計算機成像技術在影視特效中的運用

牛小明

【關鍵詞】計算機成像技術;影視特效;電影制作

當前數字電影特效在全球范圍內依然熱度不減，不同類型的圖像沖擊和特效電影不斷進入人們的視野。無論是《哥斯拉2：怪獸之王》這種以特效塑造角色，還是《流浪地球》這種將數字世界作為重要故事講述場景，或是最近復映的《指環王》系列當中的角色動作捕捉與實拍特效結合，都說明了傳統電影在內容和形式上都經歷著根本性的變革，畫面和視覺效果從某種程度上看與情節有著相似的作用和地位，甚至超過了故事本身。

一、計算機成像技術的應用優勢

（一）立體感和真實感

計算機成像技術的出現讓電影領域實現了一次新的“革命”，越來越多的技術手段應用之后，視覺層面的魅力已經超過了影片本身，與傳統電影相比更加具有形式層面的美感。1980年的《星戰2》當中一米不到的機器人是應用特型演員和木偶技術營造出相對逼真的效果，但實際上仍然缺乏真實感。而1999年的《星戰前傳》則開始加入了背景視效，使得各種奇怪的種族在電影中開始呈現。諸如此類的立體感角色設計和布景與傳統拍攝方案之間有著本質區別，達到的效果和規模也是空前的。從這一角度來看，中國電影產業和世界電影產業仍然具有差距，特別是和好萊塢的差距還比較明顯，無論是制作技術還是領域發展都需要完善。

（二）鏡頭設計

在一部電影的拍攝過程當中，機位的設計與鏡頭設計是核心組成部分，但由于傳統攝影技術的缺陷，在需要進行長鏡頭拍攝或是在特殊視角拍攝時容易受到較大程度的限制。與之相比，借助相關的動畫軟件則可以構建若干個虛擬的攝影機，且只需要將這些路徑進行設置之后就可以按照要求進行自由拍攝。以長鏡頭為例，長鏡頭會表現出電影的其中一個段落，然后以連續的時空運動將真實情況直接地呈現在屏幕之上，給人一種紀錄片的感覺，也可以將很多復雜的信息進行一一呈現[1]。總而言之電腦制作方式可以讓拍攝過程更加流暢，鏡頭設計的美感更加突出，讓電影的節奏緊湊而激烈，也調動了觀眾在故事情節發展當中的情緒變化。

（三） 影片色彩

影片色彩可以在視覺層面給人以強烈地沖擊，很多電影給人留下深刻印象的主要原因也在于影片的絢麗多彩。因為色彩是主要的氣氛烘托手段，色彩的良好運用不僅可以對情節進行敘述，同時還可以展現電影的很多關鍵信息、關鍵人物等。在傳統的拍攝環節，影片的色彩主要是通過燈光師的打光，在后期進行色彩校正，這使得色彩設置更多地依靠前期進行拍攝，后期的發揮、彌補空間相對有限。然而通過計算機成像技術，可以直接模擬出真實的光源，將人物進行后期補光、畫面降噪處理等，給影片創造更加細膩的色彩風格。數字化的特效和實拍畫面的合成也是其中的關鍵組成部分，可以讓一些部分設計得更加自然，以不同素材的拼接來實現出虛擬拍攝的創新之處，甚至在某些校色、添加光效等方面，很多特效電影都借助了計算機成像技術進行修飾和美化。

（四）內容拓展

電影的題材與內容是電影的核心環節，正是在技術的支持之下，傳統的電影開始解放自己的生產力，很多在當時引起轟動的特效片實際上已經被導演進行細致構思，但只是由于當時的技術條件不足，使得很多導演放棄了相應的計劃。

例如《阿麗塔：戰斗天使》當中，就對演員的動作進行捕捉之后，完成了CG制作。通過對飾演阿麗塔的演員羅莎薩拉查在現場與其他演員進行的表演和動作捕捉，將其在日常生活中每一個細微的表情都如實記錄下來。這樣一來，虛擬動作的表情能夠像真人一樣自然和逼真，不僅虛擬的人物面部能夠得到重建，同時技術人員還使用了演員的牙齒和牙齦道具來建立面部肌肉系統。

