视效合成初级教程.pdf

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书籍描述

内容简介
《视效合成初级教程》是零基础的数字合成和视觉特效爱好者、初学者的入门读本,专为没有任何知识背景或者之前没有深入了解过视觉特效但又想快速轻松掌握这门技术的读者撰写。
为了方便读者理解,全书图文并茂地详尽介绍了当今娱乐业流行的各种比较实用的视效合成技术,如蓝幕合成、关键帧动画、创建遮罩、数字抠像、CGI(计算机生成图像)与实拍素材的合成方法、数字场景扩展制作、跟踪镜头、影响描摹等,既有专业概念、软硬件工具、工作原理以及工作流程的讲解,又提供了各项操作的注意事项及其原因。全书语言平易幽默,数百张图表更是助您一目了然掌握所讲内容。若您想对视效合成领域有更加深入的研究,推荐阅读该作者的另一本专著:《视效合成进阶教程》(Digital Compositing for Film and Video)。

编辑推荐
实用专业,二十年实践经验总结深入浅出;紧跟前沿,好莱坞最新合成技术一一呈现;图文并茂,迅速掌握基本原理与核心方法;案例丰富,逐步演示从无到有的细节步骤

名人推荐
作为影视、广告乃至网游的一线创作者,不管你喜不喜欢,都应该了解和学习一些视效合成的知识,因为这是未来创作中不可避免的问题,也是让天马行空的想象落地的工具。
——李念芦,中影培训基地校长,原北京电影学院影视技术系教授
本书不但告诉你那些酷炫的镜头是如何做出的,还教你怎么做,为什么这么做,具体操作时应注意什么,如何提高效率节省资金,最终做一名受行业欢迎的合成师。考虑到初学者的学习心理,作者特意将学院化的枯燥知识通俗化,其形象幽默的讲述让你轻轻松松就可以掌握视效合成的知识。
——盛勇,国家中影数字制作基地视效分公司生产总监

赖特带领读者全程体验了创建惊人特效的技术和流程,即使外行学习过程也会感觉到轻松。这是那些想要了解数字合成魔力的人必备的一本书。
——Jeffery Jasper, new deal studios工作室视效合成师(《特务风云》、《X战警3》、《加勒比海盗3》)

我很高兴用本书来开展我的动画和特效课程。
——Larry Elin,美国雪城大学公共传播学院广播影视系副教授

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。

李念芦,原北京电影学院影视技术系教授,硕士生导师。《中国电影专业史研究——电影技术卷》作者。曾主讲电影电视技术概论课并担任电影学院技术学科的领导,为学院电影技术数字化进程做了多项工作。现为中影培训基地的校长。
柳思忆,曾任职于海纳、视点特艺等国内外多家电影后期特效公司,长期从事影视后期制作工作。现就职于中影技术培训分公司(中影培训基地),担任影视后期专业教学主管。

