视效合成进阶教程.pdf

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书籍描述

内容简介
本书是史蒂夫·赖特在《视效合成初级教程》后的续作,是工业光魔(ILM)等数10家顶级数字效果公司的必读书,为诸多大学和培训机构(如中影数字基地)所用。
  作者从提取与优化遮片开始,到对数图像结束,手把手地教你如何解决电影与视频合成中诸如消溢色、运动跟踪、3D运动跟踪等重难点问题。同时结合大量操作实例将复杂的合成过程生动立体地呈现在专业合成师的眼前,是一本解决电影、视频、游戏等多媒体数字领域视效合成问题的经典教程。
  书中不拘泥于单一的软件,创新式地以完成任务为中心,并在新版增加了CGI 合成一章,在其中论述立体合成的方法及原理。随书赠送的DVD中提供了7 部3D 合成QuickTime 电影和上千幅图片,以供读者按照书中所述进行实践操作。

编辑推荐
直观易懂,二十年实践经验总结深入浅出
通用普及,适用于各类电脑系统与合成软件
注重实践,随书光盘提供影音资料操作实例
紧跟前沿,好莱坞最新合成技术一一呈现
专业深入,解决合成师每日所遇核心难题

作者简介
史蒂夫·赖特(Steve Wright),好莱坞数字特效合成大师、VFX公司培训专家,曾任柯达旗下电影制作者办事处的高级合成师和技术总监,有着20多年从业经验,参与过70多部商业广告和70多部电影的拍摄,代表作有《禁闭岛》、《博物馆奇妙夜》、《蝙蝠侠与罗宾》。现在赖特在全球各地的教育机构中教授特效合成技术、Nuke和Shake软件课程,著有《视效合成初级教程》。更多信息请访问他的个人网站www.vfxio.com。

李铭,北京电影学院数字媒体技术研究所/影视技术系教授级高工,有着多年影视技术教学、实践经验,编写、翻译了《数字时代的影像制作》(主编)、《影视技术概论(修订版)》等数十部著作。

目录
简目
前言 1
致谢 3

导言 1
第二章 抽取遮片 13
第三章 优化遮片 59
第四章 消溢色 71
第五章 合成 87
第六章 CGI合成 115
第七章 混合操作 149
第八章 色校正 163
第九章 摄影效果 195
第十章 动画 215
第十一章 伽马 249
第十二章 视频 261
第十三章 电影 291
第十四章 对数与线性 311
第十五章 对数图像 335

重要词汇 355
出版后记 372

细目
前言 1
致谢 3

第一章 导言 1
1.1第3 版新在何处 2
1.1.1立体合成 3
1.1.2 CGI多通道渲染合成 3
1.1.3 3D合成 3
1.2 特殊功能 4
1.2.1 Adobe Photoshop 4
1.2.2 制作窍门 4
1.2.3 DVD视频 4
1.2.4 DVD制作练习 4
1.3 本书是怎样编排的 5
  第1部分:制作良好的合成 5
  第2部分:真实性的要求 6
  第3部分:你应知道的事情 6
1.4 常规工具 7
1.4.1 切片工具 7
1.4.2 流程图 9
1.4.3 彩色曲线 10
1.4.4 数据变换 12

第二章 抽取遮片 13
2.1 亮度抠像遮片 14
2.1.1 亮度抠像遮片的工作原理 15
2.1.2 制作你自己的亮度图像 16
2.1.2.1 亮度公式的种种变型 16
2.1.2.2 单色非亮度图像 18
2.1.3 制作你自己的亮度抠像遮片 18
2.2 色度抠像遮片 20
2.2.1 色度抠像遮片的工作原理 20
2.2.2 制作你自己的色度抠像键控器 21
2.3 差值遮片 23
2.3.1 差值遮片的工作原理 23
2.3.2 制作你自己的差值遮片 25
2.4 凸凹遮片 27
2.5 抠像键控器 28
2.6 色差遮片 29
2.6.1 提取色差遮片 30
2.6.1.1 理 论 30
2.6.1.2 抽取原生遮片 30
2.6.1.3 简化的示例 31
2.6.1.4 一个略微真实的案例 33
2.6.1.5 现在该是真实的世界了 34
2.6.1.6 遮片边缘渗透 35
2.6.2 缩放原生遮片 35
2.6.3 优化色差遮片 38
2.6.3.1 预处理绿幕镜头 38
2.6.3.2 局部抑制 38
2.6.3.3 通道钳制 39
2.6.3.4 通道偏移 40
2.6.3.5 去颗粒 41
2.6.4 绿幕照明不佳 43
2.6.4.1 过 亮 43
2.6.4.2 过 暗 45
2.6.4.3 绿幕颜色不纯 46
2.6.4.4 照明不均匀 47
2.6.5 屏幕调平 49
2.6.6 屏幕校正 51
2.6.6.1 用Ultimatte进行屏幕校正 52
2.6.6.2 做你自己的屏幕校正 52
2.7 Adobe After Effects(后效)遮片 54

第三章 优化遮片 59
3.1 遮片监视器 60
3.2 冗余遮片 61
3.3 过滤遮片 62
3.3.1 噪波抑制 63
3.3.2 较软边缘 63
3.3.3 控制模糊操作 64
3.3.3.1 模糊半径 65
3.3.3.2 模糊百分比 66
3.3.4 模糊选定的区域 67
3.4 调整遮片尺寸 67
3.4.1 通过模糊或缩放来收缩遮片 68
3.4.2 通过模糊和缩放来扩展遮片 69

第四章 消溢色 71
4.1 消溢色操作 73
4.2 消溢色伪像 74
4.3 消溢色算法 74
4.3.1 以红限制绿 75
4.3.1.1 实施算法 76
4.3.1.2 溢色贴图 77
4.3.2 以蓝限制绿 78
4.3.3 绿取红与蓝的平均值 80
4.3.4 以其他配比限制绿 81
4.3.4.1 将绿限制在红通道的90% 81
4.3.4.2 将绿限制在高出红与蓝的平均值10% 81
4.4 优化消溢色 83
4.4.1 通道偏移 83
4.4.2 溢色贴图缩放 83
4.4.3 混合消溢色 83
4.4.4 分而治之 83
4.4.5 蓝色去颗粒 83
4.5 除溢色操作 84
4.5.1 怎样着手去做 84
4.5.2 背衬色的调节 85

