Autodesk立體電影制作的業(yè)務與技術
立體電影的復興時代已經到來。 在經濟需求與技術可能性不斷趨同的推波助瀾下,越來越多的電影公司開始發(fā)行立體3D(S3D) 格式的動畫與實拍電影。
立體視法或立體圖像利用人類雙眼視覺的特點來創(chuàng)造深度感,使物體出現(xiàn)在電影屏幕的前面或后面。該技術為左右眼呈現(xiàn)兩個略有不同的圖像,然后由人腦自動把它們融合到一個視圖中。圖像中細微的左右差異創(chuàng)造了深度感,通過控制這種深度感從而發(fā)揮創(chuàng)意優(yōu)勢。這就是立體電影制作藝術的意義所在。
本白皮書分析了 S3D 業(yè)務案例、行業(yè)的現(xiàn)狀以及那些打算制作令人信服的立體電影的人員所面臨的技術和創(chuàng)意難題。另外也為讀者提供了立體影像和感知方面的背景信息,以加深他們對立體視法的科學原理的理解。希望這些S3D 科學與技術方面的知識能夠幫助讀者創(chuàng)造高效、引人入勝的電影娛樂內容。
業(yè)務案例
顯然,S3D 制作具有創(chuàng)造收入和鼓舞票房的強大潛力。由于立體3D影片的上座率和平均票價更高。如果以 S3D 格式放映,就每個放映場次和每個影院而言,動畫電影(例如《未來小子》)平均可以獲得兩到三倍的票房收入。同時,立體3D電影對制作公司和發(fā)行商還有額外的好處。隨著 HDTV 和環(huán)繞聲進入越來越多的家庭(在美國為 25%),S3D 成為了一種吸引觀眾走出家門回到電影院的手段。Screen Digest 最近的一份報告指出,根據(jù)過去的放映情況,一個放映公司每放映一次 S3D 電影可以額外創(chuàng)造大約 10,000 美元的收入,到第三次放映就可以實現(xiàn)贏利了。
雖然目前還沒有發(fā)行足夠的 S3D 影片來鞏固 S3D 業(yè)務,也沒有足夠的影院支持寬熒幕放映或同時放映,但是這種情況正在迅速改變。S3D 制作不僅推動了數(shù)字電影投影技術的應用,而且 S3D 的強勁勢頭也幫助這些相同的顯示技術迅速進入越來越多的影院。立體投影技術只比標準數(shù)字投影系統(tǒng)貴了一點點,對于其發(fā)展給予了有力的支撐。同樣,越來越多的電影制作公司開始計劃推出其即將發(fā)行的影片的立體版本,也推動了影院采用新的立體投影技術。
而且,新的能被接受的價格的立體像機架和其它工具正在開發(fā)之中,將使預算有限的獨立制作人可以進行 S3D 制作。但是,目前大部分 S3D 制作只是 CG 動畫電影的立體版本,因為這種媒體自身條件非常適合創(chuàng)造精彩的立體特效。不過,擬訂的實拍立體電影的數(shù)量很大,表明了電影制作公司對該格式的支持。一些正在制作的實拍 S3D 電影包括《降世神通》、《恐怖萬圣節(jié)》和《非常兇姐》的改編版 (Stewardesses 4D)。
Disney 等電影制作公司對 S3D 格式表現(xiàn)出了特別濃厚的興趣。Disney 不僅制作了迄今為數(shù)最多的 S3D 動畫影片,而且公司還在考察以 S3D 本地格式制作電影的可能性。最近,Disney 專門使用 S3D 格式拍攝、制作并發(fā)行了《米莉演唱會紀實》。這部漢娜·蒙塔娜影片在超級杯周末上映,盡管時機不好,但每次放映的平均總收入超過了45,000 美元。不過,同在該周末上映的另一部 S3D 電影《U2 3D》就沒有這么好運了。數(shù)量有限的 S3D 功能影院,加上漢娜·蒙塔娜的競爭,使這部影片未能達到預期的效果。
