Light Stage在好萊塢電影工業生產中的應用

張懿慧 丁友東 王騰飛

(1.上海大學上海電影學院,上海 200072;2.上海政法學院,上海 201701)

1 引言

2009年上映的電影《阿凡達》用先進的數字技術構建了潘多拉星球,吸引無數觀眾涌進影院,斬獲了當年全球歷史票房總冠軍位置,同時一舉奪下了奧斯卡最佳視覺效果、最佳攝影和最佳藝術指導三項獎項。2021年,影片的重映再度引發海內外觀影熱潮。《阿凡達》在影史上取得的成就與一項面部表情捕捉技術密不可分——Light Stage。《速度與激情7》的成功上映再次展現了該技術的強大力量,飾演男主角的保羅·沃克在影片開拍后不久因一場車禍離世,導致拍攝無法繼續,Light Stage成功讓保羅在銀幕上“復活”,最終順利完成了影片創作。2019年,Light Stage開發團隊終獲第91屆奧斯卡科學技術獎“技術成就獎”。

2 好萊塢與數字電影的淵源

鄧肯·皮特里指出:“電影是以機械為根本的。在媒體處于初期時期,吸引觀眾的便是新技術而不是它所展示的內容。”鄧肯從技術的維度在美學層面揭示了電影新技術相較于電影內容更具獵奇性的特點,指出了電影創作的規律性現象之一。在電影創作的歷程中,新技術的出現往往能激發電影創作變革,給予創作主體更大的創造空間,所以技術在電影發展歷程中占有重要的地位。好萊塢作為“世界電影王國”,最早將數字技術納入傳統的電影制作領域,其電影制作也一直走在世界電影前列,尤其是CG 技術產生和發展后,曾一度壟斷全球電影市場,形成了好萊塢特有風格的特效大片。

世界上第一部用于商業放映的數字電影《星球大戰:新希望》(1977)正是由好萊塢工業光魔公司的前身盧卡斯電影公司制作的,這部電影運用大量數字技術創造了一個恢弘的宇宙空間,讓銀河帝國戰爭的故事得以實現,電影創作的各環節開始使用數字技術也標志著世界電影邁入全新數字時代。20世紀90年代中后期,隨著視覺特效大片在好萊塢的日益盛行,影片的拍攝制作需要更強大和先進的數字技術來支撐,這一背景促進了數字技術的進一步發展。

步入21 世紀,一經上映就火爆全球的《阿凡達》運用電腦技術,開創了3D 電影新時代。在影片中,一向被視為技術難點的面部表情捕捉,都貫徹了卡梅隆要求的“照相寫實主義”。影片的成功上映成為電影史上一部革命性的影片,同時也是電影技術發展的里程碑,最終將第92屆奧斯卡最佳視覺效果、最佳攝影和最佳藝術指導三獎項攬入囊中。《阿凡達》取得如此好的視覺效果背后,與Light Stage系統有著密不可分的聯系。這項技術斬獲了奧斯卡科學技術獎“技術成就獎”(The Academy's Scientific and Technical Awards),雖然奧斯卡科學技術獎“技術成就獎”相較于別的奧斯卡獎項比較冷門,但其門檻卻不比拿“小金人”低,需要審查候選團隊或個人所開發技術的成熟度和對電影制作的價值,至少被運用到30部電影才能獲得審查資格。

3 Light Stage

圖1 Light Stage 1采集示意圖②

面部表情捕捉技術Light Stage誕生于2000年,是由美國南加州大學ICT 視覺和圖形實驗室(ICT Graphic Lab)的保羅·德貝維奇(Paul Debevec)所領導開發的高保真的三維采集重建平臺。這是一種用可控制的照明來照亮被攝體的設備,它能創造或模擬任何顏色、強度和照明方向的組合,并能從不同的方向發出光。就好比“聲音舞臺”是一個可以控制演員聲音的地方,Light Stage提供了對照明的控制。許多形式的燈光舞臺已經被建造出來,有不同類型和數量的燈光和不同的機械自由度,燈光舞臺的應用范圍從基于圖像的再照明到高分辨率面部幾何捕捉,再到表面反射率測量。該系統以高逼真度的3D 人臉重建為主,已成功應用于眾多好萊塢特效大片中。Paul Debevec博士曾在采訪中表示:“Light Stage可以說是目前世界上唯一可以控制方向、強度、光譜顏色的設備。大致會有五種不同的商業應用,在電影和視頻領域被應用得最廣”。

