實(shí)時(shí)交互預(yù)演系統(tǒng)在真人動(dòng)畫電影中的技術(shù)應(yīng)用
——以影片《飛向月球》為例

單傳蓬 曾 義

1.北京電影學(xué)院數(shù)字影視動(dòng)畫創(chuàng)作教育部工程研究中心，北京 100088 2.北京元客視界科技有限公司，北京 100041

1 引言

電影自誕生之日起即與奇幻、把戲和魔術(shù)等雜耍方式密不可分。真人動(dòng)畫電影是利用現(xiàn)代電影制作技術(shù)和特殊拍攝方式將真人演員角色和動(dòng)畫虛擬角色合成到同一敘事畫面中的電影。作為特效電影的重要呈現(xiàn)，真人與動(dòng)畫的合成效果往往包含著大量特技鏡頭，其中又以實(shí)拍場景人物與動(dòng)畫場景人物的交互合成畫面最為普遍，也最難處理。將真人角色和虛擬角色相互融合無疑對電影創(chuàng)作者的技術(shù)能力和藝術(shù)水平提出了挑戰(zhàn)[1]。既要求塑造出真實(shí)可信的虛擬角色，又需在合成視覺效果上讓人認(rèn)可，是真人動(dòng)畫合拍電影成功與否的關(guān)鍵。實(shí)時(shí)交互預(yù)演以全數(shù)字環(huán)境為基礎(chǔ)，對制作內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化呈現(xiàn)，在電影制作的每個(gè)實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)之前進(jìn)行，使得創(chuàng)作人員在提高藝術(shù)創(chuàng)造力的同時(shí)，節(jié)省拍攝時(shí)間，提高拍攝效率。實(shí)時(shí)交互預(yù)演技術(shù)將實(shí)時(shí)動(dòng)作捕捉、實(shí)時(shí)渲染合成和實(shí)時(shí)拍攝剪輯三大技術(shù)手段集成應(yīng)用，推動(dòng)了攝制流程的實(shí)時(shí)化、高效性，而后期前置使得動(dòng)畫表演和鏡頭合成更加便捷且直接。

在數(shù)字時(shí)代，智能化、信息化的深入為電影技術(shù)的迭代提供了動(dòng)力，如何進(jìn)一步優(yōu)化真人動(dòng)畫電影的制作流程，減少合成師、動(dòng)畫師和剪輯師的工作任務(wù)，釋放導(dǎo)演、攝影和演員等主創(chuàng)人員的創(chuàng)作力與想象力，是生產(chǎn)高品質(zhì)特效電影亟需解決的核心問題。本文結(jié)合影片《飛向月球》的實(shí)際拍攝過程，對實(shí)時(shí)交互預(yù)演系統(tǒng)的具體技術(shù)、流程和規(guī)范進(jìn)行研究，通過分析實(shí)時(shí)交互技術(shù)對真人動(dòng)畫電影的作用和影響，梳理出拍攝該類電影的可行性技術(shù)方案，以期促進(jìn)同類型特效電影制作的標(biāo)準(zhǔn)化流程建立和示范應(yīng)用落地。

2 真人動(dòng)畫電影發(fā)展脈絡(luò)中的交互預(yù)演演變

真人動(dòng)畫電影自誕生至今已有一百多年的歷史，其作為一種重要的電影類型不斷發(fā)展演進(jìn)。當(dāng)今，實(shí)時(shí)交互預(yù)演技術(shù)作為真人動(dòng)畫電影的重要特?cái)z技術(shù)之一被廣泛應(yīng)用，為電影創(chuàng)作者帶來了前所未有的交互性與實(shí)時(shí)性體驗(yàn)，為特效鏡頭的高質(zhì)量實(shí)現(xiàn)提供了一定便捷性。隨著真人動(dòng)畫電影的發(fā)展，交互預(yù)演技術(shù)經(jīng)歷了從無到有、從模擬到虛擬的發(fā)展演變過程。從實(shí)現(xiàn)手段來看，真人動(dòng)畫電影可分為傳統(tǒng)攝影技法、傳統(tǒng)二維手繪、特效物理化妝和電腦動(dòng)畫技術(shù)四種類型。

