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【关键词】计算机成像技术;影视特效;电影制作
当前数字电影特效在全球范围内依然热度不减，不同类型的图像冲击和特效电影不断进入人们的视野。无论是《哥斯拉2：怪兽之王》这种以特效塑造角色，还是《流浪地球》这种将数字世界作为重要故事讲述场景，或是最近复映的《指环王》系列当中的角色动作捕捉与实拍特效结合，都说明了传统电影在内容和形式上都经历着根本性的变革，画面和视觉效果从某种程度上看与情节有着相似的作用和地位，甚至超过了故事本身。
（一）立体感和真实感
计算机成像技术的出现让电影领域实现了一次新的“革命”，越来越多的技术手段应用之后，视觉层面的魅力已经超过了影片本身，与传统电影相比更加具有形式层面的美感。1980年的《星战2》当中一米不到的机器人是应用特型演员和木偶技术营造出相对逼真的效果，但实际上仍然缺乏真实感。而1999年的《星战前传》则开始加入了背景视效，使得各种奇怪的种族在电影中开始呈现。诸如此类的立体感角色设计和布景与传统拍摄方案之间有着本质区别，达到的效果和规模也是空前的。从这一角度来看，中国电影产业和世界电影产业仍然具有差距，特别是和好莱坞的差距还比较明显，无论是制作技术还是领域发展都需要完善。
（二）镜头设计
在一部电影的拍摄过程当中，机位的设计与镜头设计是核心组成部分，但由于传统摄影技术的缺陷，在需要进行长镜头拍摄或是在特殊视角拍摄时容易受到较大程度的限制。与之相比，借助相关的动画软件则可以构建若干个虚拟的摄影机，且只需要将这些路径进行设置之后就可以按照要求进行自由拍摄。以长镜头为例，长镜头会表现出电影的其中一个段落，然后以连续的时空运动将真实情况直接地呈现在屏幕之上，给人一种纪录片的感觉，也可以将很多复杂的信息进行一一呈现[1]。总而言之电脑制作方式可以让拍摄过程更加流畅，镜头设计的美感更加突出，让电影的节奏紧凑而激烈，也调动了观众在故事情节发展当中的情绪变化。
（三） 影片色彩
影片色彩可以在视觉层面给人以强烈地冲击，很多电影给人留下深刻印象的主要原因也在于影片的绚丽多彩。因为色彩是主要的气氛烘托手段，色彩的良好运用不仅可以对情节进行叙述，同时还可以展现电影的很多关键信息、关键人物等。在传统的拍摄环节，影片的色彩主要是通过灯光师的打光，在后期进行色彩校正，这使得色彩设置更多地依靠前期进行拍摄，后期的发挥、弥补空间相对有限。然而通过计算机成像技术，可以直接模拟出真实的光源，将人物进行后期补光、画面降噪处理等，给影片创造更加细腻的色彩风格。数字化的特效和实拍画面的合成也是其中的关键组成部分，可以让一些部分设计得更加自然，以不同素材的拼接来实现出虚拟拍摄的创新之处，甚至在某些校色、添加光效等方面，很多特效電影都借助了计算机成像技术进行修饰和美化。
（四）内容拓展
电影的题材与内容是电影的核心环节，正是在技术的支持之下，传统的电影开始解放自己的生产力，很多在当时引起轰动的特效片实际上已经被导演进行细致构思，但只是由于当时的技术条件不足，使得很多导演放弃了相应的计划。
例如《阿丽塔：战斗天使》当中，就对演员的动作进行捕捉之后，完成了CG制作。通过对饰演阿丽塔的演员罗莎萨拉查在现场与其他演员进行的表演和动作捕捉，将其在日常生活中每一个细微的表情都如实记录下来。这样一来，虚拟动作的表情能够像真人一样自然和逼真，不仅虚拟的人物面部能够得到重建，同时技术人员还使用了演员的牙齿和牙龈道具来建立面部肌肉系统。
