交互與實(shí)時渲染發(fā)展對三維預(yù)演的改進(jìn)

許勃森　吳泊辛

關(guān)鍵詞：交互；實(shí)時渲染；三維；預(yù)演

中圖分類號：TP37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）02-0081-03

近年來交互與實(shí)時渲染技術(shù)的發(fā)展推動了原有三維預(yù)演這一制作環(huán)節(jié)的改進(jìn)。雖然三維預(yù)演相對來說也是一個新潮的環(huán)節(jié)，但日新月異的技術(shù)發(fā)展已經(jīng)造成越來越多的新步驟被應(yīng)用，打破了原有預(yù)演環(huán)節(jié)的工作流，并改變了其處于前期的固有制作框架。

1 三維預(yù)演環(huán)節(jié)出現(xiàn)的目的

原有的三維預(yù)演作為前期工作，主要是為了彌補(bǔ)二維動態(tài)故事板在拍攝時的缺陷而被發(fā)明出來。過去工作組制作影片時用手繪分鏡稿進(jìn)行拼接剪輯而制成的二維動態(tài)分鏡故事板，這類故事板能提供預(yù)覽大概效果的功能，有利于制作時溝通各環(huán)節(jié)，節(jié)省成本并預(yù)估最終效果，但對于影片的人物、鏡頭機(jī)位調(diào)度來說，實(shí)際制作出來時會有比較大的差異。這種差異造成影視拍攝時，在有二維動態(tài)分鏡的情況之下，依舊要隨時配備一些故事板藝術(shù)家來跟組，以便根據(jù)實(shí)際情況來現(xiàn)場改進(jìn)鏡頭設(shè)計。故事板藝術(shù)家根據(jù)現(xiàn)場拍攝，快速地繪制分鏡將導(dǎo)演意圖表達(dá)清楚，確保拍攝時導(dǎo)演跟攝影師、演員溝通有一個基準(zhǔn)，以便拍攝的順利推進(jìn)。但由于二維天然的一些限制，很多故事板畫面效果并不容易被實(shí)際制作，產(chǎn)生一定的誤差使得影視制作前期規(guī)劃出現(xiàn)紕漏。比如制作者根據(jù)二維分鏡布置的一個場景，在拍攝時發(fā)現(xiàn)無法達(dá)到預(yù)期效果。此情況下臨時改變分鏡，也只能按照已有場景和條件來進(jìn)行更改，極大地限制了最終的效果以及工作效率，對于制作來說得不償失。特別在現(xiàn)代電影工業(yè)成本越來越高的情況下，前期規(guī)劃出了紕漏后在拍攝之中是很難有機(jī)會更改的。成本和演員檔期等一系列條件并不允許現(xiàn)場大量反復(fù)修改。因此，在高成本影片制作中，對于前期規(guī)劃要求越來越嚴(yán)格，對預(yù)演高擬合度需求越來越強(qiáng)烈。

三維預(yù)演以低成本高擬合度的特點(diǎn)正好滿足項(xiàng)目需要。因此前期在有二維分鏡的情況下，依然會加入三維預(yù)演的工序，用三維的方式把攝像機(jī)、人物、場景進(jìn)行一個比較逼真的擬合調(diào)度，把三維攝像機(jī)記錄的畫面景別、移動等一系列鏡頭輸出剪輯，得到接近最終效果的預(yù)演影片，并根據(jù)它進(jìn)行拍攝預(yù)估[1]。同時對于現(xiàn)代電影特效環(huán)節(jié)，三維預(yù)演可以直接作為特效的迭代的初始版本進(jìn)行使用。在理想狀態(tài)下，三維預(yù)演和成片擬合度在90%以上。制作完三維預(yù)演后，對于整個影片的效果和節(jié)奏、最后呈現(xiàn)已經(jīng)有了大概預(yù)估，所以這個環(huán)節(jié)可以說是前期中最重要的環(huán)節(jié)之一。而預(yù)演在不同公司有多種不同叫法，比如影視中有很多版本的Previs、三維動畫中Layout、Blocking等不同名稱，這個環(huán)節(jié)根據(jù)不同公司喜好有不同的名稱，沒有固定標(biāo)準(zhǔn)，但本質(zhì)上都是預(yù)演。