2.1 傳統(tǒng)攝影技法

二十世紀(jì)初，愛迪生、盧米埃爾兄弟、梅里愛等早期電影家拉開了電影技術(shù)與藝術(shù)的發(fā)展序幕。布萊克頓(J.Stuart Blackton)先后創(chuàng)作了《奇幻的圖畫》(The Enchanted Drawing)和《滑稽臉的幽默相》(Humorous Phases of Funny Faces)。這兩部影片沒有明確的故事情節(jié)，均采用動(dòng)畫角色結(jié)合真人表演方式，通過魔術(shù)式的畫面效果戲謔觀眾，吸引人們眼球。原本工作于愛迪生實(shí)驗(yàn)室的布雷克頓通過停機(jī)再拍的早期特技手段，實(shí)現(xiàn)了真實(shí)人物、動(dòng)畫人物及動(dòng)畫道具互動(dòng)表演的奇幻效果，這類作品后被稱為“把戲電影”（Trick Film）[2]。此階段只能通過服化道和攝影技巧來實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫效果，借助演員排練預(yù)演以接近導(dǎo)演要求，并通過拍攝后的放映來判斷特效完成效果。

2.2 傳統(tǒng)二維手繪

隨著美國動(dòng)畫電影的發(fā)展，一類二維手繪與真實(shí)拍攝相結(jié)合的電影開始登場。華特·迪士尼影片公司（Walt Disney Productions）第一部長篇真人動(dòng)畫電影《南方之歌》（Song of the South）于1946 年上映，影片動(dòng)畫角色和真人演員結(jié)合巧妙?！赌戏街琛返某霈F(xiàn)，標(biāo)志著真人動(dòng)畫電影從實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫階段逐步發(fā)展到劇情動(dòng)畫階段。之后相繼推出《歡樂滿人間》（Mary Poppins，1963）、《飛天萬能床》（Bedknobs and Broomsticks，1971）等多部類似影片。中國動(dòng)畫的發(fā)展始于二十世紀(jì)二十年代，在經(jīng)歷了戰(zhàn)亂、萌芽時(shí)期，達(dá)到過兩次民族文化的高潮，并取得了較為豐碩的成果。早期我國動(dòng)畫作品類型多樣且充滿活力，在國際上獲得了很高的評價(jià)，奠定了結(jié)合自身民族風(fēng)格的發(fā)展之路[3]。上海美術(shù)電影制片廠先后制作出品了真人動(dòng)畫《瓷娃娃》（1982）和《三十六個(gè)字》（1984）。兩部影片均采用先實(shí)拍再手繪的制片方式，優(yōu)勢在于成熟的二維動(dòng)畫技術(shù)和相對簡單的制作流程；劣勢則在于逐幀繪制方式的工作量較大，且實(shí)景與二維動(dòng)畫合成效果的代入感較低。這個(gè)階段依舊沒有特別好的預(yù)演預(yù)判方法，多通過創(chuàng)作前期的故事版和視覺草圖給出特效預(yù)期效果。

2.3 特效物理化妝

相較于傳統(tǒng)二維手繪的扁平化效果，基于特效物理化妝術(shù)的第三種類型，則擁有更加逼真立體和強(qiáng)代入感的真實(shí)質(zhì)感?！疤匦Щ瘖y”一詞對應(yīng)英文中的“Prosthetic Makeup”，是指通過特定材料和機(jī)械驅(qū)動(dòng)的物理技術(shù)改變演員體貌特征或創(chuàng)造全新模型，重塑一個(gè)全新的虛構(gòu)角色。1895 年《蘇格蘭女王瑪麗的行刑》（The Execution of Mary，Queen of Scots）被認(rèn)為是面部特效造型技術(shù)的真正濫觴；1902 年，科幻電影鼻祖喬治·梅里愛在《月球旅行記》（Le voyage dans la lune）中通過特效化妝塑造了奇特的“月球人”形象；而1977年起上映的《星球大戰(zhàn)》三部曲，則是特效化妝技術(shù)的集大成者，其通過使用特制道具和化妝技術(shù)，塑造了經(jīng)典的達(dá)斯·維德、楚巴卡、格里多以及“布偶感”十足的尤達(dá)大師（正傳三部曲中均為手工制作布偶）等特異形象[4]。特效效果達(dá)標(biāo)與否，多由導(dǎo)演通過監(jiān)視器實(shí)時(shí)監(jiān)看進(jìn)行判斷。

