淺析電影照明數字控制技術的現狀及趨勢

楊 可

電影被很多業內人贊譽為 “光影調度”或者“光影敘事”,足可見光影在電影呈現效果方面的地位,光線的運用很大程度上決定了影片的基調和品質。在前期制作中,自然光源和人工光源的控制往往是并舉的,它們都有著豐富的內涵,其控制技巧和技術也不一而足。其中,照明燈具的控制是光線控制的重要基礎。

隨著數字燈具的普及以及DMX512協議標準的引進,高效和集中的照明數字控制技術,即對一組或多組照明燈具進行遠距離數字管理和自動控制的技術,成為了很多好萊塢電影制作的標配,近些年也在國內得到了推廣。電影照明數字控制技術使得攝影師對復雜照明的掌控更加自由,光效變化的調整更加直觀、精細和感性,并且,原本需要耗費在技術溝通上的大量時間,可以更多的投入到創作中去。

1 照明控制的跨領域發展

從技術層面來講,我們可以通過配置調光器、透鏡、色紙、紗網、蝴蝶布、軟格、反光板等附件和耗材來控制光的亮度、照度、聚散、顏色、硬度、方向等參數,也可以通過移動燈具的位置和角度來改變光線的性質,但這些常規手段往往需要通過燈光助理的近距離手動操控來實現,當燈具數量達到一定規模時,每一次調整勢必需要調動大量人力,耗費大量時間。

上個世紀80年代以前的影視照明還處于模擬的時代,對照明設備的遠程集控也還只是模擬控制。比如通過模擬調光箱和調光臺等設備實現對燈具電壓連續變化的控制,一般一個調光回路就需要一條控制線來連接;一些電子機械裝置也可以控制燈具的其他屬性,比如,想改變光源的顏色,就給燈具安裝一個馬達控制的色片輪,通過改變馬達的電壓來改變色片輪的位置,進而改變顏色等。

80年代末,照明控制進入了數字時代,也就是使用借助數字、字符或者其他符號對照明設備進行編程控制的自動化方法。但在一開始,仍然沒有解決簡化系統的問題,因為每個燈具都需要通過一根八芯的高清信號線來控制,所以當有多組燈具需要控制時,現場勢必有無數條雜亂的信號線。

1990 年,數字多路復用協議DMX (Digital Multiplex)512作為一種工業標準被引入照明控制領域。DMX512協議是用來控制調光器和照明設備的一種通信網絡,采用串行方式傳送數字信號,控制器與一組設備之間只要一根信號線連接即可。控制器輸出端稱作數據鏈路,為512 個稱之為槽(slot)的通道提供數據。通過這條鏈路,可以向串聯的所有設備發送多個槽的控制命令,方式是從一個設備到一個設備的逐次分發。這是一種更容易加載、安裝和調整、拆除的方案。

照明數字控制最早應用于舞臺照明領域,因為大型的秀場、演出和展覽需要實時控制大量的燈光設備,只有借助數字化控制才能實現炫酷的動態燈光效果,后來,精細的電影制作也將其引入前期流程中。

DMX512協議的統一使得各廠家的設備可相互連接,兼容性大大提高,而且它不僅可用于控制普通照明燈具,還可以控制各種特殊設備如色彩滾動器、旋轉Gobo、遮光器、搖頭燈、煙霧機等。但是,DMX512剛問世的時候是單向協議,即數據從控制臺向設備移動,沒有錯誤檢查或校正的功能,因此不能控制煙火、激光照明或任何對工作人員有危害的設備。另外,如果大量設備已經架設完畢(特別是處于高空吊裝狀態時),想快速檢查還是比較麻煩的。到了2006 年,出現了更新版的DMX512-A,數據可以雙向傳輸了。這個進步使得系統的安全性和可操作性更強了。

2 DMX512控制協議的基本要素

DMX512是控制器以數據包的形式向設備發送的數據流,數據包的主體結構是一個8位二進制的協議,但是在每個8位的實際數據之前還有一個中斷(BREAK)、一個終端后標記 (MAB)及一個起始位標記(SC)。DMX 是一個異步系統,沒有同步信號,這樣的話,一個數據包其實總共有11位,其數據刷新率是每秒44次。

圖1 DMX512的幀結構

2.1 DMX512尋址

起始位標記了數據包的槽值,也是控制器向所有設備發出的第一個值,一個全域的槽值從1 到512共有512 個。每個接收設備在起始代碼之后,便開始計數槽的數量,當抵達指定的地址時,便在該槽中對數據做出反應。

