淺談影視傳媒數(shù)字虛擬現(xiàn)場制作技術(shù)的發(fā)展演變

摘要：本文根據(jù)作者自身的學(xué)習(xí)和從事虛擬現(xiàn)場制作工作中的實踐經(jīng)驗，簡要介紹了虛擬現(xiàn)場制作技術(shù)的發(fā)展演變，以及虛擬拍攝技術(shù)在當(dāng)代電影電視領(lǐng)域中的作用。客觀探討一下虛擬拍攝這一技術(shù)方式在未來的發(fā)展方向和改進(jìn)設(shè)想。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)場制作;計算機(jī)圖形虛擬空間;傳感器;影視制作

數(shù)字圖像技術(shù)在電視電影行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用直接奠定了動態(tài)視頻圖像內(nèi)容豐富化的發(fā)展趨勢，從根本上改變了過去模擬信號技術(shù)時代圖像低畫質(zhì)和影視產(chǎn)品制作低效率高投入的生產(chǎn)屬性。在21世紀(jì)頭20年的時間里，數(shù)字圖像技術(shù)仍然在迅猛發(fā)展，720P，1080P圖像制式已經(jīng)逐漸成為過去式，2K，4K HDR，8K視頻制式正在伴隨著5G技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)IP化制作的大技術(shù)前提下正在逐漸發(fā)展成為當(dāng)前以及未來一段時間內(nèi)影視傳媒制作的技術(shù)主流。在此基礎(chǔ)上，以計算機(jī)圖形混合現(xiàn)實技術(shù)為根基的虛擬現(xiàn)場制作又將發(fā)展到一個新的階段。

二十世紀(jì)九十年代，經(jīng)濟(jì)的繁榮帶動了文化的繁榮，世界傳媒行業(yè)迅猛發(fā)展，衛(wèi)星廣播網(wǎng)絡(luò)開始讓更多的電視節(jié)目有了全球廣泛傳播的方式，電視節(jié)目的制作方式開始變得多樣化，為了提高節(jié)目的觀賞效果，豐富節(jié)目中通過視覺所傳達(dá)的信息量的同時控制節(jié)目制作時間成本，很多科技公司根據(jù)計算機(jī)圖形技術(shù)的發(fā)展積累提出的理論基礎(chǔ)以及市場需求紛紛開始研發(fā)具有將計算機(jī)圖形制作的虛擬空間和現(xiàn)實演播室空間相匹配整合的虛擬演播室系統(tǒng)。1993年，以色列的傲威公司（ORAD）就開發(fā)出了第一套帶有真三維虛擬空間的虛擬演播室系統(tǒng)，并在當(dāng)年的專業(yè)設(shè)備展會上首次亮相，開啟了虛擬拍攝技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用的時代。從這個時期開始直到現(xiàn)如今，隨著計算機(jī)圖形技術(shù)和數(shù)字視頻技術(shù)的飛速進(jìn)步，虛擬現(xiàn)場制作這一概念在電視節(jié)目制作行業(yè)和電影電視劇制作行業(yè)都開始起到越來越重要的作用。

從20世紀(jì)九十年代中后期開始，各個發(fā)達(dá)國家電視臺開始組建虛擬演播室進(jìn)行虛擬現(xiàn)場制作，通過電子機(jī)械臂控制攝像機(jī)的運動或應(yīng)用傳感器將攝像機(jī)的物理運動轉(zhuǎn)換為電子信號數(shù)據(jù)，利用藍(lán)幕綠幕摳像技術(shù)將主持人及節(jié)目相關(guān)演出人員與利用CG技術(shù)制作好的平面背景或三維虛擬場景進(jìn)行合成并簡單匹配運動，錄制出的節(jié)目不但在視覺效果上得到了創(chuàng)新，同時使節(jié)目制作更加多樣化，可以實現(xiàn)在同一個虛擬演播室中錄制多個不同題材的節(jié)目，節(jié)省了制作周期，提高了制作效率。中國大陸在上世紀(jì)九十年代末，二十一世紀(jì)初期開始在中央電視臺開始應(yīng)用虛擬演播室技術(shù)來制作節(jié)目。隨著虛擬演播室系統(tǒng)的日驅(qū)完善以及CG技術(shù)，數(shù)字視頻影像技術(shù)的不斷進(jìn)步，虛擬現(xiàn)場制作在電視領(lǐng)域中開始越來越多的廣泛應(yīng)用，使電視臺節(jié)目的制作內(nèi)容不斷豐富，涵蓋信息越來越多樣化，可通過圖形化這一形式將節(jié)目中所要傳達(dá)的內(nèi)容要點更直觀的展現(xiàn)給觀眾。