第五章 合 成 87
5.1 合成操作 89
5.1.1 合成操作的内情 89
5.1.1.1 前景图层的缩放 90
5.1.1.2 背景图层的缩放 90
5.1.1.3 前景与背景的合成 91
5.1.2 制作半透明的合成 92
5.2 已处理前景法 93
5.2.1 创建已处理前景 93
5.2.2 合成已处理前景 94
5.2.3 一些问题 95
5.2.3.1 残留颗粒 95
5.2.3.2 背衬色不均匀 96
5.3 相加—混合合成 97
5.3.1 何时使用 97
5.3.2 创建相加—混合合成 98
5.4 优化遮片 99
5.4.1 边缘混合 99
5.4.2 光环绕 101
5.4.3 软合成/硬合成 102
5.4.4 图层整合 104
5.5 立体合成 105
5.5.1 体视术 106
5.5.2 双色法 107
5.5.3 转换法 107
5.5.4 深度调控 109
5.5.4.1 场景过渡 109
5.5.4.2 仪表盘效应 110
5.5.4.3 浮动窗口 110
5.5.4.4 缩小模型化 110
5.5.4.5 视线发散 111
5.5.5 立体合成 111
5.5.5.1 双视图显示 111
5.5.5.2 分割与并接视图 112
5.5.5.3 像素视差图 112

第六章 CGI合成 115
6.1 预乘与解预乘 117
6.1.1 预乘的CGI图像 117
6.1.2 解预乘操作 117
6.1.2.1 零黑的α像素问题 118
6.1.2.2 部分透明的α像素问题 118
6.1.2.3 如何解预乘 119
6.1.3 高光限幅的解预乘 120
6.1.3.1 错在何处 120
6.1.3.2 如何纠正 121
6.2 CGI 多通路合成 122
6.2.1 渲染图层 122
6.2.2 渲染通路 123
6.2.3 照明通路 124
6.2.4 数据通路 125
6.2.5 遮片通路 126
6.2.6 多通道文件 128
6.3 HDR图像 128
6.4 3D合成 130
6.4.1 何谓3D合成 130
6.4.2 3D简明教程 131
6.4.2.1 3D坐标系 132
6.4.2.2 顶 点 132
6.4.2.3 表面法线 133
6.4.2.4 UV坐标 133
6.4.2.5 贴图投影 134
6.4.2.6 3D几何体 135
6.4.2.7 几何变换 136
6.4.2.8 几何变形 136
6.4.2.9 光 源 139
6.4.2.10 环境照明 139
6.4.2.11 摄影机 140
6.4.2.12 材 质 141
6.4.3 运动匹配 142
6.4.4 摄影机投影 144
6.4.5 布景延伸 145
6.4.6 3D背景 146

第七章 混合操作 149
7.1 图像混合操作 150
7.1.1 过滤操作 150
7.1.1.1 调整外观 151
7.1.2 加权过滤操作 152
7.1.3 叠 加 154
7.1.3.1 调整外观 155
7.1.4 最大化 155
7.1.5 最小化 156
7.2 Adobe Photoshop 混合模式 157
7.2.1 简单混合模式 158
7.2.2 复杂混合模式 158
7.3 狭缝阻塞 160

第八章 色校正 163
8.1 大自然的颜色 164
8.1.1 可见光 165
8.1.2 光的颜色 165
8.1.2.1 色 温 166
8.1.2.2 监视器色温 167
8.1.2.3 胶片色温 167
8.1.3 滤色镜的效果 168
8.1.4 物体的颜色 169
8.2 光的性能 170
8.2.1 平方反比定律 170
8.2.2 漫反射 171
8.2.3 定向高光反射 172
8.2.4 交互式照明 173
8.2.5 散 射 173
8.3 匹配光空间 175
8.3.1 视亮度与对比度 175
8.3.1.1 匹配黑点与白点 176
8.3.1.2 匹配中间色调 179
8.3.1.3 直方图匹配 180
8.3.2 色彩匹配 182
8.3.2.1 灰度平衡 182
8.3.2.2 皮肤色调匹配 184
8.3.2.3 色校正的“恒常绿色”法 184
8.3.2.4 昼光 185
8.3.2.5 定向高光 185
8.3.3 光照方向 185
8.3.4 光源的性质 186
8.3.4.1 创建软光照明 186
8.3.4.2 创建硬光照明 186
8.3.5 交互式照明 186
8.3.6 阴 影 187
8.3.6.1 边缘特征 187
8.3.6.2 密 度 187
8.3.6.3 颜 色 189
8.3.6.4 人造阴影 189
8.3.7 大气霾雾 190
8.3.8 色校正用的非线性梯度 192
8.3.9 添加辉光 193
8.3.10 核对清单 194

第九章 摄影效果 195
9.1 匹配焦点 196
9.1.1 用模糊做散焦 197
9.1.2 如何模拟散焦 198
9.1.3 跟 焦 200
9.1.4 锐 化 200
9.1.4.1 锐化核 200
9.1.4.2 模糊遮罩 201
9.1.4.3 制作你自己的模糊遮罩 202
9.2 景 深 203
9.3 镜头炫光 204
9.3.1 创建和添加镜头炫光 204
9.3.2 让镜头炫光动起来 205
9.3.3 通道交换 205
9.4 模糊不清的炫光 206
9.5 颗 粒 207
9.5.1 颗粒的本质 207
9.5.2 制造颗粒 208
9.5.2.1 生成颗粒 209
9.5.2.2 添加颗粒 210
9.5.3 匹配两个胶片图层的颗粒 212
9.5.4 为无颗粒的图层添加颗粒 213
9.6 核对清单 213

