淺析電影照明數(shù)字控制技術(shù)的現(xiàn)狀及趨勢

楊 可

電影被很多業(yè)內(nèi)人贊譽為 “光影調(diào)度”或者“光影敘事”,足可見光影在電影呈現(xiàn)效果方面的地位,光線的運用很大程度上決定了影片的基調(diào)和品質(zhì)。在前期制作中,自然光源和人工光源的控制往往是并舉的,它們都有著豐富的內(nèi)涵,其控制技巧和技術(shù)也不一而足。其中,照明燈具的控制是光線控制的重要基礎(chǔ)。

隨著數(shù)字燈具的普及以及DMX512協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的引進(jìn),高效和集中的照明數(shù)字控制技術(shù),即對一組或多組照明燈具進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)字管理和自動控制的技術(shù),成為了很多好萊塢電影制作的標(biāo)配,近些年也在國內(nèi)得到了推廣。電影照明數(shù)字控制技術(shù)使得攝影師對復(fù)雜照明的掌控更加自由,光效變化的調(diào)整更加直觀、精細(xì)和感性,并且,原本需要耗費在技術(shù)溝通上的大量時間,可以更多的投入到創(chuàng)作中去。

1 照明控制的跨領(lǐng)域發(fā)展

從技術(shù)層面來講,我們可以通過配置調(diào)光器、透鏡、色紙、紗網(wǎng)、蝴蝶布、軟格、反光板等附件和耗材來控制光的亮度、照度、聚散、顏色、硬度、方向等參數(shù),也可以通過移動燈具的位置和角度來改變光線的性質(zhì),但這些常規(guī)手段往往需要通過燈光助理的近距離手動操控來實現(xiàn),當(dāng)燈具數(shù)量達(dá)到一定規(guī)模時,每一次調(diào)整勢必需要調(diào)動大量人力,耗費大量時間。

上個世紀(jì)80年代以前的影視照明還處于模擬的時代,對照明設(shè)備的遠(yuǎn)程集控也還只是模擬控制。比如通過模擬調(diào)光箱和調(diào)光臺等設(shè)備實現(xiàn)對燈具電壓連續(xù)變化的控制,一般一個調(diào)光回路就需要一條控制線來連接;一些電子機械裝置也可以控制燈具的其他屬性,比如,想改變光源的顏色,就給燈具安裝一個馬達(dá)控制的色片輪,通過改變馬達(dá)的電壓來改變色片輪的位置,進(jìn)而改變顏色等。

80年代末,照明控制進(jìn)入了數(shù)字時代,也就是使用借助數(shù)字、字符或者其他符號對照明設(shè)備進(jìn)行編程控制的自動化方法。但在一開始,仍然沒有解決簡化系統(tǒng)的問題,因為每個燈具都需要通過一根八芯的高清信號線來控制,所以當(dāng)有多組燈具需要控制時,現(xiàn)場勢必有無數(shù)條雜亂的信號線。

1990 年,數(shù)字多路復(fù)用協(xié)議DMX (Digital Multiplex)512作為一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)被引入照明控制領(lǐng)域。DMX512協(xié)議是用來控制調(diào)光器和照明設(shè)備的一種通信網(wǎng)絡(luò),采用串行方式傳送數(shù)字信號,控制器與一組設(shè)備之間只要一根信號線連接即可?？刂破鬏敵龆朔Q作數(shù)據(jù)鏈路,為512 個稱之為槽(slot)的通道提供數(shù)據(jù)。通過這條鏈路,可以向串聯(lián)的所有設(shè)備發(fā)送多個槽的控制命令,方式是從一個設(shè)備到一個設(shè)備的逐次分發(fā)。這是一種更容易加載、安裝和調(diào)整、拆除的方案。

照明數(shù)字控制最早應(yīng)用于舞臺照明領(lǐng)域,因為大型的秀場、演出和展覽需要實時控制大量的燈光設(shè)備,只有借助數(shù)字化控制才能實現(xiàn)炫酷的動態(tài)燈光效果,后來,精細(xì)的電影制作也將其引入前期流程中。

