球幕電影VR 轉換制作與跨媒介虛擬放映

劉成鎖 杜新彥

(1.河北師范大學美術與設計學院,河北石家莊 050024)(2.河北師范大學新聞中心,河北石家莊 050024)

1 球幕電影及其放映面臨的問題

近年來,隨著我國經濟的高速發展,全國各地天文館、科技館、大型娛樂設施中的球幕影廳越來越多地出現在我們身邊,球幕影廳中放映的球幕電影(穹幕電影)因其沉浸感突出的放映效果而成為受到大眾歡迎的特殊電影類型,正在發揮著日益重要的科學普及、娛樂休閑作用。

球幕電影圖像是投射在半球形銀幕上的曲面影像,影像的水平視角360度,垂直視角180度,球幕電影放映時,觀眾被直徑幾米至數十米的巨大半球形影像包裹,因觀眾肉眼視野范圍內看不到影像的邊界,同時雙耳被多聲道的環繞聲場包圍,從而產生極強的視聽沉浸體驗感。

球幕電影曲面呈像的特殊性決定了它的放映場所必然是半球形影廳,普通影廳的矩形銀幕無法正確顯示球幕電影的影像內容。而球幕影廳高昂的建造成本,限制了球幕影院的普及,從而影響了優秀球幕電影內容的傳播范圍。在經濟欠發達地區,這種現象尤為明顯,由于缺乏實體球幕影廳放映設施,許多觀眾從未有過球幕電影的觀影體驗。在特殊情況下,于常規實體放映手段之外,如何將優質球幕電影內容通過數字媒體手段進行更為廣泛的社會傳播,讓更多的觀眾足不出戶,通過新媒體手段在球幕影院之外體驗球幕電影的魅力,成為現代影像工作者面臨的一個課題。

針對上述問題,本文提出了使用VR 全景視頻手段展現球幕電影內容,實現球幕電影內容跨媒介虛擬放映的解決方案,此處所指“虛擬放映”,是指利用全景影像技術在個人VR 終端的虛擬空間中播放原本需要在現實世界實體球幕影廳放映的球幕影片內容,借助VR 沉浸式媒體技術手段,實現球幕電影在球幕影廳之外的智能手機VR 眼鏡、HMD頭戴式顯示設備、個人計算機等顯示媒介上的更大規模社會傳播。

實現球幕電影的VR 全景視頻虛擬放映,需要解決圖像變換、網絡傳播、跨媒介VR 播放三個主要問題,這需要從球幕影像和VR 全景影像的技術標準談起。

2 球幕電影影像與VR全景視頻影像

當前數字球幕電影的世界通用影像格式為Dome Master,2005 年IPS (國際天文館協會)的球幕電影放映文件規范中將Dome Master定義為等距方位魚眼圖像 (equidistant azimuthal fisheye),Dome Master屬于球面方位投影的一種,中文也稱為等距方位投影或等距天頂投影,該格式規定球幕電影影像為寬高比1∶1的正圓形影像,圓形圖像的四邊與正方形邊框正交相切。在地平式球幕影廳中,Dome Master 圖像的圓心位置為放映影像的天頂位置,圖像的下方為放映影像的前方,圖像的左側為放映影像的左側,圖像的右側為放映影像的右側,而圖像的上方則為放映影像的后方,圖像水平視角360度,垂直視角180度,如圖1所示。

圖1 球幕電影Dome Master圖像

VR 全景視頻,也稱360°video,目前VR 全景視頻圖像的通用格式為等距柱狀投影圖像(equirectangular projection),它是全球形影像的經緯映射圖像,VR 全景視頻圖像的寬高比為2∶1,圖像的左右兩個垂直邊緣可以無縫銜接在一起,圖像的上邊為球形圖像的北極點,圖像的下邊為球形圖像的南極點,圖像水平視角360 度,垂直視角360度,如圖2所示。

圖2 全景視頻的等距柱狀投影

從觀眾的觀影體驗上分析,球幕影像與全景視頻兩者都是包裹觀眾視野的曲面沉浸式影像,區別在于常規球幕影像是半球形影像,而VR 全景視頻為全球形影像,球幕影像尺寸是VR 全景視頻影像尺寸的1/2面積,這種內在的關聯為兩者之間的轉換提供了契機。