圖2 Light Stage 2采集示意圖③

Light Stage技術一經發布就吸引了業界人士大量的關注,這個團隊不斷改進,完成了Light Stage系統的技術迭代。第一代Light Stage(圖1)被設想為一種將“基于圖像的照明(IBL)”應用于真實世界的主體,圖像通過IBL 可以被投射到計算機生成的物體周圍的表面,從而創造一個空間調制的區域光,模仿記錄的入射光的顏色、強度和方向性。物體通過IBL的光場產生渲染,模擬它在真實世界的被照明的效果,在團隊的具體實踐中實現了基于圖像的重新布光,創建了可重新照明的人臉三維模型。在此基礎上Light Stage 2(圖2)增加了更多的光源,實現了更快的捕捉和制作面部動畫,成功應用于《蜘蛛俠2》(2004)、《金剛》(2005)等電影中,這也代表了這項技術進入實用化。

圖3 Light Stage 3采集示意圖④

圖4 Light Stage 5采集示意圖⑤

圖5 Light Stage 6采集示意圖⑥

“隨著色彩可控的LED 燈的出現,在演員周圍的光源可以直接再現基于圖像的照明環境中的顏色和強度,這已經成為一種慣例”。Light Stage 3(如圖3)可以模擬目標環境下的光線,通過再現演員所處環境的光線并合成,產生一個具有一致照明的合成物,實現人臉實時重新打光、照明 (Relighting)。在這幅圖中,156個紅綠藍LED 燈聚焦在演員身上,用彩色攝像機和紅外消光系統同時對演員進行拍攝。Light Stage 5(圖4)是一個高度成熟的系統,它在第三代系統結構基礎上增加了156個白色LED 光源,基于漫反射照明跟蹤幀的運動補償算法實現高精度三維人臉模型重建,成功塑造數字本杰明的形象,為Digital Domain (數字領域)贏得了奧斯卡最佳視覺效果獎。Light Stage 6(圖5)是一個更大的燈光舞臺,可以照亮演員的整個身體,它突破了面部捕捉的限制可以進行人體全身運動采集,將人物進行全面3D 數字化(圖6),被更廣泛地應用于影像創建中。目前,最新的系統已經升級到了Light Stage X,其實際體積較小、方便移動,通過USB 接口可以遠程操控。Light Stage X 是一個高速系統,采用了極先進的高分辨率面部掃描與偏振球面梯度照明,可以在幾秒內捕捉到面部的細節和反射特性等特征,擴展了捕捉過程,實現了多視角面部同步捕捉。

圖6 Light Stage 6采集樣例圖⑦

4 Light Stage 技術在好萊塢電影中的應用

Light Stage項目團隊的硬件工程師俞雪洪在采訪中表示:“Light Stage系統至今已被30到40部電影采用。”例如《阿凡達》《本杰明·巴頓奇事》《蜘蛛俠》《速度與激情7》等,本文對部分用到該技術的電影進行了整理,詳見表1。

表1 部分應用Light Stage技術的電影名單

通過梳理可見,Light Stage這一前沿技術自發布以來就備受矚目,縱貫21世紀以來創作的具有代表性的科幻、動作類型電影,尤其是在好萊塢特效電影中的應用更為突出,由二十一世紀福克斯、華納兄弟、派拉蒙影業、環球影業等好萊塢電影公司巨頭所發行的特效電影都有用到該技術。以Light Stage為代表的數字技術進入電影創作,為特效電影在角色塑造、敘事等方面提供了更大的發揮空間,塑造了更為“奇觀化”的人物角色,營造了更為震撼的視覺效果,賦予電影神奇的魔法,滿足觀眾對想象空間的心理需求。隨著數字技術的不斷介入,電影影像的呈現包羅萬象,不斷打開圖像世界,將現實之中不可見的時空描繪出來。這似乎遠離了安德烈·巴贊所強調的電影真實性美學:“這是完整的寫實主義的神話,這是再現世界原貌的神話,影像上不再出現藝術家隨意處理的痕跡,影像也不再受時間不可逆性的影響。”“真實”與“虛幻”這一對有關電影影像本體的沖擊,將影響當下電影理論、美學以及技術的走向。

