虚拟现实技术在电影中应用的简介ppt课件.ppt

虚拟现实技术 1 虚拟现实技术 01 02 03 04 05 虚拟现实技术的定义 虚拟现实技术的特征 虚拟现实技术的软硬件支持 虚拟现实技术在电影中的应用 结束语 2 01 虚拟现实技术的定义 虚拟现实 VirtualReality 简称VR 又称灵境技术 是以浸没感 交互性和多感知性为基本特征的计算机高级人机界面 它综合利用了计算机图形学 仿真技术 多媒体技术 人工智能技术 计算机网络技术 并行处理技术和多传感器技术 模拟人的视觉 听觉 触觉等感官功能 使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中 并能够通过语言 手势等自然的方式与之进行实时交互 创建了一种适人化的多维信息空间 3 02 虚拟现实技术的特征 交互性 在虚拟环境中 操作者能够对虚拟环境中的对象进行操作 并且操作的结果能够反过来被操作者准确地 真实地感觉到 浸没感 又称临场感 存在感 是指用户感到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度 多感知性 除一般计算机所具有的视觉感知外 还有听觉感知 力觉感知 触觉感知 运动感知 甚至包括味觉感知 嗅觉感知等 4 03 虚拟现实技术硬件支持 高性能计算机 虚拟现实系统必须有运算速度高 图形能力强的计算机硬件支持 以实时处理复杂的图像并缩短参与者的视觉延迟 跟踪定位系统 为了与三维虚拟世界交互 必须感知参与者的视线 即跟踪其头部的位置和方向 这需要在头盔上安装头部跟踪传感器 为了在虚拟世界中移动物体或移动参与者的身体 必须跟踪观察者的手位和手势 甚至于全身的各肢体的位置 此时参与者需要穿戴数据手套和数据服装 另外 也可使用三维或六维鼠标和空间球等装置与虚拟世界进行交互 立体声音响和三维空间定位装置系统 借助立体声音响可以加强人们对虚拟世界的实际体验 声音装置采集或合成自然声音信号 并利用特殊处理技术使这些信号在360 球体中空间化 使参与者即使头部在运动也能感觉到声音保持在原处不变 01 02 03 04 05 触觉 力量反馈装置 触觉反馈装置使参与者除了接受虚拟世界物体的视觉和听觉信号外 同时还能接受其触觉刺激 如纹理 质地感 力量反馈装置则可以提供虚拟物体对人体的作用力 或虚拟物体之间的吸引力和排斥力的信号 头盔显示器 头盔显示器提供一种观察虚拟世界的手段 通常支持两个显示源及一组光学器件 这组光学器件将图像以预先确定的距离投影到参与者面前 并将图形放大以加宽视域 5 03 虚拟现实技术软件支持 能够接受各种高性能传感器的信息 如头盔的跟踪信息 能生成立体的显示图形 能把各种数据库 如地形地貌数据库 物体形象数据库等 各种CAD软件进行调用和互联的集成环境 01 02 03 在软件方面 虚拟现实系统除一般所需的软件支撑环境之外 主要是需要提供一个产生虚拟环境的工具集或产生虚拟环境的 外壳 它至少具有以下的功能 具有典型代表性的虚拟现实系统软件有 虚拟世界工具箱WorldToolKit WTK MultiGenCreator Vega Maya IRISPerformer VTree OpenGVS等等 6 04 虚拟现实在电影中的应用 01 02 虚拟现实电影的关键技术 虚拟现实电影的技术实例 7 4 1虚拟现实电影的关键技术 立体显示技术 环境建模技术 三维虚拟声音技术 虚拟影像技术 8 电影画面和影像效果在观众视觉场域中要逼真地显示出来 就应该果断应用三维的立体显示虚拟技术 在实现视觉效果呈现和观众视觉审美相结合这一过程中 立体显示技术发挥了巨大作用 但同时它又是较为复杂和关键的一项虚拟技术 由于人类双眼之间的位置距离不同而形成了视觉差异 