LED 虛擬攝制技術的流程突破與變革

程 檣 陳 晨 武思語

北京電影學院視聽傳媒學院，北京 100088

1 虛擬攝制的發展歷程

LED 虛擬攝制依托于渲染引擎創建仿真場景，使用渲染引擎的實時渲染功能，將畫面呈現于大型LED 顯示屏上，利用攝影機和渲染引擎的同步，還原現場立體感和圖像透視關系。這項技術的發展與數字技術的不斷進步和創新密切相關，極大程度改變了影視的創作方式、視覺效果和敘事表達。虛擬攝制技術的起源可以追溯至計算機圖形學（Computer Graphics，CG）早期發展，在20 世紀60-70 年代，計算機工程師開始研究如何利用計算機生成圖形和動畫。伴隨計算機性能的提升，相關研究人員逐漸發覺其在影視領域的巨大潛力。數字技術是虛擬攝制技術興起和實踐使用的關鍵因素之一，使得電影制作更加靈活、高效、豐富。

20 世紀80-90 年代，電影制作開始采用計算機生成特效和合成圖像，實現實景拍攝難以達成的影像效果。1986 年皮克斯動畫工作室（Pixar Animation Studio）發布了第一部計算機生成的動畫短片《安德魯和威利冒險記》（André and Wally B.），該短片制作出細節詳盡的角色模型，逼真地還原角色的表情與行動，成為CG 動畫的重大里程碑。90 年代末數字后期制作技術初露鋒芒，制作人使用數字合成增強視覺效果，例如《指環王：護戒使者》極大程度展現了數字化人物和特效場景的新水平。隨后皮克斯動畫工作室制作了一系列成功的CG 動畫電影，如《玩具總動員》系列等，為虛擬攝制技術的發展打下堅實基礎。21 世紀初，虛擬攝制技術嶄露頭角，拍攝團隊將演員置身于藍幕/綠幕中，用數字技術捕捉創建逼真的模擬角色。如《阿凡達》《星球大戰》系列作為成功的科幻商業片，彰顯出虛擬攝制技術的巨大潛力。

2010 年后，虛擬攝制技術迎來一次重大革命。伴隨虛擬現實（VR）、增強現實（AR）、混合現實（MR）等擴展現實（XR）技術的興起，虛擬攝制迎來嶄新機遇。Disney+制作《曼達洛人》在虛擬攝制技術方面取得了巨大成功，制作團隊采用大型高分辨率LED 虛擬片場The Volume。The Volume 技術能夠支撐在片場實時預覽虛擬環境，確保視覺一致性，使虛擬背景和實景環境良好銜接和完美契合。通過實時渲染技術，在片場預覽虛擬場景，提供即時的實時交互反饋。

在國內，得益于科技領域基礎設施的整體提升，虛擬攝制技術的研發與應用近年來也陸續取得突破性成果。以浙江博采傳媒有限公司（以下簡稱“博采傳媒”）為例，該公司自主研發了多項虛擬攝制工具，提出從視覺預演（PreViz）到LED 環幕拍攝“全流程數據貫通”的概念，建立了虛擬攝制體系。基于高效的預覽工作流程，博采傳媒提出“劇本視覺化”的理念，即由創作人員通過虛擬拍攝系統，實時記錄動作捕捉演員所驅動數字角色在虛擬場景中的表演，將劇本內容進行快速視覺化呈現，確保每個場景、鏡頭與角色表演的視覺效果良好還原主創團隊的創作意圖。在2023 年國產科幻影片《流浪地球2》正式開拍前，創作組就基于上述邏輯，利用動作捕捉技術和LED 顯示屏為影片制作預覽片，讓團隊提前發現潛在的問題與挑戰，從而節省實景拍攝的時間與成本，減少非必要的延誤。

如今，虛擬攝制技術已經有了更大范圍的應用，除電影創作外，還廣泛應用于電視劇、短片、廣告等多種媒體形式制作中，為媒體創作者提供了嶄新的詮釋機會，如科幻短片《誕辰》《途銳》汽車廣告、電視劇《風起洛陽》片尾曲《心念》MV 等。虛擬攝制與實景拍攝相比，極大縮短制作周期與成本，提升在極端環境中拍攝環境的安全性。

