影視特技制作中攝像機(jī)跟蹤反向求解技術(shù)研究

一、攝像機(jī)軌跡反求

攝影機(jī)技術(shù)反求使用的基本原理：計(jì)算機(jī)通過(guò)所拍攝的畫(huà)面圖像素材中若干個(gè)清晰點(diǎn)的記錄，得到原始景物在三維坐標(biāo)中左右、上下、縱深關(guān)系，進(jìn)而通過(guò)變化的場(chǎng)景空間關(guān)系反求計(jì)算出攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡，以及鏡頭焦距等參數(shù)。

攝像機(jī)跟蹤反求作用：由于以前的電影創(chuàng)作過(guò)程中所拍攝的素材或者合成場(chǎng)景過(guò)大、過(guò)于復(fù)雜，無(wú)法使用藍(lán)幕或者綠幕，但需要對(duì)影像進(jìn)行處理修飾，分離出所需要的影像。而通過(guò)這種技術(shù)我們可以解決運(yùn)動(dòng)鏡頭中所拍攝素材與計(jì)算機(jī)三維模型之間的匹配問(wèn)題，從而達(dá)到一種新的畫(huà)面形式感。如圖-1中，畫(huà)面1是通過(guò)在綠幕中的固定亮點(diǎn)用跟蹤軟件反求計(jì)算出攝像機(jī)的運(yùn)用軌跡；畫(huà)面2與3是在三維軟件中根據(jù)記錄有效的跟蹤點(diǎn)與攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)，給畫(huà)面中的人物匹配數(shù)字三維場(chǎng)景效果。

（圖-1）

攝影機(jī)技術(shù)反求所運(yùn)用的條件：1、技術(shù)條件與制作成本的限制，沒(méi)有使用Motion Control將攝影機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡記錄下來(lái)。2、拍攝場(chǎng)景比較復(fù)雜，比如，在所航拍整個(gè)城市高樓上增加某個(gè)虛擬的物體，這就不可能用Motion Control，因?yàn)樗鼘?duì)所拍攝空間有一定的限制，也不可能用真實(shí)模型。這樣的場(chǎng)景合成只能通過(guò)跟蹤、手動(dòng)摳像、攝像機(jī)反求來(lái)完成。

二、跟蹤

攝像機(jī)軌跡反求的核心是跟蹤技術(shù)。跟蹤技術(shù)不僅用于合成，而且適用于需要局部調(diào)整影調(diào)色彩的畫(huà)面。通常情況下我們對(duì)畫(huà)面中邊緣明確的物體進(jìn)行自動(dòng)跟蹤，否則需要人工調(diào)整跟蹤的軌跡，或者是人為的在藍(lán)綠幕中設(shè)置一些明顯的標(biāo)記點(diǎn)。這些標(biāo)記點(diǎn)通常在幕布上貼上一些等距的點(diǎn)或者等分線，標(biāo)記之間通過(guò)測(cè)量保持間距相等，而且也可用不同顏色和英文字母加以區(qū)分，其目的是為了可參照調(diào)整攝影棚里的空間比例大小關(guān)系與三維場(chǎng)景中的比例關(guān)系相一致。

當(dāng)前專(zhuān)門(mén)進(jìn)行攝像機(jī)跟蹤反求常用的軟件有3d-Equalizer、boujou，并且在許多合成軟件中也具備一定的跟蹤功能。

三、攝影機(jī)技術(shù)反求難點(diǎn)與擬解決方案

技術(shù)難點(diǎn)：1、相對(duì)昏暗的畫(huà)面，無(wú)清晰點(diǎn)可追尋。2、不可避免過(guò)大抖動(dòng)的畫(huà)面。3、針對(duì)畫(huà)面中依附于人物某些道具的運(yùn)動(dòng)變化的跟蹤。這些情況都會(huì)給拍攝條件帶來(lái)一定的限制。擬解決方案：對(duì)于這些問(wèn)題，我們首先思考不管環(huán)境如何都需要在場(chǎng)景中設(shè)置必備的清晰的標(biāo)記點(diǎn)。通過(guò)在陰暗的區(qū)域增加熒光燈，這樣既不影響環(huán)境，在畫(huà)面中也有清晰點(diǎn)可尋；大幅度抖動(dòng)畫(huà)面我們可以通過(guò)分類(lèi)多次跟蹤標(biāo)記點(diǎn)的方式進(jìn)行解決；下面我們通過(guò)案例來(lái)分析在第3點(diǎn)條件下的解決方案：