这个差异是由于两只眼睛的视线范围和感应水平的不同而造成的 因此在人们的两只眼睛上所形成的图形和影像感知也是有差别的 于是两只眼睛对正在放映的电影所呈现出来的视觉画面便产生了感官认知上的细微差别 当这两个有差异的画面感知与信息在人大脑中融合时 有空间感和立体感的物象随之出现 在观看电影时佩戴三维立体眼镜是目前电影观众最普遍的也是最容易接受的实现立体的虚拟影像还原的方式 三维立体眼镜可以使观众的双眼分别看到不同的影像 同时模拟出双眼看到的真实物体时的视觉效果 利用立体显示技术对数字化的虚拟影像进行展示方法有两种 一是同时显示法 即在电影银幕上同时显示对应观众左右眼的电影影像 通过这种方式显示立体影像和虚拟影像需要让观众在观影时佩戴具备相应功能的三维立体眼镜 另一种方法是利用人体眼睛的 视觉暂留 原理的串行式立体显示法 即以一定频率交替显示两幅电影画面和相关电影影像 用这种方法显示虚拟的电影影像就不需要观众佩戴眼镜 而是可以直接用裸眼看见电影画面中真实的3D影像效果 9 在电影画面中出现的虚拟场景 其环境的实时音响也应该符合观众在真实的物质世界中的听觉的感知方式 并且要尽力做到让观众在观看影片的同时 注意力完全集中于画面的情况下也能够准确地判断出电影虚拟环境中的声源位置 这种 虚拟与现实 相互交织和嵌套的声音技术操作系统 称之为 三维虚拟声音技术 利用这种虚拟技术 使观众可以真实 准确地识别出电影画面和场景中的各种不同性质的声音所来自的任何一个地方或者对应于现实物质生活中的某种事物的声音 这种虚拟三维声音技术强化了电影场景的真实感 使得观众能够全身心地投入到故事所设定的剧情中去和主角一起感受主人公的一切心理和行为动机 虚拟现实的三维声音技术在电影视觉接受和呈现过程中的作用 主要体现在以下几个方面 其一 虚拟环境中的声音为电影观众提供了另一种与电影中的任务和事件进行交互的方式 虽然这种交互不是实时的 但是至少在审美和感知接受的层面上增加了观众的认同感 使电影所传达出来的艺术理念和价值观念能够顺畅地得以接受 直至被理解 在不久的将来 电影观众通过使用虚拟现实技术的交互设备可以直接用语言和电影虚拟场景中的人和物进行实时交流和沟通 其二 电影影像中的环境和人物的部分信息可以通过虚拟现实的三维声音进行传递 使得观众能够更好地理解影片的内容和叙事手法 乃至更深层次的艺术思想和美学价值 其三 虚拟三维声音的空间信息要比视觉信息更加广泛 通过这种声音可以拓展虚拟环境的空间信息 从而扩宽了电影的艺术表现领域 增加电影场景变化的多样性 给电影观众提供更加绚烂多姿 丰富多彩的电影画面和美轮美奂的视觉效果 这些逼真的生动的视觉场景和逼真的虚拟声音相辅相成 形成极度逼近真实的视听盛宴 给观众心灵和肉体带来极大的震撼 10 在电影中营造一场场逼真的虚拟环境是虚拟现实技术在电影领域中应用的重要内容 而建造现实影像的三维立体模型首先就要营造虚拟环境和虚拟影像 对电影虚拟环境和虚拟影像进行建模的目的在于获取实际的物质现实生活中环境的三维参考数据 现实影像的各种属性 并根据电影观众的审美需要以及市场发展的规律 利用获取到的三维数据和属性参数建立相应的具有视觉消费功能和属性的虚拟环境模型 以期在电影艺术最终的视觉效果上达到最理想的状态 同时获得理想票房 虚拟环境的建模技术主要应用在三维立体电影中以及需要表现恢宏场面和科幻场面的科幻片以及灾难片中 像一般的二维影片 剧情片以及不需要太多技术参与场面制作的 11 上个世纪70年代后期 美国导演乔治 卢卡斯拍摄制作的 星球大战 及其系列影片开启了电影虚拟时代的大门 之后更多的电影在影像和画面制作上使用了数字化的虚拟影像技术 以使得影片在形式上占有优势 在视觉效果展现上具有先入为主的优势条件 这些影片中的数字技能 虚拟技术 