在本白皮書撰寫時,估計有 20 個 S3D 項目正在制作中,包括《降世神通》(James Cameron)、《銃夢》(James Cameron)、《怪獸大戰(zhàn)外星人》(DreamWorks) 和《丁丁歷險記》(Peter Jackson 和 Steven Spielberg 的三部影片)。電影制作人員明顯發(fā)現(xiàn),使用深度作為故事情節(jié)的一部分(從設計到開發(fā)、制作)為他們提供了開發(fā)全新創(chuàng)作體驗的機會。
背景:立體影像、感知和現(xiàn)實世界
立體影像是指大腦從立體視覺中感知深度和立體效果的能力。但是,它并不容易完成,而且人類與生俱來的對二維圖像以及從傳統(tǒng)平面顯示上的單眼提示推導出深度感的熟悉使之更加困難。這些提示包括光與影、相對大小、空中透視、運動視差(因在視野中附近物體比較遠物體移動更多所造成的一種視覺提示)以及(最重要的)遮蔽(物體在其它物體之上或之后)和透視。所有這些效果在立體影像中也具有關鍵作用。
S3D 像機為觀眾的眼睛呈現(xiàn)兩個不同的圖像,以創(chuàng)造深度感。在觀看成對的立體圖像中的某個物體時,觀眾的雙眼將會移動,根據(jù)兩個圖像的水平差異在屏幕前或后融合。但是,大腦會始終把眼睛聚焦在屏幕上。這會造成不連貫,是我們感知 S3D 物體的基礎,與我們感知現(xiàn)實世界的方式相反。在現(xiàn)實世界中,我們的眼睛連貫地聚焦和融合。觀看 S3D 圖像打破了這種后天的習慣性響應,是許多 S3D 引起的不適的根源。雖然大多數(shù)人可以適應聚焦與融合之間的突然差異,從而看到深度感,但有些人對它更為敏感,會迷失方向。不過,如果 S3D 材質的剪輯很差,就會在深度感方面給觀眾造成與我們的現(xiàn)實世界體驗不一致的、意想不到的突然性屏幕變化,而且這種差異對所有人都非常明顯。因此,為了創(chuàng)造令人信服的立體體驗和避免不愉快的結果,了解現(xiàn)實世界與 S3D 感知之間的基本差異至關重要。以下概念構成了對立體視覺的基本理解,對任何專業(yè)立體電影制作都具有十分重要的意義:
視差
立體圖像依賴于雙眼視覺。這就是說 S3D 圖像需要用雙眼來看才能呈現(xiàn)出三維空間效果。英國科學家 Charles Wheatstone 在 1838 年發(fā)現(xiàn),負責人類深度感的機制是分隔我們雙眼視網膜的距離。不使用適合的眼鏡(主動偏振鏡、色鏡或被動立體眼鏡)觀看立體顯示的觀眾會看到兩個不對齊的疊加圖像,因此物體呈現(xiàn)出水平位移過大或過小的效果。左右眼圖像之間的這種位移就是視差。當兩個圖像同時顯示時,每個眼睛一個,視差就會造成視網膜像差,導致立體影像或深度感。視差與視網膜像差之間的區(qū)別十分重要。視差是物體在源位置(例如顯示設備上)的(水平)位移的一種度量,而視網膜像差則是其在目標(即眼睛)上的影響。
在現(xiàn)實世界中,人類具有水平分開的眼睛,因此在深度感方面我們比較喜歡水平視差。但是在膠片材質中,鏡頭失真、失調或處理會造成垂直視差。垂直視差會導致眼睛疲勞,應予以避免或糾正。在下面幾個圖形中,我們將只涉及水平視差和像差,除非明確說明。
物體在場景中的深度位置(相對屏幕平面)決定它在成對立體圖像中的視差量和視差類型。
當物體以與屏幕相同的深度放置時,物體就會具有零視差,而且當觀眾的雙眼在屏幕平面上融合時,將導致兩個圖像直接相互重合在一起。零視差物體的顯示距離與屏幕相同。

平面電影的立體轉換這個過程一直十分廣泛和成功地應用于許多電影,涉及迄今發(fā)行的最大數(shù)量的電影。Robert Zemeckis 的 CG 影片《極地特快》在 2D 上映前的幾個月針對立體顯示進行了全面重新渲染。在重做中加入了一些立體視覺布局,以適應 IMAX® 熒幕更寬的視野。從 2D 轉換到 S3D 的其它影片包括《怪獸屋》和《貝奧武夫》(雖然導演 Robert Zemeckis 從一開始就知道他會制作一個立體版本)。其它部分片段轉換為 S3D 的早期重要實拍 2D 電影包括 《超人歸來》和《哈利波特和鳳凰社》:雖然這些影片被認為在技術上不夠成功,因為它們出現(xiàn)了一些問題,例如造成觀眾物理不適的重影和視差值。