2.4 計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)

二十世紀(jì)九十年代末，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫（Computer Animation）技術(shù)逐步成熟并被廣泛應(yīng)用于電影制作中，由此，特效電影中的虛擬角色和奇觀場景開始閃亮登場，并沖擊著傳統(tǒng)的特效化妝行業(yè)。特效化妝師尼克·達(dá)德曼（Nick Dudman）曾說：“以前我們只用傳統(tǒng)的化妝方法和假肢道具來處理特效，然而當(dāng)復(fù)雜的怪物特效盛行時(shí)，我們就必須學(xué)會(huì)如何運(yùn)用無線電控制、裝備以及其他相關(guān)的技術(shù)。當(dāng)電腦開始為電影制作出神奇的怪物——如侏羅紀(jì)公園——我們開始擔(dān)心化妝師的實(shí)際化妝技術(shù)還能維持多長時(shí)間。事實(shí)上，盡管看起來電腦可能會(huì)占領(lǐng)所有傳統(tǒng)的實(shí)際化妝領(lǐng)域，但是我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)這兩者之間有合作的空間——電腦特技和實(shí)際化妝技術(shù)兩者可以相輔相成?！盵5]事實(shí)確實(shí)如此。

動(dòng)作捕捉在二十一世紀(jì)才在影視領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用，并成為特效電影的核心技術(shù)之一，動(dòng)作捕捉技術(shù)的出現(xiàn)，使后續(xù)特效電影中的動(dòng)畫效果與制作效率較傳統(tǒng)特技都有了質(zhì)的提升。第一部應(yīng)用動(dòng)作捕捉技術(shù)制作的動(dòng)畫影片《Brilliance》于1985 年上映，當(dāng)時(shí)的制作過程依舊使用后期特技合成手段，在真人動(dòng)畫合成的數(shù)據(jù)匹配上，往往會(huì)出現(xiàn)不確定性和反復(fù)性。1990 年上映的科幻電影《全面回憶》（Total Recall）就出現(xiàn)過類似問題。其制作公司Metrolight 工作室在一家光學(xué)動(dòng)作捕捉設(shè)備運(yùn)營商的協(xié)助下，嘗試使用動(dòng)作捕捉技術(shù)完成機(jī)場安檢X 光機(jī)器顯示人體骨架運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫特效鏡頭[6]。但由于當(dāng)時(shí)沒有實(shí)時(shí)預(yù)演技術(shù)，導(dǎo)演無法實(shí)時(shí)觀看動(dòng)作演示及合成效果，后期發(fā)現(xiàn)動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)問題時(shí)為時(shí)已晚。當(dāng)此類問題在真人動(dòng)畫電影拍攝中頻繁出現(xiàn)時(shí)，實(shí)時(shí)交互預(yù)演技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

2.5 實(shí)時(shí)交互預(yù)演技術(shù)

