增強現(xiàn)實技術(shù)在影視包裝中的使用

韓曉

摘 要：增強現(xiàn)實技術(shù)作為影視包裝增強現(xiàn)實技術(shù)中的關(guān)鍵手段，對其的應(yīng)用決定了影視包裝增強現(xiàn)實產(chǎn)品的制作質(zhì)量和產(chǎn)出效率。本文從增強現(xiàn)實系統(tǒng)的構(gòu)建應(yīng)用來對影視包裝中增強現(xiàn)實技術(shù)的具體應(yīng)用進行分析，旨在為業(yè)界人士提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：影視包裝；虛擬現(xiàn)實技術(shù)；模型交換；節(jié)點制作模式

影視包裝中增強現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，其根本是一種將現(xiàn)有真實環(huán)境和虛擬元素進行信息拼接、集成的新型技術(shù)。將該技術(shù)應(yīng)用于影視包裝中，結(jié)合節(jié)目內(nèi)容，烘托環(huán)境氣氛，打造出了傳統(tǒng)影視技術(shù)難以呈現(xiàn)的炫美視覺效果。加強對該項技術(shù)的研究對影視發(fā)展具有積極意義。

一、增強現(xiàn)實技術(shù)概述

增強現(xiàn)實技術(shù)（Augmented Reality，簡稱AR），作為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的變種形式，其根本是一種將現(xiàn)有真實環(huán)境和虛擬元素進行信息拼接、集成的新型技術(shù)。是把原本在現(xiàn)實環(huán)境的時空域范圍內(nèi)很難體驗到的實體信息（目前是以視覺和聲音信息為主，根據(jù)體驗的不斷增強將加入觸覺、味覺等多元化信息），通過計算機模擬仿真技術(shù)進行疊加，將虛擬的信息實時地應(yīng)用到真實環(huán)境下，從而達到基于現(xiàn)實但超越現(xiàn)實的全新感官體驗。其重要的分支-虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，簡稱VR）是環(huán)境仿真技術(shù)的一個重要方向，其根本是利用仿真、計算機圖形學(xué)、人機接口、人工智能、傳感及網(wǎng)絡(luò)等綜合技術(shù)集合予以實現(xiàn)，這是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術(shù)前沿學(xué)科和研究領(lǐng)域。已經(jīng)在眾多的電視節(jié)目中得倒廣泛應(yīng)用。

簡言之，增強現(xiàn)實技術(shù)是實時地將虛擬三維物體疊加到真實的環(huán)境下，最終實現(xiàn)在同一個畫面和空間的并行存在。相較于其他虛擬現(xiàn)實技術(shù)和實現(xiàn)，影視包裝將技術(shù)聚焦在疊覆（superimposed）及合成（composited）上。從實現(xiàn)效果上，增強現(xiàn)實技術(shù)主要面向的是增補現(xiàn)實環(huán)境的信息，而非單純地覆蓋整體現(xiàn)實環(huán)境，其最終結(jié)果是在理想情況下，將虛擬元素?zé)o縫地同現(xiàn)實環(huán)境在相同的時空域，根據(jù)統(tǒng)一的上下文環(huán)境實現(xiàn)實時且“恰當(dāng)”的共存，通過增補準確地傳遞給受眾所要傳遞的信息。

二、增強現(xiàn)實技術(shù)在影視包裝中的使用

增強現(xiàn)實技術(shù)在影視包裝中的應(yīng)用，具體體現(xiàn)在影視包裝增強現(xiàn)實系統(tǒng)上，相較于其他模式的制作系統(tǒng)，其優(yōu)勢繼承現(xiàn)有的影視包裝制作環(huán)境，并在保留現(xiàn)有影視包裝業(yè)務(wù)特征的基礎(chǔ)上，進行感官延續(xù)和體驗擴展，從而在業(yè)務(wù)層面實現(xiàn)繼承和拓展現(xiàn)有包裝業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，探索和挖掘新型包裝業(yè)務(wù)?；诖颂卣?，影視包裝的增強現(xiàn)實系統(tǒng)從功能實現(xiàn)維度上包含虛擬現(xiàn)實制作端、虛擬現(xiàn)實中間件、虛擬現(xiàn)實發(fā)布端三個組成部分。下面本文將對此進行詳細論述：

