VR全景影視技術(shù)分析

馮嘉雯 張霞 胡垂立

摘? ?要：近年來(lái)，VR技術(shù)逐漸成為社會(huì)上一個(gè)熱門的話題，VR+醫(yī)學(xué)、VR+軍事、VR+室內(nèi)設(shè)計(jì)等應(yīng)用如雨后春筍快速發(fā)展，VR產(chǎn)業(yè)化在全球范圍內(nèi)快速鋪開。而VR技術(shù)與影視的結(jié)合，通過(guò)VR頭盔中裝載的傳感器，檢測(cè)并持續(xù)跟蹤體驗(yàn)者頭部和視線的移動(dòng)，對(duì)體驗(yàn)者的數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤，帶給人們沉浸式體驗(yàn)，讓用戶不僅在視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)甚至嗅覺(jué)上都能嘗試到前所未有的體驗(yàn)。VR+影視將是影視業(yè)的新發(fā)展、新趨勢(shì)。文章首先介紹VR技術(shù)，其次重點(diǎn)分析VR全景影視技術(shù)及其設(shè)備，最后再簡(jiǎn)單介紹了VR全景影視的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：VR影視設(shè)備;后期軟件;拍攝技術(shù);VR全景影視技術(shù)

1? ? VR全景影視技術(shù)的簡(jiǎn)要介紹

在了解虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR）全景影視技術(shù)之前，先簡(jiǎn)單介紹一下VR技術(shù)，VR技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、傳感器技術(shù)、顯示技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)，在一個(gè)多維信息空間上創(chuàng)建一個(gè)虛擬的信息環(huán)境，是一種能夠創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。該行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，涉及醫(yī)學(xué)應(yīng)用、軍事航天、教育應(yīng)用、文物古跡等，此外，影視藝術(shù)也與VR技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了與傳統(tǒng)影視不一樣的影視效果。

這里要區(qū)分VR影視和360°全景影視。360°全景和720°全景是同一概念，360°全景技術(shù)是一種運(yùn)用數(shù)碼相機(jī)對(duì)現(xiàn)有的場(chǎng)景進(jìn)行多角度環(huán)視拍攝之后，再利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行后期的縫合，并加載播放器程序來(lái)完成的一種三維虛擬展示技術(shù)。其本質(zhì)就是360°視頻和照片，通過(guò)攝像機(jī)捕捉到拍攝對(duì)象全方位的3D景象。由于這些影像不是虛擬合成的，而是由真實(shí)的影像拼接的，畫面就會(huì)產(chǎn)生彎曲或者斷裂，從而影響視覺(jué)上的真實(shí)性效果。360°全景和720°全景都缺乏交互性，盡管它能讓用戶在體驗(yàn)過(guò)程中觀看周圍的環(huán)境，但無(wú)法做到與其中的場(chǎng)景進(jìn)行互動(dòng)。

本文所說(shuō)的VR全景影視即可以實(shí)現(xiàn)上下左右360°任意角度拖動(dòng)觀看的動(dòng)態(tài)視頻。而且還允許體驗(yàn)者在視頻里自由移動(dòng)觀看，在同一時(shí)間，站在不同的位置觀看，提供任意位置的360°自由觀看，具有交互性。

2? ? VR全景影視技術(shù)設(shè)備分析

全景相機(jī)又稱為全方位攝像機(jī)。普通相機(jī)的視角范圍一般不超過(guò)180°，它最大程度可以捕捉到通過(guò)半球落在相機(jī)焦點(diǎn)上的光線，而全方位攝像機(jī)就可以捕捉到整個(gè)球體從任意角度進(jìn)入焦距的光線。但實(shí)際上，那些真正可以覆蓋全部球面的相機(jī)，則是利用多個(gè)不相交的單獨(dú)焦點(diǎn)來(lái)捕獲光線。目前，我們國(guó)內(nèi)的強(qiáng)氧，得圖，Insta360，UCVR，滋曼等企業(yè)以及國(guó)外的Nokia，Google，GoPro，F(xiàn)acebook，Jaunt，三星，松下，柯達(dá)，尼康等企業(yè)都在布局VR全景攝像機(jī)。

我們可以根據(jù)不同的場(chǎng)景來(lái)進(jìn)行劃分，便于介紹不同的VR設(shè)備。根據(jù)產(chǎn)品的性能價(jià)格以及使用場(chǎng)景劃分為3個(gè)級(jí)別：教學(xué)級(jí)、商業(yè)項(xiàng)目級(jí)、影視級(jí)。

2.1? 教學(xué)級(jí)

這類相機(jī)適用于普通的自制VR視頻或簡(jiǎn)單的展示類項(xiàng)目。它使用方便，一般為雙目或多目，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)地預(yù)覽和機(jī)內(nèi)合成，但其畫質(zhì)寬度不高和無(wú)法做專業(yè)設(shè)置，得圖、小蟻、理光以及少量GoPro拼接等方案都可制作簡(jiǎn)單的VR視頻。