目录
前 言
第一章 当今的视觉特效
1.1 CGI 数字合成
1.1.1 CGI 合成
1.1.2 数字场景扩展
1.1.3 运动匹配
1.2 视效合成
1.2.1 蓝幕合成
1.2.2 运动跟踪
1.2.3 包裹变形和形态变形
1.2.4 子弹时间镜头
1.2.5 人群复制
1.2.6 大气效果
1.2.7 影像描摹
1.2.8 擦除威亚
1.2.9 场景拯救
1.3 三维合成
1.4 立体合成
1.5 立体转换
1.6 合成软件
1.6.1 基于节点的合成软件
1.6.2 基于层的合成软件
第二章 数字图像
2.1 数字图像的存储结构
2.1.1 像 素
2.1.2 灰阶图
2.1.3 彩色图片
2.1.4 四通道图像
2.2 数字图像的属性
2.2.1 图像数字化
2.2.2 图像分辨率
2.2.3 图像宽高比
2.2.4 像素宽高比
2.2.5 显示宽高比
2.2.6 图像色深
2.2.7 浮 点
2.2.8 图像相乘
2.3 图像格式
2.3.1 照片和计算机图像
2.3.2 色彩查找表
2.3.3 压 缩
2.3.4 EXR
2.3.5 文件格式
2.4 DPI
第三章 CGI数字合成
3.1 CGI 合成
3.1.1 缩放背景图
3.1.2 半透明像素
3.1.3 图层叠加
3.2 多通道合成
3.2.1 漫反射和高光通道
3.2.2 遮蔽和阴影通道
3.2.3 反射通道
3.2.4 创造性的控制
3.3 深度合成
3.4 多平面合成
3.5 模 拟
3.6 粒子系统
3.7 使用预乘的CGI 图像
3.7.1 校 色
3.7.2 变换和滤镜
3.7.3 常见错误
3.8 3D 合成
3.8.1 3D 合成环境
3.8.2 将3D物体合成到实拍镜头中
3.8.3 将实拍镜头合成到3D环境中
3.8.4 数字场景扩展
3.8.5 摄影机跟踪
3.8.5.1 镜头跟踪
3.8.5.2 摄影机解算
3.8.6 小的3D任务
3.8.7 总 结
第四章 蓝幕合成
4.1 蓝幕合成
4.1.1 创建蒙版
4.1.2 基本合成
4.2 关于抠像程序
4.2.1 抠像程序是如何工作的
4.2.2 去除溢色
4.2.3 抠像后的校色
4.2.4 缩放前景及背景颜色
4.2.5 叠加图层
4.2.6 最终合成
4.3 协助抠像程序
4.3.1 垃圾蒙版
4.3.2 程序垃圾蒙版
4.3.3 固定蒙版
4.3.4 去 噪
4.4 在抠像程序外合成
4.4.1 合并多个蒙版
4.4.2 校正溢出
4.4.3 合成校色
4.4.4 合 成
4.5 拍摄蓝绿幕
4.5.1 背景打光
4.5.2 给人物打光
4.5.3 背景材质
4.5.4 蓝幕VS绿幕
4.5.5 蓝幕地板
4.5.6 胶片问题
4.5.7 视频问题
4.5.8 摄影技巧
第五章 创建遮罩
5.1 抠像、蒙版、阿尔法和遮罩
5.2 创建亮度抠像
5.3 创建色度抠像
5.4 创建遮罩
5.4.1 差异遮罩
5.4.2 颜色差异遮罩
5.4.3 原始几何体
5.4.4 绘制形状
5.4.5 绘制遮罩
5.4.6 组合遮罩
第六章 影像描摹
6.1 关于影像描摹
6.2 样条曲线
6.3 链接影像描摹
6.4 插值
6.5 关键帧
6.5.1 每隔一帧
6.5.2 二分叉
6.5.3 极致方法
6.5.4 最终检查
6.6 运动模糊
6.7 半透明
第七章 图像融合
7.1 混合操作
7.2 相乘操作
7.3 屏蔽操作
7.4 最大化操作
7.5 最小化操作
7.6 相加操作
7.7 相减操作
7.8 无改变颜色的总结列表
7.9 Adobe Photoshop 融合模式
7.10 变 速
7.10.1 跳格印片/跳幅印片/帧复制
7.10.2 帧平均
7.10.3 光 流
第八章 动 画
8.1 变换和像素
8.2 滤 镜
8.3 枢轴点
8.4 变换的顺序
8.5 关键帧动画
8.6 运动模糊
8.7 运动跟踪
8.8 镜头稳定
8.9 平面跟踪
8.9.1 平面跟踪是如何工作的
8.9.2 平面跟踪的用途
8.9.2.1 运动跟踪