目前,人們利用許多技術— 大部分源自視覺特效 (VFX) 來把 2D 轉換到 3D。由于目標是在沒有深度信息的地方導出深度信息,因此需要使用許多技巧。其中最常見的是在 3D 模型上重新投影原始圖像和渲染一個第二只眼睛的視圖;使用深度貼圖、隨時間改變的像機搖攝等;以及重建環(huán)境。
行業(yè)現(xiàn)狀:S3D 像機模型
目前有三種基本的立體像機配置:平行、內傾和圖像移位,三者在確定零視差設置 (ZPS) 的方式上不同。
平行和內傾
當場景中的某個特定元素的圖像在左右投影圖像中對齊時,他們將具有零視差,并準確顯示在屏幕平面上。平行配置正常情況下會生成零視差點位于無窮位置的圖像,從而為每個物體賦予負視差(整個成像場景將顯示在影院空間中)。在大多數(shù)情況下,這不夠理想,為了在實際制作中設置 ZPS,立體攝影師通常會向內旋轉攝像頭,這樣它們就會在場景中的特定元素上融合,從而獲得所需的 ZPS。這叫作內傾。
內傾對于場景中的物體,距離像機很近的情形十分有用,并有助于避免拉平效應。例如,如果平行像機無法足夠接近來拍攝所述的物體,那么內傾就是最簡便的解決辦法。
適量的內傾是可以接受的,但是使用內傾會導致梯形失真—梯形變形和深度平面彎曲;造成圖像間垂直視差的效果。有些內傾臟點可以在后期制作中糾正。但是,對于實時 S3D 事件,由于前面所述的梯形失真(梯形變形)以及實時糾正的難度,過度內傾就會成為問題。
圖像移位
在不失真的情況下實現(xiàn)內傾效果的一種方法是在水平移動鏡頭或像機的圖像傳感器時使像機的軸保持平行,從而取得所需的零視差。雖然這對 CG 像機非常容易,當然對真實像機卻相當復雜,但是數(shù)字工具使我們能夠通過移動圖像來生成所需的零視差設置,從而達到相同的效果,而不會出現(xiàn)梯形失真或深度平面彎曲缺陷。
在 CG S3D 項目和平面到 S3D 電影轉換中, 通常使用多個具有不同軸間分離和/或像機配置的虛擬像機來渲染左眼和右眼圖像。這是一種十分強大、復雜的創(chuàng)意工具,當然只能供動畫或 VFX 電影使用。例如,在《貝奧武夫》的制作中,據(jù)報道每個 rig 采用了多達 8 個像機。
行業(yè)現(xiàn)狀:標準
目前,雖然有一些建議,但沒有公開發(fā)布的 S3D 標準。Disney、Fox、Paramount、Sony Pictures Entertainment、Universal 和 Warner Bros 等著名電影制作公司合資成立的 Digital Cinema Initiatives (DCI) 提出了數(shù)字電影和S3D 電影的技術建議。2007 年,他們出版一篇短文,定義了立體數(shù)字電影內容的母版制作、發(fā)行和影院播放的概要技術需求。目前,DCI 正努力把他們的 S3D 建議整合到他們的數(shù)字電影系統(tǒng)規(guī)范中。獨立行業(yè)標準組織國際電影與電視工程師協(xié)會 (SMPTE) 也成立了 DC28-40 工作組,與電影制作公司 (DCI)、放映公司和技術提供商一起制定 S3D 的公開標準。預計他們會在 2008 年底前提出建議。SMPTE 最近還成立了一個任務組,來定義 S3D 家庭顯示母版制作標準的參數(shù)。該活動將為未來的標準化工作奠定基礎,并為幾家已經開發(fā)了一系列專為 S3D 內容家庭使用而設計的不同產品的公司提供了一個堅實基礎。