4.1 影像恢復——令保羅·沃克起死回生

《速度與激情》系列電影從2001年第一部上映至今,一直以來都是好萊塢極富盛名的動作影片之一,片中刺激的飛車場面和特技動作俘獲一眾影迷,尤其是男主角奧康納的扮演者保羅·沃克更是圈粉無數。《速度與激情7》正式開拍后不久,飾演主角的保羅·沃克在一場車禍中不幸逝世令整個劇組始料未及,影片隨即停拍。制作團隊最終決定采用替身演員和數字技術合成的方式重現保羅。影片結局中導演巧妙安排了情節,由保羅扮演的男主角奧康納完成了任務選擇了歸隱,回到家庭和家人幸福生活。Light Stage以成熟的技術復原了角色的既定形象,拓寬了電影可見影像的敘事空間,讓保羅·沃克在銀幕上復活,順利完成影片創作的同時,合成的虛擬男主角形象賦能影片更具深意。

4.2 面部捕捉——令布拉德·皮特返老還童

由美國導演大衛·芬奇執導的《本杰明·巴頓奇事》改編自美國作家菲茨杰拉德1922年的短片小說《爵士時代》。電影劇本早在1989 年已經完成,影片講述了一個擁有耄耋容貌的嬰兒本杰明從出生到年老最終回到嬰兒形態的成長故事,當時電影創作技術無法支持年齡和形象反向變化的情節設置,因此劇本被擱置了近二十年。Light Stage的出現促進了電影特效技術跨越式的進步,完成了電影可見影像創作“從無到有”,突破了影像中時空對人物形象建構的局限,成功塑造了布拉德·皮特的老年形象,實現了這段在時間長河中生命逆流的故事。《本杰明·巴頓奇事》的成功上映展現了電影發展歷程中劇情和技術的互動性,為CG 技術超越“恐怖谷”提供了可參考的案例。

4.3 影像采集——創造蜘蛛俠的虛擬替身

《蜘蛛俠》系列電影一直以來都是漫威的經典,其塑造的超級英雄蜘蛛俠形象更是風靡全球。Light Stage 2被應用于《蜘蛛俠2》的角色創建,制作了演員阿爾弗雷德·莫利納的虛擬替身“歐克醫生”,以及托比·馬奎爾的虛擬替身“蜘蛛俠”,打破了電影傳統角色塑造的方法。虛擬替身構建了電影可見影像的新符號,飽滿的人物形象與其擁有的超能力豐富了電影可見影像的敘事結構,助力這部電影獲得奧斯卡獎最佳視覺效果成就獎。而后在《蜘蛛俠3》中,Light Stage依然被沿用于創造角色形象。

從人物形象建構來看,《本杰明·巴頓奇事》《指環王》《金剛》等影片盡管故事各不相同,但其實都是基于類似的面部、動作捕捉技術。通過Light Stage 在電影中的應用和技術現狀,可見Light Stage從誕生之初發展至今,伴隨著科技進步滲透到電影可見影像的語言、技巧及審美等方方面面,在實現電影情節上的奇思妙想的基礎上,給電影影像帶來多元化的可能。

5 由Light Stage可見數字時代對電影創作的辯證思考

數字技術在革新的過程中改變著電影制作方式,同時也在潛移默化中改變電影創作主體的觀念。正如上海大學上海電影學院陳犀禾教授所指出的:“數字影像導致了巴贊的影像本體論理論的解體,隨著數字影像在制作中占據主導地位,事實上任何影像都是可能的。在數字時代,電影藝術在技術支持下,不再止于傳統電影的“真實性”,創作主體在把握數字影像“虛擬”與“真實”的界限中,追求視覺奇觀并形成影像“真實感”。Light Stage雖然使電影創作可以在很大程度上脫離演員的束縛,讓真人表演無法實現的畫面都可以借助這一技術來實現,但不能忽略的是Light Stage技術不能替代人的獨特性,假若沒有布拉德·皮特的精湛表演,本杰明·巴頓的形象根本無從談起;倘若保羅·沃克沒有親弟弟,也不可能讓他實現在銀幕上“復活”。

