帶你快速了解電影虛擬拍攝技術的前世今生和未來發展

不久前結束的由中國電影設計制作聯盟發起的首屆CG電影創作分享會中多次談到了電影虛擬制片技術,但很多觀眾反應干貨太硬,還有很多沒聽懂。


今天,我們特意找來了國家中影數字制作基地方榮國老師書寫的關于電影虛擬拍攝的文章,從概念到工作原理進行介紹和梳理分析,來與大家一起分享。


電影虛擬拍攝是電影數字革命以來的一個新領域,2009年隨著《阿凡達》的公映給觀眾和業界帶來了新的視角。


 《阿凡達》在制作中使用的虛擬拍攝


電影藍綠屏拍攝的大范圍使用,讓導演在第一時間看到實拍演員場景和虛擬空間場景的實時合成效果變得越來越重要。虛擬拍攝對現場拍攝的即時指導性優勢,隨著電影主創人員的了解而逐步被應用到拍攝中來。


 在綠幕環境中實時合成查看效果


虛擬拍攝的定義


電影虛擬拍攝可簡單描述為——當演員在藍綠背景前表演時,背景的藍綠顏色直接被提前制作好的虛擬場景替換,導演監視器上實時呈現出(以前要到后期才能完成)合成后的效果,這種直觀的拍攝技術稱為電影虛擬拍攝


 虛擬拍攝片場與動作捕捉環境


虛擬拍攝技術的發展背景


虛擬技術的發展與計算機技術的進步歷程密不可分,在二十世紀四、五十年代計算機處于大型機階段,到六、七十年代逐漸向小型計算機轉化。受控于硬件、軟件和人才基數的制約,此階段的發展較為緩慢。


 IBM推出IBM-PC


1975年微軟成立,之后發展出Windows操作系統;1976年蘋果公司成立,使用蘋果自己的System x.xx/Mac OS操作系統;1981年IBM推出IBM-PC,它大大的簡化了硬件構架,定位面向普通的大眾,此時由于操作系統的發展還處于DOS階段,普及的速度還很慢。


 斯皮爾伯格在監視器查看《頭號玩家》的虛擬拍攝效果


1982年美國SGI公司成立,我們對這個名字很陌生,來看看基于它完成的電影就知道它離我們很近了,《侏羅紀公園》、《泰坦尼克》、《玩具總動員》、《指環王》等等都與它有著密切的聯系。


 《指環王》的實拍片場與后期VFX合成效果


 漫威系列電影大量運用了虛擬拍攝系統


1995年SGI并購了Alias Wavefront公司,這個就是現在響當當MAYA軟件的前身。1991年微軟公司推出了Windows3.0多語言版本操作系統,幾年后推出Win95,實現了真正意義上的圖形操作界面,計算機發展駛入快車道。


虛擬拍攝技術的起源


從應用的時間和普及上看,電視的應用要早于電影。


1978年,Eugene L.提出了“電子布景”(Electronic Studio Setting)的概念,指出未來的節目制作可以在只有人員和攝像機的空演播室內完成,其余布景和道具都由電子系統產生。


 目前的主流電視媒體廣泛使用的虛擬演播室技術


在1992年以后虛擬演播室技術真正走向了實用。作為數字演播室發展新技術,虛擬演播室技術已成為了當今數字電視演播室新技術的熱點。在1994年IBC展覽會上虛擬演播室技術首次亮像,并在各種電視轉播中得以實現。


 虛擬演播室可隨鏡頭變換的虛擬背景


虛擬演播室系統(The Virtual Studio System,簡稱VSS)是近年來隨著計算機技術飛速發展和色鍵技術不斷改進而出現的一種新的電視節目制作系統。


 F1賽車節目采用了豐富的虛擬場景及道具演示效果


在虛擬演播室系統中,攝影機拍攝時的位置信息和拍攝內容,實時傳送到虛擬系統內,畫面背景的藍或綠,通過色鍵摳像技術被清除,替換上提前制作好的虛擬三維空間模型,畫面拍攝的主持人或演員與三維的虛擬場景合并成一個新畫面,新合成好的視頻可以實時的顯示在電視上。


 利用虛擬演播室技術進行遠程虛擬合成對話


但這種現實并不存在的虛擬場景環境,只是與實拍的人物無縫融合起來的畫面技術讓虛擬演播室成為了現實。


 世界首個利用虛擬拍攝技術實現的混合現實真人秀節目


 虛擬拍攝技術也廣泛運用于虛擬偶像等展演現場


電影虛擬拍攝技術的發展


電影虛擬拍攝技術運用的時間也是較早的,但使用的范圍很小。1990年代初期好萊塢就有使用虛擬技術來制作動態故事板,也就是目前應用較多的動態預覽(Previz)


 《黑客帝國》采用的360度超靜止瞬間移動拍攝技巧


1997年12月19日美國上映 《泰坦尼克》 (我國1998年4月份上映), 其后1999年《黑客帝國Matrix》、2003年5月和11月《黑客帝國2》、《黑客帝國3》,2007年開始的《變形金剛1》及續集,這些里程碑式的影片都對虛擬技術做了很好的應用和宣傳,尤其對Motion Capture(動作捕捉)和Motion Control(運動控制)的使用,可以說到了很高的高度。