技術挑戰(zhàn)
S3D 電影要取得成功,觀眾體驗必須是令人信服的。技術問題會造成疲勞和眼睛緊張,并減少總體 3D 體驗,使觀眾覺得還不如觀看平面版本。人眼幾乎不能容忍左右眼圖像之間的色彩、幾何和亮度差異,除了創(chuàng)造 3D 效果的水平視差差異之外,它們必須在所有方面完全相同。
今天,顯示 S3D 的大多數(shù)技術難題已經被數(shù)字電影技術和單投影儀系統(tǒng)解決。數(shù)字電影消除了過去困擾 3D 電影觀眾的膠片投影的微小技術問題,例如不同步的投影以及劃傷和損壞的畫面,而且單投影儀系統(tǒng)消除了由于燈光強度和圖像對齊差異而造成的問題。依然存在的挑戰(zhàn)涉及以下因素:

在設計立體場景時需要記住的一個重要考慮因素是立體效果是觀眾距離的函數(shù),當觀眾遠離屏幕時會更為明顯。遠程物體似乎更遠,觀眾空間中的物體似乎更加突出。這是因為在從更遠的地方觀看時,任何給定的視差值都會產生更低的視網膜像差,但是視差和像差值仍然隨觀眾距離與屏幕變化成比例。這就是說,0.33 英寸(8.4 毫米)視差將會在 3 英尺(大約 1 米)處產生與 0.66 英寸(16.7 毫米)視差在 6 英尺(大約 2 米)處相同的像差。請參見圖 5。
重影和圖像串擾
由于現(xiàn)實世界中沒有完美的分離,所有立體顯示皆依賴于主動或被動慮光眼鏡,因此允許一只眼睛看到針對另一只眼睛規(guī)定的圖像的剩余部分。這種情況叫作圖像串擾,可見的圖像串擾叫作重影。重影在高對比度圖像中最為明顯。為了減少重影,有兩個很有價值的策略,一是堅持盡可能最低的視差值以取得想要的效果,另一個是盡可能多的避免高對比度圖像元素(特別是視差很高或很低的元素)。
顯示挑戰(zhàn):屏幕大小
另一個需要考慮的問題是屏幕大小。屏幕越大,立體效果越明顯,而且發(fā)散視差的風險也越高。影院格式的電影在電視上的顯示效果會比較淺。除非多視圖自動立體屏幕已經普及,否則眾多的屏幕大小會在立體調色配光過程中造成額外的復雜性。
令此問題雪上加霜的是,IMAX 制作從根本上不同于 Real D 或單像機正常大小影院屏幕立體制作。IMAX 依靠鏡頭絕不會內傾的像機,而且顯示不會呈現(xiàn)為觀眾借以觀看電影的窗口,它假定屏幕會填滿觀眾的整個視野。
制作流程挑戰(zhàn)
過去幾年中,數(shù)字技術模糊了數(shù)字電影制作許多部分之間的界限,但是沒有任何其它東西象 S3D 制作這樣,對線性制作流程的概念提出了挑戰(zhàn)。制作立體視覺內容在眾多方面不同于傳統(tǒng)的平面 2D 制作。立體像機(不管是開始時使用的物理像機還是 CG 制作中使用的虛擬像機)給大多數(shù)傳統(tǒng)電影攝影師和后期制作人員帶來了各種挑戰(zhàn);這種挑戰(zhàn)超越了確保將任何操作正確應用于兩種媒體流(即兩個像機/眼睛)的需求。
在 2D 制作中,修訂周期在每個步驟都會進行,但很少要求返回流程中之前的步驟。在立體工作流程中,一切都相互依賴,有些修訂會波及整個工作流程,并且可能要求修改各個步驟,最遠追溯到像機布局。因此,從layout布局到剪輯直至合成和鏡頭最終定稿,S3D 制作流程必須解決立體加工程序。
以下是參與 S3D 內容制作的任何人員都應了解的其它常見問題列表。
前期制作傳統(tǒng)的平面電影前期制作從故事板開始。而立體前期制作要求立體攝影師創(chuàng)建一個伴隨故事板的景深腳本。景深腳本是一個極其寶貴的工具,用于可視化、制定有關每個場景的立體深度的決定,并作為交流創(chuàng)作意圖的工具。使用景深腳本來設置舞臺和設計場景對于生成舒適、可讀的立體圖像、鏡頭和序列具有很大的幫助作用。
制作: CG