真实的效果配合纪实的影片风格仿佛将所有电脑特效的印记都消除了一般。这说明在计算机成像技术的帮助之下，很多原先无法完成的项目计划都可以实现，使得电影的内容拓展价值更加显著[2]。
（五） 降低成本
电影拍摄本身是一个成本消耗非常高的产业，且传统电影在制作方面更加依赖前期的计划，很多场面都要通过实际的拍摄过程来实现。我们熟知的成龙电影当中，很多特技动作都是靠自己亲自完成，正如某些动作片当中看到的一些冲击场面虽然给电影增加了足够的刺激感，但同时消耗的大量资金、道具等也使得电影成本增加，况且很多动作并不能完全保障一次到位。但是，计算机成像技术出现之后，特效的制作过程倾向于后期部分，一切都可以通过数字化手段进行处理，一些全CG电影当中，演员甚至可以不用进行全方位的化妆，也不用进行背景设计，只需要通过蓝幕和捕捉技术就可以完成拍摄。例如《魔兽》的电影当中，其中的很多经典人物形象来源于游戏《魔兽争霸》和《魔兽世界》，很多角色设置都是通过动画特效人员在后期加工完成，配合面部和肢体动作的捕捉，只需要在蓝幕环境的背景之下就可以顺利地完成拍摄过程。降低成本的意义非常突出，这些特效制作人员从某种程度上看也是电影的“主角”。
（一）动作捕捉
计算机成像技术得到广泛应用的同时，必然会让观众产生疑问，究竟很多特效电影是经过了怎样的技术支持完成制作过程的。我们按照生成方式和拍摄方式的不同，将技术应用划分为了几个不同的部分，其中动作捕捉就是其中的主要部分。运动捕捉的全称是motion capture，可以定位人物在三维空间当中的运动状态，能够让影片当中的生动场面直接展现在观众面前。在一些早期的电影当中，房间内部会设置多个红外线摄像机，用于捕捉演员所穿的特殊服装发光点和传感器，获取不同的关节部位在空间当中的变化趋势。一般情况下动作捕捉的方式包括机械捕捉、声学捕捉和电磁捕捉等类型，而后续的光学捕捉在捕捉范围和捕捉精度上最为优秀。很多无线的高精度捕捉仪器可以直接在室外完成操作过程，非常简便，当肢体发生变化时，传感器可以测量到光纤的导光率变化情况获得关节运动的参数信息，获得四肢运动倾向等。然后将这些数据在电脑当中进行分析和处理，直接用软件恢复人体的运动状态即可[3]。可以看到，这种动作捕捉过程完全地摆脱了摄像机的控制，可以在近距离范围内就完成数据传输过程，大幅地降低了拍摄成本。如果设计师要想在电影当中加入一些其他特效（例如《魔兽》电影当中很多种族的胡须、触角等），那么就可以直接用传感带的设计来模拟过程完成数据的捕捉，进行三维建模。 但需要注意的是，通过仪器并不能完全代替拍摄过程，演员的演绎过程也十分重要，应该通过角色的生动表演配合技术手段来完美地呈现出角色的特点。近年来火爆的“虚拟主播”正说明了这一点，包括中央电视台也推出了自己的虚拟人物形象，并安排了真人对虚拟形象进行“操控”。在电影拍摄环节当中，电影技术和演员演绎过程要继续进行有效配合，才能呈现出电影的吸引力。在电影的后期制作阶段那些数量庞大且没有逻辑关系的画面和声音素材，在制作工艺的基础之上，最终编辑成为情节完整的电影内容，这些具有画面和音效的电影作品标志着电影制作工艺的整体流程。
（二）运动追踪
运动追踪即track motion，在影片素材的二维名片之上来设置一个点，然后完成目标层的活动设计，这一点在电影拍摄的过程当中也是一项非常重要的技术手段。目前的影视创作环节，以摄像机配合镜头来开展的场面设计对于提升画面的连贯性起到了关键作用，单纯地使用固定机位、固定镜头拍摄的电影基本已经不复存在，因为运动追踪技术的出现有效地解决了角色、角度的同步问题。
