虛擬預演在主題公園沉浸式體驗項目設計中的應用
——以黑暗騎乘《公元一萬年》為例

陳啟明 駱駪駪

1.北京電影學院中國電影高新技術研究院,北京 100088

2.北京電影學院影視技術系,北京 100088

1 引言

預演(Previsualization)即預先可視化,也被稱為Previz,在電影行業中已廣泛應用,并且在電影進入虛擬化制作時代以來,虛擬預演已經融入了電影制作的全流程中。

目前,沉浸式體驗項目作為一種新的文化娛樂體驗方式,引起大眾廣泛關注,特別是以迪士尼樂園和環球影城為代表的黑暗騎乘類項目,這類項目往往伴隨著高投資和高風險,影像及裝置設計一旦定型,很難改動。因此,前期預演的參與顯得十分重要,本文討論的內容也限定在主題公園中沉浸式黑暗騎乘項目這一范圍內。

2 沉浸式體驗的定義

Lukas[1]描述了沉浸空間的特點:(1)這個空間為人帶來了復雜的情緒體驗以至于人想要留在其中;(2)人沉溺于處在這個空間中,與空間建立聯系并體驗到愉悅的情緒。Slater和Wilbur[2]將沉浸定義為計算機系統能夠同時向用戶提供現實錯覺的程度:(1)感官與虛擬世界完全接觸,來自現實的信息被完全切斷、暫停或隔離;(2)虛擬世界能模擬、容納和適應整個感官庫;(3)系統提供的虛擬環境是全景的,而不局限于狹窄的視野;(4)刺激的可信度是良好和豐富的,以提供高質量的信息、內容和界面;(5)刺激的每種感覺模式彼此一致,并共同提供與真實生活場景一致的體驗。為了創造這種錯覺,系統需要能夠獲得足夠的 “感知真實感”。Mitchell[3]將沉浸式體驗概況為兩種類型:有障礙的與無障礙的。有障礙的沉浸式體驗指用頭戴顯示設備覆蓋人眼帶來的全包裹環境體驗,而無障礙的沉浸體驗則是基于空間增強現實(Spatial Augmented Reality)而構造的封閉物理空間所帶來的體驗。由上可知,沉浸式的體驗來源于相對封閉的空間,這個空間是純虛擬的空間,或者是用虛擬影像來改造物理空間而形成的虛實結合的物理環境[4]。

黑暗騎乘(Dark Ride)是指游客乘坐載具,沿著既定故事路線,在虛實景結合的主題故事環境中穿行體驗的大型室內娛樂項目,主要采用無障礙的方式來實現沉浸式的體驗。黑暗騎乘的歷史最早可以追溯到十九世紀末,當時被稱為磨坊騎乘 (Mill ride)[5]。磨坊騎乘會設置一個奇幻故事背景,游客乘坐載具穿過昏暗建筑物包圍下的隧道,沿途布置各種故事相關美術道具,以此帶來沉浸感。如今,黑暗騎乘保留了早期的騎乘特色,結合最新的運動控制與光雕投影和聲光特效技術,給游客帶來好萊塢電影式的沉浸體驗。

3 電影預演與沉浸式體驗項目預演的比較

早期,沉浸式體驗項目主要集中在主題公園領域,隨著數字技術的進步,線上虛擬空間的文化娛樂活動空前繁榮,這為線下實景沉浸式體驗項目帶來新的可能性,沉浸式體驗項目也逐漸向影視、戲劇、展覽等多方向延伸。目前,以迪士尼與環球為首的公司仍保有最初的形式,從好萊塢電影制作中吸收技術與IP,在全球各地建設了多個融合科技、藝術、IP 內容的主題公園,而在國內,陜旅、萬達、融創等公司團隊則結合本土優秀傳統文化,帶來實景演藝類項目《傣秀》《長恨歌》《只有河南·戲劇幻城》等。此外,team Lab、黑弓、水晶石等團隊從藝術體驗出發,融合沉浸式投影、人機交互、實時渲染等技術,將沉浸式新媒體藝術展這種形式帶入大眾視野。

從盧米埃爾兄弟公開放映電影以來,電影誕生已有一百余年,其進行已有固定的范式。當明確預演對象是電影時,我們知道影像是以固定的畫幅比、固定的鏡頭組接方式呈現,并且在放映時,影院的構造也相當標準化,畫幅大小與比例、聲音的呈現方式、觀眾的觀看視角等都是固定的。由于觀眾與影片無交互關系,最終運動的只是畫面的內容,因此電影預演實際是對攝影機視點的模擬,與后續制作流程相關聯[6]。

對于黑暗騎乘類項目來說,唯一能確定的是游客會在這片空間中行進,其他方面則根據具體項目而各有不同。因此,黑暗騎乘類體驗項目預演對象是整個項目的物理環境以及游客在其中的運動,預演效果能直接反映游客體驗。