電影實(shí)時(shí)交互預(yù)演技術(shù)是當(dāng)前國際上電影制作流程的最新發(fā)展趨勢之一，由于它是連接導(dǎo)演、攝像、美術(shù)、燈光、特效和后期制作等技術(shù)流程的橋梁[7]，被業(yè)界稱為是“下一代電影工業(yè)技術(shù)流程”中的重要一環(huán)。在國外，高精度的動(dòng)作捕捉技術(shù)與實(shí)時(shí)交互預(yù)演技術(shù)已然成為真人動(dòng)畫電影《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》《失控玩家》等影片制作過程中不可或缺的特?cái)z技術(shù)手段，并擁有完善的實(shí)時(shí)交互預(yù)演制片流程體系。影片《阿凡達(dá)》（2009）正式開拓了虛擬攝制領(lǐng)域，通過使用光學(xué)捕捉系統(tǒng)對演員進(jìn)行精準(zhǔn)的表演捕捉；運(yùn)用Autodesk MotionBuilder 軟件對虛擬場景進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染，實(shí)現(xiàn)了“所見即所得”的實(shí)時(shí)監(jiān)看效果。高精度的動(dòng)作捕捉技術(shù)與實(shí)時(shí)交互預(yù)演技術(shù)最終成就了《阿凡達(dá)》的技術(shù)傳奇。

二十世紀(jì)九十年代末，隨著國內(nèi)電影業(yè)市場化改革和好萊塢大片引入中國，國內(nèi)導(dǎo)演也開始模仿好萊塢模式，拍起了中國式大片，如2002年張藝謀導(dǎo)演的《英雄》、陳凱歌的《無極》等國產(chǎn)大片，不僅使用好萊塢運(yùn)用的技術(shù)，還請來好萊塢團(tuán)隊(duì)參與攝制，好萊塢電影制作流程也被部分引進(jìn)，其中，虛擬預(yù)演（PreViz）便是其中一個(gè)[8]。2015 年起，《捉妖記》《瘋狂的外星人》《刺殺小說家》《流浪地球》等優(yōu)秀作品紛紛面世，國產(chǎn)真人動(dòng)畫電影在技術(shù)工業(yè)化、制片規(guī)范化上日趨成熟。

3 《飛向月球》對實(shí)時(shí)交互預(yù)演技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

真人動(dòng)畫電影的真人拍攝與動(dòng)作捕捉拍攝就像太極圖中的黑白兩極，只有無縫銜接、互相配合才能組成一個(gè)完美的圓。真人動(dòng)畫電影《飛向月球》于2018 年策劃啟動(dòng)，并在前期策劃和籌備階段，主創(chuàng)團(tuán)隊(duì)根據(jù)影片特點(diǎn)，制定了嚴(yán)密的拍攝方案和技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段。在電影籌備期，制片團(tuán)隊(duì)根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式不同，將鏡頭劃分為純實(shí)拍鏡頭、純虛擬鏡頭、虛實(shí)結(jié)合鏡頭三種類型。而實(shí)時(shí)交互預(yù)演技術(shù)一直貫穿整個(gè)拍攝周期，其中包含了動(dòng)作捕捉技術(shù)、實(shí)時(shí)監(jiān)看技術(shù)、真實(shí)與虛擬交互的代理物體應(yīng)用、同步觸發(fā)打板系統(tǒng)研發(fā)等四大技術(shù)應(yīng)用點(diǎn)。

3.1 動(dòng)作捕捉技術(shù)：光學(xué)與慣性的融合使用

動(dòng)作捕捉技術(shù)是實(shí)時(shí)交互預(yù)演技術(shù)中非常重要的一環(huán)，它在完成虛擬角色動(dòng)畫預(yù)演功能的同時(shí)，同步采集角色骨骼運(yùn)動(dòng)的動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)，并傳輸給后期制作公司完成后續(xù)的動(dòng)畫數(shù)據(jù)修復(fù)和鏡頭合成。影片《飛向月球》中有大量必須在綠幕環(huán)境下攝制的鏡頭，因此選擇了對場地沒有限制的慣性動(dòng)作捕捉完成（圖1）；也有在真實(shí)場景或虛擬場景下的動(dòng)畫角色鏡頭，出于拍攝精準(zhǔn)度和抗干擾性考慮，部分鏡頭選用通過光學(xué)動(dòng)作捕捉設(shè)備完成（圖2）。

