電影世界中的虛擬現實技術

1、電影世界中的虛擬現實技術摘要 電影從產生的那一時刻起 ,就注定會在人類生活 中占據重要地位。 “虛擬現實技術”雖然聽起來還比較陌生 但隨著計算機技術的不斷發(fā)展 ,虛擬現實技術逐漸走進了電 影,無數個利用虛擬現實技術拍攝制作出的電影不斷充斥著 人們的眼球。關鍵詞 電影 ;虛擬現實技術 ; 娛樂中圖分類號 TE5 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708(2010)30-0183-02人類社會不斷進步 ,影視娛樂成為人們文化生活的重要組成部分。隨著電影阿凡達在全球的火熱上映,越來越多的人開始了解并熟悉虛擬現實技術。當人們以為 3D 特效是 這部電影的最大賣點時 ,轉身卻會發(fā)現這不過詹姆斯 -卡

2、梅隆 建立一個虛擬星球的工具。 阿凡達不僅給世人帶來了一 場視覺盛宴 ,同時在電影世界刮起了一場虛擬風暴。1 虛擬現實技術概述虛擬現實是 1989 年由美國的蘭尼爾 (J.Lanier) 最早提出 的 ,蘭尼爾將虛擬現實定義為 :用計算機技術生成一個逼真的 三維視覺、 聽覺、 觸覺或嗅覺等感覺世界 ,讓用戶可以從自己 的視點出發(fā) ,利用自然的技能和某些設備對這一虛擬世界客 體進行瀏覽和交互考察。 1 虛擬現實技術是一門綜合技術 ,它涵蓋了計算機圖形學、仿真學、人工智能技術、多媒體技 術、計算機網絡技術、 并行處理技術和多傳感技術 ,具有交互 性、沉浸性、多感知性、自主性、構想性等特性。 “虛擬

3、現 實技術是由交互式計算機仿真組成的一種媒體,能夠感知參與者的位置和動作 ,替代或者增強一種或者多種感覺反饋,從而產生一種精神沉浸于或者出現在仿真環(huán)境(虛擬世界 )中的感覺?！?2 電影制作中應用的虛擬現實技術CG(Computer Graphics) 動畫。隨著利用計算機為主要工 具進行視覺設計和生產的一系列相關產業(yè)的形成,把利用計算機技術進行視覺設計和生產的領域通稱為CG?，F代電影中為了充斥觀眾的視覺效果 ,在制作過程中加入了大量使用 電腦制作的三維動畫和影視特效等視覺藝術上的創(chuàng)作。2.1 虛擬影像擷取攝影系統(tǒng) 為了創(chuàng)造出具有立體實感的環(huán)境 ,3-D 虛擬影像擷取攝影系統(tǒng) (Fusion

4、3-D Camera System) 誕生了 ,這種系統(tǒng)是使用兩 臺索尼 HDCF950 HD 攝像機進行拍攝的 ,呈現出更強更動感 的立體效果的同時又不會令觀眾感到頭暈。首次應用這項技 術的電影是 深淵幽靈 ,隨后絕大部分的 3-D 立體電影都是 采用這種方法進行拍攝的 ,比非常小特務 3D 、立體小奇 兵、地心游記3D和麥莉？賽勒斯演唱會紀實等。2.2 實時預覽技術當電影畫面中應用了大量的 CG 效果 ,為了讓真人表演與 最終的 CG 畫面完美的契合在一起 ,卡梅隆專門開發(fā)了一種虛 擬攝像機。虛擬攝影機 ,可以實時地將演員的動作與虛擬世界背景 交互 ,并呈現在 LCD 顯示屏上。在拍攝真人

5、表演時能夠更準 確的進行預覽 ,這種攝像機可以實時觀察演員的動作與虛擬 世界的交互。例如 ,電影阿凡達中 ,在運用動作捕捉技術 時,除了需要演員在拍攝時穿上布滿捕捉點的緊身衣褲外,影片攝影棚內還同時架設有一套 “協同工作攝像機 (Simulcam) ” 來完成此工作。這套系統(tǒng)由布滿在攝影棚頂部的140 個數字攝像機組成 ,形成一個捕捉舞臺。攝像機通過追蹤現場LED燈打出的近紅外光譜的反射 ,將捕捉到的數據傳輸到一套系 統(tǒng)中 ,再將光譜的反射與演員的運動進行組合分析,得出整個鏡頭的立體模型。 之后 ,這些數據再被映射到后期的計算機處 理,從而令 CG 場景呈現出高度擬真的效果。2.3 動作捕捉技

6、術CG 動畫大都是采用動作捕捉 (Motion Capture) 技術。這 種用于動畫制作的運動捕捉技術起源于20世紀 70 年代,迪斯尼公司曾試圖通過捕捉演員的動作以改進動畫制作效果。 1988 年, SGI 公司開發(fā)了可捕捉人頭部運動和表情的系統(tǒng)。 典型的運動捕捉設備一般由以下幾個部分組成:傳感器、信號捕捉設備、數據傳輸設備、數據處理設備。在捕捉技術上主 要有機械式運動捕捉、聲學式動作捕捉、電磁式動作捕捉和 光學式動作捕捉。2.4 表演捕捉技術表演捕捉 (Performance Capture Workflow) 技術 ,與“動作 捕捉”非常相似 ,區(qū)別在于前者能夠完全捕捉演員的肢體動作