4 虛擬預演在黑暗騎乘類體驗項目設計中的作用

由于黑暗騎乘類體驗項目本身的特殊性,預演在其中顯得十分重要。Libby[7]在其對體驗型預演項目的設計研究中將預演的作用分為三種:創作工具、內部展示工具以及市場展示工具。

(1)創作工具:在項目實際投入建設之前,先在低成本的環境下呈現整體的功能架構和視覺效果,便于創作團隊的溝通和調整,減少不確定性,從而達到輔助創作和降低風險的作用。

(2)內部展示工具:對于非創作人員特別是投資人來說,理解特定視聽概念或工作模式并不容易,因此,通過預演將完整結構和效果整合,并以非專業人士也能理解的方式展示出來,十分有利于創作團隊與投資人之間的溝通。

(3)市場展示工具:在項目實際投建之前,先將低成本預演內容投入市場,測試消費者反應,以判斷是否需要更改或進行下一步投資。

作為全球規模最大的主題公園制作公司,預演在迪士尼的沉浸式體驗設計過程中已成為不可或缺的一部分。在早期的設計中,迪士尼主要使用微縮模型來輔助設計,數字時代以來,他們則廣泛利用數字影像進行預演。目前,迪士尼開發了數字沉浸空間系統 (Digital Immersive Showroom,DISH)系統[8](圖1)來進行預演,上海迪士尼樂園的設計工作便在其中進行。此系統基于VR-CAVE 技術打造,使用沉浸式數字投影配合動作捕捉技術,讓幻想工程師 (Imagineers)在實際建設之前便能在此CAVE空間中以游客角度感受項目的效果,同時能邀請游客與投資人進行試體驗以收集其對項目的意見,在投入建設之前進行相應改動。此外,DISH系統還能配合Motion Base等運動系統還原載具運動,在現實空間中實現多維度的預演,極大增強觀看者的沉浸感,為項目設計保駕護航。

圖1 迪士尼數字沉浸空間系統

5 預演工作流

5.1 項目背景

《公元一萬年》①位于陜西西安郊外白鹿原影視城,是以沉浸式影像體驗為主的黑暗騎乘類項目,講述穿越時空拯救未來地球的故事。整體項目以國內首創無軌道黑暗騎乘這一形式呈現,采用移步換景的原則,讓游客每行進一步都能看到不同景色與影像內容。場景之間采用虛實結合的手段,融合置景、燈光和影像,讓游客沉浸在人造的奇幻故事空間中。項目整體分為七幕 (圖2),分別通過不同手段來實現沉浸效果,索引圖如圖3所示。

圖2 《公元一萬年》整體結構與分幕效果

圖3 《公元一萬年》平面索引圖

5.2 需求分析

此項目整體比較復雜,涉及載具運動、置景、燈光、顯示設備、機械裝置等多方配合,且團隊成員來自不同專業領域,多部門間的協調溝通也十分重要,因此,團隊要求前期預演將細節編排好,盡可能讓多部門順暢地協同工作。此外,此項目在疫情期間開始建設,工作流程充分考慮到遠程工作的可能性,提高了預演的優先級,將其作為項目的樞紐。因此,除了發揮原有的作用外,預演還承擔著各部門之間的部分交接工作。項目運行機制是游客乘坐載具在固定時間內漫游場館一周,預演團隊需根據該視角和時間制作預演動畫短片,精確體現場館中各物體間的空間關系以及載具運動的各個時間節點。

5.3 工作流程

整體流程如圖4所示,虛擬預演在整體流程中承擔著各部門之間溝通的橋梁作用。在建筑設計完成之后,虛擬預演便開始制作。根據建筑設計的圖紙和前期的概念圖,預演團隊在總導演的指導下配合美術部門搭建出場景,隨后在其中完成載具路線規劃與運動調試,影像部門完成的測試片也會隨時置于預演環境中測試,整體成形并且效果達到導演要求后,將預演內容交付現場團隊進行施工。

圖4 《公元一萬年》整體工作流程

預演片的內容經確認后作為所有部門的參考,后續存在的問題及相應調整也會先在視頻預演中更改,完成修改后再對接其他部門,保證導演對整體流程的把控和各部門間溝通的效率。

內容團隊的對接流程如圖5所示。從中也可以看出,預演處于核心地位。導演直接對接預演團隊進行制作,影像部門、美術部門、燈光部門也會先參與其中提出自身需求與意見,共同完成前期預演制作,在此基礎上,聲音部門根據預演片內容與時間制作配音與音效,載具及機械裝置部門則配合團隊實現所需要的功能,隨后,播控部門根據預演片中的時間節點完成各階段影像、聲音、燈光、機械裝置等的控制。在現場施工完成后,多方進場進行最終集成調試。