1977年美國好萊塢電影《星球大戰(zhàn)》系統(tǒng)性的應(yīng)用了電腦特效和物理特效，開啟了現(xiàn)代意義上的CG特效大片的時代。從此應(yīng)用綠幕藍(lán)幕的電腦特技拍攝方式開始逐漸應(yīng)用到較大制作規(guī)模的影片當(dāng)中，時至今日，這種電腦特技拍攝方式越來越大量的應(yīng)用在電影項目制作中。在這種拍攝方式的早期，是無法在現(xiàn)場看到綠幕藍(lán)幕上的CG制作內(nèi)容，所有的效果都要經(jīng)過后期特效人員經(jīng)過“粗模型合成樣片”來確定每個鏡頭的制作方案，之后再進(jìn)入到精確的特效鏡頭制作中。進(jìn)入21世紀(jì)之后，電腦特技拍攝的鏡頭越來越多的應(yīng)用在影片制作中，這種先做“粗模型合成樣片”的拍攝方式無疑嚴(yán)重影響了影片拍攝和制作進(jìn)度。隨著電影工業(yè)數(shù)字化進(jìn)程的普及，利用電視行業(yè)虛擬現(xiàn)場制作的經(jīng)驗?zāi)Ｊ街饾u變成了可能，電影虛擬現(xiàn)場拍攝技術(shù)應(yīng)運而生，電影虛擬現(xiàn)場拍攝技術(shù)的工作流程是將能夠由電子陀螺儀等能夠感知旋轉(zhuǎn)和位移的傳感器與電影攝影機(jī)相綁定，二者形成固定的位移旋轉(zhuǎn)關(guān)系，傳感器所感知的位置變化信息即攝影機(jī)所感知的位置變化信息，將這些位移旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)在圖像引擎中的虛擬相機(jī)中表達(dá)出來，再通過數(shù)字視頻摳像硬件系統(tǒng)將綠幕藍(lán)幕環(huán)境中的景物和演員提取出來，與虛擬三維景物合成出在拍攝現(xiàn)場能夠?qū)崟r觀看的預(yù)覽畫面。2001年上映的影片《指環(huán)王》就以及應(yīng)用到了在特技拍攝現(xiàn)場應(yīng)用VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)來安排較復(fù)雜內(nèi)容的場面調(diào)度。2009年的電影《阿凡達(dá)》和2010年的影片《愛麗絲夢游仙境》更是將電影的虛擬現(xiàn)場制作推向了一個全新的工業(yè)制作標(biāo)準(zhǔn)，改變了電影電視劇的制作流程，現(xiàn)如今虛擬現(xiàn)場制作拍攝已經(jīng)越來越多的出現(xiàn)在不同的影視劇項目當(dāng)中。