 動作捕捉與實時渲染技術的聯動與成熟


電影虛擬拍攝真正被觀眾熟知還是2009年《阿凡達》的公映


2009年12月16日,《阿凡達》的空前成功和潘多拉星球帶給觀眾美輪美奐的感受,使得虛擬拍攝技術被公眾開始熟悉。尤其是在綠色影棚里,導演可以直接看到想象中的監視器畫面,而不是傳統的綠背景監視器畫面,而使得耳目一新。


 《阿凡達》將虛擬拍攝推向了主流視線


當整部電影都以藍綠背景拍攝,有超過2000個以上的藍綠背景鏡頭需要剪輯、特效、聲音等各環節都需要制作時,工作人員需要對照著劇本文字描述來逐一匹配鏡頭時,巨大的需求推動了技術的研發。


 卡梅隆利用虛擬攝影機模擬真實的攝影習慣


在《阿凡達》完成后,虛擬拍攝技術被整合成一個商業模塊出現了。


電影虛擬拍攝技術的未來展望


電影虛擬拍攝雖有不少技術點需要完善和改進,但她發展的趨勢已經確立,并會隨著國內電影上升的趨勢而得到不斷發展。


 《獅子王》真人版完全運用了虛擬拍攝技術


好萊塢大片的帶動效應,使得越來越多的國內導演和電影制作人認識和接觸該領域,并在創作中使用這個新技術。


 好萊塢視效電影帶動了虛擬拍攝技術向更縱深的領域發展


未來需要越來越完善的虛擬拍攝素材庫。


世界名勝古跡、人文歷史遺跡、自然風光......早已成為電影畫面的常客,每每拍攝都要到實地拍攝,不但成本高昂,演員的檔期也很難協調,同時名勝之地人流如麻,很難協調合適的時間來進行拍攝。


 在監視器中直接呈現實時合成的畫面


虛擬拍攝就可以比較理想的解決這個問題,并大大的降低制作成本


舉例如拍攝古羅馬的斗獸場,采用虛擬技術后,演員只要在虛擬棚內表演,就可以直接調用素材庫里的斗獸場景進行拍攝,即直接又快速,但這在當下還是一種夢想,需要去落實。


電影是創造的藝術,背景式照片方案是不能符合拍攝技術的,需要建立三維的模型,并有真實的貼圖,還可以根據需要進行光線的模擬(如朝陽、黃昏或正午效果),符合標準后放入模型庫,根據創作的需要調入虛擬拍攝系統,依據劇本需要讓攝影機可以靈活選取需要的角度進行拍攝。


 虛擬拍攝技術的高效也十分適合廣告領域


素材庫的建立是一個龐大的數字工程,不但包羅萬象還要能進行清晰的檢索和調用。這個工程是需要持續的投入和建設的,可以通過專門的團體搭建架構,制定技術標準,把符合的納入數據庫內,并可以有償進行商業推廣,讓這個素材庫進入良性發展軌道,慢慢壯大。


 只需要綠幕道具便可以模擬與虛擬環境的交互


以后會有越來越多的傳統攝影棚被改造成虛擬攝影棚,在人力控制范圍之內,可提供24小時候場拍攝,不會受到自然天氣的影響延誤拍攝。


 綠幕座椅匹配火車車廂內的虛擬空間關系


有人會問到:不是所有攝影棚都是24小時可以拍攝的嗎?這里普及個虛擬拍攝的常識,傳統攝影棚搭建的場景都是固定的,如果更換場景需要一天或幾天的時間,而虛擬場景的更換只需要幾分鐘的時間,如需要搭建一小部分的核心表演區,可以提前在場外做好模塊在攝影棚里組裝好就可以了,一個虛擬棚里一天拍攝幾個場景的案例已不是什么新鮮事了。


 迪士尼《曼達洛人》的制作將虛擬拍攝帶入了LED時代


明星演員的檔期很緊,任何意外(生病、受傷等)都會打亂正常的拍攝計劃,虛擬拍攝會提前把劇本中的場景制作好,根據變化來快速調用不同場景,這種優勢會更好的協調劇組拍攝的進程,讓拍攝更人性,更有效率。


電影虛擬拍攝是一個很好的方向,有非常好的前景。讓電影同仁們共同努力,推進虛擬拍攝的不斷進步,搭建更好的平臺,用技術提升拍攝的質量,讓創意更好的實現,讓電影帶給觀眾更好的愉悅。


————方榮國


以上內容截取自《現代電影技術》2015年7月刊的文章:《電影虛擬拍攝技術發展探析》,觀看完整文章或了解更多虛擬拍攝信息可以查閱方老師的知乎賬號:

https://www.zhihu.com/people/dianyinglaofang



配圖&編輯 / 鄭珩


-END-


具有自主研發虛擬拍攝系統的部分中外公司名單:

LightCraft公司的Previzion(Halide)系統

Solid Track虛擬拍攝系統

Ncam技術公司的Ncam系統

諾亦騰公司的傳神系統

艾沃次世代公司的如意系統


中國電影設計制作聯盟創始成員單位:

鯤睿文化、念動文化

北斗北工作室、艾沃次時代

Bitone、達瓦科技


首屆CG電影創作分享會錄屏觀看平臺鏈接:

https://space.bilibili.com/88068804


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