2 虛擬攝制的創作流程

虛擬攝制作為一個全流程的實時可視化制作體系，包括了數字資產、實時渲染引擎、LED 虛實環境置景、實時預演、攝影機定位跟蹤系統、LED 虛實光源交互等技術環節，通過結合傳統的電影制作方式和先進的數字技術，為創作者提供了實時可視化的視覺反饋和即時的創造性決策。相較于傳統電影以劇本為中心的線性制作流程，當下的虛擬攝制體系更強調實時交互性、動態空間擴展、工作流程迭代和跨工種創意協同。其中最具革命性的改變就是重新劃分了前后期的界限，將大量的后期視效工作前置。在初期籌備階段，從劇本開始就需要提前對虛擬數字資產即大量的場景、角色、道具進行拆解與制作，然后進入故事板的預演環節、LED 虛實拍攝，最后才進入剪輯等收尾工作，其中各部門不同環節相互合作。這并非單一的線性創作流程，而是多線并行的流程。虛擬攝制強調數據化和實時互動，使劇本到拍攝至后期影視制作的各個環節都產生了顯著變化。

2.1 前期籌備階段

在全新的虛擬攝制流程中，前置數字資產是虛擬制作的一個關鍵環節。傳統的后期制作工作流程需要在現場實景拍攝完成后再創建數字資產，而這一環節會受到拍攝現場不可預測的諸多限制的影響，諸如照明、天氣條件、演員表演等因素。為了確保成片的鏡頭與預期效果一致，后期制作要對數字資產進行更改或修訂。除耗時的后期制作與昂貴的制作成本外，實際拍攝過程中所捕獲的內容也有可能偏離創作團隊最初的預期。相比之下，采用“后期前置”的攝制方式，基于LED Volume Stage 現場實時投射虛擬置景，不僅簡化了工作流程，減少大量后期制作，同時也讓創作者對電影的視覺元素有了更大的創意控制。從劇本設計初期，創作者通過概述對數字資產的構建需求，前置設計和完善數字資產，可以更自由地控制虛擬場景和元素，且較少受現實世界物理限制的束縛，這種創意控制有效減少了后期制作中不必要的修改和調整。

虛擬攝制制作的數字資產主要分為兩類：視覺資產與聲音資產。視覺資產主要是通過照相法掃描、激光掃描和4D 掃描等技術將現實世界中的場景、道具和角色等物理資源轉化為數字資產。不僅可以按需存檔和檢索，還可以在多個項目中重復利用。對于數字資產的復用流程，愛奇藝基于LED 虛擬背景攝制的4K 影視級虛擬測試片《不良井之風云再起》，借助《風起洛陽》通過實景掃描留存的數字資產“不良井”作為虛擬場景，實現攝制復用。生產過程涉及到結構化的資產構建和復用過程，包括實景掃描、資產重建、虛擬拍攝、微調和存儲等步驟，這些步驟都以多服務復用為目標。此外，虛擬攝制技術不僅被大型影視劇和廣告公司采納，還能應用于專業用戶生產內容（Professional User Generated Content，PUGC）的生產模式中，為PUGC 降低創作成本、提升創作效率，形成良性的創作循環周期。例如，影視颶風（MediaStorm）在其棚內橫向拼接兩塊三星MicroLED 電視作為顯示屏。受限于昂貴的屏幕造價與有限的取景范圍，影視颶風將工作室的虛擬攝制定位于拍攝產品特寫，如電腦、相機等，這極大縮短為產品置景的時間與成本，在切換產品拍攝時，僅需在虛幻引擎（UE）中調試更替預設。