第十章 动 画 215
10.1 几何变换 216
10.1.1 2D变换 216
10.1.1.1 平 移 216
10.1.1.2 旋 转 218
10.1.1.3 缩放与推拉 219
10.1.1.4 偏 斜 220
10.1.1.5 角部牵制 220
10.1.2 3D变换 223
10.1.3 滤镜滤过 224
10.1.3.1 滤过的效果 224
10.1.3.2 星空闪烁 225
10.1.3.3 选择滤镜 226
10.1.4 对齐图像 226
10.1.4.1 偏置遮罩对齐显示 227
10.1.4.2 边缘检测对齐显示 229
10.1.4.3 枢轴点对齐法 230
10.2 运动跟踪 231
10.2.1 跟踪操作 231
10.2.1.1 选择好的跟踪目标 232
10.2.1.2 激活/撤销跟踪点 233
10.2.1.3 偏置跟踪 233
10.2.1.4 逆向跟踪 234
10.2.1.5 保持形状与跟随形状 234
10.2.2 应用跟踪数据 235
10.2.3 稳定化 236
10.2.3.1 重新定位问题 236
10.2.3.2 运动平滑 237
10.2.4 3D运动跟踪 239
10.2.5 窍门、诀窍与技巧 240
10.2.5.1 跟踪预审视 240
10.2.5.2 低分辨率/高分辨率跟踪 240
10.2.5.3 预处理镜头 241
10.2.5.4 点堆积 242
10.2.5.5 差异跟踪 243
10.3 扭曲变形与变形叠化 244
10.3.1 扭曲变形 244
10.3.2 变形叠化 246
10.3.3 窍门、诀窍与技巧 247

第十一章 伽 马 249
11.1 何谓伽马 250
11.2 伽马变化对图像的影响 251
11.3 显示系统的三种伽马 252
11.3.1 监视器伽马 253
11.3.2 监视器伽马校正 254
11.3.3 监视器LUT 255
11.3.4 端到端伽马 256
11.4 昏暗环绕效应 256
11.4.1 电视的昏暗环绕 257
11.4.2 电影的黑暗环绕 257
11.5 视频的伽马 258
11.6 电影的伽马 259

第十二章 视 频 261
12.1 视频工作原理 262
12.1.1 帧结构 263
12.1.1.1 丢帧时码 267
12.1.2 NTSC与PAL的差异 267
12.1.2.1 帧 率 268
12.1.2.2 图像大小 268
12.1.2.3 像素宽高比 268
12.1.2.4 各国的标准 269
12.1.3 视频类型 270
12.1.3.1 分量视频 270
12.1.3.2 复合视频 270
12.1.3.3 数字与模拟 270
12.1.4 视频格式 271
12.1.4.1 全数字格式 271
12.1.4.2 索 尼 271
12.1.4.3 DV格式 272
12.1.4.4 消费/商用 272
12.2 高清视频 272
12.2.1 画面宽高比 273
12.2.2 图像大小 273
12.2.3 扫描模式 273
12.2.4 帧 率 274
12.2.4.1 24、25、30、60帧/秒 274
12.2.4.2 23.98、29.97、59.94帧/秒 274
12.2.5 命名规则 274
12.2.6 强大的24p母版 275
12.2.7 变形视频 275
12.3 胶转磁 276
12.3.1 3∶2下拉 276
12.3.2 定位针定位的胶转磁机 277
12.3.3 对客户的建议 278
12.4 视频工作 279
12.4.1 从4∶2∶2视频抽取遮片 279
12.4.2 去交错 280
12.4.2.1 扫描行内插 281
12.4.2.2 场平均 282
12.4.2.3 场分离 283
12.4.3 3∶2上拉 283
12.4.4 非正方形像素 284
12.4.4.1 操控现有的视频图像 284
12.4.4.2 为视频创建新图像 285
12.4.4.3 PAL像素 286
12.4.5 隔行扫描闪烁 286
12.5 在电影工作中使用视频 287
12.5.1 最好的视频格式 287
12.5.2 原本用视频拍摄的视频 287
12.5.3 原本用胶片拍摄的视频 288
12.5.4 画幅大小和宽高比 288
12.6 在视频工作中使用电影 289
12.7 在视频工作中使用CGI 290

第十三章 电 影 291
13.1 电影工艺 292
13.2 术语与定义 293
13.2.1 换 算 293
13.2.2 片格窗 294
13.2.3 构 图 294
13.2.4 画幅宽高比 295
13.2.5 图像分辨率 296
13.3 电影格式 297
13.3.1 全片格窗 297
13.3.1.1 超35 298
13.3.1.2 共用顶边与共用中心 298
13.3.2 学院标准片格窗 299
13.3.3 西尼玛斯柯普系统变形宽
银幕 300
13.3.3.1 处理西尼玛斯柯普变形宽银幕 301
13.3.3.2 将其他格式更改为
西尼玛斯柯普格式 302
13.3.4 3孔电影 302
13.3.5 维斯塔维兴宽银幕电影 303
13.3.6 65毫米/70毫米 303
13.3.7 IMAX 304
13.4 胶片扫描仪 304
13.5 胶片记录仪 305
13.5.1 胶片记录仪的工作原理 306
13.5.2 激光胶片记录仪与CRT胶片
记录仪的比较 306
13.5.3 为胶片记录仪而校正工作站 307
13.5.3.1 黑暗环绕 307
13.5.3.2 对比度系数 307
13.5.3.3 三原色 307
13.5.3.4 胶片涂层效应 308
13.5.3.5 监视器校准 308
13.6 数字中间片 308
13.6.1 DI工艺 309
13.6.2 DI的优点 309
13.6.3 DI与数字效果 310

第十四章 对数与线性 311
14.1 现实世界中的动态范围 312
14.2 胶片的性能 314
14.2.1 胶片响应曲线 314
14.2.2 曝光量 315
14.2.3 气球的故事 316
14.2.4 与此同时,回过头来看
胶片 316
14.2.5 不透明度 317
14.3 以对数格式表达胶片 317
14.3.1 三个胶片区域 319
14.3.2 三个基准点 320
14.3.3 曝光过度与曝光不足 320
14.4 胶片数字化 321
14.4.1 线性数据问题 321
14.4.1.1 条带化 321
14.4.1.2 数据膨胀 323
14.4.1.3 有限的动态范围 323
14.4.2 对数数据的优点 324
14.4.2.1 条带化 324
14.4.2.2 全动态范围 325
14.4.2.3 数据效率 325
14.4.2.4 结 论 326
14.5 比特深度 327
14.5.1 比特深度的含义 327
14.5.2 10比特DPX的歧义性 329
14.5.3 改变比特深度 329
14.5.4 浮 点 330
14.6 条带化 331
14.6.1 避免图像出现条带化 331
14.6.2 解决图像中的条带化 333
14.6.3 显示条带化 334