2 新技術(shù)對三維預(yù)演環(huán)節(jié)的改進(jìn)

預(yù)演這一環(huán)節(jié)的第一次重大突破從《阿凡達(dá)》開始，并在十幾年時間里不斷隨著技術(shù)進(jìn)步而改進(jìn)。比如世界知名預(yù)演制作公司“第三樓”（The Third Floor）從制作《阿凡達(dá)》開始到近年來漫威一系列成片，一直在更新制作技術(shù)。

《阿凡達(dá)》是第一部大規(guī)模的數(shù)字預(yù)演應(yīng)用的電影，“第三樓”工作室也是第一次摸索大的數(shù)字預(yù)演制作經(jīng)驗(yàn)，并且研究出的一系列工序?yàn)橹蟮母倪M(jìn)發(fā)展提供了基礎(chǔ)。在《阿凡達(dá)》的預(yù)演環(huán)節(jié)設(shè)計中，“第三樓”工作室明確了預(yù)演環(huán)節(jié)的目的：本質(zhì)上是在確定效果方向后的資源分配，在制作前確定最終效果，并且根據(jù)預(yù)估效果確定預(yù)算。再反復(fù)根據(jù)預(yù)算來看第一次預(yù)演中哪個能保留，哪個需要調(diào)整。同時預(yù)演的數(shù)據(jù)可以制作成平面圖以及調(diào)度設(shè)計圖來給各部門進(jìn)行展示，通過用于協(xié)調(diào)各部門實(shí)際拍攝時的工作溝通；根據(jù)占影片時長來看哪些資產(chǎn)可以重復(fù)利用，優(yōu)先制作。此時絕大部分鏡頭所用到的數(shù)字資產(chǎn)相對固定，而一些特殊鏡頭需要用到特殊資產(chǎn)，但占鏡頭比很少，所以在拍攝前期，在主體沒有形成時，會控制單個鏡頭花費(fèi)。在諸多條件限制下，合理優(yōu)化利用資源。

近年來在《阿凡達(dá)》中起到關(guān)鍵作用的預(yù)演也隨著交互與實(shí)時渲染技術(shù)的進(jìn)步而不斷進(jìn)化，特別是以下四個方面產(chǎn)生了突破：第一：虛擬空間和拍攝時空間位置的對位準(zhǔn)確性，在根據(jù)前期預(yù)演環(huán)節(jié)布置場景和后續(xù)幾個步驟來說，對位準(zhǔn)確是一切的基礎(chǔ)。第二：更強(qiáng)的現(xiàn)場交互性，在拍攝現(xiàn)場是虛擬攝像機(jī)和真實(shí)攝影機(jī)調(diào)度數(shù)據(jù)互導(dǎo)，有利于最后大效果的實(shí)時呈現(xiàn)。同樣在中期拍攝現(xiàn)場修改前期環(huán)節(jié)預(yù)演成為可能，并且拍攝時預(yù)演數(shù)據(jù)也將作為后續(xù)特效基礎(chǔ)。第三：預(yù)演環(huán)節(jié)的數(shù)字化儲存和拍攝現(xiàn)場數(shù)據(jù)化的存儲帶來了更強(qiáng)的后期修改性。預(yù)演的新方式、動捕實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸與儲存提升了后期修改的可能性。第四：強(qiáng)化渲染光影和實(shí)拍的交互，最新的led布光讓實(shí)拍與后期特效結(jié)合效果大大提升，特別是偏向鏡面反射的材質(zhì)，效果提升非常明顯。

2.1 虛擬對位與現(xiàn)場交互增強(qiáng)預(yù)演控制

比如第一個突破方向中虛擬空間位置的對位準(zhǔn)確性和第二個突破方向中更強(qiáng)的現(xiàn)場交互性涉及虛擬空間和拍攝時空間位置的對位準(zhǔn)確性，虛擬攝像機(jī)和真實(shí)攝影機(jī)位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化等[2]，這是后面方向突破的基礎(chǔ)。