8.9.2.2 角落固定
8.9.2.3 稳定镜头
8.9.2.4 影像描摹
8.10 运动匹配
8.11 奇妙的包裹变形
8.11.1 网格变形
8.11.2 样条曲线包裹
8.11.3 程序化包裹
8.12 形态变形的魔力
第九章 合成的艺术
9.1 校 色
9.1.1 黑色和白色点
9.1.2 伽 马
9.1.3 颜 色
9.1.4 颜色调整
9.1.5 预平衡颜色通道
9.1.6 伽马冲击
9.2 匹配图层属性
9.2.1 颗粒结构
9.2.2 景 深
9.2.3 阴 影
9.2.4 透镜畸变
9.3 美化合成
9.3.1 灯光包裹
9.3.2 边缘融合
9.3.3 图层整合
9.3.4 艺术化点缀
9.4 检查列表
9.4.1 校 色
9.4.2 灯 光
9.4.3 层属性
第十章 场景拯救
10.1 去除污迹
10.2 威亚去除
10.3 装置去除
10.4 头发去除
10.5 划痕去除
10.6 漏 光
10.7 去除闪烁
第十一章 处理视频
11.1 SDTV(标清电视)
11.1.1 处理交错视频
11.1.2 处理非正方形像素
11.1.3 处理颜色子采样
11.1.4 处理边缘增强
11.1.5 处理帧率
11.1.6 处理时间码
11.2 HDTV
11.2.1 图像大小
11.2.2 扫描模式
11.2.3 帧 率
11.2.4 命名法
11.2.5 高清变形
11.2.6 24P母版
11.3 标题安全区
11.4 3∶2 下拉
11.5 3∶2 上拉
11.6 DV 压缩瑕疵
第十二章 处理胶片
12.1 拍摄VS 显示格式
12.2 学院片窗和全口径
12.3 投射格式
12.3.1 2.35
12.3.2 1.85
12.3.3 1.66
12.4 宽银幕
12.5 维斯塔维兴宽银幕
12.6 3 孔胶片
12.7 70 毫米胶片
12.8 超级16 毫米胶片
12.9 将胶片适配视频
12.9.1 信箱格式
12.9.2 移动和扫描
12.9.3 HDTV
12.9.4 标题安全区
12.10 数字化胶片
12.11 对数胶片数据
12.12 记录胶片
12.13 数字中间片流程
12.13.1 剪辑胶片
12.13.2 调 色
12.13.3 复印母版
12.13.4 DI 如何工作
12.13.5 DI和你
第十三章 数字拍摄
13.1 导 论
13.2 图像传感器
13.2.1 拜耳阵列
13.2.2 CCD 阵列
13.3 HDR 图像
13.3.1 LDR VS HDR 图像
13.3.2 LDR显示装置上的HDR图像
13.3.3 HDR电影片段
13.3.4 高动态静止图像
13.3.4.1 曝 光
13.3.4.2 EXR图像
13.3.4.3 光探针
13.4 对数图像
13.4.1 对数的好处
13.4.2 什么是对数
13.4.3 处理对数数据
13.4.3.1 转换对数数据为线性
13.4.3.2 裁 切
13.4.3.3 转回到对数
第十四章 立体合成
14.1 导 论
14.2 立体摄影
14.2.1 立体电影摄影
14.2.2 观看立体电影
14.2.3 立体空间
14.2.4 视线汇聚点
14.3 立体合成
14.3.1 准备立体影片
14.3.2 合成绿幕镜头
14.3.2.1 抠 像
14.3.2.2 浮动窗口
14.3.2.3 绘制和影像描摹
14.3.3 合成CGI
14.4 立体转换
14.4.1 橡皮片方法
14.4.2 分离图层
14.4.3 半透明问题
14.4.4 影像描摹
14.4.5 抠像和绘制
14.4.6 创建深度图
14.4.7 立体绘制
14.4.8 干净的底板
14.4.9 深度调色
14.4.9.1 深度预算
14.4.9.2 汇聚点
14.4.9.3 设定物体的深度
第十五章 特效镜头全过程
15.1 导 论
15.2 西尔维亚·宾斯费尔德——编剧、
导演和制片人
15.3 《Dorme》的故事板
15.4 斯韦特兰娜·茨韦特科——摄影
指导(DP)
15.5 尼古拉斯·巴恩斯——3D 艺术