第十五章 对数图像 335
15.1 转换对数图像 336
15.1.1 转换参数 336
15.1.1.1 基准黑与基准白 336
15.1.1.2 显示伽马参数 338
15.1.2 对数到线性的转换 339
15.1.2.1 转换参数 339
15.1.2.2 自定义转换参数 340
15.1.2.3 软限幅 341
15.1.3 线性到对数的转换 342
15.1.3.1 转换参数 343
15.2 处理对数图像 343
15.2.1 观看Cineon对数图像 344
15.2.2 色校正 345
15.2.3 合成对数图像 345
15.2.3.1 对数转换为线性 345
15.2.3.2 合成操作 346
15.2.3.3 重新转回成对数 346
15.2.3.4 色校正 347
15.2.3.5 透明度 347
15.2.4 线性图像与对数图像合成 348
15.2.5 过滤操作 348
15.2.5.1 用对数图像过滤线性图像 348
15.2.5.2 加权的过滤 349
15.2.6 遮片绘画 349
15.2.6.1 窍门与技术 350
15.2.7 CGI 351
15.2.7.1 渲 染 351
15.2.7.2 合 成 352
15.2.8 变换操作与模糊操作 353

重要词汇 ………………………………………………………………… 355
出版后记 ………………………………………………………………………… 373

序言
本书是关于亲自动手的数字合成技术的,是以追求电影故事片和视频中的数字视觉效果达到照片般真实为目标。当然,美术培训是实现照片般真实必不可少的组成部分,因为就是在美术课程中,你得知了人们认为事物是怎么个样子,但你还要精通工具和技术。如果你不能按照自己的视觉构想操纵画面,那了解画面应该是怎么个样子也顶不了什么用。阅读用户手册将教会你如何使用合成软件,但教不会你如何从照明糟糕的蓝幕中抽取出好的遮片,也教不会你当数字遮片绘画中出现了严重的条带时应该怎样去应对。汽车用户手册与驾驶学校之间的差别就在这里。前者教给你把手放在哪儿,后者教给你如何切切实实地开着车上路。
尽管非常适合初学者,但本书不是一本启蒙教材。本书假定读者已经知道如何操作合成软件,什么是像素,以及RGB的意思是什么。它预期的是:数字美术师坐在工作站前,监视器上显示着一个画面,他在琢磨,为什么蓝幕合成中有一些边缘伪像?怎么能除掉这些伪像呢?本书尝试提出一些话题来,一方面充分介绍了背景细节,从而使这些话题有益于初学者;另一方面也包括了一些先进的理念和制作技术,从而也能引起高级合成师的兴趣。
这也是一本“与软件无关”的书。本书小心翼翼地回避了那些属于任何特定品牌软件的细节,而使用所有软件产品共有的方法和操作,比如添加、最大化和彩色曲线。无论你在使用哪个品牌的软件,包括Adobe Photoshop,你都将能够实施本书中的所有方法。我觉得,Photoshop 是唯一具有延伸绘画功能的画幅合成软件包。Adobe Photoshop 已经成为预审视数字效果镜头的重要工具,所以,了解如何用它来抽取色差遮片和对蓝幕镜头实施消溢色,将会是非常有用的。
每一话题都有两个侧重面:第一个侧重面是理解事物的内在原理。如果你不知道是什么原因造成了它,要解决一个问题是难上加难,而制作上的大部分时间就是花在解决问题上。关于不同的遮片提取方法的工作原理有何不同,关于消溢色的工作原理是什么,关于合成节点是怎么运作的,本书为此提供了大量信息。所有这些信息的目的,都是为了让你能够充分地懂得那些图谋破坏你美好作品的问题,使你在碰到制作问题的时候,能够在空中打一个响指,说:“我知道错在哪儿!”然后换个做法,一举搞定。
  第二个侧重面是制作技术。这些技术包括如何帮助你的抠像键控器抽取更好的蓝幕遮片,如何创建更加照片般真实的景深效果,以及何时使用“过滤”操作而不使用合成,这些只不过是几个示例而已。本书不仅将不同的电影格式列在了表里,而且还针对客户在制作中的艺术意图加以描述,讲解了如何使用它们,以及如何将来自两种不同格式的图像结合起来。本书还介绍了几种如何一步一步地实现特定效果的方法。本书极力提醒你在不那么理想的现实世界中可能会碰到的问题,同时也推荐了一些解决方案和变通办法。
尽管本书描述的信息和技术既适用于电影工作,也适用于视频工作。但本书陈述的焦点在电影故事片,完全是因为电影故事片是数字效果最苛刻的应用领域。电影的分辨率要高得多,动态范围也大得多,这些使得你更难取得满意效果,所以那是“黄金标准”。当然,视频也是极其重要的,所以本书也为其专门设置了一章。其结果是:视频特有的一些问题,比如隔行扫描、非正方形像素以及高清的效果,都汇集在一章里了,这样就不会将数字效果的一般性讨论搞乱。
  凭借对事物的内在原理有了更深入的理解,我对本书的读者提出三点希望:你将不仅更快、更好地完成你的镜头,而且你将会在过程中感受到更多的乐趣。让我们拭目以待。有什么能够比一个受到无数观众赞美的合成镜头更值得你去努力的呢?乐在其中。
  
第3 版添加的内容
  尽管随着时间的推移,技术的进步尚未使本书的任何部分过时,但还是出现了一些令人兴奋的话题需要添加进来。CGI(3D动画)技术扩展到今天,已经能够提供绝大多数视觉效果,所以当今的合成师将要合成大量的CGI。为此,本书添加了全新的一章,即第六章“CGI 合成”。该章第一部分讲解了如何合成多通路CGI 元素。CGI 现在是作为单独的多重光通路来渲染的,合成师必须在最后的工作中将这些通路结合起来。这些多通路甚至有可能存在于单一的EXR图像文件中。合成师必须了解如何应对这些问题。
  该章的第二部分是关于3D合成的。这里说的不是合成一个3D图像。大多数主要的合成程序现在都加进了一些3D物体、灯光和摄影机,合成师必须将材质和纹理贴图加到3D物体上,并将其渲染合成,以加入到普通的2D图像中。对于传统的2D合成师来说,这是个全新的领域,所以本书有一节讲3D制作中使用的关键术语和概念,为3D合成那一节提供背景知识。对于任何希望在其未来职业生涯中站稳脚跟的合成师来说,增加对3D合成的了解,都是必不可少的。
  视觉效果领域内的另一大趋势是新近增多的立体(3D)电影。随着数字后期制作与数字放映的一些发展,立体电影的拍摄比之前简单,质量也好多了,这大大刺激了立体电影制作的增长。现代的数字合成师需要掌握立体合成的工作流程,并熟悉其术语和概念。

