第九講 數字影像合成技術

數字影像合成技術教育技術教研室何建教學內容數字合成技術基本概念數字合成技術的實現方式主流合成系統簡介AfterEffects應用基礎基本概念一合成技術

指將多種源素材混合成單一復合畫面的處理過程。早期的影視合成技術主要是在膠片、磁帶的拍攝過程以及膠片洗印過程中實現的，工藝雖然較為落后，但效果非常不錯。諸如，“摳像”、“疊畫”等合成的方法與手段，都在早期的影視制作中得到了較為廣泛的應用。在集傳統電影特技之大成，代表喬治·盧卡斯極其豐富的想象力和導演才能的里程碑式的電影《星球大戰(zhàn)》中，我們就可以看到傳統合成技術的成功運用?；靖拍疃底趾铣杉夹g指主要運用先進的計算機圖像學的原理和方法，將多種源素材（源素材數字化）采集到計算機里面，并用計算機將其混合成單一復合圖像，然后輸出到磁帶或膠片上的這一系統完整的處理過程。

這里包含著這樣的過程：要透過各種操作使來源素材適合用于合成，又要透過各種方式使多個素材合并到一起。這個過程既包含著許多的技術和方法，又有許多藝術方面的思維?；靖拍钊耙暫笃诤铣衫碚撋?，我們把影視制作分為前期和后期兩個部分，前期工作主要包括諸如策劃、拍攝以及三維動畫創(chuàng)制等工序。當前期工作結束后，我們得到的是大量的素材和半成品，將這些素材和半成品有機地通過藝術手段結合起來，即是后期合成工作。合成實際上就是對眾多不同元素的藝術性組合和加工。返回數字合成技術的實現方式

——摳像技術１摳像技術用鍵源圖像形成的鍵信號摳去前景圖像的一部分，并填入背景圖像的相應部分。常用的摳像技術包括色鍵、亮度鍵和差異鍵等。

色鍵是在拍攝人物或其他前景內容，然后利用色度的區(qū)別，把單色背景去掉。最常用的是藍背景和綠背景兩種。原因在于，人身體的自然顏色中不包含這兩種色彩，用它們做背景不會和人物混在一起；同時這兩種顏色是RGB系統中的原色，也比較方便處理。數字合成技術的實現方式

——摳像技術２

亮度鍵，一般用于非常明亮或自身發(fā)光的物體。把明亮發(fā)光的物體放在黑暗的背景前拍攝，燈光只打亮被攝物體，就可以拍到背景全黑、前景明亮的畫面，然后利用背景和前景的亮度差別來提取通道。拍攝爆炸、飛濺的火星、煙霧等常常使用這種辦法。

差異鍵，基本思想是先把前景物體和背景一起拍攝下來，然后保持機位不變，去掉前景物體，單獨拍攝背景。這樣拍攝下來的兩個畫面相比較，在理想狀態(tài)下，背景部分是完全相同的，而前景出現的部分則是不同的，這些不同的部分，就是需要的Alpha通道。數字合成技術的實現方式

——Alpha混合

Alpha通道為8比特的透明度控制信息，它實質是一層256級的灰度圖，對應可產生256階漸進透明疊現效果，可用作鍵信號。合成時，灰度圖的各點值與前景圖像的各像素值一一對應，對應黑色部分（Alpha值為0）的前景圖像是完全透明的，露出背景，對應白色部分（Alpha值為255）的前景圖像是完全不透明的，只顯示前景，對應灰度部分時，前景和背景按比例融合。

Alpha通道信息可來源于色鍵，或由圖像處理軟件制作出的黑白圖像，或由圖像處理軟件和二維、三維動畫制作軟件在計算機圖形生成過程中自動產生。數字合成技術的實現方式

——遮罩合成其合成原理與Alpha混合很相似，但遮罩是以獨立的層的形式參與合成，控制前景、背景的合成比例，而不是附屬于前景圖像的一個通道信息，因此應用更靈活。遮罩可以來源于Alpha通道，或任何經過處理得到的黑白圖像、視頻，如彩色變黑白處理。同時作為獨立的一層，遮罩可以使用任何能應用于圖像層的效果、特技，如：柔化、運動等。數字合成技術的實現方式