例如在很多看似“穿帮镜头”当中通过运动追踪就可以完成缺陷处理。如火焰燃烧的镜头，就可以让火焰以电脑定位的方式“附着”在角色的身上，之后按照镜头的角度、位置变化而改变，完成某些特效画面的制作。另外，摄像机对于透视和风景的拍摄控制等也可以进行调整，数字技术支持下的追踪效果会添加各种缩放、旋转变化技巧。
综合来看，追踪运动在拍摄的过程当中会设置一个追踪点，且这个追踪点和其他画面之间有着本质区别，电脑会在后期的设计环节当中了解到识别环节的差异之处，并且不影响到正常的干扰追踪过程。我们熟知的哈利·波特角色手中的法杖一直存在的亮点就是通过标注的方式进行了光效设计。在一部完整的电影当中，某些航拍画面会呈现出强烈的气势，所以通过运动追踪的方式来对景物特殊点进行捕捉之后就可以完成同步的摄影工作，减少画面可能出现的各种不稳定问题。
（三） 键控
键控即我们熟知的抠像，将某一个区域当中的色彩全部消除之后得到透明化的图像效果，这一点在实拍镜头和其他素材进行综合应用时使用得比较频繁。目前摳像已经成为很多特效电影制作时必须使用的手段之一，也是传统拍摄和现代拍摄的主要区别。早期的拍摄过程当中，键控技术非常不成熟，需要通过多重曝光的方式来进行替代，这种手法会造成极大的拍摄困难，不仅人物比较生硬，且场景设计时的真实性也不佳。时至今日，很多电影演员可以在不离开摄影棚的前提下就可以置身于各种场景、各种环境，比如，山中、水中、天空中等，正是因为键控技术的成熟才能让电影拍摄进入了全新的虚拟拍摄阶段，也更加考验演员的虚拟表演能力。
之所以我们熟悉的键控使用蓝色或绿色的幕布，是因为这种色彩鲜明的颜色可以更加简单地被计算机所识别，并且在后期抠像完成之后，可以获得更加逼真的视觉效果。基于键控制作的电脑平台已经得到了充分应用，例如Adobe公司开发的AfterEfects等，即便是一些比较模糊的复杂运动物体等也可以完成键控以获得更加逼真的效果[4]。
（四） 未来电影技术的发展趋势
这里以中国的特效电影为例，中国的特效电影在40、50年代进行模型拍摄，在60年代开始进行技术研发，然后在20世纪90年代正式的与国际接轨进入了科技竞争的行列。2000年之后华语电影在世界范围的电影领域当中占据了重要角色，说明了特效电影的发展潜力，越来越多的本土电影开始进入国际市场，已经能够和很多好莱坞大片进行竞争[5]。
《阿凡达》成功之后，越来越多的人开始关注虚拟电影制作技术，之后拍摄的《丁丁历险记》、《圣诞颂歌》等影片当中导演搭建了专门的虚拟摄影棚展开电影拍摄，提供了空前的创造性。《复仇者联盟4：终局之战》、《蜘蛛侠：英雄归来》、《奇异博士》、《雷神3：诸神黄昏》等也纷纷利用了虚拟动点为基础的虚拟制作技术来实现。这种技术整合了当前游戏产业中不同类型的制作流程，创造出一种全新的交互性模式，尖端的输入设备可以不通过键盘鼠标直接将数据输入到电脑程序当中完成先进的动作捕捉和虚拟摄像套件。这样一来，摄像机的运动和演员的表演过程被捕捉之后，可以将结果实时显示在虚拟摄像机屏幕之上，这与拍摄真实电影时能达到一样的标准。虚拟摄像系统重建了传统摄像机的全部功能，且场景范围可以被随意设置，便于浏览和决策。
计算机成像技术的发展已经超越技术本身的现实意义，与电影的商业化运作密切相关，甚至关系到电影背后的文化输出。目前中国稳步走在电影强国之路上，在国内以数字技术为核心支持的电影特效制作与产业化之间的联系越来越紧密，从而提升了中国电影的视觉魅力，让中国电影以更加自由的形式来呈现，在带来经济效益的同时，让中国的优秀作品在世界范围内得到拓展，促进了电影的国际化传播。