后记
《视效合成进阶教程》一书初版于2001年,现已修订至第三版。作者史蒂夫·赖特具有丰富的视效合成实战经验和教学经验,并著有多本相关书籍,在业内颇受尊敬。本书与即将出版的《视效合成初级教程》一体两面,分别针对入门和具有一定合成基础的读者写作,解决他们在实际工作中遇到的各类技术难题。

文摘
第1章 导言
数字合成的最终艺术目标,是从各种不同的来源摄取图像,然后以一定的方式将它们结合起来,使它们看上去像是同时拍摄的——而且是在同样的照明条件下,用同一台摄影机拍摄的。要想使这一切做得完美,重要的是对技术要有一个基本的了解,因为你将会遇到很多障碍,事实上这些都不是艺术上的障碍。它们是由一些潜在的技术问题引起的,而这些问题不经意是看不出来的,可在镜头中却引出了问题。
数字合成软件的设计师竭力要造出一种能够将技术掩藏起来、以供美术师使用的软件工具,而且在很大程度上,他们已经获得了成功。然而,即使你经过了大量的艺术培训,如果蓝幕不好,或者由于颗粒内容而造成了平滑运动跟踪出现了抖动的话,也无法帮助你制作出好的遮片。解决这类问题,需要对创建这些镜头背后所使用的数字操作规则有所了解,以及对解决问题所涉及的种种技术和不同方法有所了解。
要想成为一名优秀的“数字效果美术师”(digital artist),你需要掌握三部分明显不同的大量知识:艺术的、工具的和技术的。艺术方面的知识首先使你能够了解,它一开始应该是怎么个样子,才能做到照片般逼真;你在工具方面的知识,只是让你知道如何使用特定的合成软件包;第三部分知识是技术方面的,需要经验的积累。最终你会成为一个经验丰富的老手,以至于到了你第二次或第三次看到大多数问题的时候,你将确切地知道应该如何进行处理。然而,初学者总是不断地遇到以前没有碰到过的问题,在试过了种种错误的解决方案后,你才找到了好的解决方案,这就会费不少时间。而本书包含了我多年的制作经验。
  尽管数字美术师无一例外的都是聪明人,但作为美术师,他们无疑都更看重美术课,而非数学课。但为了了解幕后发生的事,偶尔也缺不了数学的作用。在本书中,我的做法是首先尽可能地躲开数学。然后,在实在躲不开的情况下,就以大量形象化的东西,尽可能明晰地为美术师们铺平道路,因为他们毕竟是形象思维者。我希望的结果是,你将发现浮光掠影地了解一些数学知识,并非是件很痛苦的事。
  
1.1  第3 版新在何处
  时间的推移与技术的发展并没有使本书的任何部分过时,这纯粹是由于本书介绍的是好的技术,而好的技术是永远不会过时的。然而,过去的几年中,数字合成技术已经提高了,因此本书也在这三个新的领域添加了一些材料,以跟上发展的趋势。对于立体合成,添加了新的一节。对于合成CGI 中的新技术,则添加了全新的一章。
  
1.1.1 立体合成
近50年来,好莱坞在3D电影(从技术上讲,那些是立体电影,而非3D电影)上时起
时伏,自得其乐。现在,3D电影又卷土重来了。我之所以做出这种大胆的断言,是因为数
字技术已经第一次使立体电影在技术上和艺术上具有可行性。这次将不会虚晃一枪了。而且,
电视制造业正在磨刀霍霍,起身支持家用3D电视。
所有这些3D制作自然意味着需要3D后期制作,而这本身又意味着需要立体视觉效果
与合成。大多数主要的合成程序现在都支持立体工作流程,因此,为了跟上潜在职业市场
的发展趋势,你会希望熟悉那些涉及立体合成的概念、术语和方法。为此,第五章“合成”
添加了一节立体合成。

1.1.2 CGI多通道渲染合成
当数字合成刚刚出现的时候,全部都是讲的蓝幕合成和绿幕合成。这些合成今天仍是非常重要的,而且在可以预见的未来,仍是重要的。然而,CGI 在实现照片般逼真方面,得到了迅速的改进,现已大量地用来为视觉效果制作合成。一些故事片确实是全CGI 的。
CGI 视觉效果的发展趋势是,将诸多要素渲染成越来越多的通道,然后再和2D部门一起合成并给出最后的结果。像这样的多通道合成(multi-pass compositing),在制作效率和艺术控制上有着巨大的优越性,这些都将提升其在未来的应用。对于我们合成师来说,好处是我们现在成了镜头的完成者,我们对于整个视觉效果制作的重要性已经大幅度提升了。

1.1.3 3D 合成
2D部门与3D部门之间的紧密联系,已经催生了一个全新的东西——3D合成。其观念是,既然有限的3D功能现在已经包括到多数主要的合成程序之中,那么很多以前在3D部门中所做的工作,现在就能够由2D部门来做了,而且会做得更快、更便宜。这再次提高了整个视觉效果制作系统的制作效率,也同样让合成师变得对视觉效果制作更为重要。
对于一个原本是2D合成师的人来说,3D合成带来的麻烦是,它引入了一套全新的词汇,有一些重要的新概念需要去掌握。为此目的,我专门花了整整一节来介绍一些关键的3D术语和概念,如材质(shader)、表面法线(surface normal)、UV 投影(UV projection)、几何变换(geometric transformation)等等。本书还有一大节描述了最重要的3D 合成技术,如布景延伸(set extension)、运动匹配(matchmove)、摄影机投影(camera projection),等等。
对于任何一个希望保住自己职业生涯的合成师来说,学习3D合成都是必须要做的。

