LED虛擬拍攝系統(tǒng)中的照明控制和照明匹配方法研究

方捷新 李 娜

中國(guó)電影科學(xué)技術(shù)研究所(中央宣傳部電影技術(shù)質(zhì)量檢測(cè)所),北京 100086

1 前言

近年來(lái)LED 虛擬拍攝技術(shù)已成為電影、電視和娛樂(lè)內(nèi)容制作領(lǐng)域的熱門前沿技術(shù)。由于全球正持續(xù)遭遇新冠肺炎疫情影響,外景地拍攝日程無(wú)法掌控,該技術(shù)也成為了制片團(tuán)隊(duì)用棚拍替代外景的最佳選擇方案之一,并已在 《曼達(dá)洛人》《新蝙蝠俠》等影視作品中得到應(yīng)用,美國(guó)、歐洲等地已有大量LED 虛擬攝影棚建設(shè)和改造案例,我國(guó)的影視領(lǐng)域科研機(jī)構(gòu)、技術(shù)公司和制作基地也已開(kāi)展了大量研究測(cè)試和試驗(yàn)試用工作。

LED 虛擬拍攝從通俗角度理解,就是以LED顯示屏打造的沉浸式背景來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)虛擬棚拍中的綠幕,具體而言,是指在拍攝現(xiàn)場(chǎng)借助攝影機(jī)實(shí)時(shí)定位追蹤技術(shù)、GPU 實(shí)時(shí)合成渲染技術(shù)和LED 顯示技術(shù)等,將事先利用游戲引擎生成的虛擬背景顯示在攝影棚中的LED 背景墻上,并隨著攝影機(jī)位變化不斷更新 “內(nèi)視錐” (攝影機(jī)拍攝到的鏡頭內(nèi)部分)畫面,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)拍、實(shí)時(shí)監(jiān)看的技術(shù)。其主要優(yōu)勢(shì)有:無(wú)需摳像步驟,避免綠幕制作的“溢色”問(wèn)題(指從綠幕反射到拍攝對(duì)象上的有色光),當(dāng)?shù)谰邽橥该鞑馁|(zhì)時(shí),透射的顏色和光效更為自然逼真;將部分后期工作前置到與拍攝工作同期進(jìn)行,通盤考慮最終成片效果,避免拍攝與后期制作時(shí)空不同步造成的配合不善,節(jié)省部分后期制作成本;營(yíng)造沉浸式表演氛圍,使演員更快融入情境、快速進(jìn)入情緒,節(jié)約實(shí)拍時(shí)間等。

電影是光影的藝術(shù)。LED 虛擬拍攝本質(zhì)上是虛擬的(LED 屏上的虛擬資產(chǎn))和現(xiàn)實(shí)的 (表演舞臺(tái)上的演員、照明和置景)光線和影像在攝影機(jī)前的實(shí)時(shí)組合;虛擬空間和現(xiàn)實(shí)空間雖然在物理上互相獨(dú)立,但在光影上互相影響并融為一體。為使最終畫面真實(shí)可信,LED 背景墻上虛擬資產(chǎn)的光線氣氛需要和棚內(nèi)實(shí)體照明氣氛成為統(tǒng)一的整體。LED 屏幕發(fā)光的特性,一方面造就了LED 虛擬拍攝系統(tǒng)營(yíng)造真實(shí)感光氛圍的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn),一方面也加強(qiáng)了攝影照明布光的復(fù)雜程度。因此,LED 虛擬攝影棚內(nèi)照明與傳統(tǒng)棚拍有一定差異,對(duì)照明控制和照明匹配有著獨(dú)特的需求,除攝影師、燈光師等專業(yè)人士現(xiàn)場(chǎng)主觀評(píng)價(jià)之外,還需要額外的、科學(xué)合理的評(píng)價(jià)方法。