圖1 《飛向月球》慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)在綠幕拍攝中的應(yīng)用

圖2 《飛向月球》光學(xué)動(dòng)作捕捉設(shè)備

光學(xué)動(dòng)作捕捉是一種較為常用的影視級動(dòng)作捕捉技術(shù)，是指在搭建好的特定空間內(nèi)，在演員身體關(guān)節(jié)指定部位貼上反光標(biāo)記點(diǎn)，當(dāng)演員運(yùn)動(dòng)時(shí)，攝影機(jī)陣列就能夠捕捉到這些標(biāo)記點(diǎn)，并通過將它的位置變化投影到多個(gè)攝影機(jī)的成像平面上進(jìn)行三角分割，從而推斷出時(shí)間到空間的位移[9]?！讹w向月球》劇組從數(shù)據(jù)捕捉度、排練場地容量、制片成熟度等方面綜合考慮，選用OptiTrack 系統(tǒng)在約1000 平方米的動(dòng)作捕捉棚內(nèi)完成了光學(xué)動(dòng)作捕捉板塊的攝制；而慣性動(dòng)作捕捉技術(shù)是基于傳感器技術(shù)與人體動(dòng)力學(xué)、無線傳輸技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高度融合而研發(fā)的具有綜合性的動(dòng)作捕捉技術(shù)[10]。擺脫了光學(xué)動(dòng)作捕捉技術(shù)對于攝像機(jī)硬件設(shè)施與動(dòng)作捕捉拍攝場地的限制，符合影片《飛向月球》中部分綠幕和實(shí)景動(dòng)畫鏡頭攝制的動(dòng)作捕捉需求，之所以選擇Xsens 慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)，是因?yàn)樗菫閿?shù)不多可以達(dá)到影視級動(dòng)畫效果的慣性動(dòng)作捕捉設(shè)備。實(shí)際拍攝過程中，動(dòng)作捕捉方案的具體選用取決于相應(yīng)特效鏡頭的屬性分類。對電影特效屬性的分類和分級是一項(xiàng)非常重要的工作。制片部門在拿到劇本的特效分析數(shù)據(jù)后，需要與技術(shù)團(tuán)隊(duì)一起對這些數(shù)據(jù)和資料展開分類工作，同時(shí)根據(jù)特效制作周期和制作難度對特效鏡頭進(jìn)行難度分級，最終整理成特效分類及難度列表[11]。

3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)看技術(shù)：所見即所得的拍攝現(xiàn)場

電影虛擬制作中實(shí)時(shí)監(jiān)看系統(tǒng)，可以讓導(dǎo)演實(shí)時(shí)監(jiān)看合成畫面，以保證最終拍攝的鏡頭真實(shí)而準(zhǔn)確。影片《飛向月球》主要體現(xiàn)在動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)傳輸預(yù)覽的實(shí)時(shí)性、虛擬角色調(diào)度與空間匹配的實(shí)時(shí)性，以及虛擬場景渲染的實(shí)時(shí)性。

3.2.1 動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性

動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸解決了以往特效電影表演問題后置化的弊端，具體體現(xiàn)在三個(gè)方面：第一，因?yàn)閯?dòng)畫表演特別是微表情數(shù)據(jù)傳遞會(huì)出現(xiàn)不同程度的衰減，需要實(shí)時(shí)監(jiān)看表演的準(zhǔn)確性，并現(xiàn)場做出決策；第二，動(dòng)畫角色的造型與動(dòng)作捕捉演員往往差距很大，甚至是生物類、機(jī)械類角色，在形體結(jié)構(gòu)、骨骼比例上差距大，需要實(shí)時(shí)看到動(dòng)畫角色的動(dòng)畫效果以便判斷；第三，鏡頭內(nèi)往往同時(shí)有多個(gè)實(shí)拍角色和動(dòng)畫角色，他們需要視線對位甚至肢體發(fā)生交互，此時(shí)，演員和導(dǎo)演需要實(shí)時(shí)監(jiān)看角色之間視線和動(dòng)作的匹配度。