2.2 創作預演階段

繼制作數字資產之后，視覺預演也是虛擬生態中非常重要的一個技術環節。傳統電影制作和虛擬制作的視覺預演在流程和制作上有著很大不同，視覺預演的前身可以追溯至傳統制作流程中的分鏡頭故事板。分鏡師將關鍵情節和場景逐幀繪制，通過附有注釋或描述的二維單幀面板呈現導演設想的畫面、氛圍、表演情緒、場面調度等視覺元素，該環節通常需要在拍攝期間或之后完成。而隨著電影產業的發展，角色的專業化、制作的復雜性和創作標準的提升，傳統的二維單幀故事板顯得稍遜于更豐富的三維動畫預覽。制作團隊應用Maya、3ds Max 等軟件創建三維模型，利用基本的動畫形式，提出場景、相機角度、演員位置以及拍攝期間可能出現的技術復雜性和生產成本的預期，為制作人和關鍵部門提供全面的視覺參考。在虛擬攝制流程中，視覺預演能夠與實拍相結合，使制作人員不再局限于用鼠標和鍵盤制作，而是能夠使用虛擬相機，在動作捕捉棚內的虛擬場景中進行拍攝，以實現更自由準確的預演創作。通過提前預覽，電影制作團隊更容易獲取清晰、可靠的參考結果。

視覺預演和技術預演（TechViz）為重視效電影《流浪地球2》的“視覺化劇本”提前驗證了后續拍攝的可行性。在電影創作前期，有關團隊分鏡繪制9989 張圖文、動態預演832 個鏡頭、虛擬拍攝2114 個鏡頭，制作團隊推進一套虛擬攝制流程，包括虛擬場景資產、攝影機運動數據、演員動作表情、CG 動畫數據等，每個環節的數據都納入虛幻引擎平臺，搭建起數據庫，與視效團隊掌握的軟件進行匹配、兼容，同時進行工具開發和功能實現，通過預拍攝確定全片拍攝方案，視覺預演促進了各種創意和技術團隊之間的無縫協作[1]。

視覺預演作為虛擬攝制體系中重要的一環，不僅可以為實拍提供精確參考，還可被當作是可繼承、可執行的數據。博采傳媒創始人、CEO 李煉曾談到，虛擬攝制的核心在于將電影制作的各個環節實現數據化，使整個創作過程更加量化和可控。該公司制作的科幻短片《誕辰》從預演到實拍全部由數據繼承與迭代，數字資產的制作總周期僅占用7 天時間，創作過程可控且簡潔。在該公司另外一個“懸崖翻車虛擬攝制項目”中（圖1），項目拍攝在預演內完成場景、人物、機器的調度。通過預演與路面建模計算出汽車行駛時的震動幅度數據，以支撐輪胎的四個懸架連接電腦數控實現運動。因此翻車戲份實際上車是停在原地，通過場景與機械臂之間產生聯動實現（圖2）。車的震動包括翻車撞地的觸感都是通過底部的傳感器、機械臂及鏡頭幾個裝置之間的聯動實現。

圖1 視覺預演畫面與實拍畫面對比

圖2 汽車廣告棚內拍攝現場

2.3 LED 攝制階段

有別于傳統影視攝制的創作，虛擬攝制基于實時驅動的LED Volume Stage 現場實時攝制代替了使用藍幕/綠幕摳像后期合成技術。在過去的幾十年中，演員必須在藍幕/綠幕背景的虛擬場景中表演，致使實際場景與特效畫面之間的互動和協作受到限制。對導演和攝制團隊而言，因在片場無法及時看到最終制作效果，也容易忽略拍攝中出現的細微問題。再加上各部門之間的協作受限，實際拍攝與虛擬場景之間存在互動障礙，因此最終的視覺效果與創作者的預期很難保證一致。而進入LED 現場實時虛擬攝制環節，真正實現了在拍攝現場中的實時互動，即“所見即所得”。通過LED 顯示屏投射的圖像，演員不再是憑空想象，可以進入LED 舞臺或投影環繞中沉浸式表演。置身于能看到和聽到的互動現場環境中，演員能夠實時感知周圍環境，更能激發演員對事件做出更自然的反應。同時，導演、攝影、視效、置景團隊也可以在實時拍攝中看到虛擬場景的實時呈現，隨時預覽和調整視覺元素，確保最終的視覺效果符合創意與預期。這種互動可以更好地協調各部門工作，從而提高整體制作質量。