3 球幕影像的VR全景視頻轉換制作與傳播

由于球幕影像與VR 全景視頻存在前文所述的內在聯系,因此可以通過球形方位投影與等距柱狀投影之間轉換,實現兩者之間的轉化。下面以筆者導演的原創4K 數字球幕電影 《巡天先驅——郭守敬天文成就》的VR 全景視頻轉換為例介紹具體的變換方法。

考慮到操作的便捷性,我們使用用戶群巨大的Adobe After Effects(下文簡稱AE)作為球幕電影VR 視頻轉換軟件。

運行CC2018 以上版本的AE 軟件,將圖像尺寸為4096×4096像素的球幕電影PNG圖像序列幀文件導入到項目窗口中,以該素材尺寸創建一個新的合成,圖像出現在時間線上,如圖3所示。

圖3 變換前的球幕電影原始圖像

為時間線上的球幕電影序列幀添加菜單欄中“效果”下的“沉浸式視頻”中的 “VR 轉換器”命令,輸入選擇“魚眼(球幕)”,輸出選擇“球面投影2∶1”,重定向攝影機視圖中的傾斜 (X 軸)設置為-60度左右,如圖4所示。

圖4 添加VR 轉換器命令,設置相關參數

將重定向攝影機視圖中的傾斜 (X 軸)設置為約-60度左右是為了讓觀眾觀看球幕電影VR 全景視頻時,獲得更加貼近在實體球幕影廳內的觀影體驗。現代球幕影廳半球形銀幕一般采用傾斜30度的方式建造,即球幕球冠面與地平面呈30度的夾角,此外,觀眾座椅也一般向后傾斜30度,兩個角度疊加會產生60度左右的傾角,此種模式下,觀眾觀影時躺靠在座椅上,不需仰頭便可看到半球影像接近天頂的斜上方位置。為使觀眾在觀看球幕電影VR視頻時,獲得類似的體驗,球幕影像轉換為VR 全景視頻時,設置一定的X 軸傾斜值,可保證VR 視頻觀眾戴上頭戴式顯示器后,在正常坐姿平視狀態下時,視線正前方看到球幕影像靠近天頂斜上方位置的內容,如圖5所示。

圖5 VR 全景視頻X 軸傾斜角的設置

經過上面的處理,球幕魚眼影像將被轉換為等距柱狀投影圖像。由于球幕影像與VR 全景視頻視野范圍的不同,在等距柱狀投影圖像中會出現1/2的空白面積區域,如圖6所示,棋盤格區域為圖像空白透明區域。

圖6 含有1/2空白區域的等距柱狀投影影像

對于圖像中空缺的這部分內容,可通過填補球幕影廳全景圖的方式實現全景圖像的補全。球幕影廳全景影像的獲取可通過全景相機實地拍攝全景圖像,或者使用Maya、3dsmax、C4D 等三維動畫軟件渲染虛擬球幕影廳全景圖像方式來獲得。為突出合成后的球幕電影內容,避免喧賓奪主,用于填補空白區域的球幕影廳全景圖像應為影廳內景的暗調影像。

將球幕影廳全景圖像添加到合成中,將其放置在球幕電影影像圖層的下方。為球幕影廳圖像添加菜單欄中 “效果”下的 “沉浸式視頻”中的 “VR旋轉球面”濾鏡,調整其中的傾斜 (X 軸)參數(本案例為30度左右),使其圖像上邊緣的透視曲線與之前調整好的球幕電影影像下邊沿吻合一致,為使上下兩部分內容的交界邊沿過渡自然,可對邊沿添加少許羽化處理,如圖7所示。

圖7 調整圖像的曲線透視線與球幕影像的下邊沿吻合一致

渲染輸出經上述步驟處理后的合成圖像,便可得到寬高比2∶1的等距柱狀投影全景視頻,至此,球幕電影的VR 全景視頻轉換制作完畢。

將球幕電影圖像轉化為VR 全景視頻后,我們可以將其上傳到專業全景視頻網站,實現球幕電影內容的大范圍網絡傳播。

當前,Youtube、Vimeo、愛奇藝、優酷、Bilibili等國內外主流視頻網站已支持VR 全景視頻的上傳與在線播放,這就為球幕電影VR 視頻大范圍社會傳播提供了更為方便快捷的方式。在這些網站之外,還有一類專門的全景視頻網站,如Uto VR、橙子VR、720云等,這些網站提供了專門的全景視頻上傳、分享、觀看功能。平臺審核通過后,便可將該視頻通過微信、微博、QQ 等新媒體手段分享,進行廣泛傳播。