当前数字电影特效在全球范围内依然热度不减，不同类型的图像冲击和特效电影不断进入人们的视野。无论是《哥斯拉2：怪兽之王》这种以特效塑造角色，还是《流浪地球》这种将数字世界作为重要故事讲述场景，或是最近复映的《指环王》系列当中的角色动作捕捉与实拍特效结合，都说明了传统电影在内容和形式上都经历着根本性的变革，画面和视觉效果从某种程度上看与情节有着相似的作用和地位，甚至超过了故事本身。
一、计算机成像技术的应用优势
（一）立体感和真实感
计算机成像技术的出现让电影领域实现了一次新的“革命”，越来越多的技术手段应用之后，视觉层面的魅力已经超过了影片本身，与传统电影相比更加具有形式层面的美感。1980年的《星战2》当中一米不到的机器人是应用特型演员和木偶技术营造出相对逼真的效果，但实际上仍然缺乏真实感。而1999年的《星战前传》则开始加入了背景视效，使得各种奇怪的种族在电影中开始呈现。诸如此类的立体感角色设计和布景与传统拍摄方案之间有着本质区别，达到的效果和规模也是空前的。从这一角度来看，中国电影产业和世界电影产业仍然具有差距，特别是和好莱坞的差距还比较明显，无论是制作技术还是领域发展都需要完善。
（二）镜头设计
在一部电影的拍摄过程当中，机位的设计与镜头设计是核心组成部分，但由于传统摄影技术的缺陷，在需要进行长镜头拍摄或是在特殊视角拍摄时容易受到较大程度的限制。与之相比，借助相关的动画软件则可以构建若干个虚拟的摄影机，且只需要将这些路径进行设置之后就可以按照要求进行自由拍摄。以长镜头为例，长镜头会表现出电影的其中一个段落，然后以连续的时空运动将真实情况直接地呈现在屏幕之上，给人一种纪录片的感觉，也可以将很多复杂的信息进行一一呈现[1]。总而言之电脑制作方式可以让拍摄过程更加流畅，镜头设计的美感更加突出，让电影的节奏紧凑而激烈，也调动了观众在故事情节发展当中的情绪变化。
（三） 影片色彩
影片色彩可以在视觉层面给人以强烈地冲击，很多电影给人留下深刻印象的主要原因也在于影片的绚丽多彩。因为色彩是主要的气氛烘托手段，色彩的良好运用不仅可以对情节进行叙述，同时还可以展现电影的很多关键信息、关键人物等。在传统的拍摄环节，影片的色彩主要是通过灯光师的打光，在后期进行色彩校正，这使得色彩设置更多地依靠前期进行拍摄，后期的发挥、弥补空间相对有限。然而通过计算机成像技术，可以直接模拟出真实的光源，将人物进行后期补光、画面降噪处理等，给影片创造更加细腻的色彩风格。数字化的特效和实拍画面的合成也是其中的关键组成部分，可以让一些部分设计得更加自然，以不同素材的拼接来实现出虚拟拍摄的创新之处，甚至在某些校色、添加光效等方面，很多特效電影都借助了计算机成像技术进行修饰和美化。
（四）内容拓展
电影的题材与内容是电影的核心环节，正是在技术的支持之下，传统的电影开始解放自己的生产力，很多在当时引起轰动的特效片实际上已经被导演进行细致构思，但只是由于当时的技术条件不足，使得很多导演放弃了相应的计划。
例如《阿丽塔：战斗天使》当中，就对演员的动作进行捕捉之后，完成了CG制作。通过对饰演阿丽塔的演员罗莎萨拉查在现场与其他演员进行的表演和动作捕捉，将其在日常生活中每一个细微的表情都如实记录下来。这样一来，虚拟动作的表情能够像真人一样自然和逼真，不仅虚拟的人物面部能够得到重建，同时技术人员还使用了演员的牙齿和牙龈道具来建立面部肌肉系统。
真实的效果配合纪实的影片风格仿佛将所有电脑特效的印记都消除了一般。这说明在计算机成像技术的帮助之下，很多原先无法完成的项目计划都可以实现，使得电影的内容拓展价值更加显著[2]。