1.界面設(shè)計

界面設(shè)計單元的效率決定了整體虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品的產(chǎn)出速度，影視包裝的增強現(xiàn)實制作系統(tǒng)采用基于時間線的方式進行界面的設(shè)計和實現(xiàn)。界面設(shè)計單元主要是將菜單、UI、HUD以及可動畫紋理的圖形層面以及視頻編碼標準化輸出的視頻窗口層面在整體工程中實現(xiàn)一體化設(shè)計，這樣不但能夠使設(shè)計師們將注意力集中在“虛擬和設(shè)計”這個視角中，而且實現(xiàn)了整體包裝的風(fēng)格化應(yīng)用理念，從而同時保證了增強現(xiàn)實產(chǎn)品的圖形質(zhì)量，以及用戶界面元素和互動三維體驗。在圖形優(yōu)化處理方面，界面設(shè)計單元的矢量渲染機制通暢將多線程功能與最新硬件和圖形處理特性結(jié)合在一起，使其在不增加設(shè)計師工作量的基礎(chǔ)上實現(xiàn)最快的硬件加速矢量圖形。此外，界面設(shè)計單元還采用先進的批處理和排序協(xié)議的最優(yōu)化算法，用以極大地減少繪制圖元數(shù)量和CPU和GPU協(xié)同工作負荷。

2.場景實現(xiàn)

場景實現(xiàn)單元負責(zé)將三維制作場景轉(zhuǎn)換為虛擬應(yīng)用場景，并且在此基礎(chǔ)上進行環(huán)境體驗的視覺展現(xiàn)編輯調(diào)整。場景轉(zhuǎn)換過程是以關(guān)卡（Level）為整體單位轉(zhuǎn)換為虛擬現(xiàn)實場景，并且之后的動作綁定以及事件處理均基于關(guān)卡為全局邏輯進行設(shè)置。在影視包裝增強現(xiàn)實制作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，虛擬現(xiàn)實制作端與三維制作環(huán)境采用FBX格式文件作為增強現(xiàn)實的模型制作交換標準。FBX（Filmbox，擴展名為*.fbx）格式，是一款用于跨平臺的免費三維創(chuàng)作與交換格式，通過FBX，用戶能訪問大多數(shù)三維供應(yīng)商的三維通用文件。FBX文件格式支持所有主要的三維數(shù)據(jù)元素以及二維、音頻和視頻媒體元素，目前已經(jīng)成為廣泛使用的數(shù)字資產(chǎn)入庫和交換標準。FBX作為模型交換標準。FBX是一個多叉樹節(jié)點式結(jié)構(gòu)進行模型信息存儲的格式，整體結(jié)構(gòu)由一個根節(jié)點（Root Node）和數(shù)個子項樹（Tree ofChildren）組成，所有節(jié)點連接模式為雙向迭代模式，即子節(jié)點可以索引到父節(jié)點，反之亦然。FBX記錄包含場景（Scene）、模型網(wǎng)格（Mesh）、三維紋理（Texture）、材質(zhì)（material）、攝像機（Camera）、燈光（Light）、骨骼（Skeleton）、動畫（Animation），所有的節(jié)點均繼承自FbxNode對象。FBX應(yīng)用于增強現(xiàn)實制作和研發(fā)，應(yīng)對制作維度，其提供對于虛擬引擎的無縫導(dǎo)入，包含Maya，3DsMax等主流三維制作軟件都支持FBX文件輸出。相對于虛擬現(xiàn)實引擎，則可以直接被Stingray，Unity，Unreal主流虛擬引擎應(yīng)用。

3.動作綁定

動作綁定單元是解決場景中角色動畫的關(guān)鍵環(huán)節(jié)一一動畫骨骼綁定，虛擬現(xiàn)實制作系統(tǒng)單元的動作綁定采用人類角色反向動力學(xué)（HumanIK，HIK）系統(tǒng)。IK是反向動力學(xué)（Inverse kinematic）的簡稱，就是一種子節(jié)點驅(qū)動父節(jié)點運動的動畫制作方法，即IK通過先確定子骨骼的位置，然后反求推導(dǎo)出其所在骨骼鏈上n級父骨骼位置，從而確定整條骨骼鏈的方法。雖然稱為“人類角色”，但HIK系統(tǒng)也針對四足、多足以及機械角色，且HIK強化目標的重心是目標重定功能。所謂“目標重定”功能，是指將自定義的骨架結(jié)構(gòu)映射現(xiàn)有骨架模板，HIK映射模板所需的全部十五個節(jié)點。這樣即可標識角色骨架的主要元素。如果未為這15個必需節(jié)點提供特征，則無法在運行時使用HIK控制角色。在“角色控制”（CharacterControls）中，只有成功映射所有這些必需節(jié)點后才能保存或鎖定特征。