——三維空間合成三維空間就是在二維的基礎上加入深度Z軸的概念而形成的，因此，三維空間合成又稱為深度鍵合成，作為合成控制信息的Z軸數據即為深度鍵。三維空間合成將近似于三維動畫軟件的建模環(huán)境引入了合成空間，同樣擁有XYZ三維空間、燈光和產生觀察視角的攝像機，但建立的對象不再是由數以萬計的多邊形構成的三維物體，而是若干個厚度很薄的二維圖像畫面。處于三維空間中的各圖像畫面會因觀察視角的不同，因各自所處深度信息的不同而產生不同的遮擋關系、透視關系、聚焦關系和陰影。與二維合成相比較，能夠產生空間感、透視感更強的合成畫面，提供給制作人員更廣闊的創(chuàng)作空間，但同時會帶給系統更巨大的運算量和合成時間。數字合成技術的實現方式

——運動跟蹤技術合成鏡頭是由幾個來源不同的鏡頭合在一起的，其中就包含運動鏡頭，如何保證這些鏡頭的畫面有完全一致的鏡頭運動？數字合成中的運動跟蹤技術可以部分地解決這個問題。運動跟蹤技術建立在圖像分析技術和圖像塊運動最佳匹配搜索技術的基礎上，首先跟蹤和捕獲源圖像中某運動元素的運動軌跡、運動特征，然后將其應用到待與之同步運動的元素上。該運動跟蹤可以是一點跟蹤，或兩個關鍵點連成線段的兩點跟蹤，甚至是多個關鍵點及其連線構成的多點跟蹤。數字合成技術的實現方式

——數字復制和場景延伸有成千上萬人的大場面是好萊塢大片的招牌菜之一。但在現在美國大片中很少真正調動成千上萬的演員，標準的做法是用一小批演員，進行一次或幾次拍攝。然后通過數字復制的方式，把這小群演員經過若干次拷貝，讓他們布滿整個畫面，形成千軍萬馬的場面。很多時候我們拍到的場景無法達到需要的效果，比如當你拍攝一部古羅馬的影片時，背景上需要一座巨大的神殿，前景是演員和古老的街道。低矮的街道可以搭建，而神殿，你搭不起。這時就要依靠場景延伸，神殿可以是一個小模型，可以是一個三維造型，或者干脆是一幅畫。通過摳像，跟蹤和適當的扭曲，就可以使神殿出現在背景上。數字合成技術的實現方式

——色彩匹配技術參與合成的圖像常因來源不同而帶有色調差異，通過色彩匹配技術首先對各層圖像數據進行分析，獲得每層圖像的亮度和色度（或RGB值）分布的統計特性，然后以制作人員指定層的分布情況為基準，自動調整其它各層的分布特性，與基準圖像相匹配，以達到合成圖像總體色調的統一。數字合成技術的實現方式

——攝像機運動的反求此技術用于正確得到實景拍攝的素材中的攝像機信息，并將這些數據導入到合成系統或是3d軟件中，以獲得和實拍素材一樣的攝像機運動路徑。此技術與虛擬演播室的攝像機運動跟蹤技術很相似，但在虛擬演播室中是依靠前期拍攝的機械跟蹤、紅外跟蹤或背景專用網格的分析數據，而在此是指在后期制作中只根據前期拍攝到的圖像，通過精密的圖像分析而實現。這是目前的合成技術的一個熱點也是難點問題。用于獲取攝像機的反求結果的軟件系統還不多，主要包括2D3公司生產的boujou,以及美國漢諾威大學推出的VoodooCameraTracker等等。返回主流數字合成系統主要有兩個因素制約著合成系統的性能指標：硬件平臺和軟件。軟件方面，Discreet公司在合成方面的霸主地位很難被撼動，從高端的架設在SGIOnyx工作站上的Inferno，到架設在SGIOctane2