1.2 特殊功能
本书有四个特殊功能,而且每个特殊功能都有其自己的图标,这些特殊功能可以帮助
读者从书中获得更多的帮助。本书为Adobe Photoshop 用户(我们都是Adobe Photoshop 用户)提供了很多窍门,标出了制作技巧,提醒你随书提供的DVD中有视频,并标出了随同该节
内容要做的制作练习。

1.2.1 Adobe Photoshop
Adobe Photoshop用户:这个图标是为你们准备的。它标出了关于如何使用Adobe Photoshop来实现书中设定的目标。尽管这是一本讲述数字合成的书,然而对于一名Photoshop美术师来说,绝大多数专题也是十分有价值的,即使这些专题可能做起来多少有些不一样,或者起了不一样的名称。只要你看到了Photoshop的图标,其间的差异就有文字说明。甚至还有专门需要用Photoshop 来完成的三个制作练习。

1.2.2 制作窍门
本书穿插了很多制作窍门,旨在提示解决各种类型制作问题的技术。左面的“Tip !”图标标出了相关内容,既提醒读者这是一个制作窍门,又使得以后有需要的时候,能够很容易找到这部分内容。本书中标出了近200 个制作窍门。

1.3  本书是怎样编排的
本书是围绕完成特定任务来编排,而非以技术为中心。举例来说,如果采用面向技术的方式,有关模糊操作的所有专题,都可能会集中在卷积核这一章中。但模糊用在各种工作情况下,举例来说,如优化遮片(refining matte)操作、运动模糊(motion blur)操作以及散焦(defocus)操作。所有这些任务都需要模糊,但当任务是优化一个遮片的时候,如果试图把所有有关模糊的信息都放在一个地方,就和以任务为中心的编排方式产生了矛盾。
当然,将有关模糊的信息分散在几章中,会给试图查找所有论述模糊的信息带来困难。对于这个情况,需要求助于详尽的索引。

第1 部分:制作良好的合成
本书的第1 部分是按照抽取遮片、执行消溢色以及合成各图层的工作流程顺序编排的。
第二章:怎样抽取遮片。有多种不同类型的遮片,适合多种不同的情况。本章全面介绍了最重要的色差遮片,这是蓝幕合成的基础。
第三章:优化遮片的方法。无论遮片是怎样提取出来的,通常它总会需要做一些“优化”,来软化边缘、修正周边或改善遮片边缘的斜率。
第四章:最重要的消溢色(despill)操作。消溢色是怎样形成的,以及它们能够带来的各种伪像(artifacts)。本章给出了几种创建你自己的消溢色操作的方法,以帮助解决讨厌的变色伪像。
第五章:合成操作的工作原理。在合成节点内部发生了什么,以及如何处理预乘图像
(premultiplied image)和解预乘图像(unpremultiplied image)。本书还介绍了立体合成(stereo compositing),包括一般的原理方面的背景知识。
第六章:如何合成CGI(计算机生成图像)。首先,本章详细地描述了处理预放大CGI和取消预放大CGI 所涉及的问题。然后,详细批露了多通路渲染(multi-pass)的CGI 合成,再就是全面介绍了3D合成。

:图像混合(image blending)操作。在合成以外,还有许许多多的方法可以将两个图像混合在一起。如果不使用遮片,可以通过各种各样的数学运算,将两个图像混合在一起,而每一种方法都有其独特的视觉效果。

第2 部分:真实性的要求
当我们有了技术上优秀的合成之后,我们将注意力转移到图层的色彩校正上,使图层
看上去像是在同一个光空间(light space)中,与摄影机的属性实现匹配,再与动作实现匹配。
第八章:在合成的图层之间实现光空间匹配。本章提供了一些有关光的性质和光的效应的背景知识,然后讨论了如何使不同的图层看上去像是用同样的照明拍摄的。包括了完成合成时需要查看项目的清单。
第九章:使各合成图层之间的摄影属性实现匹配。摄影机、镜头和胶片材料影响各图层的外观,必须实现匹配,以使不同图层看上去像是用同一摄影机拍摄的。
  第十章:使各合成图层之间的动作实现匹配。本章对运动跟踪(motion tracking)以及几何变换和过滤(filter)的影响进行了广泛的研究。提供了实现更真实的运动模糊技术以及图像快速调整程序。
第3 部分:你应知道的事情
此时,我们已经完成了基本的合成,所以主题转到合成以外、影响整体工作结果的更广泛领域的问题。
第十一章:古怪的伽马世界。本章不只介绍了改变图像视亮度(brightness)的伽马命令,而且还讨论了伽马怎样影响图像、显示器以及胶片,再加上它对图像显示的影响。
第十二章:处理视频。视频图像的复杂性以及为什么采取它们的方式。本章讨论了去除3∶2 下拉(3∶2 pull-down)、去隔行处理(de-interlacing)以及如何处理非方像素(nonsqure pixel)的程序,另外还有如何将视频并入到胶片的工作。涵盖了标准清晰度和高清晰度。
第十三章:胶片和电影规格。本章讨论了不同电影片格窗(film aperture)的定义,它们的意义何在,以及它们之间如何混合影像。如何处理西尼玛斯柯普系统变形宽银幕
(CinemaScope)影像和艾麦克斯巨幕(IMAX)影像,介绍了胶片扫描仪和胶片记录仪的工作,并概括介绍了数字中间片工艺。
第十四章:胶片的对数(log)数据和线性(linear)数据。本章讨论了胶片是怎样摄取影像的,以及莫名其妙的胶片对数数据究竟是什么东西。为什么对数是胶片最好的数字表
示方式,以及当你采用线性方式时,你的画面会发生什么状况。
第十五章:用对数图像工作。本章详细介绍了如何将对数图像转换成线性图像,以及如何再将线性图像转回到对数图像,以最大限度地降低Cineon扫描的损失。本章为那些勇于使用对数图像工作的人,以及大胆尝试者,解释了在对数空间内制作数字效果的程序。

