122传媒技术
数字技术电影的虚拟制作时代开启研究
盛震宇
（马来西亚泰莱大学，马来西亚 47500）
摘  要：现阶段数字技术在电影制作领域开启了新的生物工程时代，利用数字视效技术为数字演员、场景等注入情感，解决核心表演问题，同时依托虚拟制作中的虚拟现实、虚拟拍摄等技术方法实现电影后期制作环节的前置，引入摄像机运动轨迹追踪、实时光线追踪渲染、演员面部表情与肢体动作追踪等技术手段，为产业化形态下的电影制作流程重构与规范化发展提供重要支持，以此解决异类生物与场景、空间的协调融合、可实现性等问题，开启数字电影的虚拟制作时代。本文以数字电影与虚拟制作技术作为研究对象，针对电影数字化的标志与适用领域进行简要分析，围绕AE数字技术、数字视效技术、虚拟制作技术三个层面，探讨了数字技术在电影虚拟制作中的具体应用，以期为当代电影创作领域的相关研究提供参考价值。关键词：数字技术；数字视效；虚拟拍摄；虚拟现实；AE数字技术                    中图分类号：J916              文献标识码：A 文章编号：1671-0134（2020）12-122-03                                            DOI：10.19483/jki.11-4653/n.2020.12.035
本文著录格式：盛震宇. 数字技术电影的虚拟制作时代开启研究[J].中国传媒科技，2020（12）：122-124.
导语
科学技术的发展推动电影行业产业化经营布局日渐扩大，电影已成为当代人文化娱乐生活的重要组成部分，伴随美国电影工业将数字技术、虚拟技术应用于电影制作中，数字特效电影的概念陆续在全球范围内普及，并引领整体电影行业的制作方式、流程、技术手段的变革，掀起行业内部的技术革命。数字视效技术聚焦角人物与场景空间的关系，通过构建数字角与真实演员在面部表情、肢体动作等方面的技术关联，实现银幕的可实现性目标；虚拟制作技术则引领了电影创作理念、创作模式与制作流程的变革，运用虚拟拍摄、虚实拍摄等不同手段塑造出近似真实的电影场景与画面，赋予观众全新的观影体验；配合AE软件等数字技术手段为影片后期制作进行收尾，更好地提升数字电影的制作水平、优化细节设计，重塑当代电影的视觉效果。
1.电影产业数字化时代的开启
1.1  电影数字化的标志
常规意义上，电影数字化的标志体现在影片制作方法的改变，21世纪初好莱坞在原有35mm胶片拍摄
方式的基础上开始探索数字技术的应用，以数字摄像机作为电影拍摄工具，将影片图像以数字形式存储在硬盘中，推动数字电影逐步取代胶片电影成为电影制作领域的普遍拍摄方式。英国学者Stephen Heath针对近15年内北美票房过亿的100部卖座电影的拍摄方式进行统计分析，数据显示自2010年起采用数字摄像机拍摄方式的电影占比开始迅速提升，在2012年以近60%的比例首次反超胶片电影，由2015年至今有超过90%的影片均运用到数字技术，标志着电影荧幕表现形式、幕后拍摄制作方式发生变革。摄像机作为电影制作依赖的主要摄影器材，成为推动电影产业拍摄方式转型的切入点，其中全球知名摄影器材制造厂商ARRI公司于2005年推出D20数字摄影机，标志着该公司正式朝向数字转型，其后推出的ALEXA 65mm 6.5K数字摄影机、ALEXA Mini摄像机等产品被陆续应用于好莱坞电影、独立短片以及故事片等内容制作领域。[1]
1.2  电影数字化的领域