上的flame和flint，再到PC上的Combustion,已經形成了比較完善的全系列產品線。

APPLE公司合并了Nothingreal

公司的強大的shake，并且宣布只對MAC的用戶，使得Shake成為了一款倍受矚目的軟件。

MayaFusion,DigitalFusion和5dCborg

也是非常好的工具，擁有廣泛的群眾基礎。返回AfterEffects應用基礎AE的界面元素AE基本操作流程AE常用基礎操作層的基本操作層的屬性動畫遮罩技術AE進階技術一、認識AECS4工作界面浮動面板標題攔菜單欄時間線窗口合成圖像瀏覽窗口項目窗口工具欄二、AE基本操作流程實例演示——工作流程效果截圖三、AE常用基礎操作基礎設置（時基、幀率、分辨率等）引入素材的幾種方式詮釋素材（拆場、幀率、像素比、Alpha通道信息）合成圖像的建立和設置添加素材至合成圖像窗口工作區(qū)的設置（B，N）時間指針的移動四、AE有關層的基本操作層的建立方法層的管理操作層的重命名改變層的疊放順序復制層分裂層剪輯層替換層層的對齊和分布層的重組層的自動排列層的重組為層添加標記設置音頻層層的父子關系五、層的基本屬性層的屬性的展開和關閉：’層的基本屬性及其對應的快捷鍵錨點位置屬性：A空間位置屬性：P縮放屬性：S旋轉屬性：R不透明度屬性：T遮罩屬性：M效果屬性：E創(chuàng)建層的屬性動畫時間指針的移動操作Home時間指針到起始位置End時間指針到結束位置PageUp時間指針后移一幀PageDown時間指針前移一幀I時間指針到層的入點O時間指針到層的出點六遮罩技術28關于遮罩模式遮罩原始狀態(tài)29關于遮罩模式（續(xù)）遮罩Add模式30關于遮罩模式（續(xù)）遮罩Subtract模式31關于遮罩模式（續(xù)）遮罩Intersect模式32關于遮罩模式（續(xù)）遮罩Difference模式33關于遮罩模式（續(xù)）【Lighten】和【Darken】這兩種遮罩模式與上述【Add】和【Intersect】遮罩模式不好區(qū)分?！綥ighten】模式是采用所有遮罩中最高的透明度顯示遮罩中的內容；【Darken】模式是采用所有遮罩中最低的透明度顯示遮罩中的內容。也就是說，要區(qū)分【Lighten】和【Add】遮罩模式，只需要設置不同的遮罩透明度就可以了，同樣的道理，【Darken】和【Intersect】的區(qū)別也如此。34關于遮罩模式（續(xù)）遮罩Lighten模式35關于遮罩模式（續(xù)）遮罩Darken模式七AE進階操作7.1

AE進階操作——三維合成

7.1.1轉化為3D圖層模式

7.1.2光和陰影

7.1.3攝像機

7.1.4各種視圖

7.1.5實例制作7.2

AE進階操作——字幕效果

7.2.1路徑動畫字幕效果

7.2.2多重效果動畫的字幕7.3

AE進階操作——跟蹤和穩(wěn)定

7.3.1

AE中跟蹤的基本功能和操作

7.3.2

AE中穩(wěn)定的基本操作第七章影視三維合成17.1

AE進階操作——三維合成

7.1.1轉化為3D圖層模式首先介紹一下AfterEffects中的三維空間、燈光和攝像機的基本知識。

1．新建一個Composition，新建一個固態(tài)層，點擊顏色框，在彈出的對話框中改變固態(tài)層的顏色，如圖7-1所示。第七章影視三維合成圖7-1SolidSettings對話框37.1.1轉化為3D圖層模式

2．在Timeline窗口中，打開Solid1圖層右邊的3D開關，就將Solid1圖層轉變?yōu)榱?D圖層，如圖7-2所示。第七章影視三維合成圖7-23D開關47.1.1轉化為3D圖層模式

3．在Comp1窗口中出現了三維坐標，紅、綠、藍分別代表X、Y、Z軸，如圖7-3所示。第七章影視三維合成圖7-3三維坐標57.1.1轉化為3D圖層模式

4．單擊Timeline窗口中Solid1圖層左邊的三角形按鈕，即出現Transform和MaterialOptions參數，后者是打開3D開關后出現的，如圖7-4所示。第七章影視三維合成圖7-4Transform和MaterialOptions參數67.1.1轉化為3D圖層模式

5．單擊Transform左邊的三角形按鈕，展開Transform的參數，如圖7-5所示。其中，AnchorPoint是坐標軸原點的位置。Orientation是以AnchorPoint為中心旋轉，3個數值分別表示以X軸、Y軸、Z軸為對稱軸旋轉的角度。XRotation、YRotation、ZRotation分別為以X軸、Y軸、Z軸為對稱軸旋轉。通過Tools面板上的和分別能夠移動、旋轉圖層。第七章影視三維合成圖7-5展開Transform參數77.1.2光和陰影

