基于虛擬攝制技術原理的三維全息圖像人機交互

在科幻電影中,人物角色與顯示屏或手持終端等人機交互場景一直是營造電影科技感不可或缺的重要組成部分。這些顯示屏或手持終端顯示的圖形和動畫,即終端顯示屏用戶界面 (User Interface,UI),特別是三維全息圖形,通常在Adobe Illustrator、Adobe After Effects和Maxon Cinema 4D 等后期制作軟件中設計完成。在影視常規拍攝中,如果畫面情節涉及人物角色與終端顯示屏畫面的交互,演員則需要依靠想象來完成動作設計。

在英國和美國均開展業務的領地工作室 (Territory Studio)是一家成立于2010年的獨立設計公司,以其在大制作電影中的顯示屏用戶界面設計而聞名,同時也從事數字視效和標題設計等工作,其參與制作的影片包括《蝙蝠俠》《沙丘》《007:無暇赴死》《蜘蛛俠:英雄無歸》《復仇者聯盟:無限戰爭》《復仇者聯盟:終局之戰》《火星救援》等。該公司近期受影視虛擬攝制啟發,使用虛幻引擎(UE)在拍攝現場為畫面內的設備顯示屏實時提供三維交互界面。以往制作中,畫面內具備科技感的設備顯示內容通常在后期制作環節才通過摳像(Roto)等方式補充至顯示屏幕。領地工作室的自研技術則是利用UE來定位場景中的用戶界面位置,并實時構建顯示角度正確的三維顯示圖像,在片場,攝影機可以實時拍攝,并且利用攝影機跟蹤技術來匹配攝影機拍攝的不同角度與焦距變化。

與LED 虛擬攝制類似,領地工作室將場景中的顯示屏或手持終端作為虛擬畫面呈現終端,并通過跟蹤實時顯示正確視角的圖像,以在拍攝現場營造出超高科技全息設備的假象。類似LED 虛擬攝制中,以正確視角渲染LED 顯示墻圖像進而模擬真實廣闊空間拍攝一樣,該方法可通過渲染顯示畫面,實現屏幕畫面以3D 全息方式漂浮的場景。這種動態跟蹤顯示角度、實時渲染畫面的方法有兩種模式:(1)顯示屏固定,例如中控室場景,此類場景中顯示器是靜態的,在最初校準顯示畫面位置后,只需跟蹤攝影機運動;(2)顯示屏可移動,例如平板電腦等終端。由于設備可能隨著演員的動作而移動,因此需同時跟蹤顯示屏與攝影機的運動,從而在拍攝現場無論是演員還是攝影機畫面都會顯示出正確的三維全息圖像。

針對電影場景中同一畫面具有多個固定顯示屏的場景,引擎渲染方式與LED 顯示墻攝影機內視效處理技術類似。雖然在同一場景中有多個顯示屏,但系統只需在定位校準顯示屏位置后,將所有顯示屏作為UE的一個渲染目標,僅根據攝影機拍攝角度渲染攝影機視角內的屏幕顯示內容,無需單獨渲染每一屏畫面,因此多個固定顯示屏并不會給游戲引擎帶來額外的算力壓力。理論上講,充滿攝影機拍攝畫面的單個顯示屏和多個顯示屏,渲染算力并無差別。

屏幕顯示的三維圖形可與攝影機設置同步,以匹配幀速率、分辨率數據和鏡頭。這種方法取代了以往后期合成工作流程,也為制作團隊節省了時間、成本,并提供了更大的創意空間。顯示屏上的虛擬圖形也可實現與演員交互。在現場,演員通過動作來觸發屏幕圖形提示,以真實傳達重要的情節點。這種方法意味著攝影機可直接拍攝復雜圖形成為最終畫面,而無需摳像或使用綠幕拍攝。即使屏幕顯示內容在后期需要調整,演員也會得到大致正確的接觸照明和視覺表現線索來幫助表演。

屏幕UI圖形的虛擬制作方法使現場攝制團隊可即時訪問實時播放的CG 畫面,以便為導演、攝影指導、攝影師和布景團隊提供更多的創意空間。領地工作室已使用專業攝影機和消費級手機等各類設備測試了該項技術。總之,制作科學、合理的屏幕UI圖形是一項極具挑戰的設計任務,這種新形式的虛擬攝制屏幕全息圖為影片攝制團隊提供了一種新的設計語言元素,其優勢在于提供了一個更加活躍的三維畫面,以便更好地表達故事。