电影数字化广泛渗透在电影行业上下游产业链中，除上游影片拍摄与制作层面外，还体现在院线放映、家庭娱乐等多个领域。其中从院线视角入手，以英国为代表的国家影院成为推动产业数字化转型的先锋，经协商由影片发行商以“虚拟拷贝费”的形式向影院补贴购置数字化放映机的费用，随后在英国电影委员会的出资支持下推动数字银幕在院线逐步普及，陆续促使全球影院完成银幕数字化变革。从家庭娱乐角度出发，英国于2016年起数字视频消费总量首次超过实体光盘，标志着数字技术为电影产业链下游的影视消费产业提供了新的发展思路，但如何规范数字视频的销售渠道、建立数字化产品管
理标准、完善不同主体权益保障机制，仍成为当下电影行业亟待解决的问题。[2]
2.数字技术在电影虚拟制作中的具体应用
2.1  AE数字技术
AE是一款图形、视频处理软件，支持非线性编辑、视频合成等功能，通过将音频预览结构引入系统中，支持实时播放缓存音频，并且可以将项目、文件导入系统中进行加载、渲染与交互处理，生成高质量特效效果。通常电影的后期制作包含视频剪辑、特效制作、虚拟场
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景建构、音乐字幕制作等内容，利用AE软件进行电影片段的剪辑制作，能够创作出具备良好视觉效果的动态图像。在软件操作方式上，AE软件内部包含图层模块，添加合成图像窗口的任意元素均可以建立相应的图层，通过移动滑动杆至指定位置、确定材料输入点、定义材料输出及输出点等流程，可直接在图层内进行合成图像的拖放以及输入、输出点位的调整；在时间布局窗口，依据各层材料名称进行图层复制，便于实现对不同图层用途的识别与区分，并且修改图层的名称，再通过将图像元素拖动至窗口内，用于调整合成图像的实际叠加位置。在应用AE软件的过程中，还需注意结合影片的视觉呈现效果进行调整与修正，避免直接机械模拟，依据不同角、场景的实际特征进行技术参数的调整等。
在将AE数字技术应用于电影后期制作环节，需明确以下五项应用要点：其一是确定应用原则，利用后期粒子系统结合图像特征、运动细节等要素进行设计，利用随机过程进行动态生成效果的控制，在特效应用、随机粒子数间建立一定的关联性，保证呈现出良好的动态特征与细节表现。其二是画面效果的制作，以雪崩场景的制作为例，在AE软件的效果模板中点击“模拟真实感”的选项，通过拖动时间线即可直接在合成窗口中观察到粒子运动动画效果，在控制面板中调节粒子运动展示栏、调整粒子参数，即可塑造出更加逼真的雪花效果；在运动展示窗口中观察粒子的运动轨迹，在高级模糊度模块中调节模糊度数值，配合预览功能实现对雪花漂移效应与状态的模拟；将渲染后的结果输出，完成画面场景内参数的设置，即可实现对虚拟场景的输出。其三是调节屏幕适配度，利用显示器呈现出专业视图模式，观察图像边缘软化效果、生成半透明像素，利用图像连接器与吸入工具进行背景彩提取，并获得G、R、Y等像素值。其四是视频速度调节，将视频导入控制面板、添加在合成中，将原视频时间调整为200%，并及时合并帧，依据视频播放速度要求进行主帧位置、距离的调整，用于控制视频的播放与读取速度。其五是流体技术的应用，利用软件内的模拟仿真特效可实现对降雨、爆炸、烟雾等自然现象的模拟，结合物理因素进行气体运动效果的模拟演绎，优化电影虚拟制作效果。[3]
2.2  数字视效技术
现阶段数字视效技术已正式步入生物工程时代，由以往解决生物与异质性场景、空间的矛盾问题，逐步过渡到情感化表演与银幕的可实现性维度，如《哥斯拉》（2014）、《侏罗纪公园5》（2018）等
影片在虚拟场景中重构数字生物的基础上，重点解决电影中数字角表演与观众情感体验间的交互问题，以此为数字电影注入“灵魂”。