每個DMX512設備都有一個尋址界面,可能是撥盤式的,也可能是閃燈式的。每個設備的每個功能都占據一個槽,因此一個設備可能占據數個槽。比如,一個HMI鏑燈鎮流器使用兩個槽,一個用于調整光的強度,另一個用于開關燈,而該鎮流器的起始地址為010,那么鎮流器將響應槽010和槽011。當然,也可以為多個設備指定同一個起始地址,這些設備都將以相同的方式對該地址的數值變化做出響應。為燈具編址需要注意采用便于記憶的順序,同時不能造成槽值重疊,為此,可以給全域留一些空隙。

2.2 DMX值和設備協議

DMX512 的8 位二進制值,從00000000 到11111111可以代表256個不同數值,并成為我們的控制級別,當我們提高增益調節器的值,調光器就將強度從0提高到100%。每個設備使用DMX 值來觸發一個特殊的響應,加上DMX 槽值對燈具功能的映射,稱作該設備的DMX 協議,這在設備出廠時都已經預設好了。根據設備控制級別的程度,需要的槽數量也不一樣。比如Kino Flo的Image85有兩種模式,IND 模式下它需要兩個槽,FIX 模式下它需要9個槽,而具體如何編址是需要視情況而定的。

對于控制光源的亮度來說,256 個級別似乎已經足夠了。但是,在另外一些情況下,比如控制搖頭燈超過一圈的轉動,這樣的級別數會顯得轉動不夠連續平滑,這就需要使用16位(兩個8位)值來生成65536個不同的級別。途徑是由一個槽變為兩個槽來控制,其中一個槽控制粗略搖移,另一個槽控制精細搖移。

2.3 DMX控制器

DMX 控制器是根據用戶的輸入而生成DMX512信號的設備。我們在拍攝現場可能會看到各種形式的控制器,比如結構簡單的調光板 (Dimmer),和復雜的基于計算機的控制臺,也有一些軟件可以在個人電腦上運行并作為精簡版的控制臺使用。另外,還有一些手持控制器包括安裝了相關軟件的iPad,也可用于在現場直接發出指令控制DMX512設備,可以查看整個全域的時序和刷新率,檢測DMX 信號、控制臺配接,進行故障查詢。

圖2 《八佰》攝影指導曹郁在照明控制臺旁工作

圖2所示的照明控制臺是比較復雜的,這類控制臺的基本功能包括:亮度 (level)、預設 (preset)、指令 (cue)、指令列表 (cue list)、分組(group)、配接 (patch)、集控 (submaster)、調色板(palette)、特效(effect)、回放(playback)、演出文件 (showfile)、遠程發送指令 (remote cueing)。

3 電影照明數字控制的應用現狀

3.1 工作流程

國內絕大部分電影的燈光部門有燈光指導、燈光師及助理、預制燈光組、電工等職位,但是在使用照明數字控制的大型劇組,比如查看美國電影《復仇者聯盟3》的演職員表,燈光組人數就非常多,除了以上的常規人員,還有預制燈光程序員、現場燈光程序員、調光操作員等諸多新型職位。

電影拍攝具有可重復性,前中后期幾個不同層次的制作過程使得電影照明數字控制的基本工作流程完全不同于演播室或者演唱會。電影照明數字控制的大致流程包括:繪制布光圖,設計系統方案,利用可視化軟件進行光效預覽,排布電纜設備和搭建系統,現場編程和適時調整,后期特效數據對接。

布光圖是照明設備路線圖,可以識別每個裝置、每根管子、每個桁架和每個電路,燈光師必須隨時可以依據它向調光操作員解釋每個燈具的編號。布光圖也為可視化軟件提供了基礎。

DMX 系統搭建有很大的拓展空間。一條DMX512鏈路可以連接31 個設備,如果想要在同一個標準輸出口中運行更多的設備,就需要DMX信號分配器的支持。在一個場景中搭建多個DMX512全域系統已經很常見,有的時候甚至多達十幾二十個。

布光可視化預覽緣起于搖滾樂演出,適用于準確的渲染虛擬布景上的每個照明設備的各種效果。在一些預覽軟件中,可以將一個DMX 攝影機放置在布景中的任何位置,并從那個視角準確的觀看燈光呈現的效果。

燈光程序員在編寫程序之前都需要全面考察所需燈具的功能、屬性與規格,比如電動軛架的運動范圍和速度,并考慮是否需要提高控制分辨率。如果一個場景需要對大量照明設備編制程序的時候,可視化預覽軟件允許程序員在設備預制和電纜排布之前就開始進行離線編程,給在現場做出改動和完善布光指令留出足夠的時間。