2 LED虛擬拍攝中的特殊照明需求和照明方式

2.1 LED屏幕可提供背景光,需影視燈具完成主光

在LED 虛擬攝影棚中,LED 背景墻作為背景使用,部分LED 虛擬拍攝系統(tǒng)不僅設(shè)有背景屏,還設(shè)有頂屏,如《曼達(dá)洛人2》拍攝 (圖1)。LED 背景屏和頂屏可為被攝主體和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境提供背景光。在LED 攝影棚的舞臺(tái)體積內(nèi)需構(gòu)建立體化、藝術(shù)化的照明,包括合理利用屏幕照明、額外部署環(huán)境照明,以便照亮表演區(qū)域,并適當(dāng)為演員提供 “好萊塢”照明效果,美化明星、渲染情緒、營(yíng)造氣氛。

圖1 《曼達(dá)洛人2》拍攝時(shí)LED攝影棚舞臺(tái)體積

在實(shí)際使用中,可以利用游戲引擎在虛擬世界中的非 “內(nèi)視錐”部分添加 “數(shù)字光卡 (Digital Light Card)”,這一過(guò)程類似在真實(shí)世界中添加反光板。LED 屏幕很少以最大亮度拍攝,一般情況下屏幕留有的亮度余量可以打出比周圍環(huán)境更亮的“數(shù)字光卡”,只是光卡位置僅限于LED 屏幕上,無(wú)法靠近拍攝對(duì)象。LED 屏幕主要在背景范圍內(nèi)發(fā)光,光源不具備方向性,拍攝時(shí)需要電影燈具打正面主光,避免人物面部過(guò)暗。在需要大功率、高亮度天光的時(shí)候,可能還需要拆掉部分LED 屏幕以架設(shè)高亮度影視燈具(圖2)。

圖2 《曼達(dá)洛人2》中使用的光卡和拆掉部分LED屏幕架設(shè)影視燈

2.2 LED屏幕光譜連續(xù)性差,需高顯色性電影燈具補(bǔ)足光譜

由于LED 屏幕主要為了實(shí)現(xiàn)觀看效果而非照明效果,其設(shè)計(jì)時(shí)注重顯示畫面的亮度和色彩還原性,且LED 屏幕光譜較窄,光譜連續(xù)性較差,造成顯色指數(shù)(Color Rendering Index)較低(40左右),其光照無(wú)法很好地還原物體的顏色,尤其是黃種人膚色,因此僅依靠屏幕光照拍攝,會(huì)產(chǎn)生偏色現(xiàn)象。根據(jù)《電影攝影棚建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》(征求意見(jiàn)稿)和GY 5066-2000《電影攝影棚燈光系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》,電影攝影棚拍攝用燈光顯色指數(shù)應(yīng)不小于85,而目前的LED 頂屏和側(cè)屏無(wú)法達(dá)到這一數(shù)值。

目前國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口電影燈具中,白光LED 燈具可通過(guò)加入缺少顏色的熒光粉使光譜平坦,彩色LED燈具則通過(guò)光譜擬合計(jì)算優(yōu)化選擇多色光源的波段成分,并通過(guò)優(yōu)化算法對(duì)燈具逐一校正,鎖定燈具輸出每個(gè)色點(diǎn)中各種光源顏色燈珠的工作功率混合占比,從而實(shí)現(xiàn)高顯色指數(shù) (Ra 90以上)。圖3-圖5分別是日光、典型LED 屏幕、某國(guó)產(chǎn)品牌電影燈在雙色溫狀態(tài)的光譜和顯色指數(shù)。

圖3 日光光譜

圖4 典型LED屏幕光譜

圖5 某國(guó)產(chǎn)品牌LED電影燈產(chǎn)品在雙色溫下的光譜和顯色指數(shù)