圖5 《公元一萬年》內容團隊對接流程

5.4 預演制作

對于大投資、預算充足的項目來說,迪士尼所采用的VR-CAVE技術能很好地完成任務,但這套系統本身的開發維護成本很高,并不具備普適性。目前業內主要還是使用3Ds max、Maya等傳統三維軟件制作虛擬預演內容,這類軟件往往在制作簡單的粗模Layout動畫上效率很高,但卻無法在制作寫實大場景的同時保證效率和成本,而且不易與其他部門交接。游戲引擎在這方面有著很大的優勢,UE4默認渲染器采用基于物理的渲染 (Physical-Based Rendering,PBR)方式,能高效得到寫實效果;另外由于游戲引擎本身的特性,各種媒體資源能輕松導入與導出,便于影像測試,因此預演團隊最終選擇使用UE4制作預演。

虛幻引擎十分契合此類項目的工作流。在與建筑設計團隊對接時,引擎中集成的Datasmith 工具[9]能直接導入在Sketchup 中構建的建筑模型,并且具備原始模型的分塊信息,此外,Sketchup中的材質也能無縫導入到UE4中并自動生成材質球,只需在此基礎上修改與補充即可。這減少了很多重復性勞動,很大程度上提高了制作效率。另外,非線性編輯工具Sequencer使用戶能用多軌跡編輯器創建動畫,通過創建關卡序列和添加軌跡,用戶可以定義各個軌跡的組成,軌跡可以包含動畫、運動變形、音頻等,而且序列中控制的內容只在此序列中生效,不會影響源,整體使用邏輯與傳統非線性編輯軟件類似。投影影像、燈光、載具運動、攝影機運動等都能很便捷地使用Sequencer工具精確控制,這使得影像部門、燈光部門在項目前期便能初步完成效果調試。

在工作流與工具均確定后,預演內容制作分解為四個部分:美術效果、載具運動、定點觸發、鏡頭跟隨。

5.4.1 美術效果

經過前期多方溝通,明確預演需要完整體現整個項目中的視覺效果,包括投影、LED 屏、激光等,并且以此為基準進行現場施工與置景。經過Datasmith流程,完整精確的建筑框架能直接導入UE4中,實際需要重點注意的只有局部美術置景及光影效果。

美術置景上,美術部門在三維軟件中根據建筑尺寸制作好對應置景模型,烘焙好法線貼圖等后導入引擎,再在UE4的材質系統中調整材質即可,此外,UE4還接入了Megascan的資源庫,提供了多種山體、巖石、植被等自然場景的高質量寫實材質紋理貼圖,這在很大程度上提高了項目的制作效率。

光影效果上,本次預演中無需體現投影安裝位置、融合帶控制等技術特征,因此只需在載具運行到幕墻位置改變幕墻墻體材質,將其替換成影像內容并附上自發光屬性即可。

5.4.2 載具運動

載具運動是預演的核心,所有變化都圍繞載具運動時間節點進行。這涉及到兩個部分,一是整體時長,項目整體運行時間固定,因此首先根據項目設定,通過關鍵幀控制整體時長與運動速度,再依據各個時間節點需觸發的效果精細調整;二是運動數據,第六幕希望之星飛行影院部分通過多地合作的方式完成動感平臺的運動數據調試。動感平臺使用3自由度Stewart平臺,如圖6所示,平臺運動需要與球幕影像內容匹配。傳統流程需要全線下完成,在現場根據影片情況實機調試。由于疫情影響多地成員無法同時到達現場,因此此項目中嘗試了線上方式。

圖6 第六幕飛行影院動感平臺

北京的預演團隊配合導演要求,在游戲引擎中定性調試動感平臺的運動,輸出平臺運動數據到引擎外,如圖7所示,再定量處理數據使其滿足動感平臺的運動幅度與加速度物理閾值,隨后將數據傳輸給廣州的團隊,在其實驗室中進行運行穩定性測試,最后再傳回現場使用。最終,動感平臺的調試通過這種方式順利完成,并且設備運行良好。

圖7 動感平臺運動數據示意

5.4.3 定點觸發

影像的播放、機械裝置的運動和光影效果等需要配合載具運動的時間節點定點觸發,在攝影機視角中無縫銜接,因此有兩種方式實現兩者的配合,一是關鍵幀動畫,二是通過程序自動控制。

對于關鍵幀動畫來說,Sequencer中直接根據載具位置設定觸發切換時間。以材質切換為例,幕墻在未觸發時會顯示默認材質,而Sequencer時間線上在播放影像時,媒體源會觸發播放器,播放器關聯的媒體紋理會給到對應的材質實例,通過Material Element Switcher就能將材質附到幕墻上,而影像播放完畢后就會切回原先的材質,運行邏輯如圖8所示。程序方法則是通過在銀幕模型一定區域內設置碰撞體實現,當載具運動到此區域時觸發材質切換,播放影像。