《飛向月球》動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸畫面，演員表演〔圖3（a）〕的數(shù)據(jù)記錄借助動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)讲僮鞴ぷ髡尽矆D3（b）〕中。而動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)監(jiān)看功能的實(shí)現(xiàn)使用了切換臺預(yù)覽總線技術(shù)（圖4），動(dòng)作捕捉現(xiàn)場軟件內(nèi)置畫面、MotionBuiler 角色語言畫面、UE 場景預(yù)演畫面、現(xiàn)場表演場監(jiān)畫面等四個(gè)通道的視頻輸入現(xiàn)場切換總控臺（圖5），根據(jù)項(xiàng)目需求切換輸出至動(dòng)作捕捉指導(dǎo)、動(dòng)畫指導(dǎo)、表演指導(dǎo)等大屏實(shí)時(shí)監(jiān)看。這一操作順序旨在方便導(dǎo)演及特效指導(dǎo)在動(dòng)作捕捉有效區(qū)域指導(dǎo)演員表演的同時(shí)，實(shí)時(shí)對比核實(shí)動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)的有效性和準(zhǔn)確性，做到在現(xiàn)場及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。其中，實(shí)時(shí)監(jiān)看所使用的虛擬攝影機(jī)從功能上看，它是一個(gè)配有監(jiān)視器的交互接口。一方面，CG 場景與虛擬角色的動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)在監(jiān)視器上，使得導(dǎo)演能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控虛擬環(huán)境下的演員表演；另一方面，虛擬攝影機(jī)與現(xiàn)場攝影機(jī)同步捆綁，操作數(shù)據(jù)同步傳輸，攝影師就能在虛擬環(huán)境中模擬任何實(shí)拍攝影機(jī)的運(yùn)動(dòng)效果，如變焦、軌道運(yùn)動(dòng)、穩(wěn)定器等[12]。

圖3 《飛向月球》動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸過程

圖5 現(xiàn)場視頻切換總控制臺架構(gòu)圖

3.2.2 虛擬角色調(diào)度與空間匹配的實(shí)時(shí)性

電影的角色塑造通常要求演員在有限空間內(nèi)通過表演調(diào)度來完成。這種常見的演員演繹方式在真人動(dòng)畫電影拍攝時(shí)卻變得沒那么容易，虛擬角色的表演調(diào)度與真實(shí)空間位置匹配、現(xiàn)場動(dòng)作捕捉演員的表演調(diào)度與虛擬空間位置的匹配是攝制團(tuán)隊(duì)必須要面對的拍攝問題。

影片《飛向月球》在這一問題上采用了實(shí)體測量、等量縮放作為解決方案。影片主角董小寶是數(shù)字虛擬角色，在影片的實(shí)拍場景和虛擬場景中出現(xiàn)近70 分鐘，制作團(tuán)隊(duì)首先需要解決其空間走位和交互的問題。在實(shí)拍現(xiàn)場最初的待機(jī)走位環(huán)節(jié)，由技術(shù)人員對實(shí)拍場景進(jìn)行尺寸測量〔圖6（a）〕，之后按照一定的比例計(jì)算方式對其進(jìn)行等比建模，最后導(dǎo)入U(xiǎn)E 軟件中，與綁定好的董小寶模型進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染合成和動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)錄制。

圖6 《飛向月球》的實(shí)景測量及其虛擬場景的等比例搭建

根據(jù)筆者調(diào)研了解，在真人動(dòng)畫電影中應(yīng)用空間匹配計(jì)算方式的文獻(xiàn)并不多見。在進(jìn)行實(shí)際場景的虛擬化建模時(shí)，劇組遵循了等比例縮放的計(jì)算公式，此處以餐桌前董小寶過生日的鏡頭為例。在實(shí)拍現(xiàn)場，通過米尺測量記錄實(shí)拍場景的固定尺寸，如a 米高的桌子，并繪制頂視圖和前視圖。下一步明確數(shù)字角色在故事中的約定身高，即董小寶b 米高，最后通過使用UE 內(nèi)置的米尺工具獲得數(shù)字角色在虛擬場景中的絕對尺寸，影片中為10 個(gè)單位并等比例計(jì)算出實(shí)拍場景在軟件中的尺寸X。