“第三樓”工作室為他們制作的數(shù)字化預(yù)演開發(fā)了一系列針對虛擬攝像機(jī)在實(shí)拍現(xiàn)場位置換算的軟件與設(shè)備，現(xiàn)場攝像機(jī)位移數(shù)據(jù)跟預(yù)演中虛擬攝像機(jī)運(yùn)動嚴(yán)絲合縫。

在《地心引力》和《云中行走》這兩部片子中，“第三樓”工作室第一次讓空間定位技術(shù)在虛擬攝像機(jī)跟實(shí)際攝像機(jī)之間產(chǎn)生復(fù)雜數(shù)據(jù)鏈接，而《地心引力》也是歷史上第一次出現(xiàn)預(yù)演影片中有長達(dá)13分鐘的長鏡頭，這不但是技術(shù)突破，更是一種影片制作理念的突破。13分鐘的長鏡頭中有大量突破性的位移，攝像機(jī)調(diào)度移動達(dá)到了千米的程度，并且有極復(fù)雜的推拉搖移設(shè)計，這在之前是不可想象的。

《地心引力》中有大量的演員中近景鏡頭，這類鏡頭為了表現(xiàn)太空中失重感，要求攝像機(jī)跟隨要有一種隨機(jī)度，并不像地面攝像機(jī)那么穩(wěn)，反而追求一種漂浮感。這就要求攝像機(jī)的空間位置定位精度必須極高，因?yàn)榘殡S著中近景別的演員表演，如果用位置數(shù)據(jù)不夠精確的攝像機(jī)進(jìn)行匹配，最后合成時特效透視很難完全匹配上實(shí)拍鏡頭，從而產(chǎn)生嚴(yán)重穿幫。

所以“第三樓”工作室的影片制作流程分為兩部分，第一部分是通過預(yù)演中場景空間定位，現(xiàn)場布置場景完全按照預(yù)演模型比例長度來進(jìn)行完全還原搭建，確保場景布置的精準(zhǔn)度。第二部分是完成場景搭建后，在片場拍攝時也將攝像機(jī)進(jìn)行一個原點(diǎn)定位處理，確保虛擬攝像機(jī)和現(xiàn)實(shí)相機(jī)位置絕對匹配之后，虛擬相機(jī)的運(yùn)動數(shù)據(jù)可以傳導(dǎo)到實(shí)際的相機(jī)起重機(jī)以及攝像機(jī)的運(yùn)動機(jī)座及其他輔助攝像機(jī)移動的設(shè)備之中，從而使現(xiàn)實(shí)攝像機(jī)按照預(yù)演的鏡頭位移進(jìn)行實(shí)際拍攝。

通過這種鏈接，使攝像機(jī)的交互位移準(zhǔn)確。最終在這兩部片子中，鏡頭大空間移動、一鏡到底的同時又保證了場面調(diào)度的準(zhǔn)確性，使這些鏡頭移動跟我們的特效嚴(yán)絲合縫。特別是《地心引力》中，整個場景作為外太空的狀態(tài)，為了保證一種失重感，幾乎沒有實(shí)拍場景，演員都是吊在一個綠幕空間之中，除了貼滿標(biāo)記點(diǎn)箱子外只有小部分艙內(nèi)、艙外是實(shí)際場景，而綠幕所搭建的場景中始終是威亞吊著人進(jìn)行移動，造一個失重的感覺，因此在拍攝時所有的攝像機(jī)位置必須有一個三維坐標(biāo)記錄，后期合成才能把場景跟攝像機(jī)匹配得非常合適。這部影片除了在特效史上占據(jù)一個比較重要的地位外，更開創(chuàng)了虛擬鏡頭一大長處，長鏡頭預(yù)演帶來了近乎完全可控的場景調(diào)度。

這種鏡頭魅力影響了后續(xù)電影語言。在之后的電影中，長鏡頭越來越成為大制作標(biāo)配，2010年之后影視出現(xiàn)的長鏡頭，可以說比之前四十年的長鏡頭都要多，三維預(yù)演大大增強(qiáng)了影片的調(diào)度力。