针对数字化表演技术在电影虚拟制作中的应用情况进行研究，在数字化表演形式上包含两种类型：一种是表演者与银幕角形象保持一致，如《本杰明·巴顿奇事》（2008）中的主人公返老还童形象、《阿拉丁》（2019）蓝灯神的形象等；另一种是表演者与银幕角形象不同，如《绿巨人》（2003）中科学家布鲁斯版纳在情绪激动时变身为绿巨人的形象、《阿丽塔：战斗天使》（2019）中的阿丽塔形象等。通过针对上述影片的制作过程进行分析，可将演员的数字化表演划分为以下三个阶段：其一是建立数字表情库，例如运用Light Sight系统针对演员做出的特定表情进行三维扫描，建立囊括演员数十种特定表情的数字模型，其扫描精度可达到毛孔级别，用于收集演员面部的纹理细节；其二是捕捉表情素材，利用头戴式相机实时捕捉棚内演员在表演过程中的面部表情变化，并以视频的形式进行同步拍摄、记录与存储；其三是数据分析与计算，将收集的演员面部表情变化素材进行整理、完成权重分析，判断演员在不同情绪状态下的表情、神态变化情况并进行权重计算，利用计算出的权重驱动表情库，使银幕角与棚内演员的表情保持同步变化。
在数字视效技术的实际应用过程中存在一定的技术难点，当前以美国ILM、D2、Weta为代表的顶级视觉特效公司均采用精细化分工模式进行数字化表演的技术研发与应用，由USC-ICT等专业院校机构配合完成数字表情库的建立，用于攻克面部表情捕捉环节的技术难题。例如MORE VFX特效公司在制作
影片《刺杀小说家》时便在类人生物制作上遇到较大挑战，如何在数字化角塑造上将情感与表演相融合成为难题，对此该公司通过建立驱动模型与算法优化实现对面部表情技术的改良，最终解决技术问题。与此同时，如何实现对数字角肢体运动的有效控制也成为一大难题，国外以Weta、Disney为代表的公司引入先进技术进行模拟系统的自主研发，通过建立肌肉的动力学模型实现对生物软组织重要节点的模拟。以Weta Digital公司参与制作的影片《阿凡达》（2009）为例，该公司自主研发出一套肌肉模拟系统，将数字角的身体各部位肌肉进行动力学绑定、完成身体动画动作的制作，最终使电影角展示出的肢体动作更逼真，近于真实人物动作，赋予影片全新的艺术魅力。[4]
2.3  虚拟制作技术
基于技术应用范畴的一致性，当前电影行业普遍将
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虚拟拍摄与虚拟现实划归为同一类电影虚拟制作技术，例如电影《阿凡达》（2009）与《狮子王》（2019）两部影片便分别运用了虚拟拍摄与虚拟现实互动技术进行电影制作。虚拟制作是指利用计算机辅助技术完成电影制作，并实现电影的可视化处理，其主要包含可视化预览、动作捕捉、混合虚拟制作、活动LED背景墙摄影四种技术类型，并且进一步扩大电影艺术的叙事边界，赋予观众更加新奇的观影体验。
在虚拟拍摄技术层面，由创作者在虚拟现实空间内设置一台或多台虚拟摄像机，通过调节基准点、实行运动追踪等方式，满足不同空间角度、运动模式下的影像素材拍摄需求。其中在摄像机轨迹追踪方面，现阶段电影行业主要采用unreal、unity两款游戏引擎，配合RTX 显卡等，可实现对光影的实时捕捉，提升影片所呈现出画面的质量，并重点聚焦技术点的应用、上下游流程的衔接等层面进行优化设计，保障更好地提升虚拟拍摄与制作流程的整体性与效率，为技术的产业化应用创设良好基础。[5]