具體的計(jì)算公式如式（1）（2）所示：

根據(jù)式（1）（2）計(jì)算結(jié)果，創(chuàng)作者們在UE 軟件中，通過建模方式將實(shí)景中a 米高的桌子生成為X 單位高的虛擬桌子，再通過計(jì)算獲得虛擬桌子的寬和長，最終得到桌子〔圖6（b）〕乃至整個(gè)場景的虛擬尺寸。

3.2.3 虛擬場景渲染的實(shí)時(shí)性

在實(shí)時(shí)虛擬預(yù)演系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)性是系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)交互的關(guān)鍵，而實(shí)時(shí)渲染技術(shù)解決了畫面實(shí)時(shí)渲染的問題。動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性旨在及時(shí)預(yù)判表演的精準(zhǔn)度和空間的匹配度，這要求畫面的實(shí)時(shí)渲染實(shí)時(shí)合成，以便動(dòng)畫效果及時(shí)反饋。對于傳統(tǒng)的渲染引擎RenderMan、V-Ray 和Arnold 這類離線渲染器而言，使用光線追蹤算法進(jìn)行單機(jī)位渲染的效率極低，雖然渲染出的畫面效果十分逼真，但渲染速度決定了其無法應(yīng)用在實(shí)時(shí)預(yù)演系統(tǒng)中[13]，因此我們選擇了最有代表性的UE。

3.3 代理物體：真實(shí)與虛擬的紐扣

同樣作為真人動(dòng)畫電影，《誰陷害了兔子羅杰》（Who Framed Roger Rabbit，1988）在制作時(shí)首先對實(shí)景與真人演員進(jìn)行了拍攝，演員以兔子玩偶或其他道具作為視線和表演參考[14]。這類輔助真人匹配拍攝的道具我們可以稱之為代理物體。代理物體最早出現(xiàn)在特效電影的實(shí)景藍(lán)幕/綠幕拍攝中，由于動(dòng)畫角色的表演拍攝同樣需要匹配對手搭檔的視線和空間尺寸，代理物體在動(dòng)作捕捉出現(xiàn)后被應(yīng)用其中。

在《飛向月球》的綠幕和動(dòng)作捕捉拍攝現(xiàn)場，經(jīng)常會(huì)看到大小不一、形狀各樣的代理物體。代理物體的模型主要是用來模擬場景或角色的位置、高度、比例等，通過使用代理物體快速解決真實(shí)演員與虛擬角色之間的比例匹配與交互難題?！讹w向月球》拍攝現(xiàn)場，根據(jù)應(yīng)用對象的不同分成了場景代理和角色代理。

場景代理是為了實(shí)現(xiàn)虛擬角色調(diào)度與空間匹配的實(shí)時(shí)性，需要通過計(jì)算得出虛擬物體的尺寸，現(xiàn)場在進(jìn)行演員動(dòng)作數(shù)據(jù)捕捉時(shí)同樣需要1:1 復(fù)原原實(shí)拍現(xiàn)場的物體并使用場景代理做好標(biāo)記，創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)對代理物體進(jìn)行精準(zhǔn)的定位和擺放，就是對演員表演范圍區(qū)域的捕捉（圖7）。

角色代理根據(jù)功能還可以分為角色代理物體、角色代理兼動(dòng)作捕捉演員。《飛向月球》的創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)對動(dòng)畫角色董小寶制作了兩類代理物體：一類是角色代理物體〔（圖8（a）〕，該模型的固定高度起到引導(dǎo)視線的作用，同時(shí)其下方的滑輪裝置可以在工作人員的推動(dòng)下，同步模擬動(dòng)畫角色的運(yùn)動(dòng)路徑，以便后續(xù)動(dòng)作捕捉演員的表演定位；另一類代理物體是由真人扮演的代理物體〔圖8（b）〕，演員外部套的綠色服裝可以為后期摳像所使用，其胸前紅色十字用于標(biāo)記董小寶的眼睛高度，便于引導(dǎo)董大寶的視線，此時(shí)的代理物體在起到視線引導(dǎo)、路徑模擬作用的同時(shí)，還具備獲取慣性動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)的功能。