2.2 現(xiàn)場動捕數(shù)據(jù)儲存提升預(yù)演修改性

從《地心引力》的制作中，“第三樓”工作室積累了更多經(jīng)驗(yàn)，很多實(shí)拍機(jī)位通過數(shù)據(jù)運(yùn)算按預(yù)演的軌跡路線進(jìn)行移動成為基本操作，相機(jī)起重機(jī)以及攝像機(jī)的運(yùn)動機(jī)座跟隨預(yù)演數(shù)據(jù)運(yùn)動越來越熟練。于是在之后“漫威電影”系列制作時，實(shí)時交互井噴式爆發(fā)。

大規(guī)模預(yù)演交互實(shí)際上在漫威電影系列中運(yùn)用眾多。在漫威電影制作中，三維預(yù)演不局限于前期的模塊，更是出現(xiàn)了跟場三維預(yù)演這個新工種。

根據(jù)實(shí)時拍攝需要，導(dǎo)演跟演員的溝通以及編劇的現(xiàn)場設(shè)計，跟場預(yù)演把臨時改變的三維調(diào)度鏡頭進(jìn)行實(shí)時設(shè)計，現(xiàn)場給出各種突發(fā)想法的預(yù)演方案。從此角度看，實(shí)時預(yù)演已經(jīng)步入中期范疇。例如現(xiàn)場的攝影人員跟動捕演員進(jìn)行一場戲的預(yù)演，通過現(xiàn)實(shí)的動作位置捕捉，再配合上現(xiàn)場虛擬攝像機(jī)位，工作人員可以同時出多角度、多效果的攝像機(jī)鏡頭機(jī)位演示，進(jìn)行儲存后，后續(xù)工作者在其中選擇最合適的鏡頭作為確定版本。

在新技術(shù)下也出現(xiàn)了交互表演道具，如《權(quán)力的游戲》中模擬龍運(yùn)動的控制基座，通過這種交互，將特效中虛擬龍的移動跟實(shí)際演員乘坐的控制基座數(shù)據(jù)連接，這能使實(shí)拍與特效擬合得更真實(shí)。現(xiàn)場也可以臨時修改移動基座的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)儲存作為之后虛擬龍的移動軌跡標(biāo)準(zhǔn)，這種后期記錄越來越成為行業(yè)的趨勢，也成為預(yù)演的第三個突破方向，預(yù)演環(huán)節(jié)的數(shù)字化儲存和拍攝現(xiàn)場數(shù)據(jù)化的存儲帶來了更強(qiáng)的后期修改性。特別在漫威英雄電影中應(yīng)用極多，這類電影的特效鏡頭之多，開創(chuàng)了影視先例，基本沒有哪個鏡頭是不用特效的。即使是真人實(shí)拍的很多鏡頭中，演員所保留的部分只剩下自身的臉部，例如鋼鐵俠，實(shí)拍中演員的盔甲服裝與最后電影出現(xiàn)的也不一致，實(shí)拍基本上只保留了臉部的摳像作為一層，演員身上自帶的盔甲服裝物品都需要進(jìn)行特效制作。

在此類影片中特效成了組成影片的主體部分，制作者保留演員的表演，基本只有演員自身的表情，甚至很多拍攝過程中，演員本身的動作也只作為后期三維匹配的一種素材來進(jìn)行處理，基本只保留演員的臉部。后續(xù)的整個場景，包括演員本身服裝和一些動作都是后期特效處理上去的，這種做法是一個開創(chuàng)性的突破，同時影響了之后很多影片的流程。

在“第三樓”工作室一系列流程展示中，漫威電影使用了大量CG動捕角色，而這些角色在現(xiàn)場以及實(shí)時拍攝時，已經(jīng)能靈活地配合虛擬攝影機(jī)，熟練交互并作為不同種類數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存，如場景空間位置，人物、攝像機(jī)位移等數(shù)據(jù)。

這些現(xiàn)場記錄數(shù)據(jù)作為數(shù)字資產(chǎn)儲存后，方便拍攝結(jié)束進(jìn)行調(diào)整。制作組利用現(xiàn)場的捕捉技術(shù)和數(shù)據(jù)儲存，已經(jīng)可以把之前一系列流程全部打斷重組。之前電影鏡頭畫面拍好之后，很難再有調(diào)控的機(jī)會，只能通過剪輯等一系列手段在已有的畫面素材上做改變。而現(xiàn)在三維預(yù)演和現(xiàn)場產(chǎn)生了結(jié)合，一切畫面效果變得都可以進(jìn)行三維特效修飾。預(yù)演和現(xiàn)場儲存數(shù)據(jù)在后期逐步成為占比更大的一環(huán)。

