浅析数字影视后期技术的现状及其发展趋势

1、浅析数字影视后期技术的现状及其发展趋势目 录中文摘要ABSTRACT1绪论1.1主题研究的背景1.2 主题研究的内容与目的 2 数字影视后期技术的相关概念阐述 2.1数字技术的概念及特点 2.2数字影视技术 2.3数字影视后期技术 2.3.1 数字影视合成与特效3基于数字平台合成与特效的具体运用 3.1. cgi技术 3.1.1运动与肌肉系统 3.1.2毛发系统 3.1.3动作捕捉系统 3.2 抠像合成 3.3虚拟摄像技术 3.4 表情捕捉技术 3.4.1 有标记点捕捉 3.4.1无标记点捕捉 3.5 massive程序4合成与特效行业国内外发展现状 4.1美国 4.1.1工业光魔 4.1.2

2、数码领域 4.2 澳洲 4.2.1 维塔 4.3英法 4.3.1 the mill 4.3.2 buf 4.4国内 4.4.1华龙， 4.4.2水晶石5数字影视后期技术前景 4.1数字影视后期技术发展趋势 4.2 数字影视后期技术多领域的运用 4.3 数字影视合成与特效对中国电影美学的思考 结语参考文献 2 国内外特效公司概况 2.1工业光魔3.2.1 cgi技术CGI技术，即电脑生成图像技术（computergenerated imaging），简称CGI，有人把它称之为“高保真”数码技术。其技术过程是通过电脑将影像分解成像素或直接采用影素信息捕捉手段由模拟转向数码，在二度创作中生成你所希望

3、的任何物体。一方面CGI技术与传统动画相比更具备写实主义风格，它极力追求创造一个完全令人信服的虚拟人物形象或事物；另一方面CGI技术希望能够比真实更真实，比戏剧更戏剧。CGI技术不仅用于创造一些奇幻的星球或者超现实的未来城市，同时还期望能获得和照片一样逼真的效果。CGI技术是一个用于定Web服务器的与外部程序之间通信方式的标准，使得外部程序能生成HTML、图像或者其他内容，而服务器处理的方式与那些非外部程序生成的HTML、图像或者其他内容的处理方式是相通的。因此，CGI程序册仅使你能生成表态内容而能生成动态内容。使用CGI技术的原因在于它是一个定义良好并被广泛支持的标准，没有CGI就难以实现动

4、态的Web页面。进随着电脑生成图像技术的不断发展与逐渐成熟，计算机系统衍生出成体系的技术，加快了大银幕上不同类型的虚拟场景，人物和生物的进化。其中主要的cig技术包括：运动与肌肉系统，毛发系统，动作捕捉系统。运动与肌肉系统：从1933年，利用逐格动画技术创造的虚拟角色“金刚”演变到现在，角色本身发生了质的飞跃。模拟仿真生物角色增加了肌肉组织来模拟真实生物的动态习性，这样模拟的CG角色看起来更加形象，运动是动作更加逼真，肌肉组织不仅仅应用于运动中，也可以在静止状态下帮助虚拟角色控制面部表情，计算机操控仿生骨骼与肌肉群调整运动幅度为虚拟角色增加立体感。例如侏罗纪公园中的巨无霸怪兽恐龙，以及2014

5、年里约大冒险2中很宅的cg鹦鹉布鲁与美丽勇敢的珠儿，运用cgi.技术给观众留下深刻的映像。毛发系统：动画怪物史莱克（2003）根据动力学原理开发了虚拟角色的毛发模拟器，让角色的 头发与胡子呈现出日常态，例如在模拟女性角色的头发时，女性角色的头发会随着身体的移动而移动，在电脑制作过程中，特效美术师先将头发至于肩膀两边，然后设置摩擦力，风力，等参数使头发能够匹配身体的运动。虚拟角色的胡子相对较难，不仅要让胡子有动感，又要保持一定的游离状态并不简单，首先要模拟虚拟生物相同数量的头发，根据毛发与身体的碰撞，分层进行计算调整，让身体与毛发相交的部位有互动感而不显得僵硬或过度柔软。毛发系统有质的飞越是黄金