DMX512協(xié)議的統(tǒng)一使得各廠家的設(shè)備可相互連接,兼容性大大提高,而且它不僅可用于控制普通照明燈具,還可以控制各種特殊設(shè)備如色彩滾動器、旋轉(zhuǎn)Gobo、遮光器、搖頭燈、煙霧機等。但是,DMX512剛問世的時候是單向協(xié)議,即數(shù)據(jù)從控制臺向設(shè)備移動,沒有錯誤檢查或校正的功能,因此不能控制煙火、激光照明或任何對工作人員有危害的設(shè)備。另外,如果大量設(shè)備已經(jīng)架設(shè)完畢(特別是處于高空吊裝狀態(tài)時),想快速檢查還是比較麻煩的。到了2006 年,出現(xiàn)了更新版的DMX512-A,數(shù)據(jù)可以雙向傳輸了。這個進(jìn)步使得系統(tǒng)的安全性和可操作性更強了。

2 DMX512控制協(xié)議的基本要素

DMX512是控制器以數(shù)據(jù)包的形式向設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)流,數(shù)據(jù)包的主體結(jié)構(gòu)是一個8位二進(jìn)制的協(xié)議,但是在每個8位的實際數(shù)據(jù)之前還有一個中斷(BREAK)、一個終端后標(biāo)記 (MAB)及一個起始位標(biāo)記(SC)。DMX 是一個異步系統(tǒng),沒有同步信號,這樣的話,一個數(shù)據(jù)包其實總共有11位,其數(shù)據(jù)刷新率是每秒44次。

圖1 DMX512的幀結(jié)構(gòu)

2.1 DMX512尋址

起始位標(biāo)記了數(shù)據(jù)包的槽值,也是控制器向所有設(shè)備發(fā)出的第一個值,一個全域的槽值從1 到512共有512 個。每個接收設(shè)備在起始代碼之后,便開始計數(shù)槽的數(shù)量,當(dāng)?shù)诌_(dá)指定的地址時,便在該槽中對數(shù)據(jù)做出反應(yīng)。

每個DMX512設(shè)備都有一個尋址界面,可能是撥盤式的,也可能是閃燈式的。每個設(shè)備的每個功能都占據(jù)一個槽,因此一個設(shè)備可能占據(jù)數(shù)個槽。比如,一個HMI鏑燈鎮(zhèn)流器使用兩個槽,一個用于調(diào)整光的強度,另一個用于開關(guān)燈,而該鎮(zhèn)流器的起始地址為010,那么鎮(zhèn)流器將響應(yīng)槽010和槽011。當(dāng)然,也可以為多個設(shè)備指定同一個起始地址,這些設(shè)備都將以相同的方式對該地址的數(shù)值變化做出響應(yīng)。為燈具編址需要注意采用便于記憶的順序,同時不能造成槽值重疊,為此,可以給全域留一些空隙。

2.2 DMX值和設(shè)備協(xié)議

DMX512 的8 位二進(jìn)制值,從00000000 到11111111可以代表256個不同數(shù)值,并成為我們的控制級別,當(dāng)我們提高增益調(diào)節(jié)器的值,調(diào)光器就將強度從0提高到100%。每個設(shè)備使用DMX 值來觸發(fā)一個特殊的響應(yīng),加上DMX 槽值對燈具功能的映射,稱作該設(shè)備的DMX 協(xié)議,這在設(shè)備出廠時都已經(jīng)預(yù)設(shè)好了。根據(jù)設(shè)備控制級別的程度,需要的槽數(shù)量也不一樣。比如Kino Flo的Image85有兩種模式,IND 模式下它需要兩個槽,FIX 模式下它需要9個槽,而具體如何編址是需要視情況而定的。

對于控制光源的亮度來說,256 個級別似乎已經(jīng)足夠了。但是,在另外一些情況下,比如控制搖頭燈超過一圈的轉(zhuǎn)動,這樣的級別數(shù)會顯得轉(zhuǎn)動不夠連續(xù)平滑,這就需要使用16位(兩個8位)值來生成65536個不同的級別。途徑是由一個槽變?yōu)閮蓚€槽來控制,其中一個槽控制粗略搖移,另一個槽控制精細(xì)搖移。

2.3 DMX控制器

DMX 控制器是根據(jù)用戶的輸入而生成DMX512信號的設(shè)備。我們在拍攝現(xiàn)場可能會看到各種形式的控制器,比如結(jié)構(gòu)簡單的調(diào)光板 (Dimmer),和復(fù)雜的基于計算機的控制臺,也有一些軟件可以在個人電腦上運行并作為精簡版的控制臺使用。另外,還有一些手持控制器包括安裝了相關(guān)軟件的iPad,也可用于在現(xiàn)場直接發(fā)出指令控制DMX512設(shè)備,可以查看整個全域的時序和刷新率,檢測DMX 信號、控制臺配接,進(jìn)行故障查詢。