7、甚至于面部表情 ,將真人演出影像與電腦動畫結合 ,令動畫人 物的造型與表情更接近于真人。演員甚至可以自由套進不同 角色中 ,與不同身份的角色結合 ,創(chuàng)造更廣闊的表演空間。面 部捕捉頭戴設備 (Facial Capture Head Rig) 在每個進行“表情 捕捉”的演員頭上佩戴一套攝像裝置 ,用微縮高清攝像頭將演 員 95% 的面部動作傳送給計算機里的虛擬角色。 該技術對演 員面部表情捕捉的清晰精確度是傳統(tǒng)技術的6 倍,甚至連眼神上的細微變化都不會錯過。3 電影表現中的虛擬現實技術3.1 環(huán)幕電影環(huán)幕電影能夠表現水平 360 度范圍內的全部景物 ,這種 特殊形式的電影萌芽于 20 世紀初期。

8、在觀看這種電影時 ,觀 眾站在圓形觀眾廳的中央區(qū)域 ,四周環(huán)繞著廣闊的畫面 ,配合 著與影片內容相一致的全方位立體聲效果的音響效果,人們就仿佛置身于影片當中。目前世界上流行較廣的環(huán)幕電影大都是采用多膠片的 電影系統(tǒng)。攝影時 ,需使用專門的能保證多條膠片同步運行的 攝影機;放映時 ,需使用多臺放映機 ,并通過電子連鎖同步系統(tǒng) 保證多臺放映機及 1 臺 （或多臺 ）還音設備連鎖同步運行 ;環(huán)幕 電影的錄還音系統(tǒng)將立體聲多路聲跡 （通常為 9-11 路 ）記錄在 單獨運行的磁帶 （或光盤 ） 上,放映時 ,磁性還音機 （ 或光盤機 ）與 多臺放映機同時起動、同步運轉、同時停機。3.2 球幕電影球幕電

9、影是 20 世紀 70 年代出現的一種大銀幕電影。其 拍攝及放映均采用超廣角魚眼鏡頭。 放映時 ,動感球幕電影廳 采用70mm放映設備,半球形銀幕趲直徑達 18m,觀眾觀看電 影時,整個畫面布滿球體 ,透射型的金屬銀幕 ,六聲道的立體聲 效果 ,使觀眾享受變化萬千 ,栩栩如生的萬千氣象。影廳內的 動感平臺 , 是集液壓、 電器自動化控制、 計算機動畫為一體的 高科技系統(tǒng)工程 ,當觀眾坐在平臺載體上 ,整個載體能上下升 降,左右傾斜 ,前后俯仰 ,不僅可以摸擬航天器去邀游太空 ,也 可摸擬潛水器 ,飽覽海底世界的奇特景象 ,隨著逼真的畫面和 平臺載體的活動 ,讓人不由自主的進入角色 ,造成十分真

10、實和 驚險刺激的特殊感覺。我國已有幾座球幕影院 ,最有代表性的是北京中國科技 館穹幕影廳 ,該影廳建成于 1995年8月,廳內放映銀幕直徑達 27m,設有500個座位。已放映的影片有著名的大峽谷和 飛向太空等。3.3 激光 3D 放映激光 3D 放映將是未來影院影片播放的主流形式。 激光顯示是繼黑白顯示、彩色顯示、數字顯示之后的新 一代顯示技術。激光顯示能達到傳統(tǒng)顯示所具有的所有先進 技術指標 ,如大屏幕、 高分辨率等。 而激光顯示被應用于數字 3D 放映 ,則是因為其具有下面幾個優(yōu)點 :第一 ,光能量利用率高。激光是高純度的光 ,在數字電影 放映機上 ,激光的光能量 100% 被利用 ,在同

11、樣一臺投影機、 同 樣的光通量輸出下 ,使用激光光源產生的視覺亮度是燈泡光 源的 1.3 倍以上。第二 ,色域覆蓋范圍廣 ,帶來更真實的光影感覺和立體效 果。以往使用的傳統(tǒng)投影機對自然界中人眼可識別的色彩只 能表現出 30%左右 ,這樣觀眾在傳統(tǒng)顯示設備上觀看影片時 就無法感知另外的 70%色彩。激光的光譜帶寬窄 ,若采用紅、 綠、藍三基色激光作為光源 ,可以實現自然界中 60%以上的人 眼可識別色彩 ,是傳統(tǒng)投影機的 2 倍以上 ,能夠再現最真實、 最豐富、 最鮮艷的色彩。 同時 ,由于激光光源具有卓越的灰度 表現方面能力 ,在放映 3D 時能更加突出圖像的層次感 ,帶來 更強的 3D 立體效果。第三 ,有利于降低影院成本。 激光光源屬于新一代冷光源 不存在發(fā)熱量過大而使其溫度過高的因素,使用光功率總計約 150W 的紅、綠、藍激光器就可以很輕松地將激光投影機 單機的光通量達到 10 00050 000 流明以上 ,而且使用壽命可以達到 1萬小時至 2萬小時以上。 使用該技術投影機的影院 在大大降低影院的長期成本同時,還能夠提升影院的檔次和性價比。第四 ,能夠大大提高安全性。 激光光源的使用安全性也大 大高于氙燈 ,無高壓結構 ,無炸燈危險 ,無汞污染。第五 ,兼容性好 ,方便影院更新換代