由此對(duì)比可見(jiàn),在LED 虛擬攝影棚中,高顯色指數(shù)LED 燈具作為主光必不可少,有不少LED 虛擬攝影棚采取了在頂棚架設(shè)LED 攝影燈光陣列的方式提供主光,如阿萊 (ARRI)為奈飛/網(wǎng)飛 (Netflix)劇集《1899》搭建的MRPS制作系統(tǒng)(圖6),頂部?jī)H1/3部分使用LED 屏幕,用于輔助光源和視效,另外2/3 部分采用了ARRI的Sky Panel LED柔光燈,作為拍攝現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確還原真實(shí)光效的光源;也有一些影棚采取了 《曼達(dá)洛人》的方案選用了可拆卸式頂屏。

圖6 阿萊 (ARRI)為奈飛/網(wǎng)飛 (Netflix)《1899》劇集搭建的MRPS制作系統(tǒng)

2.3 LED屏幕表面反射布光不可避免,需處理好拍攝現(xiàn)場(chǎng)雜散光

在LED 虛擬攝影棚主舞臺(tái)體積內(nèi)拍攝時(shí),作為主光源的現(xiàn)場(chǎng)布光投射到屏幕上造成反射不可避免,尤其是強(qiáng)光源照射對(duì)LED 屏幕的畫面顯示會(huì)造成較大影響,使暗部背景無(wú)法暗下來(lái),我們使用不同亮度的D65光源照射在放映Finalcolor 16bit無(wú)壓縮測(cè)試圖(圖7)的某廠家LED 屏幕上,產(chǎn)生的干擾程度如表1所示。

表1 LED 屏幕受光照影響情況

圖7 Finalcolor 16bit無(wú)壓縮測(cè)試圖

反光也會(huì)影響屏幕可視角度,需注意拍攝角度。早期演播室使用LED 屏幕時(shí),點(diǎn)陣間隙反光造成若干光斑的情況尤為明顯,當(dāng)前電影虛擬拍攝用LED屏幕已通過(guò)表面啞光處理減小反光,但仍需盡量避免高亮度主光源聚光照射在屏幕 “內(nèi)視錐”區(qū)域。主屏和側(cè)屏、頂屏之間會(huì)產(chǎn)生光的反射作用,從而造成一些光干擾。我們使用D65光源2°觀察者測(cè)試了3款不同LED 屏幕的表面反射率,在光源不同波長(zhǎng)位置,LED 屏幕的反射率不同,如圖8所示。表面反射率越低,反光越小,觀感越好。3款LED 屏幕都有不錯(cuò)表現(xiàn),但依然不能完全避免反光問(wèn)題。

圖8 樣品LED屏幕反射率

為避免反光和光干擾,在布光時(shí)可以注意以下幾點(diǎn):

(1)改變光源硬度,利用蝴蝶布、米波羅等進(jìn)行遮擋、反射,讓點(diǎn)光源變成面光源,使光線柔和。(2)改變光源高度,從上方照射前景,避免照射到顯示“內(nèi)視錐”部分的屏幕,盡量做到 “人亮屏不亮”。(3)在搭建頂屏的拍攝場(chǎng)景,以及上方布置燈光矩陣并撐上蝴蝶布的拍攝現(xiàn)場(chǎng),要適當(dāng)留出垂直空間,避免在頂棚較低的狹小空間內(nèi)拍攝,防止現(xiàn)場(chǎng)反射的雜散光過(guò)多影響布光效果。

2.4 LED 虛擬拍攝使用的燈具類型和燈具控制方式

LED 虛擬棚拍使用燈具,考慮到實(shí)際拍攝情況,如散熱、電壓、功率、安全架設(shè)等因素,應(yīng)用最多的還是LED 電影燈具,LED 燈已可滿足絕大部分場(chǎng)景的拍攝照明要求,在高亮度大功率照明時(shí),可應(yīng)用HMI燈作為補(bǔ)充。

