影视特效设计制作方案

1.背景

电影行业，是一个神秘而充满挑战的行业。在现代电影行业中，电影特效制作所起到的作用越发凸显，自从《星球大战》后，几乎所有的科幻类，奇幻类，动作类，甚至是伦理类著名电影都依靠特效制作实现其最为精彩的镜头设计。

目前，中国在特效制作领域与国外差距较大，在《阿凡达》上映后，业内不禁感叹，我国的特效制作与国外先进的制作领域至少相差了20年。这绝不是夸张的说法，在流程角度上论述，其根本原因在于目前我们的特效制作是由零散的基于个人作坊式的工作模式为主，没有形成国外的工业化工作模式，这与制作基地或制工作室的规模是没有关系的，部分重要的节点缺少甚至真空；从技术角度上论述，制作缺乏核心技术支撑，只是进行简单的加工处理。本次方案就是针对中国现有特效制作领域现状希望构建出一个工业化的影视特效制作生产模型，继而衍生出实际的关键技术课题进行设计和实施。

2.项目目的

解决国内电影特效制作领域的问题，主要由三个层面构成：

建立标准程序化纹理库（Procedural Shader Library）程序化纹理库在电影特效制作领域占有基础的地位，特效系统所能够仿真展现的真实度都将由此决定。我们希望建立一个基于现有世界著名的渲染引擎（Renderman）的标准的纹理库，并以此为基础，最终为每个电影提供定制化的纹理分支库。继而据此为基础开发出基于世界标准体系下的国内自主图形渲染器。

构建数字仿真场景系统（Realistic System Simulation）仿真场景系统能够完成电影中所要表达的宏伟场景。建立模拟自然场景的仿真模型，如森林，雪山，山脉和海洋（含水花）系统，并将其实现为专业生产Web服务，纳入到企业云端图形计算服务模型（enterprise graphics computing cloud）中。

粒子系统（particle system）

模拟雨雪，爆炸，房屋倒塌，这些都需要将统一场景分解为大量的碎片，之后再依据物理学原理，将其进行模拟并赋予真实的模型及材质进行渲染（rendering），并将其实现为专业生产Web服务，纳入到企业云端图形计算服务模型（enterprise graphics computing cloud）中。

3.研究方向

程序化材质库（Procedural Shader Library）

对仿真材质的探索从1966年就已经开始，整体体系从单一模型的建立，真是效果的模拟，一直发展到材质树结构的生成。

目前研究方向仍然基于几个方向：

1.光照模型的建立和优化

主流分支技术难题集中在全局光线模型建立（global illumination model）,光线跟踪技术的算法优化（ray tracing）和光能传递的算法实现（radiosity）。

2.图形拼接和修补

基于贴图将基于笛卡尔坐标系的广域三维模型空间映射成为泛化的UV二维平面空间（uv corresponding space）,对于伪全局光线模型的渲染技术的探索，如反射贴图的生成（reflection mapping）和深度贴图（depth map），以及据此引申出的广泛被研究的UV空间平滑性处理问题（smooth texture coordinate mapping）。

3.程序化纹理的建模

用程序化纹理来代替手绘和扫描贴图，这是本次项目的一个主要课题，因为此领域覆盖范围非常宽裕，且全部是基于定制化的点对点式的研究（由于电影就是一个专业性行业），成果也是作为企业的核心竞争能力而保密。目前的发展方向为使用泛化纹理建模和实现（shader generalization）,以金属材质为例，不同的金属有着不同的反射率和折射率，且根据上面的喷漆，裸露，腐蚀情况其展现方式不同，再找出共性，构建出一个泛型金属模型。

4.流程及节点构成

整体项目由建模（modeling），实现（implementation）和应用（application）三个部分构成，也就是所说的从理论到现实的过程。

建模对现实物质的拟合（fitting），抽象（abstraction）及简化（simplify），最终的成果为将渲染对象公式化（formulation）。

实现用一个具体的渲染器为平台将公式进行实现成为二进制的纹理球（shader ball），并将变量进行参数化（parametric），并进行发布（publishing）。

应用纹理球并调节参数进行实际场景的渲染（rendering）。

5.项目进度

由学习期，模仿期，创新期和普及期四个部分构成。

第一阶段为学习期，此阶段重点收集国际相关理论资料和实际模型，找出适应当前中国影视制作需要的几个重点的基础纹理。同时学习图形生成相关的基础知识。

第二阶段为模仿期，在此阶段，将资料分类并找出其能够优化的地方，进行课题研究。并将成果进行展示，同时约请影视行业的人员进入商谈定制化服务（成果本身就是产品，所以不需要所谓落地的问题）。

第三阶段为创新期，根据具体电影的需要在原有的基础纹理上进行定制化开发，完成客户需求，同时成果所运用的理论作为新的理论基础进行学术推广。

第四阶段为普及期，建立文化产业结构框架——根据“节点构成”形成明确三层的工业化模式。同时在高校进行建模和实现培训和社会进行应用培训。

6.项目前景

推送文化产业发展，影视定制化应用业务模型的建立。

庞大的培训市场。

真空的中国学术研讨领域。