15.6 史蒂夫·赖特——资深合成师
15.7 总 结
重要词汇
出版后记

序言
数字合成是当今视觉特效中的关键技术,它为全球观众创造出了令人震撼的视觉影像。
现在有众多相关的学院、大学、线上及线下培训机构,吸引着越来越多的学生加入这个令
人兴奋的行业。除了正式的培训机构,数字合成技术也是为数不多的可以自学成才的领域
之一,你不需要任何机构颁发的文凭,只要证明自己能够做好工作即可。问题是,很多相
关教学书籍或专业培训都假设读者具备相关的背景基础,但是本书不是,而是面向零基础
的学生的。
本书是数字合成视效技术的入门读本,它是为那些没有任何背景知识或者之前没有
深入了解过视觉特效但又想快速轻松掌握这门技术的读者撰写的。它是数字合成的简要概
述,并且使用丰富的电影镜头、图表和示意图,方便读者理解。对于那些已经对数字合成
有所了解的读者,我推荐我编著的另外一本高级教材——《视效合成进阶教程》(Digital
Compositing for Film and Video,该书已由后浪出版),而本书适用的读者群主要是:
数字合成与视觉特效专业的新生。
有志于从事数字合成工作,希望对该领域有全面了解的读者。
希望了解数字合成流程的专业人士,比如娱乐行业的制片、导演、剪辑师、调色
师和后期制作总监等。
对数字合成有兴趣的读者。
在编写过程中,为了不让初学者被数字合成相关知识搞得晕头转向或是被吓坏,书中
专门选取了大量适用的信息和技术。通过阅读本书,读者既可以掌握该领域宝贵的专业术
语库,又可以对以数字合成为主的视觉特效领域有一个全方位的了解,同时还可以避开复
杂数学知识的泥潭。
第一章是激动人心的纵览,介绍视觉特效中数字合成技术的应用范围和程度,使读者
对当前各种常规数字效果有全面而扎实的了解,比如CGI(计算机生成图像)如何与实拍素
材合成,数字场景扩展(set extension)怎样制作,或者跟踪镜头(match-move shot)是什么等。
随后是纯数字合成领域内的各项关键应用,蓝幕包括蓝幕合成(bluescreen compositing)、子弹时间镜头(bullet time shots)、运动跟踪、影像描摹技术(rotoscoping)等几个名称。
第二章介绍数字图像的基础知识,以引出后续章节涉及的关键概念和专业术语。其后
的章节将分别专注于当今影视行业数字合成中某一项主要应用,讲述它的基本概念和制作
流程,涵盖蓝幕合成、关键帧动画、创建遮罩、数字抠像等多种CGI 图像合成方法。最重
要的是,数字合成艺术不仅使合成后的镜头看起来真实,而且很酷。因此,我们对那些前
沿技术做了仔细说明,并从头讲解其发展历程,唯一的前提要求是你阅读过前面的基础章节。
对于那些希望深入了解数字合成制作流程、但无意从事这方面工作的专业人士来说,他们也会发现本书的内容组织得翔实易读,他们可以知道,在数字合成的工作中效果是否容易做,是否能做到,以及预期的效果是怎样。本书还辅以各种提示,以提醒读者什么情况下不能使用新款的低端摄影机以及它们会给最终的视效质量带来怎样的损坏,乃至如何拍摄蓝绿幕才能得到最好的合成效果。
请享用这本书吧!

后记
《视效合成初级教程》一书初版于2008 年,现修订至第二版,六年来,以其专业、全面、前沿的实用知识和轻松平易的语言风格,帮助了成千上万对视效合成感兴趣却无甚专业基础的读者。作者史蒂夫•赖特具有二十多年的视效合成实战经验和教学经验,并著有多本相关书籍,资历不可谓不深。本书与即将出版的《视效合成进阶教程》似同胞姊妹,二者皆为赖特所著,分别针对入门和具有一定合成基础的读者,解决他们在实际工作中遇到的各类技术难题。
与胞姊《视效合成进阶教程》相比,本书最大的特色在于其入门性质。一方面,在内容上全面详尽地介绍了当今娱乐业(影视、广告、游戏等)流行的各种比较实用的视效合成技术,如蓝幕合成、关键帧动画、创建遮罩、影像描摹等,而且还贴心介绍了相关的软硬件工具、工作原理、工作流程以及各项操作的注意事项及其原因。
另一方面在语言上作者特意规避艰涩的数学公式和学理化语言,而是使用初学者比较容易理解的说法来讲述,在翻译与编辑过程中,我们皆保留了此种生动幽默的语言风格。
为了紧追日新月异的技术发展,作者在第一版的基础上新增加了立体合成、平面跟踪、数字捕捉等内容。而且专设第十五章,以影片《Dorme》的制作流程为例,从编剧、导演、制片人、摄影师、3D 艺术家、合成师的角度分别讲述了一部影片是如何从脑中构思变为鲜活影片的,期间需要攻克怎样的技术难题,又如何通过合成技术来弥补不利的拍摄环境和紧张的制片资金带来的不便。
为了便于国内读者使用本书,我们在编辑过程中对原文的层次进行梳理,使其一目了然,图文配合更紧密;同时将书中出现的各类技术术语与已出版的视效合成类图书、软件中文版(如photoshop)进行比对、统一。在一些专有名词上,如aspect ratio(宽高比)、VistaVision(维斯塔维兴)等,经过参阅同类书籍以及专业词典,我们采用了业内较常用的译法。至于camera 一词,考虑到书中有讲胶片的地方,而且现在很多用磁带或硬盘的camera 都译为了摄影机,摄像机和摄影机在成像的高清度上也越来越接近,经过与译者协商,我们统一将之译为了“摄影机”。
非常感谢中影培训基地李念芦、王艾伦老师对本书出版的大力支持,感谢柳思忆先生在编辑过程中不厌其烦的答疑解惑,其专业和耐心,既保证了书的质量,或许也体现了一名优秀的合成师必备的素质。
随着各项视效合成技术的发展与成熟,越来越多的合成师变身为拥有多种超能力的魔术师,凭借专业的技术,他们比梅里爱更神通广大,让编导们天马行空的幻想有了“落地”的可能,而本书正是通往魔法王国的第一张纸牌,愿您阅读愉快。
服务热线:133-6631-2326 188-1142-1226
读者信箱:reader@hinabook.com
“电影学院”编辑部
后浪出版咨询(北京)有限责任公司
拍电影网(www.pmovie.com)
2014年7月