由于LED 背景由虛幻引擎驅(qū)動(dòng),內(nèi)容則由虛擬資產(chǎn)提供,較傳統(tǒng)實(shí)景和棚拍場(chǎng)景變換速度更快,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)燈光置景效率需求也更高,尤其對(duì)于棚頂LED 燈光陣列而言,傳統(tǒng)的手工調(diào)整方式無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)工作的要求,而近年來(lái)基于DMX512協(xié)議的數(shù)控?zé)艄庖殉墒鞈?yīng)用,因此LED 虛擬拍攝中的燈光、尤其是棚頂?shù)恼彰?一般采用數(shù)控?zé)艄?從而方便控制和切換。對(duì)于通道總數(shù)量較少的燈光控制,可使用電腦軟件或iPad應(yīng)用進(jìn)行有線或無(wú)線控制。對(duì)于通道數(shù)量較多的大型燈光陣列,可在使用軟件的同時(shí),使用專業(yè)調(diào)光臺(tái)進(jìn)行燈光控制,以實(shí)現(xiàn)更多通道的穩(wěn)定控制,并可實(shí)現(xiàn)豐富預(yù)設(shè)編程效果。虛幻引擎 (UE)的像素映射、Mad Mapper等軟件,可輸入圖片并計(jì)算打出氣氛?qǐng)D,如圖9所示。

圖9 UE像素映射功能和Mad Mapper的光映射工具

另外,UE還可提供燈光模擬功能,圖10左是現(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)燈光模擬(UE DMX 插件),圖10右則是LED 虛擬拍攝燈光模擬(后文實(shí)驗(yàn)用工程)。

圖10 UE DMX 自帶的藍(lán)圖模板工程和本文實(shí)驗(yàn)自建的虛擬拍攝燈光模擬工程

3 LED虛擬拍攝的照明匹配原理和方法探討

3.1 LED虛擬拍攝燈光測(cè)試中照明匹配的必要性

電影照明是攝影造型中不可替代、最直接的參與者,在電影創(chuàng)作中的地位舉足輕重[1]。當(dāng)前電影拍攝所使用的電影照明器材種類繁多,在拍攝前都需要做好試光工作。對(duì)于虛擬拍攝而言,照明匹配是試光過(guò)程中的重要步驟。綠幕虛擬拍攝的前期布光和后期特效打光分離,可能存在效果不一致的情況,導(dǎo)致畫面觀感怪異不真實(shí)。LED 虛擬拍攝從一定意義上而言起到了后期前置作用,虛擬背景打光需要契合現(xiàn)場(chǎng)燈具布光,倘若在現(xiàn)場(chǎng)拍攝時(shí)妥善完成了照明匹配工作,就可省去部分后期工作;換言之現(xiàn)場(chǎng)拍攝無(wú)法做好照明匹配,后期特效打光、調(diào)色都需要花費(fèi)額外的人力物力,而且和綠幕拍攝后期特效制作的影片一樣,前期出現(xiàn)的問(wèn)題并非都可以通過(guò)后期來(lái)解決,可能在藝術(shù)上留下永遠(yuǎn)的遺憾。因此LED 虛擬拍攝照明匹配工作十分必要。

3.2 LED虛擬拍攝照明匹配的基本原理

人工照明是光源系統(tǒng)、被照物體和觀察者三者之間聯(lián)動(dòng)的綜合效應(yīng)。由于電影觀眾只是通過(guò)畫面觀看場(chǎng)景中的光照和物體,而畫面由攝影機(jī) (這里暫不考慮后期調(diào)色)決定,因此電影燈光照明的效果本質(zhì)上是光源、拍攝物體和攝影機(jī)感光器件聯(lián)動(dòng)的綜合效應(yīng)。而在現(xiàn)場(chǎng)拍攝情況下,燈光效果的判斷則主要憑借攝影師、攝影助理、燈光師等人觀察監(jiān)視器效果的主觀評(píng)價(jià),因此觀察者環(huán)節(jié)存在著監(jiān)視器差異和人的主觀因素差異等因素。