從事立體制作的藝術家需要支持立體功能的工作站來準確可視化他們的作品。這就是說,藝術家可能不希望總是觀看立體。相同方式的長時間音頻混音會導致聽覺疲勞,無休止地觀看立體圖像會導致眼睛緊張和疲勞。在雙眼休息后最適合做出關鍵的視覺決定。在制作過程任何一個階段做出的決定都會影響所有后續(xù)階段的情況下尤其如此。高效的立體制作流程會在整個工作流程中考慮這個因素。
鑒于促進 S3D CG 內容制作的新一代數(shù)字工具的出現(xiàn),3D VFX 技術毫無疑問將會快速發(fā)展。數(shù)字立體攝影師Bernard Mendiburu 根據(jù)由 Z 軸劃像、深度壓縮、有意的視網膜對抗和深度重影等組成的深度,想象出了一個新的視覺特效詞匯。
制作:實拍
由于物理世界電影拍攝受物理限制的制約,因此實拍項目必須處理因沒有任何兩個像機完全相同所造成的問題。在實拍 S3D 制作中,對齊、鏡頭失真與失常、變焦節(jié)奏、鏡頭眩光以及球形反射方面最輕微的不一致都會造成不適或破壞立體深度感?,F(xiàn)代專用 S3D 像機架可以保持盡可能最佳的對齊,幾乎消除了像機之間的縱傾、橫傾和橫擺,并能確保鏡頭長度、焦距、變焦和光圈盡可能密切關聯(lián)。時碼參照進行了同步鎖定,并建立了對變焦、雙眼距離和鏡頭長度的計算機控制,同時每個像機的各自元數(shù)據(jù)得到了保存。但是,由于彩色和球形失常以及變焦節(jié)奏的影響,其中每個參數(shù)仍然可能存在小的不一致。為了達到最佳效果,這些問題需要在后期制作環(huán)境(允許在整個制作流程中根據(jù)元數(shù)據(jù))中解決。此外,通常會出現(xiàn)幀之間的自然差別(例如場景中的眩光和鏡反射),這些差別需要糾正。持續(xù)訪問可用的元數(shù)據(jù)至關重要,并且可能會大大優(yōu)化這個過程。

后期制作 一般來說,合成與特效工作要求藝術家重新思考他們所熟知的東西,因為在 2D 適用的技術在立體環(huán)境中根本行不通。這是因為甚至左右眼圖像之間最細微的差別也是大腦感知深度的一個提示。如果這些細微差別丟失,深度感也會丟失。
標準 2D 粒子特效和層特效不能簡單地在左邊設置,在右邊復制,因為兩個圖像正是相互之間的副本,因而會在屏幕顯示為平面。至于鏡頭眩光,則最適合在后期過程應用,因為鏡頭及其位置的光學特征的最小差異都將導致眩光之間的不一致,這將使它們的渲染相互不一致,并因此破壞立體感。立體配光對于在鏡頭之間實現(xiàn)平滑的過渡以及保持立體視覺連續(xù)性(減少眼睛疲勞)至關重要。
前面所述的屏幕大小問題也給后期制作階段帶來了一個挑戰(zhàn)。雖然經驗豐富的立體攝影師可以從其工作站的小顯示屏上看到的東西來判斷大屏幕上的效果,但是在可與目標屏幕大小相似的屏幕上進行連續(xù)的修訂過程始終是明智的。
其它問題
S3D 制作流程中還有許多其它內在的挑戰(zhàn):在成對立體圖像之間一致地控制光線水平、針對不同的眼睛分離技術進行設計(例如主動立體眼鏡或偏光眼鏡)、管理左右眼媒體以及在剪輯前組合它們,等等,這里就不再一一列舉了。一些業(yè)界專家還認為,應當針對不同的屏幕大?。ɡ珉娨?、IMAX、Real D 和其它影院放映格式)創(chuàng)建不同的數(shù)字母版。立體制作要想從試驗階段轉向應用,把電影制作人員解放出來專注于講故事和創(chuàng)意內容,就必須系統(tǒng)地解決這些問題。
創(chuàng)意挑戰(zhàn)
從電影起源開始,電影制作人員就一直努力以最令人信服的方式講述故事。這些先驅們尋找他們預算允許的最佳技術,作為超越極限和實現(xiàn)其創(chuàng)想的一種手段。在利用革命性技術來講述精彩故事或敘述文化、歷史事件的創(chuàng)新電影的推動下,聲音、色彩、光線、鏡頭、像機、投影及其它專用設備獲得了相對迅速的發(fā)展和采用。