文摘
数字合成是视觉特效的重要组成。视觉特效广泛应用于电影、电视广告、电视节目等
娱乐业的各个方面,并且仍在不断发展。即使不是所谓的视效大片,譬如爱情电影或者喜
剧片,也需要使用视觉特效,因为总是需要在画面中添加或者删除一些元素以便更好地叙
述故事。以上可以算作是对视觉特效是什么的简要描述,即在画面中添加本来不存在的虚
拟视觉元素,或者删除那些不想要的部分。而数字合成在所有的视觉特效中都发挥着重要
的作用。
被添加到画面中的视觉元素可以有任何来源。我们可以从电影片段或者录像带中添加
一个角色或者模型,也可以采用完全在电脑中生成的太空船或者恐龙,这叫作计算机成像
(CGI),还可以是在Photoshop 中绘制的数字接景图片,甚至是合成师自己创造的元素。
数字合成师的任务就是把各种不同来源的视觉元素艺术化地融合成无缝的照片般真实
的画面,使它们看起来是在相同的时间、光照、摄影机下拍摄的,并通过精湛的色彩校正
对最终的画面进行艺术润色。这是项非同寻常的艺术创作,而且会遇到各种技术困难,即
技术和艺术的综合挑战。
合成师首先也主要是一名艺术家,与数字接景画家、调色师、CGI(电脑合成图像)艺
术家、艺术指导等一起在视觉特效团队中工作。团队需要合理分工以便制作出技术复杂同
时视觉效果迷人的镜头。颇具讽刺的是,如果团队的工作很出色,观众会注意不到这些工作,
因为视觉特效已经无缝地融入了电影画面中。反之,如果工作没做好,观众反而会被从观
影沉浸中拉出,开始想:“看看这些低劣的视觉效果!”
那么视觉特效和传统特效的差别是什么呢?视觉特效是修改或者创造画面,而传统特
效是在现场拍摄烟火或者微缩模型完成的。换句话说,视觉特效是对图像的操作,而电脑
是处理图像的理想工具,这也是“数字合成”中“数字”的来源。
前文提过,数字合成正在迅速发展,有两个主要原因。首先,CGI 在视觉特效中的应
用越来越多,而数字合成对CGI 来说是必需的。CGI 的广泛应用得益于技术的发展,它意味着CGI 能解决很多视觉效果难题,同时也促使电影人希望在电影作品(或者电视节目、电视广告)中有更多更绚丽的视觉效果。不仅如此,随着硬件变得越来越便宜、快捷,软件
的使用也越来越广泛,这使得CGI 的制作成本不断降低。实际上,观众对更炫、更复杂、
更昂贵的视效的要求并没有使CGI 的成本降低。也就是说,创作要求的不断提高总能超过
技术的发展。
第二个原因是,抛开CGI 技术,合成相关的硬件和软件也在发展,这意味着特效镜头
能被更快更高质量地完成。同时,也可以让电影工作者更多地认识到数字合成技术能够达
到的效果,并使他们成为更加专业的用户,因此,他们的要求日益提高。
在本章中,我们将对当今视觉特效中数字合成的广泛应用做一个全面介绍。第一部分
是CGI 的数字合成,因为很多合成工作都与CGI 有关。第二部分介绍很多令人惊奇的视觉特效,它们纯粹由先进的合成技术完成,无需CGI。第三部分,简要概述一下两种不同类型的合成软件,基于节点的和基于时间线的。从现在开始,我将不再啰嗦地使用电影拍摄或者
电影摄影术,而是在例子中简单地称之为电影或者电视。