照明匹配指的是實(shí)拍和虛擬合成內(nèi)容的照明光線匹配,包括氛圍匹配、方向匹配、強(qiáng)度匹配等,從而使實(shí)拍和虛擬部分的光照氣氛一致,空間統(tǒng)一沒(méi)有割裂感,以實(shí)現(xiàn)真實(shí)感場(chǎng)景的營(yíng)造。具體而言,即實(shí)體空間中的色彩還原情況和虛擬空間中的色彩還原情況接近,二者環(huán)境下同一顏色的色差可控,這樣在后期調(diào)色才可能將所拍攝的畫面作為一致的空間進(jìn)行調(diào)色。要驗(yàn)證是否實(shí)現(xiàn)照明匹配,可以在虛擬環(huán)境和實(shí)體環(huán)境中設(shè)置虛擬色卡和實(shí)體色卡,通過(guò)主觀評(píng)價(jià)完成匹配,拍攝圖像并計(jì)算色差進(jìn)行驗(yàn)證。

3.3 色差計(jì)算方法和照明匹配實(shí)驗(yàn)中色差衡量方案

色差計(jì)算原理在影視行業(yè)、攝影行業(yè)被廣泛用于檢查相機(jī)、攝影機(jī)、鏡頭等光學(xué)系統(tǒng)以及顯示終端、監(jiān)視器的色彩還原情況,用于相機(jī)拍攝圖像、攝影機(jī)拍攝視頻的色彩校正,并可用于測(cè)試燈光系統(tǒng)的顯色性和色彩還原情況。其中,攝影系統(tǒng)的色彩還原性能測(cè)試,與照明匹配過(guò)程有類似之處。該過(guò)程采用成像色差分析方法,拍攝在給定色溫的光源下(D65光源或者按需選擇)的24色標(biāo)準(zhǔn)色卡,并將拍攝的結(jié)果圖像通過(guò)軟件等進(jìn)行分析,從而評(píng)價(jià)攝影系統(tǒng)產(chǎn)生的色彩還原(色差)、白平衡和噪聲表現(xiàn)。在這一過(guò)程中,光照和色卡是給定的常量,測(cè)量的是攝影系統(tǒng)的情況。相關(guān)工具有Imatest、iQstest、iSeetest等,可測(cè)量各色塊的L*、a*、b*三分量,并和標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比,如圖11所示。

圖11 Imatest的24色色卡模式被廣泛用于鏡頭測(cè)試

根據(jù)LED 虛擬拍攝的照明匹配需求,可在虛擬空間和實(shí)體空間分別設(shè)置虛擬色卡和實(shí)體色卡,并使兩種色卡的24色色差處于可控范圍。在這一過(guò)程中,色卡和攝影機(jī)的特性作為常量,考量的是光照的情況。

4 LED虛擬拍攝的照明匹配方法驗(yàn)證

4.1 照明匹配需滿足的基礎(chǔ)條件

要做到實(shí)體環(huán)境光照下的色卡和虛擬環(huán)境中的色卡的色彩還原度一致或相近,使色差處于可控的范圍內(nèi),照明環(huán)境需要滿足以下要求:

(1) 實(shí)體環(huán)境中照明燈具具備必要的色彩還原水平

實(shí)體環(huán)境中照明燈具的色彩還原水平是攝影棚環(huán)境得以模擬真實(shí)環(huán)境的重要前提。色彩還原水平由顯色性指數(shù)決定,根據(jù)GY 5066-2000 《電影攝影棚燈光系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》,電影攝影棚拍攝用燈光顯色指數(shù)(Ra)應(yīng)不小于85。一般燈具都會(huì)在指標(biāo)中標(biāo)記顯色指數(shù),也可通過(guò)儀器儀表測(cè)量,或者通過(guò)色卡在自然光照下實(shí)拍、燈具照明下實(shí)拍的色差來(lái)驗(yàn)證。