這些新技術(shù)為制作環(huán)節(jié)帶來新工種，制作人員在拍攝過程中也要實(shí)時記錄攝像機(jī)空間位置，數(shù)據(jù)的記錄越來越重要、越來越成為行業(yè)的趨勢[3]，特別是在實(shí)時渲染逐漸普及的當(dāng)下，現(xiàn)場的數(shù)據(jù)記錄是后期調(diào)整空間的基礎(chǔ)，甚至制作者可以將位移、燈光以及人物神不知鬼不覺地進(jìn)行替換，達(dá)到制作者想要的目的。

新技術(shù)的變化越來越要求現(xiàn)在的導(dǎo)演、攝影師和特效人員三者在現(xiàn)場進(jìn)行通力合作，以此達(dá)到數(shù)據(jù)的儲存、記錄跟拍攝時盡量好的效果，避免丟失數(shù)據(jù)，從而使后期增加大量不必要的修改工作。雖然后期有很多修改的方式，但是成本很高、工作量很大，能在中期做好的、做到位的地方避免后續(xù)修改，可以節(jié)省大量修改的時間，達(dá)到節(jié)省成本、壓縮生產(chǎn)時間提升效率的目的。

2.3 現(xiàn)場實(shí)時渲染讓預(yù)演更直觀

實(shí)時渲染作為預(yù)演的第四方向突破正是為了解決現(xiàn)場預(yù)演顯示問題，強(qiáng)化渲染畫面和實(shí)拍畫面結(jié)合，利用拍攝現(xiàn)場的攝像機(jī)與虛擬攝像機(jī)對位，配合實(shí)時渲染帶來的所見即所得，當(dāng)下進(jìn)行修改，而避免了事后二次溝通、二次拍攝等一系列成本上升造成的不便。

特別是虛幻增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR處理，對于預(yù)演來說是一個非常相關(guān)的技術(shù)種類，并且現(xiàn)有的一些影視后期制作公司、特效制作公司已經(jīng)將這種實(shí)時AR技術(shù)運(yùn)用在了預(yù)演以及實(shí)際拍攝過程之中[4]。

實(shí)時渲染配合最新的led布光讓實(shí)拍與后期特效結(jié)合的效果大大提升，特別是偏向鏡面反射的材質(zhì)，效果提升非常明顯。這也要求拍攝前準(zhǔn)備更多的數(shù)字資產(chǎn)，通過照片掃描建模，得到一些模型作為資源提前儲存，在拍攝時根據(jù)場景加以修改調(diào)整，成為虛擬環(huán)境光照。比如《曼達(dá)洛人》這部劇中有很多鏡頭是通過環(huán)繞屏幕直接發(fā)光，將虛幻中制作的場景實(shí)時展示出來，來營造曼達(dá)洛人身上盔甲的反光場景。這也是新的打光思路，真實(shí)與虛幻越來越在畫面中難以分辨，這種光對于鏡面反射所造成的效果有突破性的增強(qiáng)。

3 結(jié)束語

近年來交互與實(shí)時渲染技術(shù)的發(fā)展改變了原有預(yù)演環(huán)節(jié)的流程，同時虛擬與實(shí)拍定位、交互性、現(xiàn)場動捕數(shù)據(jù)儲存、實(shí)時渲染等新技術(shù)的應(yīng)用讓預(yù)演不只局限于前期環(huán)節(jié)，拍攝時數(shù)據(jù)的記錄和現(xiàn)場合成在中期環(huán)節(jié)和后期環(huán)節(jié)中有更多的應(yīng)用，在充滿變化的新世紀(jì)，創(chuàng)作者應(yīng)當(dāng)把握技術(shù)發(fā)展潮流，積極更新制作流程，避免思維技術(shù)落后于時代，為國內(nèi)數(shù)字產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步提供一份力量。