6、罗盘（2007）中的cg熊,精致的毛发效果与马达加斯加2（2008）中随风摆动的狮子毛。毛发系统彻底模拟了现实生物中的模样与外部形态，大银幕上活灵活现的呈现了虚拟生物，受到观影者青睐。动作捕捉系统：动作捕捉系统是维塔数字特效公司研发的技术，首次在指环王（2001）中使用，创造了一个由演员andi serkis 通过动作捕捉系统实现的虚拟角色“咕噜”，凭此项而获得了奥斯卡最佳视觉特效奖，动作捕捉技术的诞生，将数字影视后期技术推到一个新的层面，演员首先要穿着带有捕捉跟踪器的服饰在绿幕或蓝幕下表演，动作捕捉系统通过传感器可以记录演员表演的肢体动作，真人演员的表演通过动作捕捉系统直接转化成CG角色的动

7、作，这样就减少了CG制作过程中繁杂的动作调试，并且在生动性上远远超过人为的在计算机上的设定。例如继andi serkis出演指环王中的“咕噜”后又成功扮演2005版的“金刚”。成为数字影视合成史上首位多次通过动作捕捉技术饰演虚拟角色的演员。在此基础上，詹姆斯卡梅隆在阿凡达（2009）中对动作捕捉系统进行改进，增加了表情捕捉系统，再度摘得奥斯卡各种桂冠。至今为止，CGI技术已经被广泛地运用于影视动画的创作中，成为其发展的又一新阶段。动画片创作经历了手绘动画、计算机辅助动画、计算机生成动画这三个发展阶段。而计算机生成动画就是我们前面所说的CGI技术。从20世纪90年代开始，每年获得奥斯卡最佳视觉效

8、果奖的影片没有不采用CGI技术的。CGI技术无需摄影机的介入，二十依靠计算机创造出的一种“虚拟的现实景象”，一种亦真亦幻的三维空间。现在三维技术已经渗透到其他行业，现在很多商业中心已经出现了各种多维世界体验中心，将人放在亦真亦幻的场景中去真正感受IT技术带给人的美好享受。当然，CGI技术在向前发展的路上必须要面对的一个问题便是经费和开支问题，从上面的数据可以很明显的看到，制作一部质量非常高CGI电影，需要消耗巨大的人力、物力、财力。恐龙这部影片花费了大概3.5亿美元，虽然上映后，票房全线飘红，但是我们更加希望看到的是低成本高回报的电影。巨大的消耗往往意味着浪费和不必要的开支，所以在CGI技术推

9、动影视业不断向前发展的过程中，我们不得不考虑这一点。3.2.2 抠像合成技术 利用色差系统从一幅单色背景上分离出图像，肉厚将它合成到另外一幅背景图上，这种技术已经成为当今最常用的的特技之一数字合成软件允许使用者指定一个颜色范围，颜色在这个范围之内的像素被当作背景色，相应的Alpha通道值设为0；在这个范围之外的像素作为前景色，相应的Alpha通道值设为1.所以最重要的一点是前景物体上不能包含所选用的背景颜色。从原理上来说，只要背景所用的颜色在前景画面中不存在，用任何颜色做背景都是可以的，但实际上，最常用的是蓝背景和绿背景两种。原因在于，人身体的自然颜色中不含这两种色彩，用它们做背景不会和人物混