本文實(shí)驗(yàn)中使用的燈具Ra標(biāo)稱值為95,實(shí)際利用儀器測(cè)試,不同輸出亮度和不同色溫的顯色指數(shù)數(shù)值見(jiàn)表2。

表2 實(shí)驗(yàn)中燈具顯色指數(shù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

圖12左、右分別為自然光、電影照明燈具下利用Red攝影機(jī)實(shí)拍,經(jīng)達(dá)芬奇套攝影機(jī)LUT 后輸出的圖像,可以看到圖像在波形上差異明顯。說(shuō)明電影照明燈具與自然光終究存在差異。

圖12 自然光、電影照明燈具下實(shí)拍和校正后輸出的圖像

將圖片導(dǎo)出后,分別輸入Imatest軟件,利用軟件24色色卡功能,測(cè)量并分別導(dǎo)出兩個(gè)圖像的L*、a*、b*三分量,并計(jì)算色差如圖13所示。本文色差均以ΔE*00公式計(jì)算,下同。經(jīng)計(jì)算,平均色差為1.86,最大色差為4,說(shuō)明色差已控制得很好,即使并排對(duì)比,也很難分辨出差異,照明燈具已具備必要的色彩還原水平。

圖13 自然光、電影照明燈具下實(shí)拍圖像的24色色差和平均色差

(2)LED 屏幕與標(biāo)準(zhǔn)值的色差在可控范圍之內(nèi)

在使用LED 屏幕時(shí),需要確保LED 屏幕與標(biāo)準(zhǔn)值的色差在可控范圍之內(nèi),可以采用校色儀和校色軟件進(jìn)行色彩校準(zhǔn),并可在校準(zhǔn)后用色度計(jì)測(cè)量色差。在校準(zhǔn)和測(cè)量時(shí),需要確定LED 屏幕的實(shí)際亮度,該值有時(shí)和標(biāo)稱的輸出亮度有一定偏差。

在沒(méi)有色度計(jì)的情況下,采用拍攝圖像并利用軟件測(cè)量評(píng)價(jià)的方式也可了解屏幕的色差情況,這一方式類似于成像式色度計(jì),且與拍攝設(shè)備緊密相關(guān),因此需要采用未來(lái)拍攝中實(shí)際使用的攝影系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。在同一畫面中拍攝照明燈具下的實(shí)體色卡和LED 屏幕上顯示的電子色卡,且照明燈具的色溫需和LED 屏幕的色溫一致,如圖14所示。實(shí)際上調(diào)節(jié)一致較為不易,可以參考設(shè)備的顯示值,多試幾組相近色溫,并利用主觀觀感進(jìn)行評(píng)價(jià),尤其是24色色卡第四行的灰階圖像,對(duì)于光線偏色有很好的鑒別作用。注意拍攝時(shí)把焦點(diǎn)對(duì)在實(shí)體色卡上,并且調(diào)整光圈,避免LED 屏幕實(shí)焦造成摩爾紋,影響匹配和軟件取色。

圖14 照明燈具下的實(shí)體色卡和LED屏幕上打出的電子色卡

雖然經(jīng)過(guò)一系列調(diào)整,且在人眼視覺(jué)上已經(jīng)比較相近,但拍攝的圖像依然有一些色差,尤其是從最后一行灰階可看出,相比而言虛擬色卡顏色偏紅,實(shí)體色卡顏色偏藍(lán)。將圖片導(dǎo)出后,分別輸入Imatest軟件,利用軟件24色色卡功能,測(cè)量圖像并分別導(dǎo)出兩個(gè)圖像L*、a*、b*三分量,計(jì)算色差(圖15)。經(jīng)過(guò)計(jì)算,平均色差=4.89,最大色差Δ=9.02,目前從圖像上來(lái)看,最后一行圖像明顯偏紅,但現(xiàn)場(chǎng)人眼觀看時(shí)并不能發(fā)現(xiàn)色差。