立體電影成為一種出色的講故事工具,比任何其它技術都經歷了更長的時間。到目前為止,立體視覺一直用于在 2D 屏幕重現(xiàn)三維現(xiàn)實。不過,有大量的機會去試驗超深度圖像來喚起新的電影體驗和激情。從藝術上說,大多數(shù) 2D 規(guī)則不需要適用。
事實上,經驗表明,一些平面視覺慣例在帶入立體世界時根本不適用。例如,在 2D 中創(chuàng)造深度印象的提示在立體中會抵消深度感。使用景深把背景丟到焦距外是用來吸引觀眾注意針對該背景焦內放置的任何物體的一種常用 2D 技術。而立體視覺則基于雙眼模式匹配。角色身后的模糊墻壁在立體中將顯示為平面。如果角色設定在屏幕平面的后面,在進行立體投影時,觀眾會看到他們在墻壁的后面。
電影制作是一種協(xié)作的藝術,需要強大、直觀的工具來幫助創(chuàng)意人員講述精彩的故事。數(shù)字顯示技術、新興數(shù)字工具與標準以及經濟考慮的融合使電影制作人員能夠集中精力進行創(chuàng)作。推動 S3D 成功的是對這種新媒體的了解、設計完善的工具以及對一種新語言的信心。
統(tǒng)一立體制作流程的案例
立體工作流程的每個步驟皆相互依賴的事實給那些計劃進行給S3D 制作的人員提出了巨大挑戰(zhàn)。要改善 S3D 項目的質量、效率和成功率,就必須在整個過程中保持對立體參數(shù)、針對極寬修訂周期所做的容差以及由許多并行迭代步驟組成的工作流程的控制。雖然沒有制作 S3D 電影的“一種正確方法”,但制作應當從開始就是立體的。景深腳本應當伴隨實際劇本。故事板應在支持 CG 立體視覺的可視化預覽工具包中制作。無論是什么立體格式和目標熒幕的大小,在工作流程的每個步驟(可視化預覽、使用像機架拍攝的數(shù)字樣片或渲染的 CG、剪輯和特效)都應當在實際影院立體熒幕上檢查深度配光。特效應當在處理剩余制作工作的同一個非線性平臺上設計。
總結
數(shù)字投影技術的進步以及由于其它娛樂技術的沖擊造成的影院上座率的不斷下滑是立體電影復興的核心。
但是 S3D 是否已經準備就緒?根據(jù)目前正在制作的項目數(shù)量以及今天的技術與經濟條件判斷,S3D 顯然不只是一時的狂熱。但是,S3D 的普及程度將取決于技術和經濟以及創(chuàng)意因素。S3D 可以增強電影觀賞體驗,如果電影制作人員愿意使用 S3D 作為講述故事的方法,運用其自身特有的創(chuàng)意詞匯為觀眾創(chuàng)造出身臨其境的體驗,S3D 項目一定會繼續(xù)獲得票房成功。
但是,愿意采用 S3D 的電影制作人員必須記住,許多 S3D 流程沒有傳統(tǒng)平面 2D 制作中的相同流程。事實上,這些流程的密切相互聯(lián)系帶來了獨特的挑戰(zhàn);在 S3D 制作過程的任何階段所做的修改都可能會波及整個流程。此外,即便是沒有深度變量,今天的后期制作環(huán)境也是非常復雜的。因此必須使用一個統(tǒng)一的制作流程以將潛在問題最小化。
設計完善的集成工具為創(chuàng)意人員提供了對技術的控制能力,使之成為他們創(chuàng)作調色板中的許多色彩之一。如果制作工具能夠利用它的功能,為電影制作人員提供對深度的控制作為增強其故事性的一種手段,立體 3D 圖像就會取得成功。正如歷史所示,如果工具鏈存在限制,就會限制創(chuàng)意過程。
Autodesk 正投資打造從整體上滿足 S3D 內容制作需求的頂級工具— 從前期制作階段到后期制作和母版制作。這些工具在設計上具有協(xié)同工作能力,而且容易集成,因此電影制作人員可以獲得一個任自己支配的制作流程,為他們提供立體成像的創(chuàng)意工具。