从IMAX 3D电影《大明宫传奇》谈立体技术与特效

从IMAX 3D电影《大明宫传奇》谈立体技术与特效
徐晋非
【摘要】本文从技术上讲述3D立体成像原理的同时,还重点从人视觉的生理特点和心理角度来讨论立体影像的产生和构建方式。

并结合亚洲首部IMAX 3D电影《大明宫传奇》谈IMAX 3D的特效制作过程。

【期刊名称】《现代电影技术》
【年(卷),期】2011(000)002
【总页数】6页(P20-25)
【关键词】IMAX;3D;立体成像;自由视野;深度范围;深度每秒
【作者】徐晋非
【作者单位】北京上造影视文化有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TP317.4
《大明宫传奇》是一部IMAX 3D的特种电影,讲述了由一幅大型考古壁画引出的传奇故事。

在中国古代历史最辉煌的唐朝,来自波斯的王子在大朝会上对美丽的大唐郡主明月一见倾心。

为了赢得美人的芳心,他历尽千难万苦的考验,最终抱得美人归返。

在这部影片中,安排了众多具有视觉冲击力的场景:大型宫廷歌舞、皇家马球比赛、贵族狩猎场等等。

为了配合IMAX 3D电影的制作特点,在设计视觉特效场景时,也尽量追求真实感与沉浸感,给观众身临其境不同寻常的视觉体验。

作为一部完全符合IMAX院线放映标准的3D电影,这部影片将会在宽幅达二十多米的“巨
幕”上播放,拍摄和特效质量完全超越了一般院线级电影,其制片技术水平在中国乃至世界也是不多见的。

《大明宫传奇》的摄影师是好莱坞IMAX3D摄影师Reed Philip Smoot,摄影机使用巨幕立体摄影机-双子星全程拍摄,这也是这台摄影机首次进入亚洲。

近年来,大部分IMAX电影都是利用后期技术将普通电影转换成IMAX格式进行放映。

而IMAX 3D电影更是通过2D转3D技术成为IMAX 3D格式。

《大明宫传奇》则是全片都使用巨幕立体摄影机进行拍摄,为今后拍摄IMAX 3D主流商业电影长片储备了实战经验。

由于影片要赶2010年10月1日上映,之前还要有一个月的时间在美国进行最终的DI和立体调校。

这部电影的制作周期非常紧张,从开拍到开始制作特效镜头再到最终完成,大概用了4个月的时间。

在制作整部影片的特效之前,我们的团队先仔细了解和普及了IMAX和3D立体知识。

IMAX源自英文“Image M axium”(图像最大化),是目前世界上较好的影像系统,同时,它对特效制作的要求也是最高的。

IMAX 3D则是IMAX影片的立体放映技术。

在立体电影的制作过程中,遇到了众多的细节技术问题,我们咨询请教了众多国内外立体方面的专家学者,并多次得到好莱坞立体技术泰斗人物PeterW illiam Anderson指导和帮助,为我们解决很多在观念上存在的疑惑。

立体电影的原理简单,但是真正能够运用自如,却不是一件容易的事。

很多讲立体成像原理的知识,都是强调物理和技术上的3D产生原因。

确实,立体电影的拍摄和制作,是一个极其复杂的过程,从原理到具体制作实施,有很多必须客观考虑的因素:如放映屏幕的大小、观众座位的远近、还有每个人的瞳距差异等,都会或多或少的影响到观看质量,这些技术环节在制作中需要考虑和衡量。

另外,前后镜头剪接的深度关系匹配,运动方式和镜头引导心理,都是制作中要考虑的重要因素。

下面要说的立体成像原理,是从人的思维习惯和生理反应角度简单阐述一下。

在现实生活中,人们通过眼睛观察的周围环境之所以是立体的,是因为人的两只眼睛
所处的空间位置不同,可以从两个不同的视角同时获得两幅不同的场景图像。

人的
大脑对这两幅图像进行处理后,不仅能分辨出所观察物体的颜色、质感等光学信息,
还能根据两幅图像的差异判断出物体与双眼的距离等空间信息,这样一幅立体的画
面就呈现在脑海中。

