以及未來對于互聯(lián)網(wǎng)及信息技術行業(yè)所能產(chǎn)生的巨大帶動作用：更多的數(shù)字內(nèi)容創(chuàng)作者需要更高配置的電腦硬件，更多規(guī)模宏大的CG場景需要更為強悍的云計算平臺。不僅如此，Autodesk、Foundry、SideFX等傳統(tǒng)商業(yè)軟件開發(fā)商也加入到ASWF的支持行列中來，而這恰恰印證了開源軟件生態(tài)體系的形成，讓它與傳統(tǒng)商業(yè)軟件之間不再僅僅是取代與競爭的關系，它們雙方都可以共同推動行業(yè)技術的快速發(fā)展。和其他非營利性組織相似，ASWF也向社會持續(xù)公開其項目管理與機構運營的大部分信息。在2019年度，ASWF共獲得了來自23個成員機構100萬美元的捐款，外加17名等價全職開發(fā)人員 （Full Time Equivalent Developer）的支持，使得ASWF在推動項目研發(fā)之外，還可以創(chuàng)建線上論壇，舉辦各種線下活動，并對項目文檔進行豐富與完善。

5 結語

綜上所述，面對行業(yè)的飛速發(fā)展，以同樣免費開源的虛幻引擎 （Unreal Engine）為代表的新技術正將影視制作帶入到虛擬制片 （Virtual Production）的新疆界。行業(yè)對于TA （Technical Artist，技術美術）與TD （Technical Director，技術指導）等新興技術崗位的人才需求正在與日俱增。通過針對開源軟件項目的研究與借鑒，可以加速人才的培養(yǎng)與提升。當我們在技術、流程方面與好萊塢逐步接軌的同時，也必然需要打造符合我國發(fā)展特色的影視工業(yè)化體系，而自有開源生態(tài)環(huán)境的建設，對于進一步促進我國影視制作產(chǎn)業(yè)在技術創(chuàng)新、人才培養(yǎng)、行業(yè)推廣、規(guī)范樹立、知識產(chǎn)權保護等方面的良性發(fā)展起著至關重要的作用。