基于LED 虛擬攝制技術進行畫面拍攝，通過采用渲染引擎的虛擬攝影機和現場物理攝影機的同步功能，LED 顯示畫面可以根據攝影機運動軌跡進行調整，使畫面始終保持正常透視關系。傳遞至監視器的影像為最終呈現結果，所有部門都可以隨時根據現場拍攝情況進行及時調整。

使用LED 虛擬攝制的優勢不僅在于攝制實時可視化，還在于LED 虛擬攝制生產流程提供了一種迭代式的并行生產方式。它融合多種技術和系統，包括攝影鏡頭跟蹤系統、虛幻引擎實時渲染系統、數據流程傳輸、虛實跟焦系統等，涉及到很多硬件和軟件的并行配合處理。其中攝影機實時跟蹤系統是LED虛擬攝制技術的關鍵組成部分之一，它不僅提高了從多個角度捕捉演員動作與虛擬場景匹配的精準度，而且還與虛幻引擎無縫協同。該協同關系使LED 顯示屏的內容呈現與物理攝影機視角吻合，確保虛擬元素與現實元素相融合。渲染引擎實時渲染系統提供并整合了CG 圖像，三維雷達掃描或攝影測量還原的真實圖像位置，通過豐富復雜的資產細節來強化LED 顯示屏背景的豐富性。虛實跟焦系統在提升LED 顯示屏的真實能力方面也發揮了關鍵作用，該技術不僅可以調整顯示屏上的焦點，還能實現對虛擬場景內部延伸，使得屏內和屏外場景的鏡頭焦段實現無縫轉換調整。讓前后景物都有正確的景深關系，拍攝出虛擬場景中的景深效果，這極大地促進了整體視覺敘事，提升了觀眾的觀影體驗。

3 虛擬攝制的創作挑戰

虛擬攝制作為一種正在改變電影攝制流程的新方式，它利用新的工具使影視制作更加高效和創新。與傳統的影視制作方法相比，虛擬攝制通過數據化和數字化的技術手段，讓影視制作的各個環節更加緊密相連，更加高效可控。這種良性升級推動了影視制作的后工業化，為影視創作者提供了更多創作自由和創新機會。然而，現階段虛擬攝制的應用和推廣還存在一些挑戰和需要解決的問題。

3.1 虛擬攝制體系的門檻和技術挑戰

建立高水準虛擬攝制體系需要較高的資金和技術門檻，對于傳統影視企業來說很難進行大規模技術研發和投入。虛擬攝制涉及一系列復雜的技術工具和軟硬件系統，包括實時渲染技術、攝影機追蹤技術、燈光模擬技術等組件，這些研發成本對于部分企業來說可能難以承受。此外，虛擬攝制的價值不僅在于顯示屏與機械臂等設備。首先，虛擬攝制的關鍵在于各種組件的協同工作。例如，實時渲染引擎需要與攝影機系統、LED 顯示屏、燈光系統和其他硬件設備協同工作、無縫配合，才能創造出逼真的影像。其次，持續的升級和研發能力至關重要。服務提供商須不斷進行系統升級優化，并具備解決各種實際拍攝問題的技術整合能力，這包括模擬不同地點、天氣條件和光線情況以及與實際拍攝場地的互動，這種綜合能力需要豐富的實踐經驗和創造力。

3.2 傳統制作公司需轉變創作方式

傳統制作團隊與虛擬攝制項目在工作方式、流程及經驗積累方面存在著明顯差異。新制片技術的引入可能需要傳統制作團隊轉變工作模式，學習并適應全新的操作流程，這是在溝通與合作方面的重大挑戰。例如，在傳統制作團隊與虛擬攝制項目合作時，需要適應虛擬攝制管理對項目周期、前期準備以及資金配置方面的不同需求。此外，制作人員和主創人員如果對新技術邏輯和虛擬攝制管理方式缺乏了解，可能導致跨團隊協作問題和技術誤解，從而影響項目的推進進程。為了解決這些挑戰，建議將傳統制作團隊與虛擬攝制項目有機結合，并建立起相互支持的虛擬拍攝生態系統以助于傳統團隊逐步適應虛擬攝制的需求。