圖2 《八佰》攝影指導(dǎo)曹郁在照明控制臺旁工作

圖2所示的照明控制臺是比較復(fù)雜的,這類控制臺的基本功能包括:亮度 (level)、預(yù)設(shè) (preset)、指令 (cue)、指令列表 (cue list)、分組(group)、配接 (patch)、集控 (submaster)、調(diào)色板(palette)、特效(effect)、回放(playback)、演出文件 (showfile)、遠(yuǎn)程發(fā)送指令 (remote cueing)。

3 電影照明數(shù)字控制的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 工作流程

國內(nèi)絕大部分電影的燈光部門有燈光指導(dǎo)、燈光師及助理、預(yù)制燈光組、電工等職位,但是在使用照明數(shù)字控制的大型劇組,比如查看美國電影《復(fù)仇者聯(lián)盟3》的演職員表,燈光組人數(shù)就非常多,除了以上的常規(guī)人員,還有預(yù)制燈光程序員、現(xiàn)場燈光程序員、調(diào)光操作員等諸多新型職位。

電影拍攝具有可重復(fù)性,前中后期幾個不同層次的制作過程使得電影照明數(shù)字控制的基本工作流程完全不同于演播室或者演唱會。電影照明數(shù)字控制的大致流程包括:繪制布光圖,設(shè)計系統(tǒng)方案,利用可視化軟件進(jìn)行光效預(yù)覽,排布電纜設(shè)備和搭建系統(tǒng),現(xiàn)場編程和適時調(diào)整,后期特效數(shù)據(jù)對接。

布光圖是照明設(shè)備路線圖,可以識別每個裝置、每根管子、每個桁架和每個電路,燈光師必須隨時可以依據(jù)它向調(diào)光操作員解釋每個燈具的編號。布光圖也為可視化軟件提供了基礎(chǔ)。

DMX 系統(tǒng)搭建有很大的拓展空間。一條DMX512鏈路可以連接31 個設(shè)備,如果想要在同一個標(biāo)準(zhǔn)輸出口中運行更多的設(shè)備,就需要DMX信號分配器的支持。在一個場景中搭建多個DMX512全域系統(tǒng)已經(jīng)很常見,有的時候甚至多達(dá)十幾二十個。

布光可視化預(yù)覽緣起于搖滾樂演出,適用于準(zhǔn)確的渲染虛擬布景上的每個照明設(shè)備的各種效果。在一些預(yù)覽軟件中,可以將一個DMX 攝影機放置在布景中的任何位置,并從那個視角準(zhǔn)確的觀看燈光呈現(xiàn)的效果。

燈光程序員在編寫程序之前都需要全面考察所需燈具的功能、屬性與規(guī)格,比如電動軛架的運動范圍和速度,并考慮是否需要提高控制分辨率。如果一個場景需要對大量照明設(shè)備編制程序的時候,可視化預(yù)覽軟件允許程序員在設(shè)備預(yù)制和電纜排布之前就開始進(jìn)行離線編程,給在現(xiàn)場做出改動和完善布光指令留出足夠的時間。

3.2 遠(yuǎn)程設(shè)備管理RDM

2006年,和DMX-A 同時推出的遠(yuǎn)程設(shè)備管理RDM (Remote Device Management)也具有雙向通信的功能,相比DMX512-A,RDM 的設(shè)計更加精妙,它共享了前者所用的兩根線,RDM 設(shè)備和非RDM 設(shè)備可以同時工作在同一個DMX512網(wǎng)絡(luò)上。

但是,直到2016 年,RDM 才真正開始普及,它完全改變了程序員與設(shè)備互動的方式,允許燈具將其產(chǎn)品型號ID、軟件版本、槽足跡、DMX512特性、起始地址、傳感器數(shù)量等大量信息發(fā)送回控制器。這樣,可以智能的實現(xiàn)將燈具添加和配接到控制臺中。另外,只需用手持控制器就可以遠(yuǎn)程檢查和修正列表中燈具的DMX 地址、固件版本或者模式等。如今幾乎所有的燈具都內(nèi)置RDM 功能。

3.3 DMX512和以太網(wǎng)絡(luò)并行

以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)是在計算機行業(yè)內(nèi)發(fā)展起來的數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn),不是專門為娛樂業(yè)開發(fā)的,于是一些照明設(shè)備廠商專門開發(fā)了基于以太網(wǎng)的專用通信協(xié)議,同時,目前比較高端的控制臺也可以使用基于以太網(wǎng)的通信協(xié)議。