3.2 遠程設備管理RDM

2006年,和DMX-A 同時推出的遠程設備管理RDM (Remote Device Management)也具有雙向通信的功能,相比DMX512-A,RDM 的設計更加精妙,它共享了前者所用的兩根線,RDM 設備和非RDM 設備可以同時工作在同一個DMX512網絡上。

但是,直到2016 年,RDM 才真正開始普及,它完全改變了程序員與設備互動的方式,允許燈具將其產品型號ID、軟件版本、槽足跡、DMX512特性、起始地址、傳感器數量等大量信息發送回控制器。這樣,可以智能的實現將燈具添加和配接到控制臺中。另外,只需用手持控制器就可以遠程檢查和修正列表中燈具的DMX 地址、固件版本或者模式等。如今幾乎所有的燈具都內置RDM 功能。

3.3 DMX512和以太網絡并行

以太網標準是在計算機行業內發展起來的數字通信標準,不是專門為娛樂業開發的,于是一些照明設備廠商專門開發了基于以太網的專用通信協議,同時,目前比較高端的控制臺也可以使用基于以太網的通信協議。

雖然安全可靠的DMX512目前還是占據更多優勢,但以太網也有它不可替代的優點。

圖3 承載多個DMX 全域的以太網系統示例

首先是擴展性和靈活性。多重鏈路的一種重要配置方式就是使用以太網。如果為系統建立了以太網,網絡可以監測到主控臺的崩潰并自動切換到備份控制臺,并且自動備份錄制文件。其次是速度快。以太網的傳輸速度要比DMX 快很多,可以在一個以太網端口上發送多個DMX 標準輸出口,DMX 的傳輸速率是每秒250000 位,假設帶寬吞吐量是100%,那么每秒10M 帶寬將支持40個DMX 標準輸出口,每秒100M 帶寬則支持400 個DMX 標準輸出口。

適用于以太網對娛樂設備進行數據分配和控制的協議包括Art-Net和sACN。如果希望把它們轉回DMX512協議,需要使用網關轉為DMX 輸出。不過,像SkyPanel等新型燈具有內置網關,可以直接運行基于以太網的協議,就不需要外部網關了。

可以預見,在未來的若干年內,以太網和DMX512不會互相取代,而是將攜手并肩、互補互利的工作。

4 電影照明數字控制的發展趨勢

4.1 復雜影像照明設備

越來越多電影制作把媒體服務器或像素映射器這些具有復雜影像效果的設備作為照明設備或是道具背景。媒體服務器可以存儲、播放和操控數字媒體內容,比如視頻或照片,它能夠與視頻投影儀、數字照明設備或LED 顯示器結合起來使用。像素映射器是將影像的像素映射到大型RGB LED 陣列上,每個LED 就是超大影像中的一個像素。因此為新型設備編寫復雜的DMX 控制程序也開始成為占據燈光程序員未來工作的一大職責。

4.2 無線DMX

無線DMX 使用了自適應跳頻擴頻技術 (AFHSS),使其不間斷的通過改變傳輸通道來搜尋沒有干擾的路徑,并把信號傳播出去。無線DMX 和Wi-Fi的工作模式很相似,一般都在2.4千兆赫或5千兆赫頻率范圍內工作,但是無線DMX 的功率很高,很難被Wi-Fi或其他電磁因素干擾,反之,它很可能會干擾到工作現場的Wi-Fi。另外,在拍攝現場,一般還會存在無線跟焦、無線圖傳、無線音頻等多重干擾。因此,使用未被占用的頻段是防止干擾的重要步驟,其次就是使用定向天線。

無線DMX 的使用已經越來越經濟和可靠,但是在國內的電影行業里,大部分人還是更相信又長又沉的線纜,而不是小小的發射器和接收器,這種心理可以理解,在時間就是金錢的拍攝現場,平滑連續的傳輸何其重要,任何錯誤都會讓人緊張。不管怎樣,這是一種重要趨勢,在歐美國家已經非常普遍的這個技術,已經開始在國內找到它的地位。比如電影《堅如磐石》就大范圍使用了基于CRMX與WDMX 無線協議的設備來進行數字控制,體驗了設備輕量化帶來的便利。

5 結語

不論在娛樂行業的哪個應用領域,照明控制技術都經歷了類似的技術演進和拓展,從模擬時代到數字時代,從DMX 網絡到以太網絡,從有線傳輸到無線傳輸。不同于寫意動感的舞臺照明,電影照明更加精雕細琢,在相同的技術背景下,電影工業賦予了照明數控系統獨特的流程和內容,電影照明團隊也因此在技術技巧上獲得更多想象的空間。