我们看到的是一对一对的平面影像,然而感受到的是3D的世界。

这个过程是我们
的大脑在眼睛中截取平面影像,然后构建出一个3D影像。

从黑白电视到彩色电视
的变化,增加了视觉信息量,减少了视觉系统和大脑的负担,因为大脑不用猜测画面上物体的色彩了。

而从平面电影转到立体电影的过程,是增加了大脑和眼睛的工作量,
因为这个时候眼睛看到的是两个画面,大脑需要对这两个画面进行判断来形成一个
3D画面,而且这其中,大脑还需要排除比如3D效果不好这样一些干扰性的因素。

所以立体电影的制作是一个更加复杂的过程,要考虑的因素很多。

立体影像感知能力会在物体距离太远时消失,在现实中,这个距离大概是100m-
200m。

这时我们的对深度的识别度趋向于0,这就是立体电影的“深度范围”。

“深度范围”在电影院里一样受到这个距离影响局限。

这和观众距离屏幕距离、屏幕大小、屏幕的分辨率、投影放映设备的好坏有关系。

也就是说,屏幕越大,分辨率高,影片图像编解码的时候压缩少,投影设备的流明很高,观影距离合适,立体效果就越好。

而在真正的3D立体剪辑时,“深度范围”这个概念,也是要时时考虑和在镜头
承接关系中体现。

我们在日常生活中,都靠眼睛上的肌肉来控制视线,看越远的物体时,比如远处耸立的楼房、天上的云朵、夜晚的星空,这时视线平行,眼睛很放松。

而看越近的物体,比如某个物品的特写或局部,需要眯起眼睛来对视,有时为了看清楚眼睛会很费力还会有
胀眼疼痛感觉,这个动作叫“汇聚”。

也就是说,我们在观赏一部3D电影的时候,我们的眼球其实是“聚焦”在影院的大屏幕布上,但是我们的视线这时可能是“汇聚”
在影院大屏幕布和观众之间,空中的某个地方。

我们的眼睛会适度调节来适应去看影片中放映内容的位置。

“聚焦”和“汇聚”是并不同步的,而我们却可以同时进行。

我们人类可以分别控制汇聚和聚焦这两个功能,有一个专有名词形容这种情况叫“自由视野”。

“自由视野”的存在也是我们能够做立体电影的原因之一。

需要说明的是,这个视觉功能并不是眼睛本身自然的反应,是在特殊情况下大脑强迫眼睛去这么做的。

长期以来,我们看习惯了2D平面电影的播放方式,在接触立体电影时,大脑需要一个调试时间来指挥眼睛去转换适应3D的画面。

这个指挥和调试时间因人而异,年龄大的人会比年轻人更难适应,并且看多了立体影像会觉得眼睛累和紧张。

所以,3D电影是一个让眼睛和控制眼睛的肌肉和大脑指令配合运动锻炼的过程,通过一定的训练,可以使眼睛捕捉3D的能力加强。

对于电影从业者,需要强化这个能力,方法可以每天看出屏效果很强的立体影像、剪接节奏、画面切换频率加快,适应迅速的3D深度变换,坚持一个月左右。

对于普通观众而言,最好的3D锻炼就是每月都看一两部新的立体电影,逐渐提高整个3D电影观众群的3D空间识别能力。

这也就希望我们的导演能够多拍一些立体电影给大伙看,让观众们能够有更多机会锻炼眼球,培养对3D效果的适应能力。

就像电影的放映速度是24格每秒一样,3D电影的在3D深度上,也有“深度每秒”的识别速度,这个速度随着对立体电影适应,将会越来越快。

最后,还有一种情况值得注意,制作立体电影时人们很强调立体感,尤其在我们国家,希望每个镜头都有很强的立体效果。

比如一些动作武打场面,还有的影片人为加快一些剪辑节奏,较多运用两极镜头,以此来突出立体效果。

这就导致了立体的密集程度加重,观众在观看同时会不知不觉超负荷,感到眼睛受到压力,感觉非常不舒服,这种不舒服感会随着画面刺激的增加而升级。

有的人甚至会眩晕、恶心和呕吐。

这时候,立体效果成了一种视觉负担。

所以,目前在我国接触立体电影时间不长、产业刚刚
兴起时,希望在立体电影制作理念上步伐放缓一点,剪辑节奏放慢一点,MTV式的剪辑风格在3D电影进入院线的前几年不太适合。

