如何制作三维立体电影

三维立体电影制作流程

三维立体电影，即我们常说的4D电影，是立体电影和特技影院结合的产物。随着三维软件在国内越来越广泛的应用，4D电影也得到了飞速的发展。运用三维软件制作立体电影有其独特的优势，如三维场景本身就具有立体特性，与立体成像相关的各种参数非常容易在软件环境中调节等。本文具体讲解了三维立体电影制作的原理及常见问题的解决方法，以后我们还会在具体的制作方面继续探讨，希望广大对立体电影感兴趣的朋友不要错过。

4D电影

4D电影是立体电影和特技影院结合的产物。除了立体的视觉画面外，放映现场还能模拟闪电、烟雾、雪花、气味等自然现象，观众的座椅还能产生下坠、震动、喷风、喷水、扫腿等动作。这些现场特技效果和立体画面与剧情紧密结合，在视觉和身体体验上给观众带来全新的娱乐效果，犹如身临其境，紧张刺激。

4D影院最早出现在美国，如著名的蜘蛛侠、飞跃加州、T2等项目，都广泛采用了4D电影的形式。近年来，随着三维软件广泛运用于立体电影的制作，4D电影

在国内也得到了飞速的发展，画面效果和现场特技的制作水平都有了长足的进步，先后在深圳、北京、上海、大连、成都等地出现了几十家4D影院。这些影院大都出现在各种主题公园（乐园）、科普场所中，深受观众和游客的喜爱。

运用三维软件制作立体电影有其独特的优势，如三维场景本身就具有立体特性，与立体成像相关的各种参数非常容易在软件环境中调节等。所以，计算机三维

技术应用于影视行业后，很快就出现了三维立体电影，如大家俗称的3D电影、4D电影。美国迪士尼乐园中的蜘蛛侠（SpiderMan），更是解决了“三维立体跟踪渲染”技术，使画面中的立体场景能够根据游客的运动轨迹自动地转换透视关系，能够适时地保持虚景（三维画面）和实景（现场布景）一致和连续的透视关系，大大提高了画面的真实感。那么，怎样运用三维软件来制作立体电影？制作过程中要注意哪些问题？本文将通过对三维立体电影的制作原理的详细分析，探讨一些常见问题的解决方法。

人眼的立体成像原理

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。

利用三维软件形成立体图像

利用三维软件制作立体电影，需分别考虑两个环节，即三维环节和放映环节。

在三维软件中（图2 a），为了模拟双眼的立体成像原理，必须用两个摄影机同时渲染场景，这两个摄影机的相对位置，应尽量与人的两眼的相对位置一致，

它们的间距称为镜距（camWide）。通常，我们将其中一个摄影机命名为LCam，它位于相当于人左眼的位置上，物体A经它渲染后，所形成的像素位于其渲染平面的Al处；另一个摄影机命名为RCam，它位于相当于人右眼的位置上，物体A经它渲染后，所形成的像素位于其渲染平面的Ar处。

从图中可以明显看到，由于两摄影机的位置不同，它们分别渲染的场景会有少许差别。有些读者认为这两幅画面仅仅是“错位”了，因而认为将任何一幅画面

经错位处理后就能形成立体画面。实际上并非如此简单，经Lcam和Rcam所渲染的图像，虽然看起来差异不大，但它们却包含着不同的透视信息，这才是形成立体视觉的关键元素。

图1b 三维软件中的立体渲染镜头，及物体A的渲染过程

图2b 放映环境中观众的双眼和屏幕，及A`的成像过程

在放映环境中（图2b），当把两摄影机所渲染的画面同步投放到同一屏幕上时，必须采取适当的画面分离技术，使观众的左眼只能看到Lcam渲染的画面，而右眼只能看到Rcam渲染的画面。常用的画面分离方式有“偏振光式”和“液晶光阀式”，两种方式都需要配戴眼镜来协助分离画面。如用裸眼会看到画面呈双影，没有立体效果。

在播放环境中，用两放映机分别将两渲染面投放到同一屏幕上，像素Al和Ar出现在图2b 中屏幕的不同位置，通过画面分离技术，Al只能被观众的左眼看见，Ar只能被右眼看见，两眼视线交叉于A`。观众感知的A已不在屏幕上（即已“出屏”），形成了一个有距离信息的立体像A`。这样，三维场景中的物体A，就立体地还原在观众眼前。这就是三维立体电影的制作原理。

如何准确地控制“出屏”的距离

在实际应用中，经常会出现一些困惑：在三维场景中，即使物体A已经离渲染镜头很近了（如已经小于30cm了），但实际放映时，仍觉得想A` “出屏”不够，没有“触手可得”的效果。

相反的情况也时有发生，即观众觉得像A`太近，导致胀眼和无法聚焦。

所以，如何在制作环节中控制最终的“出屏”效果就显得非常必要。在三维立体电影的制作中，我们经常追求“触手可及”的效果，这个距离约为30cm—50cm。我们对比三维环节和放映环节，当屏幕对观众眼睛的张角β与在三维软件中镜头的水平张角α相等，且渲染镜头的镜距camWide与观众两眼的距离eyeWide相等时，即β=α，且eyeWide=camWide时，则D`=D。也就是说，此时可以通过控制三维软件中物体A与渲染镜头的距离D，在播放时精确地定位A`到观众的距离。实现了在三维环境中的“可见”，即实现了播放环境中的“可得”。

图3

在三维环境和放映环境中，当camWide = eyeWide，且β=α时，则D = D`，所见即所得。可见，放映环境与三维环境的一致，给精确定位A`提供了最好的操作性。在这样的环境下，三维制作人员在制作阶段就能很清楚地预估最终的“出屏”效果。

然而在现实工作中，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。各种影院环境对观众的影响，最终产生两个变化：屏幕对观众的张角β和屏幕对观众的错切变化。错切是由于观众偏离屏幕中轴产生的图像变化，其影响并不大，不容易被感知。因此，下面仅讨论β的变化对立体效果的影响。

当观众离屏幕过远，或屏幕不够大时，会导致β<α。这时，从图4中可以看到，因为屏幕变小，使Al`和Ar`间的距离等比例缩小，成像交叉点A`缩回，使得D`>D，削弱了“出屏”效果，观众觉得物体飞不到眼前，没有“触手可及”的冲动。