第二章 抽取遮片
要进行任何合成,第一个步骤都是抽取遮片(matte)。尽管你的软件或许有一两个优
秀的抠像键控器(keyer),比如Ultimatte 抠像键控器,但很多情况下,这些抠像键控器不能够很好地起作用,或者根本不适用。本章描述了好几种制作遮片的替代方法,其中一些适用于蓝幕,还有一些适用于随意的背景。这样做的目的,是为你尽可能地提供更多不同的用于合成或要素隔离的方法,也就是将尽可能多的箭放入你的箭袋。没有一种遮片提取程序能够适用所有的情况,因此,你掌握的不同方法越多,你能够迅速地制作出好遮片的可能性就越大。随后的几章将讨论如何优化遮片和消溢色,以及合成操作本身。
需要记住的非常重要的一点是,哪怕是从一个完美拍摄的蓝幕图像来抽取遮片,那也是个聪明的骗局,靠数学是算不出来的。如果一个方法在绝大多数情况下使用得相当好,可有时却存在根本性的缺陷,这种情况是很典型的。所以,当事情不顺利的时候,没有什么可大惊小怪的,本该习以为常。在技术上,遮片应该是图像内受关注前景物体的“不透明贴图”。遮片的混合边缘应该和其他任何部分透明的区域,都正确地表现出半透明度。在色差遮片一节,我们将知道为什么甚至最好的蓝幕遮片,也只是勉勉强强算是符合了这个定义。由于遮片的提取过程在本质上无法避免出现一些缺陷,因此,要想真正有效,就有必要详细地了解它的工作原理,以便针对过程中不可避免的失败来设计有效的应对措施。
下面的技术将有希望为你提供各种各样的方法,帮助你解决个人工作中所碰到的问题。

2.1  亮度抠像遮片
在遮片提取技术的排行表中,排在首位的是日益流行的亮度抠像。亮度抠像遮片得名于视频领域,在该领域中,视频信号自然而然地分解为亮度(luminance)和色度(chrominance)。视频的亮度(简称视亮度[brightness])部分普遍用来创建遮片(视频领域中称为“抠像”[key]),以便将一些景物分离出来,做特殊处理。在数字合成中,这可能与创建亮度遮片指的是同一个过程,然而,大多数合成包都将这个节点称为亮度抠像节点。
无论你赋予其何种称谓,其在两个领域中的工作原理是相同的。图像的亮度中,有一部分用来创建遮片。然后,该遮片(亮度抠像)能够以任意多的方式来使用,以便将关注的对
象分离出来,再进行选定的操控。亮度抠像遮片的创建方法简单,使用灵活,因为关注对象与画面的其他部分相比,常常会暗一些或亮一些。本节会描述亮度抠像遮片的工作原理、它们的长项与弱点,以及如何使用你自己制定的方式来解决特殊的问题。

2.1.1 亮度抠像遮片的工作原理
将亮度抠像键控器(luma-keyer)接入一个RGB图像,并计算出它的亮度形式,即一个单色(单通道灰阶)图像。设定一个阈值,并将所有大于或等于该阈值的像素值都设定为100%的白,将所有小于该阈值的像素值都设定为黑。当然,这种设定产生一个有硬边的遮片,而这样的遮片是什么用途也没有的,于是有些亮度抠像键控器提供另一个阈值设定值,以便使遮片形成一个软边。
我喜欢这样来使亮度抠像形象化:将亮度图像想象成平铺在桌面上,各个像素高低起伏的山脉。每个“山脉”的高度是由像素的视亮度值的大小来决定的。明亮的像素形成高耸的山峰,中等灰色的像素形成起伏较低的丘陵,而暗的像素则形成了山谷,如图2-1 所示。这种用二维图像来表示三维的方法,对于全面考察RGB 图像来说,是一种非常有用的方式,
本书会大量使用该方法。
现在,你可以将阈值点想象成一个将山峰削去的限幅平面(clipping plane),如图2-2所示。白色区域为限幅平面切削山峰的区域,由此形成亮度遮罩。通过这种比喻,我们可以了解很多有关亮度遮片的趣事。最明显的首要问题是,会有好些不同的山峰被阈值点限幅平面切削到,而不仅仅是我们关注的山峰被切削到。这意味着亮度遮片将“伤及”画面中的无辜区域。必须设计出某种方法,只将我们关注的对象分离出来。另一个问题是,如果降低阈值点(限幅平面),切削区域将会如何变大;如果提高阈值点,切削区域将会如何变小,由此会导致遮片的尺寸出现怎样的扩展或收缩。
如果伤及的区域大于你所要的区域,对这样的问题有两种解决的方法:第一种方法是
制作冗余遮片(garbage matte),使遮蔽的区域大于关注的区域。这种方法虽然粗糙,但是有效,如果制作冗余遮片不需要花太多的时间的话;第二种方法需要在亮度图像中改变山
峰的高度,从而使你所关注的对象是最高的。相关内容见随后的“制作你自己的亮度图像”一节。
  以单一的阈值对图像实施纯粹的二值化(将图像仅仅分为白像素亮度值和黑像素亮度值),会创建一个边缘非常硬的遮片,而大多数应用需要的是软边。软边问题的解决方案是在亮度抠像键控器的设定中,设定两个阈值,一个设成100%密度的内边,另一个设成0%密度的外边,两边之间有一个梯度。如果转换成图2-3 中的“山峰”的截面,你就可以看出,内边设定和外边设定是怎样创建出软边遮片的。所有大于内边阈值的亮度值,都被提升至100%白;所有小于外边阈值的亮度值,都被压低至零黑。这两个值之间的像素形成各种各样的灰色阴影,从而形成了山峰带有一圈镶边那样的软边遮片。
  
第三章 优化遮片
  无论使用什么方法来抽取遮片,都有各种各样的操作可以用来优化遮片的品质。本章要研究好几种用来降低颗粒噪波、软化边缘,以及扩展或紧缩遮片的尺寸的操作(除了其他一些事情之外),以获得更好的合成。
  