观看立体电影也有一个适应过程,我们看了几十年的2D影像,只看了几部或者十几部3D影像,所以2D的观影模式还是挺根深蒂固的。

有些情况下不能实现立体效果,或减弱立体效果,如空气污染造成景物模糊不清,特定视野被破坏的场景。

另外据统计有3%～15%的人没有立体调节能力或者立体调节能力弱,看不到立体效果,这些都是立体盲目。

但是,导致立体盲目最普遍和主要的原因是电影院的立体放映设备不好。

80%会因为这个因素在观看立体效果的影片时受到干扰和影响。

还有一些影片拍摄和后期制作时,艺术上和技术上的原因也会影响立体效果,比如拍摄物体本身的结构、画面色彩搭配、摄影机的运动轨迹、快门不匹配、画面元素层次位置摆放,都会有可能破坏立体效果和深度感知。

另外有时候象灯光、闪光或者反射光,还有水、玻璃或者光滑表面物体的折射光,任何差异处理不好都会出现很明显的错误。

在制作立体电影的特效镜头时,三维环境和放映环境的匹配和预估非常重要,也是无法在短时间内就可以应用自如的功夫。

现实工作中,放映环境和三维环境一致的要求并不能总被满足。

如各影院的屏幕有大有小,观众离屏幕的距离有远有近,观众相对于屏幕可居中可偏离等等。

在这样的情况下,三维制作人员在制作阶段无法很清楚地在电脑上预估最终的“出屏”效果,会导致最终放映的偏差。

因此,比起传统影片镜头,制作立体影片会涉及到更多技术要求和艺术表现方法,经验积累和立体感觉就很重要了。

《大明宫传奇》从胶片拍摄、底扫、特效、到最终DI完成,始终是在4K平台上完成的。

最终提交的特效镜头画面尺寸是4096×2340,.tiff格式的8bit线性DPX图片序列。

按照特效镜头种类不同,使用不同的制作软件。

最后,后期统一在Nuke里合成输出双眼序列。

沙漠和雪山镜头在Maya、和Zbrush中完成模型和渲染,场景
类镜头主要在3ds Max中完成、草原镜头用了Vue,猎鹰角色使用XSI制作。

火焰和烟雾使用了3dsMax的Fume插件。

图3a和图3b是一个镜头中左右眼两个画面的单帧截图,图中的立体前后关系是,前景树冠为出屏很强的部分;中间城墙和阙楼处渲染面的位置,基本没有出屏效果;后景的建筑和远山是入屏效果最强的部分。