4.事件處理

事件處理單元是進行虛擬制作與傳統(tǒng)制作本質(zhì)區(qū)別的工作一一交互事件的定義。交互事件是指在進行虛擬應(yīng)用時聽覺，視覺，觸覺被觸發(fā)時所產(chǎn)生的動作以及動作觸發(fā)的狀態(tài)，交互事件按照觸發(fā)類型劃分為以下類型：視覺交互事件、聽覺交互事件、操作交互事件。影視包裝的交互事件是圍繞著視覺展開，即聽覺和操作均基于視覺效果進行設(shè)計，實現(xiàn)擴展視覺效果、豐富信息內(nèi)容的目標，虛擬制作的核心是設(shè)計符合人機工學(xué)的多維事件行為。節(jié)點制作模式的本質(zhì)是任何一個節(jié)點都由三部分構(gòu)成：輸入、輸出、中間計算。一般情況下，一個節(jié)點會從另一個節(jié)點取得數(shù)據(jù)作為自身計算的依據(jù)，然后在內(nèi)部進行計算，最后將計算結(jié)果按要求交給下一個節(jié)點。最終由每一個節(jié)點根據(jù)業(yè)務(wù)設(shè)計成為一個邏輯拓撲結(jié)構(gòu)進行計算。整個計算過程會分成一些次級的基礎(chǔ)單元，這些基礎(chǔ)單元在邏輯上相互關(guān)聯(lián)，在控制上相互獨立，每個單元根據(jù)輸入會完成一個計算步奏，形成一個相對獨立的任務(wù)，然后將計算結(jié)果交給下一個計算單元進行進一步處理。節(jié)點就是這種計算單元。節(jié)點有輸入屬性和輸出屬性，能完成相對獨立的計算功能。

5.音頻制作

音頻制作單元在整體制作系統(tǒng)中除進行標準的音效制作外，主要進行交互式音樂的制作。所謂交互式音樂又稱動態(tài)音樂，這是根據(jù)用戶體驗互動行為而對應(yīng)產(chǎn)生的音頻或音效。在虛擬產(chǎn)品應(yīng)用過程中，交互式音樂主要實現(xiàn)環(huán)境渲染和畫面帶入的效果。

音頻制作單元分為兩個部分：實時聲音引擎、前端創(chuàng)作工具。實時聲音引擎的實現(xiàn)是基于轉(zhuǎn)換分段和音高調(diào)制兩個部分，在增強現(xiàn)實制作過程中首先將實時聲音引擎的轉(zhuǎn)速按照交互需求進行轉(zhuǎn)速區(qū)間設(shè)定，而且定義每個轉(zhuǎn)速的均差，并依據(jù)均差進行音頻循環(huán)樣本。最后將樣本參數(shù)化處理，即在增強虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品中實時傳遞參數(shù)，判斷轉(zhuǎn)速區(qū)間，決定音高調(diào)制比例。事件處理單元采用工作流節(jié)點模式作為一個可視化編輯模式在影視包裝的事件處理單元被廣泛應(yīng)用。

三、結(jié)語

通過對虛擬現(xiàn)實制作系統(tǒng)核心單元進行探索性的設(shè)計和構(gòu)建，希望影視包裝制作系統(tǒng)在不改變現(xiàn)有制作體系的前提下，充分利用現(xiàn)有資源，以期實現(xiàn)現(xiàn)有制作環(huán)境應(yīng)對增強虛擬現(xiàn)實技術(shù)的有效利用。

參考文獻：

[1]王子建.影視包裝增強現(xiàn)實制作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的探索[J].現(xiàn)代電視技術(shù)，2016，07：102-106.

[2]楊悅.動畫在電視包裝中的技與藝[D].海南大學(xué)，2013.

[3]王晶.電視節(jié)目包裝研究[D].南昌大學(xué)，2013.

[4]李紅偉.數(shù)字動畫在電視包裝中的應(yīng)用[J].包裝世界，2015，05：28-29.

（作者單位：山東藝術(shù)學(xué)院）