  3.1  遮片监视器
  在我们开始之前,这是介绍遮片监视器的一个大好时机,而这个遮片监视器是可以用你自己的彩色曲线工具来制作的。各种各样的遮片提取方法当中,很多方法提取出的原生遮片都必须放大到全密度。当放大原生遮片到全密度时,无论是遮片的白区,还是遮片的黑区,都存在一些本来很难看到的散落的像素,却突然在合成中变得很容易看出来。你需要有一种方式,能够看到你的黑和白都是实体无污染的。这里有一个小工具,你可以用彩色曲线工具制作出来,有了这个工具,那些讨厌的像素就会凸显出来,让你很容易看见,并将它们搞定。
  图3-1给出了一个在白区与黑区都隐藏了一些坏像素,却被误以为是“纯净的”遮片。图3-2显示了该如何调整彩色曲线工具,以制作一个遮片监视器。将一个彩色曲线节点连接到经过充分缩放的遮片上,或连接到抠像键控器的遮片输出上,以便对调整的结果实施监视。然后,如图3-2所示,添加两个新的点,将这两个点移至如图所示非常靠近左右边缘的地方——瞧!坏的黑白像素突然看得见了,就像图3-3中的那样。零黑像素和100%白像素必须保持不受影响,因此务必保持两个端点都正好是在0 和1 上。
  该彩色曲线的所作所为,就是找到白中的那些非常接近于白但难于看见的像素,并将它们推至远离纯白像素的位置,使之成为浅灰色。同样,在黑色中,彩色曲线将任何非零像素推至远离真正的零黑像素,使其可以被看到。在经过了遮片缩放操作,核实了已经将所有这些可疑像素都清除掉之后,你马上就可以终止这个节点。当然,输出图像只是为了诊断观看使用,而不是用于实际的合成。如果你用的是代理副本(proxies),这是个需要以全分辨率来处理的操作。“代理副本”是全分辨率帧的低分辨率副本,电影合成师创建这个副本,是为了避免使用更大(因而更慢)的全尺寸帧,以便加快镜头的进展。
  
  3.2  冗余遮片
  几乎任何蓝幕镜头遮片提取处理首先要做的预处理操作之一,都是对背衬色进行冗余遮片的提取。基本的想法是用一个纯净均匀的颜色,来替代一直延伸到画幅边缘的背衬区域,从而当提取遮片时,背衬区域一直延伸到画幅边缘将都是纯净的、均匀的。这一操作有两个重要的准则:第一,它以离开前景物体边缘一个安全的距离来取代蓝幕镜头。你必须确保关注前景物体边缘的是遮片提取过程,而非提取冗余遮片;第二个准则是它不会花太多的时间。
  图3-4给出了一个背衬色不够均匀,越接近画幅的上部越暗的原始蓝幕镜头图片。图3-5是准备使用的冗余遮片,图3-6是形成的冗余遮蔽的蓝幕镜头。此时,背衬区域已填充了均匀的蓝色,为提取遮片做好了准备。还要注意,冗余遮片距离前景的边缘不要太近。
  生成冗余遮片的方式基本上有两种:程序化(procedurally)的方式(使用若干规则)和手工方式(遮罩绘制——rotoscope)。显然,优选程序化方式,因为它花的时间非常少。作为一种开场的策略,试着用一个色度抠像节点,在背衬色上提取一个简单的色度抠像遮片。
  如果出于某些原因,色度抠像不是一个有效的解决方案,你总是可以使用第二种方式——手工绘制一个冗余遮片,这显然要花费更多的时间。由于我们试图不要距离前景物体的边缘太近,所以遮罩绘制可以松散些,或许每10帧左右画一个。这两种方式也可以结合起来使用,背衬区域大多使用色度抠像遮片,而给屏幕的最外边缘一个冗余遮片,这些边缘常常照明很差,或者根本没有蓝幕。
  无论你使用怎样的方式来创建冗余遮片,一旦这个冗余遮片创建好了,就将前景物体合成到一个实体的蓝色图片上。但用怎样的蓝呢?在图片的表面,各处背衬的RGB亮度值都不一样。如同你在图3-6中经冗余遮片遮蔽的蓝幕镜头所看到的那样,与剩余的蓝幕相比,在填充的区域上有的地方暗一些,有的地方亮一些。你应该在接近画面形象最重要的部分来采集实际蓝幕镜头的RGB亮度值——如果图片中有一个人的话,一般是围绕着头部。这种方式将会在画面形象最重要的部分产生最好的遮片边缘。
  冗余遮片可以按另一种方式来使用。不是将其直接用于纯净蓝幕背衬区域,而是可以将其用于纯净已经提取出来的遮片。同样,这些冗余遮片也可以是手工遮罩绘制的遮片、程序化绘制的遮片或这两种技术混合绘制的遮片。图3-7给出了一个有问题的初始遮片,其在遮片的背衬区域和内核区域都存在着问题。由于原始蓝幕的均匀性差,造成背衬区域出现了某些污染,没有形成四周都是纯净的黑的情况。内核遮片也有一些低密度区,这些低密度区将会造成背景图片透过前景物体显露出来。这些问题我们必须解决。
  图3-8是通过在背衬区域使用简单的色度抠像,以程序方式创建的冗余遮片。进行色度抠像时使用了精密的设定,从而只有蓝幕被抠掉了。它还经过了膨胀(dilate),以便从原始遮片中提取出来的时候,不会触及遮片边缘的任何部位,或者意外地将遮片的边缘修掉。
  图3-9给出了用冗余遮片纯净背衬区域的结果。完成这项工作的方法之一,是使用一个受冗余遮片遮罩的亮度操作,从而只有背衬区域缩放成黑。你能够想到另外的方法吗?
  有了图3-9 中对背衬区域的良好控制,我们可以将注意力转到纯净内核遮片上。图3-10给出了一个能够以两三种方式来使用的冗余内核遮片(core garbage matte)。我们或者可以将背衬区域冗余遮片反转收缩,或者以更宽的设定来抽取一个新的色度抠像,以“吃”进内核图像。该冗余遮片必须完全进入到原始的内核遮片中,而且还不能触及遮片的边缘。合成完的就是边缘,所以,凡是会破坏我们最终遮片边缘质量的事,我们都不想去做。
  然后使用“最大值”操作来填充低密度区域,使冗余内核遮片与图3-9中的遮片结合凡是遮片中有暗斑的地方,冗余内核遮片的纯白色区域将填充这些地方。现在,我们就有了纯净的背衬区域,还有一个图3-11 所示的边缘极好的实体内核遮片。

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