也就是说立体效果从前景树冠出屏到后景远山入屏的两个极端,立体由强到弱,再由弱到强,这样的画面立体效果层次才会丰富,使观众体验到身临其境的感觉。

图3c是在三维软件里制作了一个立体摄影机的示意效果,很明显地说明镜头中景物所位于的立体空间位置。

最右边第一层为出屏效果,中间两层为屏幕位置的渲染面,渲染面到后景远山为入屏效果。

因此,比起传统影片镜头,制作立体影片会涉及到更多技术要求和艺术表现方法,在立体镜头中,经验积累和感觉很重要,尤其是三维环境和放映环境的匹配和预估。

由于《大明宫传奇》中涉及场景众多,而且大部分都是全景镜头和鸟瞰镜头,最让人头疼的问题是一切都无法作假了。

在以前制作影片时经常使用的MP、片树、素材光、云、火、烟等等方法,统统都不能被使用,戴上立体眼镜后,这些元素的破绽和缺点全都一览无余。

在一个 3D的立体环境,观众的视线是发散的,你不能要求每个观众只看想让他看到的地方,整个环境和细节都被放大投射到了“巨幕”上,每一个地方都不能有漏洞。

为了达到最高质量的影片要求,唯一的解决方法就是全部使用真实的精细模型。

包括场景里的模型树,云、雾、火、烟、体积光都在三维软件里渲染,这样才能保证每个镜头在戴上眼镜后,看到的是真实的立体环境。

这么做的直接的后果就是工作量和渲染时间被大大的增加了。

这时整个场景变的非常巨大,在立体效果调校时,场景中每个物体元素的位置摆放、层次和零视差位置、出屏位置等关系都要弄清楚。

当所有元素都放到一个场景里时,每一次操作和渲染测试时间都变得极其漫长。

在紧张的制作周期压力下,镜头的制作流程也必须合理分配,模型和贴图都统一制作并打包归类。

由于数据量巨大,存取目录统一由服务器作为路径。

对于局部特写镜头,模型和贴图精度都尽可能的细化到像素级,任何一点小误差,在IMAX屏幕上都有可能放大100倍被清晰的呈现。

当遇到有些实在庞大复杂的场景和物体,用焦点和景深变化,控制了一些镜头的视觉焦点。

在整个制作环节中,最关键的问题是解决立体效果的调校与控制问题。

对于立体调校,也是一个从逐渐认识到应用的过程,我们用公式脚本来控制摄像机的位置和瞳间距。

在Nuke里用简易红蓝眼镜在24英寸显示器上测试立体效果,之后在公司自己搭建了一套银幕3m左右的立体放映设备,并同时去北京电影学院数字多媒体研究中心测试两路4K DPX序列的最终立体影院效果。

在反复的测试和调校后,当特效序列文件送到好莱坞做最终DI时,得到的观看感受和我们设定的立体效果基本一致。

影片结尾,在一个连续的镜头运动过程中,表现大明宫从衰败到焚毁再到一千多年的时光流逝,演变成现代人类的大遗址。

这个镜头一开始是以一个宫殿的局部房檐开始的,镜头会扫过房顶的残破的瓦片,随一片树叶被风吹起,引出后景整个大明宫正在被焚烧的画面。

首先这个镜头遇到的难点是前景的特写问题,敢让几片瓦占据了整个IM AX 3D影院的屏幕,是需要一定的把握的。

在IMAX屏幕上,每个瓦片会放大到1m2大一块,这时既要保证让观众看不出任何瑕疵,还要在其中设计大量的细节元素来丰富画面。

单这些瓦片的模型精度和贴图尺寸都是一个庞大的工作量,我们还在其中加入了沙粒碎石和被风吹动的房顶枯草,真实的三维火焰和浓烟使用了
3dsM ax的Fume插件,草的动画在Maya里完成,瓦片细节在Zbrush里雕琢。

许多元素在不同软件里完成制作,最终在Max和M aya里调校了相同的立体摄影机,分别渲染了瓦片和枯草动画,在 Nuke里多次测试,才匹配出理想的立体效果。

接下来遇到的第二个难点是近景与远景的立体关系问题。

由于这个镜头一开始的画
面是特写镜头,我们设置出屏效果时,也是以特写镜头里的元素关系和出屏强弱设置立体摄影机。

随着镜头的移动升起,景别也从特写变成了大全。

如果不是立体电影,看这个镜头时不会有任何视觉变化。

可是在立体电影中,这个时候场景里物体的立体关系已经完全发生了变化,之前强烈出屏的效果在后面的大环境里变得极弱。

这个时候镜头里物体的纵深感加强了,但是没有了出屏效果。

想既保持一定的出屏效果,又保证一定镜头深度,我们借鉴了一些国外3D电影的制作方法,并用这个镜头做了一个立体摄像机的实验:
我们在这个镜头中架设了两套也就是6台运动路径、景别完全一致的三维立体摄影机。

分别设置每套摄影机摄影机的立体参数,第一套摄影机也就是前景摄影机设置一个出屏范围和零视差截面,它只负责前景物体的出屏效果。

第二套摄影机也就是后景摄影机设置一个新的出屏范围和零视差截面,它来负责全景时物体的立体效果。

分别渲染出的4套镜头序列在Nuke里合成最终立体效果,完成了这个两种立体关系存在于一个运动画面的镜头。

需要说明的是,这个镜头带有一定的实验性,目前还没有得到权威立体专家确认或者肯定。

《大明宫传奇》这部IMAX 3D电影制作完成,有很重要的实践意义,为立体电影的制作积累了很宝贵的经验。

同样,这部影片对于我们制作团队也具有开创意义,为今后制作更具影响力的电影作品打下了良好的基础。