圖-2中，給運(yùn)動(dòng)鏡頭中人物增加機(jī)械臂與武器。在此測(cè)試的制作過(guò)程前我們先思考幾點(diǎn)：1、人物是運(yùn)動(dòng)的，鏡頭的景別角度也是有變化，通常這給我們畫(huà)面合成匹配帶來(lái)一定的困難；2、如何設(shè)置添加標(biāo)記點(diǎn)。

（圖-2）

首先設(shè)定跟蹤標(biāo)記點(diǎn)，攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡可以通過(guò)場(chǎng)景中可清晰的固定點(diǎn)或者自身在某些地點(diǎn)設(shè)定，如圖-3，紅色箭頭指定的是場(chǎng)景中人為地設(shè)置一些明顯的跟蹤標(biāo)記點(diǎn)，黃色箭頭指定的是人物的跟蹤點(diǎn)，標(biāo)記點(diǎn)的顏色設(shè)置要突出明顯，在此案例中由于人物的著裝是黑色，所以我們?cè)谄湟路显O(shè)定白色的標(biāo)記點(diǎn)；對(duì)于地面我們放置幾個(gè)黑色的標(biāo)記點(diǎn)。人物身體上標(biāo)記點(diǎn)的位置通常是關(guān)節(jié)位置，可以通過(guò)人物身體部分至少三個(gè)控制點(diǎn)計(jì)算出其身體位置變化，從而定義其身體所增加虛擬部件的空間關(guān)系。如圖-4。

（圖-3）

（圖-4）

針對(duì)人物身上所貼一系列關(guān)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行多角度的拍攝，導(dǎo)入到跟蹤軟件中進(jìn)行精確的定位，如圖-5三個(gè)不同視角同時(shí)進(jìn)行人物右肩部位點(diǎn)運(yùn)動(dòng)路徑的跟蹤計(jì)算，按照這種方式進(jìn)行多點(diǎn)、多角度的準(zhǔn)確定位；如圖-6綠色圓錐點(diǎn)是人物身上運(yùn)動(dòng)點(diǎn)的路徑捕捉記錄，藍(lán)色圓錐點(diǎn)是對(duì)地面點(diǎn)的路徑捕捉，藍(lán)色圓錐點(diǎn)的路徑記錄能計(jì)算出攝機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡，而綠色圓錐點(diǎn)能計(jì)算其任務(wù)身體的變化。

（圖-5）

（圖-6）

將這些點(diǎn)的路徑變化導(dǎo)入三維軟件中，與所創(chuàng)建的三維模塊進(jìn)行精確匹配如圖-7，將完成的三維模型素材導(dǎo)入原始素材中進(jìn)行合成與校色，包括對(duì)于畫(huà)面中標(biāo)記點(diǎn)的去除，從而完成較為復(fù)雜的人物跟蹤匹配合成技術(shù)。

（圖-7）

在這個(gè)數(shù)字化時(shí)代人類(lèi)拍攝電影已經(jīng)不滿足于簡(jiǎn)單形式的記錄，需要將畫(huà)面分離出所需要的影像，進(jìn)行重新的構(gòu)件來(lái)再現(xiàn)新的視覺(jué)影像內(nèi)容。并且隨著CG跟蹤技術(shù)等影視創(chuàng)作技術(shù)的不斷完善，未來(lái)的影視創(chuàng)作必將帶來(lái)新的變革，演員的表演將在綠幕下完成，虛擬場(chǎng)景與人物的合成技術(shù)逐步成熟與完善，使影像的表現(xiàn)更為豐富與多樣性。