10、合；而且这两种颜色是RGB系统中的原色，也比较方便处理。我国一般用蓝背景，欧美一般用绿幕，因为很多欧美人的眼睛是蓝色的。为了便于后期制作时通道提取，绿幕拍摄时，有几点要注意：第一是前景物体上不能包含所选用的背景颜色；第二是背景颜色必须一致，光照均匀，要尽可能避免背景或光照深浅不一。有时候需要抠像的镜头比较困难，用上述原理很难得到理想的效果。比如非常微小的物体，或者是半透明的物体，例如头发丝、烟雾、纱；或丝绸、水流、玻璃等。有些合成软件专门针对这些情况设计了更加复杂的抠像算法，可以得到满意的效果，例如NUKE中著名的抠像工具Primatte，利用色度的差别进行抠像并不是唯一的办法，人们还经常利用

11、明暗进行抠像，这称为亮度键（Luminance Keying）。这种方法一般用于非常明亮或自身发光的物体。把明亮发光的物体放在黑暗的背景前拍摄，灯光只打亮被摄物体，就可以拍到背景全黑、前景明亮的画面，然后利用它们的亮度差别来提取通道。拍摄爆炸、火星、烟雾等常常使用这种办法。在实际制作中，这些手段通常都不是单独使用的，而是若干种方式混合使用。即使对于绿幕抠像，也常常需要用手工方式把背景上某些杂物挡去，这称为垃圾遮罩。对于画面的不同部分，常常需要设置不同参数来进行抠像，才能获得最佳效果。最后产生的通道很可能还需要用roto方式加以修补。总之，高质量的通道是高质量合成的基础，因此，必须调动一切可能的

12、办法（包括前期准备和后期加工），来确保通道的质量。3.2.3 虚拟摄像技术先简单介绍一下现代科幻电影的拍摄方法，排除掉实景拍摄的镜头，其他的银幕画面主要需要经过三个阶段的制作，分别是数字建模，用maya,3dmax等软件上作出虚拟人物的模型；虚拟摄像，让演员穿上传感器的衣服装置，通过表演捕捉等技术采集身体各部分的参数样点并运用在虚拟模型上，让模型动起来；第三部分就是渲染，通过计算机技术让人物合成在虚拟环境当中。而虚拟摄像技术就出现在第二环节。 这里以阿凡达为例。为还原人物形象，导演詹姆斯卡梅隆花费10年时间在维塔公司技术成果上研究开发出新一代的动态捕捉技术和全新的3D摄影机，亦或3D虚拟影像撷

13、取摄影系统。演员穿上贴满各种传感器的特制服装进行表演，经拍摄后传导至电脑进行仿真成像，新系统规模比以前的动态捕捉大6倍，演员头上安装了可监察眼睛、嘴角和任何细微动作的高清摄影机，制造出超强真实感。新一代的虚拟摄影机采集真人表情样点，并将这些表情“粘贴”在经计算器加工后的纳威人脸上。在拍摄时，演员戴上高清摄像头，记录表情情绪变化，最后通过模拟仿真制作出表情丰富的动画人物。在摄制过程中，除了采集演员面部信息外，摄制人员还特制了一套“协同工作摄影机”，140部摄影机多角度拍摄演员身上反射过来的光线，然后传输到计数机处理获得整个特效镜头。在这套虚拟摄影系统设备当中，装备了一块高达3米的LCD显示屏，在

14、摄影机通过传感器捕捉演员表演的同时，导演能从这块LCD显示屏上预览到演员“化身”为蓝色纳威人在潘多拉星粗大树上的行走效果。这项即时的渲染技术解决了后期合成中存在时间差问题，加速了拍摄与合成效率。 由于阿凡达60%的镜头都是后期特效合成制作的，传统实景拍摄的手持摄影、摇臂摄影等设备对于拍摄阿凡达这类大型科幻电影有着很大局限性，而卡梅隆运用自己开发的虚拟摄像机解决了这一问题。使用这个虚拟摄像机，不仅可以预览已经结合了演员表演和虚拟场景的画面，还能铺设出导演构思的所有镜头运动。在这个过程中，运动轨迹能够被动作系统捕捉下来，并合成到后期的画面进行处理。依靠这套神奇的设备，卡梅隆实现了十年前不可能实现的

