電影世界中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

1、電影世界中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)摘要 電影從產(chǎn)生的那一時(shí)刻起 ,就注定會(huì)在人類生活 中占據(jù)重要地位。 “虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”雖然聽起來還比較陌生 但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展 ,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐漸走進(jìn)了電 影,無數(shù)個(gè)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)拍攝制作出的電影不斷充斥著 人們的眼球。關(guān)鍵詞 電影 ;虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) ; 娛樂中圖分類號(hào) TE5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708(2010)30-0183-02人類社會(huì)不斷進(jìn)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(dá)在全球的火熱上映,越來越多的人開始了解并熟悉虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。當(dāng)人們以為 3D 特效是 這部電影的最大賣點(diǎn)時(shí) ,轉(zhuǎn)身卻會(huì)發(fā)現(xiàn)這不過詹姆斯 -卡

2、梅隆 建立一個(gè)虛擬星球的工具。 阿凡達(dá)不僅給世人帶來了一 場(chǎng)視覺盛宴 ,同時(shí)在電影世界刮起了一場(chǎng)虛擬風(fēng)暴。1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述虛擬現(xiàn)實(shí)是 1989 年由美國(guó)的蘭尼爾 (J.Lanier) 最早提出 的 ,蘭尼爾將虛擬現(xiàn)實(shí)定義為 :用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一個(gè)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(diǎn)出發(fā) ,利用自然的技能和某些設(shè)備對(duì)這一虛擬世界客 體進(jìn)行瀏覽和交互考察。 1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一門綜合技術(shù) ,它涵蓋了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真學(xué)、人工智能技術(shù)、多媒體技 術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、 并行處理技術(shù)和多傳感技術(shù) ,具有交互 性、沉浸性、多感知性、自主性、構(gòu)想性等特性。 “虛擬

3、現(xiàn) 實(shí)技術(shù)是由交互式計(jì)算機(jī)仿真組成的一種媒體,能夠感知參與者的位置和動(dòng)作 ,替代或者增強(qiáng)一種或者多種感覺反饋,從而產(chǎn)生一種精神沉浸于或者出現(xiàn)在仿真環(huán)境(虛擬世界 )中的感覺?！?2 電影制作中應(yīng)用的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)CG(Computer Graphics) 動(dòng)畫。隨著利用計(jì)算機(jī)為主要工 具進(jìn)行視覺設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的一系列相關(guān)產(chǎn)業(yè)的形成,把利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行視覺設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的領(lǐng)域通稱為CG?，F(xiàn)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(dòng)畫和影視特效等視覺藝術(shù)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(shí)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(tái)索尼 HDCF950 HD 攝像機(jī)進(jìn)行拍攝的 ,呈現(xiàn)出更強(qiáng)更動(dòng)感 的立體效果的同時(shí)又不會(huì)令觀眾感到頭暈。首次應(yīng)用這項(xiàng)技 術(shù)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(jìn)行拍攝的 ,比非常小特務(wù) 3D 、立體小奇 兵、地心游記3D和麥莉？賽勒斯演唱會(huì)紀(jì)實(shí)等。2.2 實(shí)時(shí)預(yù)覽技術(shù)當(dāng)電影畫面中應(yīng)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(jī)。虛擬攝影機(jī) ,可以實(shí)時(shí)地將演員的動(dòng)作與虛擬世界背景 交互 ,并呈現(xiàn)在 LCD 顯示屏上。在拍攝真人

5、表演時(shí)能夠更準(zhǔn) 確的進(jìn)行預(yù)覽 ,這種攝像機(jī)可以實(shí)時(shí)觀察演員的動(dòng)作與虛擬 世界的交互。例如 ,電影阿凡達(dá)中 ,在運(yùn)用動(dòng)作捕捉技術(shù) 時(shí),除了需要演員在拍攝時(shí)穿上布滿捕捉點(diǎn)的緊身衣褲外,影片攝影棚內(nèi)還同時(shí)架設(shè)有一套 “協(xié)同工作攝像機(jī) (Simulcam) ” 來完成此工作。這套系統(tǒng)由布滿在攝影棚頂部的140 個(gè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)組成 ,形成一個(gè)捕捉舞臺(tái)。攝像機(jī)通過追蹤現(xiàn)場(chǎng)LED燈打出的近紅外光譜的反射 ,將捕捉到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭惶紫?統(tǒng)中 ,再將光譜的反射與演員的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行組合分析,得出整個(gè)鏡頭的立體模型。 之后 ,這些數(shù)據(jù)再被映射到后期的計(jì)算機(jī)處 理,從而令 CG 場(chǎng)景呈現(xiàn)出高度擬真的效果。2.3 動(dòng)作捕捉技

6、術(shù)CG 動(dòng)畫大都是采用動(dòng)作捕捉 (Motion Capture) 技術(shù)。這 種用于動(dòng)畫制作的運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)起源于20世紀(jì) 70 年代,迪斯尼公司曾試圖通過捕捉演員的動(dòng)作以改進(jìn)動(dòng)畫制作效果。 1988 年, SGI 公司開發(fā)了可捕捉人頭部運(yùn)動(dòng)和表情的系統(tǒng)。 典型的運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備一般由以下幾個(gè)部分組成:傳感器、信號(hào)捕捉設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)處理設(shè)備。在捕捉技術(shù)上主 要有機(jī)械式運(yùn)動(dòng)捕捉、聲學(xué)式動(dòng)作捕捉、電磁式動(dòng)作捕捉和 光學(xué)式動(dòng)作捕捉。2.4 表演捕捉技術(shù)表演捕捉 (Performance Capture Workflow) 技術(shù) ,與“動(dòng)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(dòng)作