雖然安全可靠的DMX512目前還是占據(jù)更多優(yōu)勢,但以太網(wǎng)也有它不可替代的優(yōu)點。

圖3 承載多個DMX 全域的以太網(wǎng)系統(tǒng)示例

首先是擴展性和靈活性。多重鏈路的一種重要配置方式就是使用以太網(wǎng)。如果為系統(tǒng)建立了以太網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)可以監(jiān)測到主控臺的崩潰并自動切換到備份控制臺,并且自動備份錄制文件。其次是速度快。以太網(wǎng)的傳輸速度要比DMX 快很多,可以在一個以太網(wǎng)端口上發(fā)送多個DMX 標(biāo)準(zhǔn)輸出口,DMX 的傳輸速率是每秒250000 位,假設(shè)帶寬吞吐量是100%,那么每秒10M 帶寬將支持40個DMX 標(biāo)準(zhǔn)輸出口,每秒100M 帶寬則支持400 個DMX 標(biāo)準(zhǔn)輸出口。

適用于以太網(wǎng)對娛樂設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)分配和控制的協(xié)議包括Art-Net和sACN。如果希望把它們轉(zhuǎn)回DMX512協(xié)議,需要使用網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)為DMX 輸出。不過,像SkyPanel等新型燈具有內(nèi)置網(wǎng)關(guān),可以直接運行基于以太網(wǎng)的協(xié)議,就不需要外部網(wǎng)關(guān)了。

可以預(yù)見,在未來的若干年內(nèi),以太網(wǎng)和DMX512不會互相取代,而是將攜手并肩、互補互利的工作。

4 電影照明數(shù)字控制的發(fā)展趨勢

4.1 復(fù)雜影像照明設(shè)備

越來越多電影制作把媒體服務(wù)器或像素映射器這些具有復(fù)雜影像效果的設(shè)備作為照明設(shè)備或是道具背景。媒體服務(wù)器可以存儲、播放和操控數(shù)字媒體內(nèi)容,比如視頻或照片,它能夠與視頻投影儀、數(shù)字照明設(shè)備或LED 顯示器結(jié)合起來使用。像素映射器是將影像的像素映射到大型RGB LED 陣列上,每個LED 就是超大影像中的一個像素。因此為新型設(shè)備編寫復(fù)雜的DMX 控制程序也開始成為占據(jù)燈光程序員未來工作的一大職責(zé)。

4.2 無線DMX

無線DMX 使用了自適應(yīng)跳頻擴頻技術(shù) (AFHSS),使其不間斷的通過改變傳輸通道來搜尋沒有干擾的路徑,并把信號傳播出去。無線DMX 和Wi-Fi的工作模式很相似,一般都在2.4千兆赫或5千兆赫頻率范圍內(nèi)工作,但是無線DMX 的功率很高,很難被Wi-Fi或其他電磁因素干擾,反之,它很可能會干擾到工作現(xiàn)場的Wi-Fi。另外,在拍攝現(xiàn)場,一般還會存在無線跟焦、無線圖傳、無線音頻等多重干擾。因此,使用未被占用的頻段是防止干擾的重要步驟,其次就是使用定向天線。

無線DMX 的使用已經(jīng)越來越經(jīng)濟和可靠,但是在國內(nèi)的電影行業(yè)里,大部分人還是更相信又長又沉的線纜,而不是小小的發(fā)射器和接收器,這種心理可以理解,在時間就是金錢的拍攝現(xiàn)場,平滑連續(xù)的傳輸何其重要,任何錯誤都會讓人緊張。不管怎樣,這是一種重要趨勢,在歐美國家已經(jīng)非常普遍的這個技術(shù),已經(jīng)開始在國內(nèi)找到它的地位。比如電影《堅如磐石》就大范圍使用了基于CRMX與WDMX 無線協(xié)議的設(shè)備來進(jìn)行數(shù)字控制,體驗了設(shè)備輕量化帶來的便利。

5 結(jié)語

不論在娛樂行業(yè)的哪個應(yīng)用領(lǐng)域,照明控制技術(shù)都經(jīng)歷了類似的技術(shù)演進(jìn)和拓展,從模擬時代到數(shù)字時代,從DMX 網(wǎng)絡(luò)到以太網(wǎng)絡(luò),從有線傳輸?shù)綗o線傳輸。不同于寫意動感的舞臺照明,電影照明更加精雕細(xì)琢,在相同的技術(shù)背景下,電影工業(yè)賦予了照明數(shù)控系統(tǒng)獨特的流程和內(nèi)容,電影照明團(tuán)隊也因此在技術(shù)技巧上獲得更多想象的空間。