在虚实拍摄技术层面，主要通过针对摄像机运动轨迹进行实时捕捉与追踪，将收集到的数据与棚内绿幕拍摄素材、CG元素相结合，完成影片的整体制作。针对技术应用场景进行解构，可分为以下两种类型：一种是实时混合虚拟制作技术，该技术在早期被应用于电视节目录制领域，呈现为虚拟演播室模式；另一种是电影后期混合虚拟制作技术，在棚内利用摄像机追踪拍摄绿幕的数据，摄像机可在现场进行图像的实时合成处理，生成分辨率相对较低的影像效果供现场导演、摄像指导等工作人员进行参考，直观建立对于CG角、故事场景等虚拟元素的视觉模拟认知，赋予其更加强烈的3D空间结构体验，并且为后期特效制作提供参考范本。与此同时，电影拍摄的灯光效果也将直接影响到虚实拍摄成品的质量，应基于同步性要求保障虚拟拍摄场景内的光影效果与现场实拍光线条件保持一致，通过调节时码、焦点、光照等不同数据满足拍摄效果的实时性与同步性要求，配合实时抠像、合成等技术手段的应用，更好地解决虚实拍摄的技术问题。
从虚拟制作技术角度入手，虚拟拍摄、虚实拍摄两种技术效果的实现均建立在摄像机运动轨迹捕捉、
演员表情及肢体动作捕捉、实时光线追踪渲染等技术支持的基础上。以三维图像生成技术为例，运用3D技术在维度、方向与坐标等层面进行视觉信息处理，基于视觉光学原理为人的左眼、右眼分别呈现出不同的视觉影响，观众需佩戴特质3D眼镜进行观影，通过大脑作用于视网膜形成立体化视觉观感，赋予观众身临其境般的观赏体验。再以实时光线追踪渲染技术为例，当前该技术已成为国内外数字视效行业在电影制作技术方面的重点研究内容，应通过增加技术研发投入实现对制作技术的研发攻关，便于更好地利用虚拟拍摄技术实现对以往Previz的动态视觉预览功能的完善与创新，将摄影、灯光等器材的使用、维护及更新需求纳入电影制作过程中，为产品级虚实拍摄技术的研发与实现提供借鉴经验。
结语
总体来看，数字技术的研发创新与广泛应用真正推动了当代电影产业的变革，虚拟制作作为一种技术手段与思维范式，在电影创作过程中实现深度介入。从电影制作流程入手进行分析，视效后期前置成为数字技术引领电影制作革新的重要标志，为电影创作者创作思维的灵活表达以及线性化流程的重构提供充足空间，但同时也在技术应用与情感表达上存在一定问题，仍需基于技术衔接、流程再造与工业化范式等层面予以重点研究。本文结合数字技术在电影行业的应用与发展现状，围绕AE软件、数字视效与虚拟制作三个层面探讨了关于数字技术在虚拟制作中的具体应用。研究结果表明，数字技术与虚拟技术在电影制作流程中的有效介入，不仅能够提升电影制作流程的整体性与工作效率，同时也在
可实现性方面给予技术支持，因此相关创作者还应通过强化技术投入、丰富创意资源等等方式进行银幕视界的积极拓展，从而真正开启电影的虚拟制作时代。
参考文献
[1]张宗伟.数字技术杀死电影了吗——兼论数字时代的电影
叙事[J].现代电影技术，2018，（12）：8-13.
[2]唐建.电影拍摄制作中各阶段数字技术的应用及相互配合
[J].电视指南，2018，（12）：9-11.
[3]李晓雯.探究沉浸式电影与观者，场域融合的边界[J].艺
术研究快报，2020（3）：7.
[4]王曦.影像材质数字技术的发展运用是电影艺术发展的新
动力[J].数字通信世界，2019（9）：199-200.
[5]刘晓清，李畅.微缩模型在影视特效制作中的应用——以
特效短片《风筝》为例[J].现代电影技术，2018（9）：39-44.
十大必看的虚拟现实电影作者简介：盛震宇（1996-），男，浙江省绍兴，马来西亚泰莱大学媒体与传播学博士在读，研究方向：电影在数字时代。

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