1.1 CGI 数字合成
任何时候生成的CGI 画面都要被合成。这里,我们将阐述CGI 被合成的三个主要类型。
首先是CGI 画面的直接合成,即由电脑制作的画面元素被合成进场景中。接着介绍的是数
字场景扩展,在电影中用来快速制作场景的技术。最后讲一下运动匹配(match move),它
是用不同的软件分别分析实拍素材,产生地形和摄影机运动的数据,以便CGI 软件使用。
1.1.1 CGI合成
到目前为止,数字合成中最常见的应用就是CGI 合成,无论是10 万美金制作的商业广
告,还是1 亿美金制作的电影大片,CGI 原理都是在电脑中生成图像元素,然后合成到各种背景画面中,这个背景画面通常是用胶片或者数字摄影机拍摄的实景真人镜头,还可以是
CGI 画面,或者数字接景。无论背景是什么类型,数字合成的任务都是把不同元素放在一起,
并修饰,使之有种照片般的真实感。图1-1 说明了基本的数字合成的过程,由电脑生成的
喷气战斗机图像被合成到实拍的山岭的素材中。
当今的CGI 技术远不止制作喷气(飞)机和恐龙这类元素,最新的技术可以制作出一
系列令人难以置信的、真实感十足的画面元素。除了汽车、飞机、狂暴的野兽之类较为醒
目的元素之外,还可以制作具有真实质感的毛发、皮肤、衣料、云彩、雾、火,甚至流体。
此外,数字替身(digital double)的应用也越来越普遍,尤其是当你需要电影明星去拍摄一段即使专业替身演员也难以完成的特技镜头时。在不远的将来,也许就会在动作电影中诞
生出首位CGI 制作的明星。CGI 生成飞船、野兽、水和烟火之后,还是要有人来把它们合成到一起,这个人就是数字合成师。
1.1.2 数字场景扩展
如果你希望拍摄一段演员站在蒙哥星球的帝国宫殿前的镜头,又不想要花钱搭建出整
个帝国宫殿的场景的话,更好的方式是在场景中精心制作出宫殿的一小部分,当需要广角
镜头时,在电脑中进行场景扩展。完成这个电影魔术,需要将胶片数字化,并导入计算机,
然后在CGI 软件中建立宫殿的三维模型,并与原始镜头中的宫殿和摄影机角度匹配。如果
实景拍摄时摄影机有移动,那么还需要CGI 技术人员进行运动匹配。最终,实拍素材和CGI
元素必须经过颜色调整,在合成后才能达到完美的匹配。
图1-2 展示了数字场景扩展在外景拍摄中的应用。原始画面是未来的士兵走在一个不
起眼的小瓦砾坑中。中间的画面是数字扩展的元素,包括远方的CGI 城市、粒子系统制作
的烟,以及数字接景绘制的天空,右侧是CGI 与实拍经过调色后融合成的画面。
在上面的案例中,你能立刻发现,如果没有数字场景扩展和合成技术,完成这样一个
镜头是多么困难。你要找到符合的场景,瓦砾坑到城市的距离符合要求,城市也要看起来
不错,而且在拍摄时城中有烟火,并且要等到拍摄所需的日暮时分,有些时候在拍摄现场
等待的代价是相当昂贵的。最后,如果真的能找到这么一处场景,整个团队都要乘机前往。
这几乎是不可能完成的制作计划,而且预算惊人。
实际中,制片人当然会聪明地选择数字场景扩展技术。瓦砾坑很好找,剧组人员驱车
前往只需半个小时,一旦胶片影像数字化,CGI 部门就将接手,创造出背景中的城市和动
态的烟火,与此同时数字接景画师也会完成天空的绘制。当一切制作均已完成,数字合成
师会将四种元素——原始拍摄画面、CGI 城市和烟火,以及数字接景,合成到一起,并调色,
使之看起来很自然。该制作流程不仅费用不贵,而且导演可以获得他想要的效果。CGI 和数
字合成给影视制作带来创意化的操作,一种能制作出任何效果的能力,而不仅仅可操作或
预算可承受。
1.1.3 运动匹配