2.2? 商業(yè)項(xiàng)目級(jí)

利用原型驗(yàn)證機(jī)或繼承的商用VR一體機(jī)，它擁有比較復(fù)雜的后期流程和底層算法，畫面整體效果比教學(xué)級(jí)別更好，可以拍攝VR廣告片、商業(yè)短片等，基本滿足用戶的需求。Facebook Surround 360配備了17個(gè)攝像頭組成的陣列，機(jī)身周圍有14個(gè)廣角攝像頭，通過(guò)軟件可以實(shí)現(xiàn)捕捉360°圖像，并自動(dòng)進(jìn)行渲染，而且它還采用了全局快門，可以避免產(chǎn)生獨(dú)立關(guān)閉快門的畫面缺陷。

2.3? 影視級(jí)

電影級(jí)別的專業(yè)VR影視團(tuán)隊(duì)制定的套件設(shè)備，一般操作較為復(fù)雜，后期流程效率較低，但畫面效果最好，這就需要類似紅龍的套件設(shè)備。

3? ? VR全景影視拍攝技術(shù)

VR全景影視拍攝與傳統(tǒng)影視拍攝手法不同，在傳統(tǒng)影視中，導(dǎo)演利用傳統(tǒng)的鏡頭語(yǔ)言把自己的情感傳遞給觀眾，讓觀眾更直觀、更準(zhǔn)確地理解影片的內(nèi)容。盡管傳統(tǒng)的蒙太奇語(yǔ)言在VR影視中無(wú)法起到作用，但它也有一系列的準(zhǔn)備工作。

3.1? 確定拍攝視角

導(dǎo)演根據(jù)影片的類型確定受眾目標(biāo)，思考影片為誰(shuí)而作，這樣可以更容易確定拍攝的視角。對(duì)于大多數(shù)VR全景視頻來(lái)說(shuō)，導(dǎo)演都會(huì)嘗試以第一人稱去拍攝，以這樣的視角能更容易地吸引體驗(yàn)者，影片的主線劇情更容易展開。而以角色為中心的敘事方式，用第二人稱視角可以滿足主角與觀眾之間的互動(dòng)。用第三人稱的視角來(lái)觀影影片可以讓體驗(yàn)者客觀地觀察整個(gè)場(chǎng)景。

3.2? 前期準(zhǔn)備工作

VR全景視頻的劇本創(chuàng)作中不再是以一個(gè)畫面鏡頭為單位，而是以一個(gè)場(chǎng)景為基本拍攝單位，即一個(gè)鏡頭就是一個(gè)場(chǎng)景。因此，我們要準(zhǔn)備場(chǎng)景的布置、演員的調(diào)動(dòng)、影片時(shí)長(zhǎng)、燈光布置及拍攝設(shè)備的布置等。這里我們介紹VR全景布光的幾種布光，分別是聚光燈、區(qū)域燈光和球形燈光布光。

3.3? 聚光燈的用法

我們可以想象虛擬一個(gè)室內(nèi)拍攝場(chǎng)景，拍攝主體是一個(gè)位于半封閉空間內(nèi)的人。

（1）在拍攝主體前方。位于相機(jī)側(cè)后方的聚光燈無(wú)論是高度還是角度都避開了全景視頻相機(jī)的鏡頭直射，這樣布光可以讓第一視角看起來(lái)更具有現(xiàn)場(chǎng)感。

（2）在拍攝主體側(cè)方。利用空間里開放式結(jié)構(gòu)（如窗戶）完成測(cè)光的布景，這樣布景拍攝主體的輪廓感更強(qiáng)，圖像顯得更真實(shí)，更有觸感，也更明晰。

（3）在拍攝主體后方。這是一種逆光拍攝，這樣處理能夠得到室內(nèi)空間底部的全域色調(diào)，人物主體上也有燈光的顏色，所以多用在需要進(jìn)行色彩控制和平衡的場(chǎng)景中。

（4）在拍攝主體上方。即垂直向下的燈光布置，這樣的燈光布置最不容易穿幫，這樣的處理使得拍攝主體表面有著更強(qiáng)的明暗調(diào)性，人物的線條更硬朗，色彩也更有層次。

對(duì)整個(gè)空間來(lái)說(shuō)，區(qū)域燈光產(chǎn)生影響的光域要比聚光燈大得多，在VR拍攝的場(chǎng)景當(dāng)中，如果想要獲得更好的色彩表現(xiàn)和明暗細(xì)節(jié)，那么可以選用區(qū)域燈光;如果空間光源充足，而想要拍攝主體更有層次，那么可以選擇聚光燈光。球形燈光的光域是最廣的，即使是單盞也能保證一個(gè)場(chǎng)景中的空間照明，在場(chǎng)景中放置多個(gè)球形燈能夠達(dá)到無(wú)影燈的效果。