1．展開MaterialOptions的參數，如圖7-6所示。其中，CastsShadows：投射陰影包括三個選項：

Off（默認）：不帶陰影。

On：顯示陰影。

Only：只顯示陰影，不顯示原圖層。

LightTransmission：透光。

AcceptsShadows：接受陰影。

AcceptsLights：接受燈光照射。

Ambient、Diffuse、Specular、Shininess和Metal是定義圖層材質的參數。第七章影視三維合成圖7-6展開MaterialOptions參數87.1.2光和陰影

2．點擊菜單Layer→New→Light，彈出LightSettings對話框,如圖7-7所示。

Name：燈光的名稱。

LightType：燈光的種類。

Parallel：平行光。

Spot：一般的燈光。

Point：點光源。

Ambient：沒有陰影和方向的燈光。

Intensity：光的強度。

ConeAngle：燈光的展開角度。

ConeFeather：設置較亮部分與較暗部分的邊界。

Color：燈光的顏色。

CastShadows：是否產生陰影。

ShadowDarkness：陰影的黑暗度。

ShadowDiffusion：設置陰影邊界。單擊OK按鈕，就建立了燈光層。第七章影視三維合成圖7-7LightSettings對話框97.1.3攝像機

1．新建攝像機：點擊菜單Layer→New→Camera，彈出CameraSettings對話框,如圖7-8所示。

Name：攝像機的名稱。

Preset：鏡頭的幾種類型。

Zoom：從攝像機到圖層的距離。

FilmSize：通過鏡頭看到的圖層的實際大小。

FocalLength：焦距。

AngleofView：視角。

EnableDepthofField：確定焦距范圍，超出的將會變模糊。

FocusDistance：攝像機焦點的位置。

Aperture：光圈。

F－Stop：快門。

BlurLevel：模糊的程度。第七章影視三維合成圖7-8CameraSettings對話框107.1.3攝像機Units：在CameraSettings中使用的數值測量單位。MeasureFilmSize：FilmSize的基準方向。單擊OK按鈕，就建立了CameraLayer。2．在Tools面板上，選擇OrbitCameraTool工具（左邊第三個），在該按鈕上按住鼠標左鍵拖動到需要的工具上，松開鼠標左鍵即可選擇相應的工具。這樣就以不同的方式改變攝像機的位置，依次為旋轉、移動及縮放，如圖7-9所示。第七章影視三維合成圖7-9OrbitCameraTool117.1.4各種視圖

1．在Comp窗口中，單擊右下角的按鈕，在彈出的菜單中，可以選擇攝像機的各種正交圖和透視圖，如圖7-10所示。

2．點擊菜單Window→Workspace→FourCompViews，出現4個Comp窗口，分別是ActiveCamera、Top、Front、Right，類似于三維軟件中的四視圖。兩個交叉的圖層，有時會顯示不出真實的遮擋效果，如圖7-11所示。第七章影視三維合成圖7-10選擇攝像機的正交圖和透視圖圖7-11未顯示真實遮擋的兩個圖層127.1.4各種視圖

3．點擊菜單Composition→CompositionSettings，在彈出的窗口中選擇Advanced頁面，然后將RenderingPlug－in，由Standard3D改為Advanced3D即可。這樣兩個圖層就能顯示出真實的遮擋了，如圖7-12所示。第七章影視三維合成圖7-12顯示出真實遮擋的兩個圖層137.2

AE進階操作——字幕效果

7.2.1路徑動畫字幕效果

AE作為數字合成軟件，其自帶的字幕效果卻不是很多，這是由于AE處理字幕的對象可以從Photoshop中作為圖層導入進來。下面要介紹AE自帶的字幕效果以及基本的字幕動畫制作方法。有些針對AE的第三方字幕插件（Title_Tool等），可以實現更豐富的字幕效果。當然，利用三維軟件制作的字幕效果就更好了。

1．先建立一個Comp合成項目，點擊菜單Composition→NewComposition，分別設置Width為320，Height為240，點擊OK按鈕。

2．建立一個固態(tài)層，點擊菜單

Layer→NewLayer→Solid，點擊Make

CompSize按鈕，使固態(tài)層與Comp窗口大小一樣，點擊OK按鈕，如圖7-29所示。第七章影視三維合成圖7-29SolidSettings對話框247.2.1路徑動畫字幕效果現在給這個固態(tài)層加上字幕特效。