导演和摄影师都痛恨固定的镜头。他们喜欢让镜头俯冲过场景,或在人群前升起镜头,
或是环绕英雄角色。如果只有实拍素材,当然没有问题。如果是需要与CGI 合成,则会出
现麻烦。如果摄影机移动,CGI 软件中的虚拟摄影机也必须随之移动,这样CGI 元素才会与实拍镜头具有相同的视角。虚拟摄影机不仅要移动,而且要与摄影机的运动精确吻合,否
则画面中合成的CGI 元素就会产生漂移晃动,从画面中脱离。这种电影魔术需要特殊的运
动匹配软件来完成。图1-3是一个运动匹配的例子,其中摄影机在环绕着镜头中的士兵运动,
周围的场景则是CGI 环境。
运动匹配分为两步。首先,用运动匹配程序分析实拍镜头的感光底片(感光底片是用
来与其他镜头合成的),在帧与帧之间计算出尽量多的特征点,并在镜头时间长度内进行跟
踪,从而得到一个低精度的3D 场景模型以及摄影机移动的数据。尽管模型是低精度而且也
不完善,但是为下一步提供了充足的信息。
第二步是将以上信息交由三维动画师,他们利用3D 场景信息来指导如何放置3D 物体,
摄影机运动数据被用于匹配虚拟摄影机,从而渲染出与实拍素材中不断变换的摄影机视角
相同的三维画面。如果第一步得到的信息严重不足,那么三维物体就会看起来脱离地面、
旋转晃动,而非坚实地附着在地面上。
等到所有的三维元素被渲染以后,CGI 元素与实拍素材由数字合成师调色和合成。当
然了,合成师也需要修正CGI 元素或试排素材中一些大大小小的不匹配的问题。有两种应
用运动匹配的情况,一是实拍动作置身于CGI 环境(如图1-3 所示),二是CGI 元素置入实拍环境,比如纽约市里的金刚。无论是哪种方式,运动匹配都是数字特效带给我们的一个
奇迹。
1.2 视效合成
下面我们来看一下不依赖CGI 技术而是用现代合成软件独立完成的各种视觉特效的应
用程序。随着合成软件和算法的不断发展,数字合成师获得了需要从技术和艺术层面掌握
的更多能力。
1.2.1 蓝幕合成
拍摄中经常会遇到无法将演员放在场景中的情况,这可能是因为制作费用昂贵、场景
非常危险,或者根本无法执行。因此,你会选择在一个低廉、安全的场景中拍摄演员,然
后合成到昂贵、危险或者匪夷所思的真实环境中。演员会在蓝色背景前拍摄,以便计算机
将角色从背景色中分离出来,从而合成到真实背景中,如图1-4 所示。
蓝幕合成给CGI 合成带来了完全不同的挑战,因为合成师必须首先创建出高质量的蒙
版以便把演员从背景中分离出来,这个蒙版用来合成图像。但如果是CGI 图像,那么这个
蒙版是在生成图像时自动完成的。
背景色也可以是绿幕,这时就称为绿幕合成,但是原理是一样的:通过计算机来决定
每一帧画面中哪里是背景色,依此生成蒙版从而把演员(也可以是宇宙飞船、动物、耀眼
的消费品或是无论什么)合成到背景中。蓝幕合成既有艺术也有技术层面的挑战,因为生
成好的蒙版并不容易,而且前景的元素并不总是看起来与背景匹配,因此需要合成师做大
量的调色工作等才能与背景很好的融合。
1.2.2 运动跟踪
运动跟踪相比运动匹配来说有点小巫见大巫。因为后者需要跟踪画面中成百上千的像
素,并构建出三维模型和虚拟摄影机的运动数据,而运动跟踪通常仅跟踪少量的点,只是
把一幅二维图像合成到另一幅二维图像之上。
假设你需要将一个公司的logo 合成到另一幅画面上的超音速战斗机的机翼上,如图1-5所示。运动跟踪程序会锁定机翼上的关键点,并在整个镜头的长度中保持跟踪。这组二维跟踪数据被用于logo,从而使它在合成后与机翼保持完美同步运动。但是,即使logo 被很好地匹配而且在镜头中也不需改变亮度,合成师仍要为实现照片般真实解决不少问题。