（五） 降低成本
电影拍摄本身是一个成本消耗非常高的产业，且传统电影在制作方面更加依赖前期的计划，很多场面都要通过实际的拍摄过程来实现。我们熟知的成龙电影当中，很多特技动作都是靠自己亲自完成，正如某些动作片当中看到的一些冲击场面虽然给电影增加了足够的刺激感，但同时消耗的大量资金、道具等也使得电影成本增加，况且很多动作并不能完全保障一次到位。但是，计算机成像技术出现之后，特效的制作过程倾向于后期部分，一切都可以通过数字化手段进行处理，一些全CG电影当中，演员甚至可以不用进行全方位的化妆，也不用进行背景设计，只需要通过蓝幕和捕捉技术就可以完成拍摄。例如《魔兽》的电影当中，其中的很多经典人物形象来源于游戏《魔兽争霸》和《魔兽世界》，很多角色设置都是通过动画特效人员在后期加工完成，配合面部和肢体动作的捕捉，只需要在蓝幕环境的背景之下就可以顺利地完成拍摄过程。降低成本的意义非常突出，这些特效制作人员从某种程度上看也是电影的“主角”。
二、计算机成像技术在电影拍摄环节的经典应用
（一）动作捕捉
计算机成像技术得到广泛应用的同时，必然会让观众产生疑问，究竟很多特效电影是经过了怎样的技术支持完成制作过程的。我们按照生成方式和拍摄方式的不同，将技术应用划分为了几个不同的部分，其中动作捕捉就是其中的主要部分。运动捕捉的全称是motion capture，可以定位人物在三维空间当中的运动状态，能够让影片当中的生动场面直接展现在观众面前。在一些早期的电影当中，房间内部会设置多个红外线摄像机，用于捕捉演员所穿的特殊服装发光点和传感器，获取不同的关节部位在空间当中的变化趋势。一般情况下动作捕捉的方式包括机械捕捉、声学捕捉和电磁捕捉等类型，而后续的光学捕捉在捕捉范围和捕捉精度上最为优秀。很多无线的高精度捕捉仪器可以直接在室外完成操作过程，非常简便，当肢体发生变化时，传感器可以测量到光纤的导光率变化情况获得关节运动的参数信息，获得四肢运动倾向等。然后将这些数据在电脑当中进行分析和处理，直接用软件恢复人体的运动状态即可[3]。可以看到，这种动作捕捉过程完全地摆脱了摄像机的控制，可以在近距离范围内就完成数据传输过程，大幅地降低了拍摄成本。如果设计师要想在电影当中加入一些其他特效（例如《魔兽》电影当中很多种族的胡须、触角等），那么就可以直接用传感带的设计来模拟过程完成数据的捕捉，进行三维建模。 但需要注意的是，通过仪器并不能完全代替拍摄过程，演员的演绎过程也十分重要，应该通过角色的生动表演配合技术手段来完美地呈现出角色的特点。近年来火爆的“虚拟主播”正说明了这一点，包括中央电视台也推出了自己的虚拟人物形象，并安排了真人对虚拟形象进行“操控”。在电影拍摄环节当中，电影技术和演员演绎过程要继续进行有效配合，才能呈现出电影的吸引力。在电影的后期制作阶段那些数量庞大且没有逻辑关系的画面和声音素材，在制作工艺的基础之上，最终编辑成为情节完整的电影内容，这些具有画面和音效的电影作品标志着电影制作工艺的整体流程。
（二）运动追踪
运动追踪即track motion，在影片素材的二维名片之上来设置一个点，然后完成目标层的活动设计，这一点在电影拍摄的过程当中也是一项非常重要的技术手段。目前的影视创作环节，以摄像机配合镜头来开展的场面设计对于提升画面的连贯性起到了关键作用，单纯地使用固定机位、固定镜头拍摄的电影基本已经不复存在，因为运动追踪技术的出现有效地解决了角色、角度的同步问题。