真實的效果配合紀實的影片風格仿佛將所有電腦特效的印記都消除了一般。這說明在計算機成像技術的幫助之下，很多原先無法完成的項目計劃都可以實現，使得電影的內容拓展價值更加顯著[2]。

（五） 降低成本

電影拍攝本身是一個成本消耗非常高的產業，且傳統電影在制作方面更加依賴前期的計劃，很多場面都要通過實際的拍攝過程來實現。我們熟知的成龍電影當中，很多特技動作都是靠自己親自完成，正如某些動作片當中看到的一些沖擊場面雖然給電影增加了足夠的刺激感，但同時消耗的大量資金、道具等也使得電影成本增加，況且很多動作并不能完全保障一次到位。但是，計算機成像技術出現之后，特效的制作過程傾向于后期部分，一切都可以通過數字化手段進行處理，一些全CG電影當中，演員甚至可以不用進行全方位的化妝，也不用進行背景設計，只需要通過藍幕和捕捉技術就可以完成拍攝。例如《魔獸》的電影當中，其中的很多經典人物形象來源于游戲《魔獸爭霸》和《魔獸世界》，很多角色設置都是通過動畫特效人員在后期加工完成，配合面部和肢體動作的捕捉，只需要在藍幕環境的背景之下就可以順利地完成拍攝過程。降低成本的意義非常突出，這些特效制作人員從某種程度上看也是電影的“主角”。

二、計算機成像技術在電影拍攝環節的經典應用

（一）動作捕捉

計算機成像技術得到廣泛應用的同時，必然會讓觀眾產生疑問，究竟很多特效電影是經過了怎樣的技術支持完成制作過程的。我們按照生成方式和拍攝方式的不同，將技術應用劃分為了幾個不同的部分，其中動作捕捉就是其中的主要部分。運動捕捉的全稱是motion capture，可以定位人物在三維空間當中的運動狀態，能夠讓影片當中的生動場面直接展現在觀眾面前。在一些早期的電影當中，房間內部會設置多個紅外線攝像機，用于捕捉演員所穿的特殊服裝發光點和傳感器，獲取不同的關節部位在空間當中的變化趨勢。一般情況下動作捕捉的方式包括機械捕捉、聲學捕捉和電磁捕捉等類型，而后續的光學捕捉在捕捉范圍和捕捉精度上最為優秀。很多無線的高精度捕捉儀器可以直接在室外完成操作過程，非常簡便，當肢體發生變化時，傳感器可以測量到光纖的導光率變化情況獲得關節運動的參數信息，獲得四肢運動傾向等。然后將這些數據在電腦當中進行分析和處理，直接用軟件恢復人體的運動狀態即可[3]。可以看到，這種動作捕捉過程完全地擺脫了攝像機的控制，可以在近距離范圍內就完成數據傳輸過程，大幅地降低了拍攝成本。如果設計師要想在電影當中加入一些其他特效（例如《魔獸》電影當中很多種族的胡須、觸角等），那么就可以直接用傳感帶的設計來模擬過程完成數據的捕捉，進行三維建模。

但需要注意的是，通過儀器并不能完全代替拍攝過程，演員的演繹過程也十分重要，應該通過角色的生動表演配合技術手段來完美地呈現出角色的特點。近年來火爆的“虛擬主播”正說明了這一點，包括中央電視臺也推出了自己的虛擬人物形象，并安排了真人對虛擬形象進行“操控”。在電影拍攝環節當中，電影技術和演員演繹過程要繼續進行有效配合，才能呈現出電影的吸引力。在電影的后期制作階段那些數量龐大且沒有邏輯關系的畫面和聲音素材，在制作工藝的基礎之上，最終編輯成為情節完整的電影內容，這些具有畫面和音效的電影作品標志著電影制作工藝的整體流程。

（二）運動追蹤

運動追蹤即track motion，在影片素材的二維名片之上來設置一個點，然后完成目標層的活動設計，這一點在電影拍攝的過程當中也是一項非常重要的技術手段。目前的影視創作環節，以攝像機配合鏡頭來開展的場面設計對于提升畫面的連貫性起到了關鍵作用，單純地使用固定機位、固定鏡頭拍攝的電影基本已經不復存在，因為運動追蹤技術的出現有效地解決了角色、角度的同步問題。