4? ? VR全景影視后期軟件

開始使用軟件制作VR全景視頻之前，先要合理清晰地整理素材，根據(jù)攝像機(jī)的數(shù)量新建文件夾，將相應(yīng)攝像機(jī)的視頻分類到該文件夾，根據(jù)需求把需要縫合處理的全景視頻放到同一文件當(dāng)中。使用的拼接軟件可以是Kolor Autopano video pro，Kolor Autopano Giga以及Video Stitch Studio等，另外還可能需要到傳統(tǒng)影視制作當(dāng)中的編輯軟件進(jìn)行輔助，如Premiere，After Effects以及Photoshop等軟件。視頻編輯當(dāng)中，可以相應(yīng)調(diào)整曝光和白平衡這些參數(shù)設(shè)置。最后就是渲染出視頻，然后使用全景視頻播放器進(jìn)行觀看體驗(yàn)，如Kolor KolorEyes。

5? ? VR全景視頻觀影設(shè)備

VR視頻制作完成后，我們需要通過(guò)其相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行觀影，目前，VR設(shè)備大概分為4種：以Cardboard為代表的紙盒設(shè)備、移動(dòng)端頭顯設(shè)備、PC頭盔和VR一體機(jī)。以Google Cardboard為代表的這種設(shè)備，就是兩片透鏡，以及固定透鏡和手機(jī)的紙盒。Cardboard紙盒包含了紙板、雙凸透鏡、磁石、魔力貼、橡皮筋以及NFC貼等部件，其實(shí)這就是一個(gè)廉價(jià)的3D眼鏡，但這個(gè)眼鏡加上智能手機(jī)就組成了一個(gè)VR設(shè)備。移動(dòng)VR的一大平臺(tái)是GearVR，它包括了一個(gè)觸控板、一個(gè)后置按鈕和監(jiān)測(cè)加速和陀螺儀位置的運(yùn)動(dòng)傳感器。其次是PC端的設(shè)備，其計(jì)算處理是通過(guò)數(shù)據(jù)線交給PC，另外，頂級(jí)的PC頭盔必然會(huì)內(nèi)置精心研發(fā)位置追蹤系統(tǒng)，如HTC VIVE的Lighthouse，Oculus Rift的星座系統(tǒng)。VR一體機(jī)具備獨(dú)立處理器并且同時(shí)支持高清多媒體接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）輸入的頭戴式顯示設(shè)備，它擁有獨(dú)立運(yùn)算、輸入和輸出的功能。它是智能手機(jī)失掉了通信模塊，增加了顯示處理單元的能力，加強(qiáng)位置感應(yīng)，并把其做成頭戴式的設(shè)備，成像的原理采用了單屏分屏技術(shù)，用簡(jiǎn)單的凸透鏡放大顯示。

6? ? VR全景影視的應(yīng)用

關(guān)于沉浸式的體驗(yàn)，目前3D和IMAX也能做到相應(yīng)的效果，而VR全景影視更能增強(qiáng)沉浸體驗(yàn)。（1）全景式的立體成像與環(huán)繞音效，以沖破傳統(tǒng)影院維度，讓體驗(yàn)者在視覺(jué)和聽覺(jué)上完全沉浸于影片當(dāng)中。（2）利用不同部位的傳感器產(chǎn)生出虛擬視覺(jué)、虛擬聽覺(jué)、虛擬觸動(dòng)感以及虛擬嗅覺(jué)，且盡可能達(dá)到實(shí)時(shí)性，讓體驗(yàn)者擁有劇情的選擇權(quán)，達(dá)到全身心地沉浸其中。2014年《速度與激情》系列電影的導(dǎo)演林詣彬?qū)а萘艘徊絍R短片《HELP》，2016年導(dǎo)演斯皮爾伯格宣布要拍面向家庭的VR電影，同年，導(dǎo)演羅布麥克萊倫推出了全球首部限制級(jí)VR電影《ABE VR》?？梢?，VR影視越來(lái)越普及，無(wú)疑，VR全景影視的發(fā)展指日可待。

Analysis of VR panoramic film and television technology

Feng Jiawen， Zhang Xia， Hu Chuili

（Department of Computer Science and Engineering， Guangzhou College of Technology and Business， Guangzhou 510850， China）

Abstract：In recent years， VR technology has become a popular topic in the society， VR+ medicine， VR+ military， The application of VR+ interior design， such as the rapid development of spring bamboo shoots after the rain， and the rapid development of the VR industrialization in the global scope. and the VR technology is combined with the film and television， the sensor is loaded in the VR helmet， the movement of the head and the line of sight of the experienced person is detected and continuously tracked， the data of the experience is tracked， Only in the visual， auditory， tactile and even smell can try an unprecedented experience. VR+ film and television will be the new development and new trend of the film and television industry. This paper introduces the VR technology first， and then analyzes the VR panorama film technology and its equipment.

Key words：VR film and television equipment; post software; photography technology; VR panorama film technology