圖15 實(shí)體色卡和電子色卡24色色差和平均色差

用于圖像處理、影視制作等對(duì)色彩有非常高要求工作的LED 顯示設(shè)備,一般要求Δ＜3,而這整個(gè)系統(tǒng)目前包括了燈具、攝影機(jī)等因素,4.89這一數(shù)值已較為理想。除最后一行的深色灰階外,另外兩個(gè)膚色色塊是色差最明顯的。目前色差的來(lái)源主要還是LED 屏幕的因素。如果進(jìn)一步使用屏幕校正技術(shù),可以降低這一數(shù)值,也可以更進(jìn)一步精細(xì)化調(diào)整燈光,使這一數(shù)值進(jìn)一步縮小。

我們使用同一光源不同色溫直接照射24 色色卡,在2°觀察者和10°觀察者測(cè)量各色塊的L*、a*、b*三分量,測(cè)量結(jié)果如表3 所示?？梢钥闯?觀察角度對(duì)于L*、a*、b*三分量會(huì)造成一定影響。拍攝時(shí)攝影機(jī)應(yīng)盡量平視,同時(shí)虛擬色卡和實(shí)體色卡與攝影機(jī)的水平夾角應(yīng)相近,減小角度帶來(lái)的色差影響。

表3 24色色卡經(jīng)光照后不同觀察者角度的L*、a*、b*三分量數(shù)值

另外,色溫的改變較角度變化而言,更容易造成L*、a*、b*三分量的明顯變化。因此可以參考不同色溫下色卡L*、a*、b*三分量的變化趨勢(shì)進(jìn)行照明燈光色溫的調(diào)整,從而完成照明匹配工作。

4.2 照明匹配驗(yàn)證過(guò)程和色差計(jì)算

LED 虛擬拍攝使用UE 生成虛擬場(chǎng)景顯示在LED 屏上,作為背景和舞臺(tái)上的人物和物體一起被拍攝。本實(shí)驗(yàn)為了模擬這一過(guò)程,在一小塊LED 顯示屏上顯示UE 中的虛擬色卡,實(shí)體燈光下演員手持實(shí)體色卡,如圖16所示。

圖16 虛擬色卡和實(shí)體色卡的照明匹配

虛擬場(chǎng)景中的虛擬燈光由UE 虛擬場(chǎng)景的天光(HDRI圖自帶)和UE像素映射光線提供;實(shí)體照明由手動(dòng)控制調(diào)整的LED 燈具,以及頂部由UE 像素映射功能控制的LED 燈具提供。利用主觀評(píng)價(jià)調(diào)整虛擬燈光和實(shí)體燈光,充分利用UE 自帶虛擬色卡組件的反射球功能調(diào)整光照方向,并盡量依靠最后一行色卡的灰階來(lái)判斷一致性。

由于亮度后期很容易調(diào)整,比如更改LED 屏幕的輸出功率,或者更改LED 照明燈的輸出功率,因此可以試著計(jì)算飽和度差ΔC*00,即不考慮L*分量,衡量一下a*、b*兩個(gè)分量的差。

圖17 虛擬色卡和實(shí)體色卡的24色差和色飽和度差

在包含了UE、屏幕、燈具等因素產(chǎn)生的色差的情況下,這樣的數(shù)值整體可控,可實(shí)現(xiàn)虛擬空間和實(shí)體空間近似,為后期調(diào)色打下了一致性基礎(chǔ),但仍有進(jìn)一步調(diào)整的空間。