除此以外,运动跟踪还有很多应用。最常见的例子之一是显示器画面替换,即运动跟踪并替换掉显示器或者电视屏幕上的画面。再比如,在一个摄影机有运动的镜头中,数字接景画面也需要运动跟踪来锁定到镜头中。运动跟踪还被用于蒙版,创建一个蒙版以分离当前帧中的某些物体,然后使用运动跟踪让蒙版在镜头中始终在物体之上。总之,只要一幅画面需要合成到另一幅移动的画面上,就需要运动跟踪技术。
1.2.3 包裹变形和形态变形
包裹变形(wrap)是只能用电脑才能完成的视觉魔术之一,它的方式就像把图片贴在
一块橡胶上,然后按照你想要的方式挤压拉伸橡胶的某些部分,从而能够对图像的内部操
作实现任意的变形效果。什么时候会用到包裹变形呢?比如你想将一幅画面合成到背景之
上,但是不能仅仅通过调控画面的四个顶点来完成。图1-6 就给出了包裹变形画面来匹配
背景中的曲面上。包裹变形还可以进行动画处理,从而适合物体表面的变形。
形态变形(morph)是包裹变形的综合运用,它使用了两次包裹变形和像素溶解,但是
我们要等到第八章再来详细讨论形态变形。这里,我们仅展示一下计算机给合成师赋予的
魔术手法——把一张脸无缝地变成另外一张。这就是魔术——数字魔术。就像所有的魔术
都需要魔术师来完成一样,数字魔术则需要数字合成师。当今大部分后期合成软件都含有
包裹变形和形态变形工具,即使没有,也存在独立的软件来实现这一功能。
图1-7演示了一段从画面A到画面B 的形态变形。从画面中不太明显看出的是,形态变形需要对两个人在蓝幕前拍摄或者采用其他技术(比如roto,即rotoscoping 的缩写,影像描摹技术)将人物从背景中分离出来,然后进行形态变形,最终的图像再合成到某个背景之上。
1.2.4 子弹时间镜头
自从《骇客帝国》(The Matrix)出现令人震惊的动作停滞、镜头环绕主演基努里维斯
运动的镜头之后,子弹时间镜头就被永久收录进了视觉特效词典,使用该技术能创造出前
所未见的时间停滞的幻觉,绝对超出想象,当然了,除非你是一名数字合成师才不会惊讶,
因为它完全是使用合成来完成的,无需CGI 元素。
图1-8 给出了一个子弹时间镜头中的几帧画面,它的拍摄方法是,将静止的摄影机如图1-9 顶视示意图所示的位置环绕角色放置,然后使用电子装置激活拍照,如果这些相机
在很短的时间内依次拍照,角色会看起来几乎没有动。如果是在几分之一秒中完成,角色看
起来会在做慢动作。不管使用哪种方式,结果都是一组照片之间视角略微变化的静态图像,
因为每个照相机的位置都不同。
现在是合成师的工作了。首先需要处理的是用图像稳定系统消除连续播放时的跳动现象,因为照相机的位置并非完美,焦点会稍微偏离中心一些。其次,每张照片的曝光度会因相机在焦距、电影胶片(或数字传感器)的细微差别而略有不同,所以需要调色以确保整组照片互相匹配,从而消除播放时的镜头闪烁。
最后一项工作是数字调速(retiming),下面的例子解释了为什么要这样做。比如需要
拍摄4 秒的镜头,每秒有24 帧画面,这意味着我们需要96(4×24)张照片,但是架设、布置和激活96 台照相机是相当繁琐的,我们仅架设48 台照相机(96 台的一半),然后调节速度将48 帧画面延长为96 帧。这项技术就是光流(optical flow,一项数字合成中的“魔术”)。我们将在第七章中详细学习光流,这里可以做个简单的定义,它是一种能在相连的帧画面之间进行完美插值运算得到新帧,从而将镜头长度延长的技术。

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