在數字時代,人們逐漸在屏幕中模糊了“真實”與“虛幻”的界限,數字技術可以解放人們的想象力和感知力,催生出全新的審美。就電影的創作而言,數字技術創造的虛擬角色無論朝著什么樣的方向進行創新,都始終不能脫離“真實感”的要求。巴贊提出的“電影是現實的漸近線”在數字時代的今天并沒有完全被取代,而是從更為廣闊的空間得到延展,成為數字電影創作一直堅守的藝術理念。當下類似Light Stage這樣的捕捉技術良莠不齊,Light Stage制作雖有著高昂的成本,依然能脫穎而出,獲得好萊塢電影的青睞,必然是因為其高超的捕捉性能較好地達到了數字時代技術對可見影像建構的“真實性”效果。

電影雖存在虛構的成分,不可能完全與社會現實一致,即使在數字時代,電影亦是讓觀眾能夠通過虛構的影像看到當下的社會、時代之外的現實世界,而電影技術的價值就是在這一過程中支持電影藝術無限接近現實。不管Light Stage創造了讓人嘆為觀止的潘多拉星球,亦或實現了布拉德·皮特的返老還童,技術形式與內容始終服務于影片的敘事核心,而不是盲目追求畫面視覺沖擊力,充滿了人性的創作才能把握數字技術與電影敘事的平衡度。總的來說,Light Stage 打破了數字化的“0”和“1”只是單純的技術上的堆砌,靈活運用光場,在電影可見影像中融入了藝術性的創造,給未來的數字技術創造與應用提供了范例。

數字技術對于好萊塢電影工業乃至全球電影工業意義非凡,對電影產業具有廣泛而深刻的影響。20世紀90 年代中國電影開始嘗試使用數字技術,雖然與歐美國家相比起步較晚,但經過持續的發展與努力,中國已然成為了全球電影市場發展主引擎。我國電影科技不斷取得進步,積極使用高新技術開拓電影影像表達內容,涌現了《捉妖記》(2015)、《流浪地球》(2019)、《刺殺小說家》(2021)等“中國式大片”。在全球數字化浪潮下,電影行業需遵循電影創作的美學本質,汲取Light Stage在好萊塢電影產業中的應用經驗,創造具有中國特色的特效巨制,進而助力我國電影在國際市場中搶占一席之地。

6 結語

數字技術的介入給予電影創作更大的發揮空間,電影不再僅僅局限于對客觀現實的復現,同時還縮短了制作電影的時長,它的誕生及飛速發展,將電影業帶入新的歷史發展階段。Light Stage在電影可見影像中的介入,拓寬了好萊塢電影的表現空間,其在好萊塢電影中的應用日趨成熟,并不斷展現出各種新的可能。電影作為技術的產物,架起了連接科技與藝術的橋梁,電影影像的發展始終也不可能脫離“藝術”這一核心。諸如Light Stage這一類的數字技術在電影影像創建中扮演得力助手的角色同時,進一步完善優化,形成技術遞歸和迭代的升級鏈。

①“奧斯卡科學技術獎”包括兩個特別獎項和三個等級的技術獎項,頒發給推動電影技術發展的幕后功臣,目的是為了表彰科學技術在電影制作過程中發揮的重要作用。參見https://www.oscars.org/sci-tech。

②圖片來源于Debevec P,Hawkins T,Tchou C,et al.Acquiring the Reflectance Field of a Human Face[C]//Proceedings of the 27th annual conference on Computer graphics and interactive techniques.2000:145-156。

③圖片來源于https://vgl.ict.usc.edu/Research/LS2/。

④圖片來源于Debevec P,Wenger A,Tchou C,et al.A Lighting Reproduction Approach to Live-Action Compositing [J].ACM Transactions on Graphics (TOG),2002,21(3):547-556。

⑤圖片來源于https://vgl.ict.usc.edu/Research/DigitalEmily/。

⑥圖片來源于Chabert C F,Einarsson P,Jones A,et al.Relighting Human Locomotion with Flowed Reflectance Fields[M]//ACM SIGGRAPH 2006 Sketches.2006:76-es。

⑦數字領域(Digital Domain),又名數字王國,簡稱D2,位于美國加利福尼亞州的威尼斯(Venice of California),是一家在美國名氣僅次于工業光魔的特效公司。