圖8 《飛向月球》角色代理物體

3.4 同步觸發(fā)打板系統(tǒng)：多源信息的觸發(fā)者

在傳統(tǒng)實(shí)拍電影的拍攝現(xiàn)場，打板是場記的主要工作之一，目的是為了記錄每個(gè)鏡頭的信息和始末，方便后期剪輯處理。而在動(dòng)作捕捉現(xiàn)場，我們同樣需要打板環(huán)節(jié)，并且難度會(huì)更大，因?yàn)槌虽浿票硌菀曨l外，還要考慮演員肢體、手指和面部動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)錄制、現(xiàn)場收音同步的問題，而多源異構(gòu)信息采集一旦出現(xiàn)延遲就會(huì)造成動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)丟失或聲畫不同步的問題。因此，同步觸發(fā)打板系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

同步觸發(fā)打板系統(tǒng)是根據(jù)電影拍攝自主研發(fā)的拍攝系統(tǒng)，包括電子打板器與信號同步器兩個(gè)主要模塊。電子打板器以傳統(tǒng)場記板〔圖9（a）〕為基礎(chǔ)，裝配電子按鍵器〔圖9（b）〕，其中的無線傳輸模塊以單片機(jī)為基礎(chǔ)開發(fā)邏輯電路。場記板在拍下瞬間觸發(fā)電子按鍵器響應(yīng)，由主控芯片將生成的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至動(dòng)作捕捉片場的主控單元；而信號同步器則以電子電路技術(shù)為基礎(chǔ)，用來接收片場主控信號，通過數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，經(jīng)過濾波、功放等處理后以多通道方式同步輸出至片場表情捕捉、錄音和攝影等設(shè)備作為啟動(dòng)控制，確保片場數(shù)據(jù)錄制信息同步開始，解決多源信號同步問題（圖10）。

圖9 《飛向月球》同步觸發(fā)打板系統(tǒng)

圖10 《飛向月球》同步觸發(fā)打板系統(tǒng)使用流程圖

4 結(jié)語

實(shí)時(shí)交互預(yù)演通常指在能夠滿足實(shí)時(shí)可視化、反饋、編輯的環(huán)境下，采用多種交互方式來輔助完成鏡頭畫面預(yù)演的技術(shù)，是電影虛擬攝制體系的重要組成部分[15]，也幾乎成為真人動(dòng)畫電影虛擬化制作體系中的標(biāo)配。制片組根據(jù)需求選擇合適的拍攝方案尤其重要。在電影《飛向月球》正片拍攝之初，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了8 分鐘的樣片拍攝，測試了影像合成效果、核心拍攝技術(shù)，并梳理了拍攝方案、團(tuán)隊(duì)架構(gòu)和制片流程等，為后面整部影片的順利進(jìn)行奠定了基礎(chǔ)。

在藝術(shù)與技術(shù)融合的創(chuàng)作需求下，《飛向月球》的創(chuàng)作者們同樣感受到了中國電影技術(shù)研發(fā)環(huán)節(jié)提質(zhì)升級、科技人才儲備面臨擴(kuò)充的迫切需求?！讹w向月球》在多項(xiàng)虛擬攝制新技術(shù)上進(jìn)行探索應(yīng)用，這些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也逐漸應(yīng)用于北京電影學(xué)院的日常教學(xué)中，反哺學(xué)生創(chuàng)作及人才培養(yǎng)。本次拍攝在實(shí)時(shí)交互預(yù)演技術(shù)制片流程、引擎技術(shù)與傳統(tǒng)三維動(dòng)畫兼容性等方面還存有若干技術(shù)難點(diǎn)，我們會(huì)在后續(xù)的真人動(dòng)畫電影創(chuàng)作中逐步完善，梳理出中國本土化的實(shí)時(shí)交互預(yù)演系統(tǒng)及相關(guān)攝制方案。