7、甚至于面部表情 ,將真人演出影像與電腦動(dòng)畫結(jié)合 ,令動(dòng)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(jìn)不同 角色中 ,與不同身份的角色結(jié)合 ,創(chuàng)造更廣闊的表演空間。面 部捕捉頭戴設(shè)備 (Facial Capture Head Rig) 在每個(gè)進(jìn)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(dòng)作傳送給計(jì)算機(jī)里的虛擬角色。 該技術(shù)對(duì)演 員面部表情捕捉的清晰精確度是傳統(tǒng)技術(shù)的6 倍,甚至連眼神上的細(xì)微變化都不會(huì)錯(cuò)過。3 電影表現(xiàn)中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)3.1 環(huán)幕電影環(huán)幕電影能夠表現(xiàn)水平 360 度范圍內(nèi)的全部景物 ,這種 特殊形式的電影萌芽于 20 世紀(jì)初期。

8、在觀看這種電影時(shí) ,觀 眾站在圓形觀眾廳的中央?yún)^(qū)域 ,四周環(huán)繞著廣闊的畫面 ,配合 著與影片內(nèi)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(dāng)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(shí) ,需使用專門的能保證多條膠片同步運(yùn)行的 攝影機(jī);放映時(shí) ,需使用多臺(tái)放映機(jī) ,并通過電子連鎖同步系統(tǒng) 保證多臺(tái)放映機(jī)及 1 臺(tái) （或多臺(tái) ）還音設(shè)備連鎖同步運(yùn)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(dú)運(yùn)行的磁帶 （或光盤 ） 上,放映時(shí) ,磁性還音機(jī) （ 或光盤機(jī) ）與 多臺(tái)放映機(jī)同時(shí)起動(dòng)、同步運(yùn)轉(zhuǎn)、同時(shí)停機(jī)。3.2 球幕電影球幕電

9、影是 20 世紀(jì) 70 年代出現(xiàn)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(shí) ,動(dòng)感球幕電影廳 采用70mm放映設(shè)備,半球形銀幕趲直徑達(dá) 18m,觀眾觀看電 影時(shí),整個(gè)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(nèi)的 動(dòng)感平臺(tái) , 是集液壓、 電器自動(dòng)化控制、 計(jì)算機(jī)動(dòng)畫為一體的 高科技系統(tǒng)工程 ,當(dāng)觀眾坐在平臺(tái)載體上 ,整個(gè)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(tái)載體的活動(dòng) ,讓人不由自主的進(jìn)入角色 ,造成十分真

10、實(shí)和 驚險(xiǎn)刺激的特殊感覺。我國(guó)已有幾座球幕影院 ,最有代表性的是北京中國(guó)科技 館穹幕影廳 ,該影廳建成于 1995年8月,廳內(nèi)放映銀幕直徑達(dá) 27m,設(shè)有500個(gè)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(shù)字顯示之后的新 一代顯示技術(shù)。激光顯示能達(dá)到傳統(tǒng)顯示所具有的所有先進(jìn) 技術(shù)指標(biāo) ,如大屏幕、 高分辨率等。 而激光顯示被應(yīng)用于數(shù)字 3D 放映 ,則是因?yàn)槠渚哂邢旅鎺讉€(gè)優(yōu)點(diǎn) :第一 ,光能量利用率高。激光是高純度的光 ,在數(shù)字電影 放映機(jī)上 ,激光的光能量 100% 被利用 ,在同

11、樣一臺(tái)投影機(jī)、 同 樣的光通量輸出下 ,使用激光光源產(chǎn)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(shí)的光影感覺和立體效 果。以往使用的傳統(tǒng)投影機(jī)對(duì)自然界中人眼可識(shí)別的色彩只 能表現(xiàn)出 30%左右 ,這樣觀眾在傳統(tǒng)顯示設(shè)備上觀看影片時(shí) 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(lán)三基色激光作為光源 ,可以實(shí)現(xiàn)自然界中 60%以上的人 眼可識(shí)別色彩 ,是傳統(tǒng)投影機(jī)的 2 倍以上 ,能夠再現(xiàn)最真實(shí)、 最豐富、 最鮮艷的色彩。 同時(shí) ,由于激光光源具有卓越的灰度 表現(xiàn)方面能力 ,在放映 3D 時(shí)能更加突出圖像的層次感 ,帶來 更強(qiáng)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(jì)約 150W 的紅、綠、藍(lán)激光器就可以很輕松地將激光投影機(jī) 單機(jī)的光通量達(dá)到 10 00050 000 流明以上 ,而且使用壽命可以達(dá)到 1萬小時(shí)至 2萬小時(shí)以上。 使用該技術(shù)投影機(jī)的影院 在大大降低影院的長(zhǎng)期成本同時(shí),還能夠提升影院的檔次和性價(jià)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(jié)構(gòu) ,無炸燈危險(xiǎn) ,無汞污染。第五 ,兼容性好 ,方便影院更新?lián)Q代