圖8 UE4媒體材質運行邏輯

圖9 《公元一萬年》時間線局部

本項目中兩種方法都曾嘗試,最終完全采用了關鍵幀方法,項目場景中只有單一主體、單一路線,在路線改動時,雖然關鍵幀方法每次需要手動調整時間節點,但其準確度高,在載具運行視角有改動時更易修改。程序方法采用自動觸發,效率高,但調整不夠靈活,若是針對每個影像播放場景單獨制作藍圖組件,則工作量比關鍵幀方法更大。

另外,整個載具運動過程中,場景里需要觸發的效果數量較多,若將所有需要處理的模型都放到同一時間線上,則時間線會過于復雜,因此利用傳統非線性編輯中嵌套的概念,將各個需要觸發的效果先做成獨立的時間線,在整體時間線中各個節點再調用這些時間線,這樣時間線邏輯清晰,便于協同工作與后期改動。

5.4.4 鏡頭跟隨

經過前期討論,團隊確定預演最終需輸出三個視角:主觀視角、客觀視角、全景視角,如圖10(a)(b)(c)。主觀視角即模擬游客乘坐載具時的視角,直接用來判斷游客的體驗;客觀視角環繞于載具周圍,用于觀察載具與場館的空間關系;全景視角則是輸出360度全景影像,用于在VR 頭顯環境中判斷影像部門輸出的影片與美術部門的場景設計在場館中的效果,作為現場施工參考。主觀視角與客觀視角直接通過攝影機關鍵幀動畫完成,而全景視角則通過虛幻引擎官方提供的Panoramic Capture工具獲取。

圖10 《公元一萬年》預演視角示意圖

值得注意的是,球幕、環幕等影片均根據現場硬件環境定制,這類影片分辨率等技術指標都要求很高,需要耗費較高渲染成本,必須在最終渲染之前完成所有效果調試,常用的電腦或投影屏幕尺寸較小且均為平面,無法反映影片的實際體驗,因此一般只能等施工完成后在現場測試,這也是傳統制作流程中的難點。在預演環境中測試就能避免這些問題,影像部門制作低分辨率測試片后先置于預演環境中測試,通過主觀、客觀、全景多個視角的觀察,能發現其中問題,如視點偏移、圖像畸變。

主觀視角可以體現游客與影片的透視關系,能體現影片視點是否設置在游客行進路線上,若影片視點有誤,則會讓游客感覺自己并不在場景中央,削弱項目整體沉浸感。圖像畸變也類似。影像制作按照硬件環境定制,需與銀幕變形相匹配,預演中銀幕的模型根據前期規劃1∶1制作,在預演環境中能完整體現影像與銀幕映射關系,觀察圖像畸變是否與銀幕匹配。預演團隊觀察到問題后,與影像部門溝通協調,經過多次調整后能保證視點、畸變等基本無誤。這能與現場施工同步進行,在現場施工完成后,影片調整也基本結束,現場驗證后進行少量修改就能輸出最終成片,縮減了工作周期。

預演畫面與現場對比,如圖11所示,可以看出預演視頻整體效果與現場基本一致。

圖11 《公元一萬年》預演環幕場景與現場畫面對比

6 總結

目前,我國人民對美好視聽生活的需求日益增長,很多新媒體展示方式越來越受到民眾喜愛,黑暗騎乘類沉浸式體驗項目作為一種新興的科技與文化融合的體驗形式,受到廣泛關注。本文基于實際項目背景,總結了以虛擬預演為中樞的工作流程,并且實踐驗證了游戲引擎在其中使用的可行性,為后續工作積累了一定經驗。

以預演為中樞的工作流使主題公園中黑暗騎乘類項目的制作效率會有一定程度上的提升。在虛擬空間中完成整體項目設計,這種后期前置化的制作流程降低了溝通成本。依托于游戲引擎進行的預演,無需高昂的研發與制作成本,為預演制作的高效完成保駕護航,也為沉浸式體驗項目制作方式帶來了新的可能性。

注釋

①《公元一萬年》項目已在陜西西安白鹿原影視城投入運營,駱駪駪為該項目的總導演,影像制作為北京上造影視文化有限公司,設備集成為北京贏康科技股份有限公司,燈光設計及安裝為廣州市弘裕電子有限公司,聲音設計及制作為北京蜂巢音悅文化傳播有限公司,載具及機械裝置生產為廣東金馬游樂股份有限公司,筆者全程參與虛擬預演制作工作當中,本論文相關引用已獲得授權。