影視虛擬現(xiàn)場制作技術(shù)在經(jīng)歷20多年的不斷演化，目前正在朝著吸納更多逐步成熟的多領(lǐng)域技術(shù)綜合應(yīng)用的方向發(fā)展，比如在2019年北京BIRTV展會上索尼公司推出基于人工智能技術(shù)先進(jìn)算法的無幕布摳像技術(shù)，這一技術(shù)雖然還在發(fā)展的初始階段，很多功能還并不完善，比如智能處于固定機(jī)位進(jìn)行摳像拍攝，攝像機(jī)無法運動，對于摳像的背景識別也有諸多限制，目前該產(chǎn)品也只能應(yīng)用于民用商業(yè)領(lǐng)域，尚不能滿足專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)要求，但這個產(chǎn)品已經(jīng)能夠展現(xiàn)出未來虛擬現(xiàn)場制作的一個技術(shù)發(fā)展趨勢，在人工智能技術(shù)和新一代精準(zhǔn)傳感器的幫助下虛擬現(xiàn)場制作努力擺脫局限在專業(yè)場地的限制，朝著能適應(yīng)更加靈活多變的應(yīng)用方式進(jìn)化發(fā)展，能夠?qū)⑻摂M現(xiàn)場制作應(yīng)用到更多種類不同條件的拍攝環(huán)境中，并在項目制作中起到更加重要的作用。在專業(yè)場地的使用中，隨著近些年LED顯示技術(shù)的進(jìn)步，將高品質(zhì)的LED幕墻用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的摳像技術(shù)也成了一個新的發(fā)展趨勢。將實時渲染引擎中制作好的三維場景映射到高分辨率LED幕墻上，渲染引擎中的虛擬相機(jī)由真實攝像機(jī)上綁定的傳感器實時傳輸旋轉(zhuǎn)位移信息，從而實現(xiàn)高精度的匹配運動。這樣的方式從根本上解決了影視劇項目制作周期的問題，在制作周期，制作成本，項目視覺質(zhì)量要求中達(dá)到了一個平衡關(guān)系，為影視劇項目的開發(fā)制作提供了一個全新的思路。應(yīng)用該種方法進(jìn)行拍攝制作也對拍攝過程提出了新的技術(shù)要求，在打光設(shè)置和安排鏡頭的移動調(diào)度時都要根據(jù)LED的發(fā)光特性進(jìn)行新的思考和嘗試，與以往傳統(tǒng)的特技拍攝方式又產(chǎn)生了很大的區(qū)別。

隨著電視節(jié)目播出制作領(lǐng)域和電影電視劇制作領(lǐng)域逐漸吸收互網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，未來基于IP化的制作技術(shù)必將越來越成為主流，5G技術(shù)的普及應(yīng)用會為該領(lǐng)域鋪設(shè)更寬廣的信息“高速公路”，5G技術(shù)的高帶寬，低延遲，多硬件設(shè)備的無線數(shù)據(jù)互聯(lián)互通為虛擬現(xiàn)場制作技術(shù)的功能擴(kuò)展和升級提供了更具保障的數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上人工智能算法就可以在高帶寬的鏈路上對多種物理傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時的分析比對，從而在制作技術(shù)要求的規(guī)格之內(nèi)提供過去無法獲得的更高精度的數(shù)據(jù)。在這個技術(shù)背景下，比如在非穩(wěn)定的室外進(jìn)行多維度的虛擬現(xiàn)場動態(tài)制作從過去的不可想象變成了一個新的可實踐化的研發(fā)課題，并且目前已經(jīng)有該領(lǐng)域的研究機(jī)構(gòu)和研發(fā)公司正在對該課題進(jìn)行技術(shù)實踐研發(fā)。更加精致的由真人扮演的虛擬人物也即將從特技電影的制作遷移到多平臺節(jié)目的制作播出當(dāng)中，高帶寬低延遲的動作捕捉數(shù)據(jù)可以更快速的從表演者直接傳達(dá)到虛擬角色中與主持人和觀眾進(jìn)行互動表演，虛擬和真實之間的界限會開始變得模糊。2020年初新冠病毒疫情在全球的爆發(fā)事件也深刻影響這影視傳媒行業(yè)的方方面面，很多企業(yè)為了滿足疫情防控要求和控制人員聚集所帶來的風(fēng)險，分分將自家產(chǎn)品的發(fā)布會改為網(wǎng)上直播的方式來代替現(xiàn)場直播，并開始應(yīng)用虛擬現(xiàn)場制作做為網(wǎng)絡(luò)線上直播發(fā)布會展示產(chǎn)品特性和企業(yè)文化的新方式。接下來的一個時代，相信基于5G技術(shù)和人工智能技術(shù)的影視虛擬現(xiàn)場制作將向著便捷化和多工作場景應(yīng)用化，多技術(shù)平臺應(yīng)用化的方向發(fā)展，改變影視傳媒產(chǎn)品的制作方式。

作者簡介：

任宏達(dá)（1987-），籍貫：哈爾濱市，2010年畢業(yè)于北京電影學(xué)院動畫學(xué)院。2011年工作于中影電影數(shù)字制作基地有限公司，2012年開始從事影視虛擬拍攝技術(shù)行業(yè)，期間參與了大量影視作品拍攝。2020年工作于黑龍江省電視臺全媒體新聞中心，從事演播室制播保障工作。