合成技术等所造就的绚烂虚拟影像都是传统的电影制作技术所无法企及的 从某种意义上来说虚拟影像的技能绝不仅仅是创造新奇的 绚丽的电影视觉画面 它将涵盖前期的创作 现场拍摄以及后期的制作等所有的工艺流程 在前期的创作过程中将之后影片需要的场景 视觉以及情节等元素采用虚拟影像技术对这些进行虚拟 进而对虚拟的效果进行演练 从而在影片开拍和制作之前就能够获得一种最佳叙事技能 以期达到最佳的视觉冲击效果 在拍摄进行过程中 需要的影像素材如果用真实的摄影机拍摄不出想要的效果或者物质现实的影像不能满足艺术需要 则可以借助虚拟影像技术来达成 在电影作品的后期制作过程中 通过计算机将数字虚拟影像进行艺术化的加工 再把用真实摄影机拍摄的物质现实素材与虚拟出来的数字图像进行艺术化地人工合成 在计算机上根据艺术构思随心所欲地处理影片的影像 直至最后达到最佳的画面审美和视觉效果 12 4 2虚拟现实电影的技术实例 虚拟影像撷取摄影系统 电影中的动作捕捉 实时预览 13 虚拟影像撷取摄影系统 Fusion3 DCameraSystem是使用两台索尼HDCF950HD摄影机同时对物像进行拍摄以期在电影场景和画面中呈现出更强 更动感的立体效果 同时又不会使观看电影的观众感到头晕目眩 而是符合观众视觉审美经验的 首次应用虚拟影像撷取摄影技术的是 深渊幽灵 随后而来大多数3D虚拟现实电影都纷纷采用这种摄影技术进行拍摄 越来越多的虚拟现实电影在拍摄和制作电影场面和创造影像奇观时都会采用虚拟影像撷取技术 例如 非常小特务 地心游记 和 麦莉 赛勒斯演唱会纪实 等 地心游记3D 14 美国导演詹姆斯 卡梅隆为了让真实演员的表演与电影影像中的虚拟环境和各类物像能够顺利完美地契合在一起 于是联合创作团队的技术部门专门研发了一种可以随时进行场景和影像摄影的虚拟摄像机 利用这种虚拟摄像机可以将真人演员的动作实时地与虚拟环境的物像背景交互起来并实现彼此之间的融合 最后将融合之后的视觉效果呈现在LCD显示屏上 达到实时预览的技术与艺术要求 例如 电影 阿凡达 中 在使用动作捕捉虚拟技术的同时 演员在拍摄时需要穿上布满动作行为捕捉点的紧身衣裤 在摄影棚内技术人员还架设了一套 协同工作摄像机 来完成某一个场景的拍摄任务 这套技术系统由布满在摄影棚顶部的140个数字虚拟摄影机组成 这些摄影机在摄影棚顶部形成了一个捕捉舞台 对摄影棚内的所有将要拍摄的物像和演员进行环绕摄影 每个摄像机通过追踪现场LED灯打出的近似红外光谱的反射光线 及时将捕捉到的动作数据传输到另一套具有数据分析能力的技术系统中 再将光谱的反射与真人演员的运动曲线进行组合分析 从而得出整个镜头的立体模型 经过上述一系列的技术处理过程 由虚拟摄影机的处理器将这些数据再映射到后期的计算机处理过程中 从而使得虚拟化的场景和影像呈现出高度拟真的视觉效果 阿凡达 中的实时预览技术 15 在电影的拍摄过程中 有的电影场景和人物行为动作是真人演员或者真实的拍摄环境所不能完成的 这个时候便需要借助现代化的数字虚拟技术来进行动作捕捉 把要在电影中表现出来的行为动作进行数字化处理 收集到计算机处理系统中 再将其制作成需要的电影动作场景 作为制作素材存计算机磁盘中 具体操作过程是 在电影拍摄过程中 让真人演员穿上黑色紧身衣裤 在他们身体的各个关节处贴上一个反光跟踪器 由Motioncapture系统对他们的表演动作进行实时捕捉和定位 并记录下每一个关节点在三维空间中的位置与运动轨迹 接下来 由动作捕捉设备把之前拍摄采集到的动作数据和行为轨迹进行相应的技术编码 再把这些符码附加到虚拟的三维角色模型上 这样经过动作捕捉虚拟技术所创造的虚拟角色就可以在真实演员行为驱动下顺畅地表演出逼真的角色行为动作 许多现当代电影 尤其是好莱坞动作科幻片在电影制作和发行中均使用了虚拟动作捕捉技