3．單擊菜單Effect→Text，其中有三個選項，第一個BasicText是基本字幕特效，第二個Numbers是數字字幕特效，第三個

PathText是路徑字幕特效，選擇PathText，如圖7-30所示。

4．在彈出的對話框中輸入“AfterEffect

TextEffect”，點擊OK按鈕，如圖7-31所示。第七章影視三維合成圖7-30Text子菜單圖7-31PathText對話框257.2.1路徑動畫字幕效果

5．彈出EffectControls窗口，如圖7-32所示。專業(yè)指點：前面帶有秒表按鈕的，都可以設置關鍵幀。第七章影視三維合成圖7-32EffectControls窗口267.2.1路徑動畫字幕效果

6．在圖7-33所示的圓圈內，單擊鼠標左鍵，打開Timeline窗口中的高清晰開關(圖中狀態(tài)為打開)，使其顯示更清晰一些，如圖7-33所示。第七章影視三維合成圖7-33打開高清晰開關277.2.1路徑動畫字幕效果

7．設置EffectControls窗口中的Character下的Size參數，將Comp窗口中的字幕調整為合適大小。在Comp窗口中可以看到，字幕不是直線排列，而是曲線排列的，這是因為在EffectControls窗口中，PathOptions中的ShapeType是Bezier曲線，如圖7-34所示。專業(yè)指點：在畫面中有四個圓點，左下稍大的圓點控制的是字幕起始位置，左上稍小的圓點控制的是字幕起始曲線率，右上稍小的圓點控制的是字幕結束曲線率，右下稍大的圓點控制的是字幕結束位置。改變這四個圓點的位置可以改變字幕所排列的曲線。如果在改動過程中看不到這四個點，只需點擊EffectControls窗口最上邊的

PathText，四個點就會出現在Comp窗口中。第七章影視三維合成圖7-34Bezier曲線287.2.1路徑動畫字幕效果

8．ShapeType一共有四種線形，除了Bezier，還有Circle、Loop和Line。這三個都只有兩個控制點。只要點擊ShapeType右邊的按鈕，即可進行選擇，如圖7-35所示。下面，我們先來看看最簡單的字幕特效。

9．先改變四個點的位置，如圖7-36所示。在EffectControls窗口中的Paragraph設置中，可以設置文本的基本屬性，包括Left、Right、

Center和Force。第七章影視三維合成圖7-35ShapeType的類型圖7-36改變四個點的位置297.2.1路徑動畫字幕效果

10．選擇Left，增加LeftMargin的值，直到“AfterEffectTextEffect”從右下方完全移出comp窗口。將Timeline窗口中的時間線移到0秒的位置，按下LeftMargin左邊的秒表，這樣就在0秒的位置設定了關鍵幀，如圖7-37所示。

11．將時間線移到最后的時間位置，減小LeftMargin的值，直到“AfterEffect

TextEffect”從左上方完全移出Comp窗口為止。這個字幕特效就制作完成了。按下TimeControls面板中的Play按鈕，可以看到“AfterEffectTextEffect”從右下方出現，沿著設定的路徑移動，最后從左上方移出。第七章影視三維合成圖7-37建立LeftMargin關鍵幀307.2.2多重效果動畫的字幕

1．單擊菜單File→New→NewProject，新建一個Project。

2．單擊菜單Composition→NewComposition，建立Comp，把Width設為320，Height設為80，時間長度設為4秒。

3．單擊菜單Layer→New→Solid，建立固態(tài)層，在彈出的窗口中，點擊MakeCompSize，使其大小和Comp的大小一致。

4．單擊菜單Effect→Text→PathText，在彈出的窗口中輸入“文字動畫特效”。注意，因為AfterEffects是英文版，所以Font中應選擇中文字體。點擊OK按鈕,如圖7-38所示。

5．在Timeline窗口中打開高清晰開關，使其顯示更清晰。第七章影視三維合成圖7-38設置PathText對話框317.2.2多重效果動畫的字幕

6．將ShapeType改成Line，如圖7-39所示。

7．在Comp窗口中將兩個點移動到相應的邊上，再向下移動兩個點，使字幕處于中間。在EffectControls窗口中，將Alignment改為Center，如圖7-40所示。第七章影視三維合成圖