例如在很多看似“穿幫鏡頭”當中通過運動追蹤就可以完成缺陷處理。如火焰燃燒的鏡頭，就可以讓火焰以電腦定位的方式“附著”在角色的身上，之后按照鏡頭的角度、位置變化而改變，完成某些特效畫面的制作。另外，攝像機對于透視和風景的拍攝控制等也可以進行調整，數字技術支持下的追蹤效果會添加各種縮放、旋轉變化技巧。

綜合來看，追蹤運動在拍攝的過程當中會設置一個追蹤點，且這個追蹤點和其他畫面之間有著本質區別，電腦會在后期的設計環節當中了解到識別環節的差異之處，并且不影響到正常的干擾追蹤過程。我們熟知的哈利·波特角色手中的法杖一直存在的亮點就是通過標注的方式進行了光效設計。在一部完整的電影當中，某些航拍畫面會呈現出強烈的氣勢，所以通過運動追蹤的方式來對景物特殊點進行捕捉之后就可以完成同步的攝影工作，減少畫面可能出現的各種不穩定問題。

（三） 鍵控

鍵控即我們熟知的摳像，將某一個區域當中的色彩全部消除之后得到透明化的圖像效果，這一點在實拍鏡頭和其他素材進行綜合應用時使用得比較頻繁。目前摳像已經成為很多特效電影制作時必須使用的手段之一，也是傳統拍攝和現代拍攝的主要區別。早期的拍攝過程當中，鍵控技術非常不成熟，需要通過多重曝光的方式來進行替代，這種手法會造成極大的拍攝困難，不僅人物比較生硬，且場景設計時的真實性也不佳。時至今日，很多電影演員可以在不離開攝影棚的前提下就可以置身于各種場景、各種環境，比如，山中、水中、天空中等，正是因為鍵控技術的成熟才能讓電影拍攝進入了全新的虛擬拍攝階段，也更加考驗演員的虛擬表演能力。

之所以我們熟悉的鍵控使用藍色或綠色的幕布，是因為這種色彩鮮明的顏色可以更加簡單地被計算機所識別，并且在后期摳像完成之后，可以獲得更加逼真的視覺效果。基于鍵控制作的電腦平臺已經得到了充分應用，例如Adobe公司開發的AfterEfects等，即便是一些比較模糊的復雜運動物體等也可以完成鍵控以獲得更加逼真的效果[4]。

（四） 未來電影技術的發展趨勢

這里以中國的特效電影為例，中國的特效電影在40、50年代進行模型拍攝，在60年代開始進行技術研發，然后在20世紀90年代正式的與國際接軌進入了科技競爭的行列。2000年之后華語電影在世界范圍的電影領域當中占據了重要角色，說明了特效電影的發展潛力，越來越多的本土電影開始進入國際市場，已經能夠和很多好萊塢大片進行競爭[5]。

《阿凡達》成功之后，越來越多的人開始關注虛擬電影制作技術，之后拍攝的《丁丁歷險記》、《圣誕頌歌》等影片當中導演搭建了專門的虛擬攝影棚展開電影拍攝，提供了空前的創造性。《復仇者聯盟4：終局之戰》、《蜘蛛俠：英雄歸來》、《奇異博士》、《雷神3：諸神黃昏》等也紛紛利用了虛擬動點為基礎的虛擬制作技術來實現。這種技術整合了當前游戲產業中不同類型的制作流程，創造出一種全新的交互性模式，尖端的輸入設備可以不通過鍵盤鼠標直接將數據輸入到電腦程序當中完成先進的動作捕捉和虛擬攝像套件。這樣一來，攝像機的運動和演員的表演過程被捕捉之后，可以將結果實時顯示在虛擬攝像機屏幕之上，這與拍攝真實電影時能達到一樣的標準。虛擬攝像系統重建了傳統攝像機的全部功能，且場景范圍可以被隨意設置，便于瀏覽和決策。

三、結語

計算機成像技術的發展已經超越技術本身的現實意義，與電影的商業化運作密切相關，甚至關系到電影背后的文化輸出。目前中國穩步走在電影強國之路上，在國內以數字技術為核心支持的電影特效制作與產業化之間的聯系越來越緊密，從而提升了中國電影的視覺魅力，讓中國電影以更加自由的形式來呈現，在帶來經濟效益的同時，讓中國的優秀作品在世界范圍內得到拓展，促進了電影的國際化傳播。