3.3 待解決的技術難題和發展挑戰

虛擬攝制仍面臨著一系列技術挑戰和需要不斷迭代解決的問題，比如更高質量的實時渲染、更精確的焦點跟蹤等。問題的存在激勵著相關技術人員不斷尋找解決方案，促使技術創新和改進，從而推動虛擬攝制技術發展進步。如焦點跟蹤準確度、大范圍調度、虛擬場景的結合問題，已經有了眾多解決方案。即使演員現場表演受制于物理空間限制，但很多大范圍調度的場景能通過精準的內容和技術預覽，落實到可執行的棚內解決方案。伴隨引擎算力的不斷提升，虛擬攝制的水平在逐漸提升。然而在未來，當一些技術難點被解決時，還會有新問題出現等待被攻克。這種螺旋上升的過程將推動虛擬攝制技術走向更成熟、更廣泛應用的階段。

4 展望

虛擬攝制是一種數字化制作過程，通過使用計算機生成圖像（CGI）、視效、虛擬場景和虛擬角色等技術，創造各種數字資產。這些數字資產包括虛擬道具、虛擬環境、數字化角色模型等，具備極其重要的價值和潛力，為電影、電視、游戲和虛擬現實創作者提供了無限的創作可能性。虛擬攝制作為影視制作的新模式，資產的可重復使用性為影視制作生產賦能，這樣的變化使影視產業隨著虛擬攝制體系的建立和應用發生新的變化。

首先，虛擬攝制需要更多的專業技術知識，包括計算機圖形學（CG）、虛擬現實、增強現實和特效制作。因此，一些傳統勞動密集型的工種會減少，如布景搭建、道具制作等。技術密集型崗位可能會增加，包括3D 建模師、特效師、編程師等?，F有從業者可能需要轉型更新自己的技能，以適應這種技術革新。

其次，新攝制理念和傳統制作理念會達到更好的融合，讓未來影視內容制作生產變得更加高效、經濟和可控。虛擬攝制作為一種新模式，其最顯著的特點之一是資產的可重復使用性。這意味著影視制作人員能夠在不同項目中復用數字資產，例如虛擬道具、場景和角色模型等。這些數字資產的長期價值在于可被反復利用和重新應用于不同的創意項目中，節省了制作成本，并促進了數字資產的交流和共享。例如愛奇藝已經實現通過制作回收數字掃描建立“愛奇藝數字資產庫”，包含3D 模型、動作與全景視頻等多類型資產，自研拍攝預演軟件iViz 系統，將資產復用于影視、動漫、綜藝制作中，為版權方、制作方供給新的運營機會。除資產復用有效降低制作成本外，隨著非同質化通證（NFT）技術的嶄露頭角，數字資產也成為數字藝術市場和收藏品市場的一部分，作為影視劇衍生品進行二次創收。愛奇藝多次復用《風起洛陽》高精度數字藏品，推出云演出、游戲、劇本殺、元宇宙等劇集衍生品，推出六千余件國風數字藏品盲盒。這些獨特的數字藝術品和虛擬珍藏品吸引著收藏家和關注者，為個人創作者和平臺的收入來源開辟新路徑，推動了數字文化和創意產業的發展，為年輕的數字藝術創造者提供了更多機會。

虛擬攝制帶來的靈活性與高效性正在重塑整個影視產業的生態系統。從預算規劃到實際制作，從內容創作到后期制作，虛擬攝制技術都為各個環節帶來了全新的可能性。這樣的變革并非局限于制作過程中的某一環節，而是涉及整個影視產業價值鏈的變革和提升，更是對創作方式、生產效率和產業模式的全面革新，為影視作品帶來了更為廣闊和令人期待的未來。