5 結(jié)論

LED 虛擬拍攝的布光工作需要快速高效,且需要做好照明匹配工作,做到虛擬空間和實(shí)體空間的光線氣氛匹配和一致,從而為L(zhǎng)ED 虛擬拍攝提供良好的基礎(chǔ)。如果無(wú)法做到照明匹配,會(huì)造成虛擬空間和實(shí)體空間氣氛的割裂,由此造成的技術(shù)瑕疵無(wú)法通過(guò)后期調(diào)色解決,需增加后期特效打光環(huán)節(jié),造成大量人力物力的浪費(fèi),LED 虛擬拍攝 “輕后期、輕特效”的優(yōu)勢(shì)也因此無(wú)法體現(xiàn)。要實(shí)現(xiàn)照明匹配,需要保證兩個(gè)基礎(chǔ)條件:一是實(shí)體環(huán)境中照明燈具具備必要的色彩還原水平,或曰燈具的顯色性達(dá)到電影級(jí)拍攝要求;二是LED 屏幕顏色還原與標(biāo)準(zhǔn)值的色差在可控范圍之內(nèi),盡量將色差ΔE 控制在5以內(nèi),如數(shù)值過(guò)高,在屏幕具備一定顏色還原能力的情況下,可使用校色儀和校色軟件進(jìn)行校準(zhǔn)優(yōu)化。兩個(gè)基礎(chǔ)條件對(duì)LED 虛擬拍攝提出了硬件要求門檻,同時(shí)也提示了行業(yè),布置LED 虛擬拍攝影棚時(shí),需對(duì)設(shè)備的相關(guān)性能做性能指標(biāo)測(cè)量或測(cè)試,因?yàn)殡娨曆莶d、舞臺(tái)演藝、XR 等領(lǐng)域使用的LED 屏幕和燈具,可能不足以用于電影級(jí)LED虛擬拍攝;在達(dá)不到門檻要求的設(shè)備設(shè)施上進(jìn)行操作,是無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果的。

LED 虛擬拍攝場(chǎng)景搭建表面上是一個(gè)藝術(shù)過(guò)程,其背后需要扎實(shí)的技術(shù)支撐,尤其在照明匹配方面,傳統(tǒng)測(cè)光表作為布光參考的手工調(diào)光對(duì)于LED 虛擬拍攝的照明矩陣而言,無(wú)法滿足效率需求。為此,本研究使用虛幻引擎和其他專業(yè)燈光編程控制類軟件,結(jié)合燈光控制臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)基于DMX512協(xié)議的矩陣燈光控制和調(diào)整, 并結(jié)合電影特效領(lǐng)域照明匹配經(jīng)驗(yàn),通過(guò)色卡和反射球完成照明匹配工作,同時(shí)基于電影行業(yè)色彩還原測(cè)試經(jīng)驗(yàn),通過(guò)拍攝虛擬色卡和實(shí)體色卡并分析二者色差,實(shí)現(xiàn)照明匹配驗(yàn)證。本研究雖然已實(shí)現(xiàn)了照明匹配和驗(yàn)證流程,但目前驗(yàn)證環(huán)節(jié)還需將畫面導(dǎo)出、后期軟件處理成圖像、加載到Imatest軟件讀值,并利用開(kāi)源程序算出色差,全程所需的時(shí)間在20分鐘左右。未來(lái)將工具和方法集成,有望實(shí)現(xiàn)圖片拍攝、圖傳導(dǎo)出和一鍵上傳、分析,將對(duì)LED 虛擬拍攝的布光過(guò)程的數(shù)值化、科學(xué)化大有裨益。

當(dāng)前,我國(guó)LED 虛擬拍攝發(fā)展迅速,電影檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用和相關(guān)測(cè)量方法的發(fā)展,對(duì)于科學(xué)解決生產(chǎn)實(shí)踐中的問(wèn)題提供了數(shù)據(jù)支持和方法論,對(duì)提升虛擬攝制技術(shù)應(yīng)用水平有很大助推作用。相關(guān)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)和方法可在行業(yè)中進(jìn)一步推廣,從而實(shí)現(xiàn)技術(shù)與藝術(shù)的深度融合,為制作領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步和效率提升貢獻(xiàn)力量。?