15、镜头画面的愿望。 3.2.4 表情捕捉技术在前面已经提到阿凡达使用的表情捕捉技术，让演员头戴一个固定有微型摄像头的特制头盔装置进行表演，在面部设置若干采样点。但这也存在着一些缺陷，我们知道人脸上的肌肉群非常密集，所以必须要贴上非常多的点才能有较好的效果，而且脸上贴着这些记录点脸多少有点怪异，演员做表情多少有点阻碍而且面部表情不是十分自然，因为这种方式终究就只是记录了点的变化，但是脸部表情牵动的是整体脸部的肌肉群的变化，单靠点的变化难以达到十分逼真的效果。无标记点人脸表情捕捉技术是表情捕捉技术的一个新的方向，区别于发展相对早的有标记点的捕捉技术，无标记点的捕捉技术在目前正处于研发阶段，数据获取是

16、难点之一。这技术融合了图形图像处理、计算机视觉设计、计算机图形学等多个学科，是目前热点研究方向。 首先，利用计算机建立一个人脸表情变化的模型，包括嘴角，眼角等部分的特征点和全局的网格，其中特征点由 ASM（Active Shape Model）算法识别人脸得到，然后根据特征点的分布生成均匀的网格。此模型包含大部分人脸面部，可以较精确的描述绝大部分表情变化。然后以此人脸模型为前提提出一种新的表情捕捉方法。使用光流跟踪特征点的运动变化并辅以粒子滤波稳定特征点的跟踪结果，以特征点的变化带动网格整体变化，作为网格跟踪的初始值。使用网格的形变计算方法作为网格的驱动方式，以线性与非线性相结合的方式跟踪网格

17、的变化来呈现出表情的捕捉。最后，用捕捉到的表情变化数据驱动各类人脸模型，包括二维卡通话的人脸和模拟三维真人人脸模型都能取得较好的动画效果得到预期的效果。 这里以黑色洛城制作为例。影视动画行业已经具备了制作出真实环境与物件的能力，但是脸部动态捕捉没有什么实质性的飞跃改进，他们使用了分公司Depth Analysis(深度分析)所研发的新脸部捕捉技术系统，他们称之为Motion Scan，而黑色洛城也是该公司导入该技术的第一个商业作品。这项技术不用像阿凡达中纳威人脸上贴满各种点，只需坐在一个特别的房间的中央，利用32台高精确的摄像设备，同时记录头部的变化特征，就可以收集脸部全方位的任何细微的变化，

18、然后把收录下来的脸部变化数据直接转换为3D模型。效果当然是比传统那种只记录十几、二十几个点的脸部捕捉更为逼真与自然。但是由于运用到32台高精确的摄影机同时记录运动变化，所以产生的数据量非常自多，处理起来就显得更加困难，根据Depth Analysis公司数据监测，它们目前每天仅仅只能作收录不到一个小时的捕捉工作，经后期剪辑后每天产出约20分钟的脸部动态。经计算，一天收录的数据资料量达4TB(4000GB)的资料，我们知道网上下载一部普通的高清电影平均不到5G,其中1GB资料其实只包含一秒钟的信息量，而这些资料都要都要后期在计算机上处理，因此没有庞大的数据处理库与设备，想要制作出一部标准时长而画

19、面又精致的影片根本不可能实现。3.2.5 massive程序面向多学科应用的模拟与可视化环境(MASSIVE, Multidisciplinary Applications一Oriented Simulation and Visualization Environment )。可应用于数字影视后期的集成化网格环境。它主要功能是大规模数值模拟对计算能力、存储、网络的需求等问题。我们知道以前拍场景宏大的战争场面，例如勇敢的心，为了节省成本，基本上黑压压的士兵部队是通过几十人反复复制黏贴或镜头视觉差拍摄出来的，其结果银幕人物好像都是阅兵式一样整齐划一，但是有了Massive后，就能为成千上万的人物安上“大脑”。Massive群组模拟软件十分智能，其本质是利用C语言