4 球幕電影VR視頻的跨媒介觀看

球幕電影轉換為VR 全景視頻并發布后,終端用戶可以使用智能手機、平板電腦、頭戴式顯示器和PC電腦觀看轉換后的球幕電影內容。

4.1 使用智能手機VR眼鏡觀看

搭配智能手機使用的VR 眼鏡是當前較為普及的大眾VR 影像觀看設備,智能手機安裝相應應用軟件即可觀看VR 影像。以Uto VR 為例,在手機端安裝Uto VR 應用軟件,訪問前面分享的作品鏈接或者搜索作品名稱,就可以觀看該球幕電影了。觀看過程中,可點擊右下方眼鏡圖標切換為左右眼VR 觀看模式,此種模式下,手機的陀螺儀功能啟動,觀眾可通過轉動頭部來選擇觀看視點。

4.2 使用頭戴式顯示器觀看

頭戴式顯示器安裝全景視頻播放器后,運行全景視頻播放器,打開網絡連接或本地文件即可播放全景視頻文件。

以用戶群較大的HTC Vive頭戴式顯示器為例,安裝Steam VR 并運行后,運行其中的媒體播放器,選擇本機的全景視頻文件, “FORMAT”下選擇“360°”即可觀看全景視頻,如圖8所示。

圖8 使用Steam VR 的媒體播放器播放全景視頻

Steam VR 的beta版媒體播放器已支持球幕電影圖像的直接播放。在媒體播放器面板中 “FORMAT”下選擇 “Fisheye”時,Angle 設為180°,Direction設置為Up,可直接打開Dome Master格式的球幕影像文件觀看,只是此時在VR 影像中有1/2的半球形區域是黑色的,如圖9所示。

圖9 使用媒體播放器播放魚眼影像

4.3 使用電腦端觀看

使用電腦端觀看球幕電影時,可在電腦端安裝具有全景視頻播放功能的播放器 (如GoPro VR Player、Insta360player等),使用播放器打開VR全景視頻文件,切換播放模式為VR 模式,實現球幕電影內容的PC 端觀看。觀看球幕電影過程中,用戶可通過鼠標拖拽畫面改變觀察視點,如圖10所示。

圖10 球幕電影VR 視頻的電腦端播放效果

通過前述處理,便實現了基于VR 全景視頻的球幕電影虛擬放映,觀眾可在多種終端平臺上欣賞精彩的球幕電影。需要指出的是,受手機、頭戴顯示設備顯示視場角的限制,此種觀看模式與在球幕影廳觀影相比,尚存一定差距。首先,VR 顯示設備視野在65度到90度之間,而人眼在球幕影廳內的視野可達150度左右,VR 顯示設備的視野限制在一定程度上削弱了球幕電影虛擬放映的沉浸感體驗; 其次, 球幕電影VR 虛擬放映是個人化的觀影行為,觀影過程缺少多人同時在場的實體觀影氛圍感;第三,在轉化后的全景影像中,上半部球幕影像的亮度、色彩變化不會影響下半部劇場座椅圖像,劇場內景圖像較為死板,視覺觀感上有一定的虛假感。

雖然存在上述問題,但在球幕影廳硬件建設制約背景下,通過VR 全景視頻觀看球幕電影仍不失為一種以新媒體手段傳播優質球幕電影內容的有效解決方案。

5 結語

球幕電影影像與VR 全景視頻具有視覺感受上的高度相似性,通過技術變換,我們可將Dome Master圖像與等距柱狀投影圖像進行有效的轉換,借助專業的全景視頻網站實現球幕電影的網絡傳播,在手機端或頭戴式顯示設備上使用全景視頻應用實現基于VR 全景視頻技術的球幕電影虛擬放映與觀看。相信在球幕電影實體放映受限的地區與時段,此方案可讓大量優質球幕電影內容借助VR 全景視頻手段實現更為廣泛的跨媒介社會傳播。未來,實體放映與虛擬放映結合的混合式影像傳播,能夠讓更多的觀眾感受到球幕電影的魅力。?