例如在很多看似“穿帮镜头”当中通过运动追踪就可以完成缺陷处理。如火焰燃烧的镜头，就可以让火焰以电脑定位的方式“附着”在角色的身上，之后按照镜头的角度、位置变化而改变，完成某些特效画面的制作。另外，摄像机对于透视和风景的拍摄控制等也可以进行调整，数字技术支持下的追踪效果会添加各种缩放、旋转变化技巧。
综合来看，追踪运动在拍摄的过程当中会设置一个追踪点，且这个追踪点和其他画面之间有着本质区别，电脑会在后期的设计环节当中了解到识别环节的差异之处，并且不影响到正常的干扰追踪过程。我们熟知的哈利·波特角色手中的法杖一直存在的亮点就是通过标注的方式进行了光效设计。在一部完整的电影当中，某些航拍画面会呈现出强烈的气势，所以通过运动追踪的方式来对景物特殊点进行捕捉之后就可以完成同步的摄影工作，减少画面可能出现的各种不稳定问题。
（三） 键控
键控即我们熟知的抠像，将某一个区域当中的色彩全部消除之后得到透明化的图像效果，这一点在实拍镜头和其他素材进行综合应用时使用得比较频繁。目前摳像已经成为很多特效电影制作时必须使用的手段之一，也是传统拍摄和现代拍摄的主要区别。早期的拍摄过程当中，键控技术非常不成熟，需要通过多重曝光的方式来进行替代，这种手法会造成极大的拍摄困难，不仅人物比较生硬，且场景设计时的真实性也不佳。时至今日，很多电影演员可以在不离开摄影棚的前提下就可以置身于各种场景、各种环境，比如，山中、水中、天空中等，正是因为键控技术的成熟才能让电影拍摄进入了全新的虚拟拍摄阶段，也更加考验演员的虚拟表演能力。
之所以我们熟悉的键控使用蓝色或绿色的幕布，是因为这种色彩鲜明的颜色可以更加简单地被计算机所识别，并且在后期抠像完成之后，可以获得更加逼真的视觉效果。基于键控制作的电脑平台已经得到了充分应用，例如Adobe公司开发的AfterEfects等，即便是一些比较模糊的复杂运动物体等也可以完成键控以获得更加逼真的效果[4]。
（四） 未来电影技术的发展趋势
这里以中国的特效电影为例，中国的特效电影在40、50年代进行模型拍摄，在60年代开始进行技术研发，然后在20世纪90年代正式的与国际接轨进入了科技竞争的行列。2000年之后华语电影在世界范围的电影领域当中占据了重要角色，说明了特效电影的发展潜力，越来越多的本土电影开始进入国际市场，已经能够和很多好莱坞大片进行竞争[5]。
《阿凡达》成功之后，越来越多的人开始关注虚拟电影制作技术，之后拍摄的《丁丁历险记》、《圣诞颂歌》等影片当中导演搭建了专门的虚拟摄影棚展开电影拍摄，提供了空前的创造性。《复仇者联盟4：终局之战》、《蜘蛛侠：英雄归来》、《奇异博士》、《雷神3：诸神黄昏》等也纷纷利用了虚拟动点为基础的虚拟制作技术来实现。这种技术整合了当前游戏产业中不同类型的制作流程，创造出一种全新的交互性模式，尖端的输入设备可以不通过键盘鼠标直接将数据输入到电脑程序当中完成先进的动作捕捉和虚拟摄像套件。这样一来，摄像机的运动和演员的表演过程被捕捉之后，可以将结果实时显示在虚拟摄像机屏幕之上，这与拍摄真实电影时能达到一样的标准。虚拟摄像系统重建了传统摄像机的全部功能，且场景范围可以被随意设置，便于浏览和决策。
三、结语
计算机成像技术的发展已经超越技术本身的现实意义，与电影的商业化运作密切相关，甚至关系到电影背后的文化输出。目前中国稳步走在电影强国之路上，在国内以数字技术为核心支持的电影特效制作与产业化之间的联系越来越紧密，从而提升了中国电影的视觉魅力，让中国电影以更加自由的形式来呈现，在带来经济效益的同时，让中国的优秀作品在世界范围内得到拓展，促进了电影的国际化传播。