数字电影大场景画面多层拍摄与合成
数字电影大场景画面多层拍摄与合成
数字电影大场景画面多层拍摄与合成
[摘要]
本文通过参与制作美国哥伦比亚娱乐公司的电影《天外紫罗兰》（ULTRA VIOLET）并根据其大场景画面合成镜头的实例分析，探讨了制作数字画面的关键技术和要求。参照好莱坞的制片经验，提出了制作数字电影要转变拍摄理念，要加强前期的设计、策划工作等建议。
[关键词]
数字电影制作数字特技传统特技计算机图形三维模型后期合成三维特效图像处理调色色彩变换
一、数字电影合成大场景画面的提出
通常一部电影的完成一般由1000—1500（也有超过2000）个左右的分镜头组成，大场景画面的制作和对复杂场景的控制，将对影片最后的精彩程度起到关键性的作用。
数字电影大场景画面镜头不仅包括场面宏大、复杂场景的镜头；也包括观众不易察觉、
但在镜头画面中客观存在有较多层次的中景镜头; 或者在制作中使用了多于三层及以上的实拍素材或三维生成素材的镜头。这种大场景镜头是通过对来源不同的多个素材进行多层控制、协调，最后使所有素材成为同一画面中有机部分的合成来实现的。
由于计算机技术已成为数字电影制作的中间环节，所以对于计算机技术的掌握，成为约束艺术创作发展的一个门槛。我们不能要求所有的导演、摄影、美术等业内人士都是电脑的行家，但他们若能对电脑原理和一般规则性知识有所了解和掌握，无疑对数字制作的艺术创作是很有帮助的。
二、传统特技的取与舍及在数字特技中的应用
传统特技在电影百年的发展历程中，得到了长足的进步，对于电影的贡献是巨大的。在《独立日》、《后天》等好莱坞的大制作中，美国的自由女神像和白宫被毁灭了无数次，每一次的震撼都来源于传统模型制作和计算机技术的完美结合。但同时它也有自身的不足，比如基于底片上的特效制作。传统特技师一般都要把制作好的特技效果，先拍摄或曝光到底片上，称之为特技底片。如果特技效果复杂、需要多层叠印时，工作画面里物体位置的准确度控制难度大，底片在叠印冲洗过程中细节损失较大，并随着叠印的次数增多，底片的细节损失随之增大，最重要的一点是，这种工作是直接在原始底片上进行，对底片的安全很难控制。这种传统的叠印方法被数字技术取代是毫无争议。
因为在制作一些非常复杂的场景时，Inferno或Flame机器上的层数甚至会超过两百层之多，但这并不可以说数字技术可以全方位地取代传统特技，计算机图形技术在目前的发展阶段，还未达到“万能”的境地, 因而应发挥它擅长的部分，而尽量避免它不能胜任或目前现阶段还不足以胜任的地方。
1.传统模型在影片实拍中的应用
在实拍和数字元素结合的镜头中，模型的地位非常重要。在《指环王III: 王者归来》中，城堡和山脉的制作就足以说明这一点，精彩的战争场面很多都以城堡和山脉作为背景，而其中又有很多
特写镜头。他们根据要求先把城堡和山脉的模型场景拍摄下来，然后根据这个大的透视比例和色彩关系添加人物动作和战争元素。如果所有元素全部由数字制作，那么，对场景真实性的把握就变得很困难，因此，最实用的方法是把实拍模型的素材放在近景的位置，用来强调场景的真实可信性。
2.传统特技模型在三维制作中的作用
在纯三维的电影制作中，所有的镜头均来源于计算机的制作，表面上看是与传统特技毫不相干，但其幕后的作用是不可低估的。比如很复杂的一个怪兽在概念设计部门完成后，进入计算机生产阶段，可是如何让三维模型师把它建的栩栩如生呢？通过传统模型制作，把一个逼真的怪兽模型摆在三维模型师手边，让他随时都可触摸怪兽的任何一个细节，也只有这样怪兽才会在模拟的三维空间中获得生命，从而让观众最终接受它在影片中的真实存在。
三、电影大场景画面合成实例分析
电影《天外紫罗兰》，是由美国哥伦比亚娱乐公司投资拍摄的未来科幻类型的影片。全片特技镜头超过500个，其中有70余个镜头在美国本土制作，香港制作其中大部分镜头，华龙电影数字制作有限公司承担了52个镜头的制作任务。其中难度大的镜头达到了18个，最难的一个镜头，我们制作到了第20版才通过好莱坞导演的验收，制作过程中也真切的感受到了对于艺术的执著追求，是要付出绝对的艰辛才可品味其中的甘苦。
我们通过电影《天外紫罗兰》实际合成的大场景画面镜头，对整个镜头、和拆分场景的各层关系进行具体的分析。
首先我们看图一，这是一个比较典型的观众不易察觉的中景镜头，画面的前后景区分的非常清楚，表达的主题也很明白，即通过画面里的反光镜传达出后面有士兵拿着武器追来的内容。此镜头只有短短的53帧（电影画面24帧为1秒），也就2秒钟多一点点，观众的所有精力都集中在紧张的剧情中，所以场景营造的越真实，带给观众的感受就越紧张。只有做到这一点，才能达到使用视觉特效的基本目的。
作为此镜头的制作，必须在开始策划时就对镜头中所有的元素进行创意设计和安排，对可能遇到的困难，做好应对的准备。有可能遇到困难的因素有：
1．士兵跑动的位置必须能准确地反映到画面当中的镜子上；
2．背景演员的表演能与士兵的跑动进行准确的对应；
3．灯光的设置能更好的表现前后景别的关系；
4．摄影机的焦距变化能准确地突出镜子里的画面内容。
为了解决上面的几个问题，剧组选择了分层拍摄的方法，将此镜头分拆成4个单独的部分进行拍摄，分别是图二的士兵跑动层；图三的士兵跑动背景层；图四的汽车内部前景层；图五的画面主背景层（包括演员表演的元素）。
四段分别拍摄的素材进入了后期合成的生产阶段，当然上面的几个问题也必须在这里进行最后的解决。为此，我们制定的制作步骤如下：
1. 图二中的士兵抠像后与图三进行合成；
2. 图四汽车内部前景层进行抠像，把背景绿色去掉，以便给主背景留好位置；
3. 把合成好的士兵跑动层，与图四汽车内部前景层的反光镜进行匹配；
4. 图五主背景层放入图四前景的后面，根据反光镜内士兵跑动的位置，安排好背景演员的起始点；
5. 所有元素齐备后，根据画面的色彩和亮度关系，适当提高前景反光镜内士兵跑动层的亮度，以突出要表达的情节；
6. 调整好镜面后，把主背景层进行整体虚化，强调摄像机的焦点全部集中在前景反光镜内的情节里面。
通过以上6个步骤的制作，可以完成这个镜头的基本要求，由于合成所用各元素的前期准备及设计工作比较完整，合成过程进展的相当顺利。这个镜头的具体制作是在Flame 8.5的机器上，一个后期合成师，经过导演三次反馈意见，改动到第四版最终完成了2K、10比特DPX 的制作。因为这个镜头是由四个不同的素材合成的，所以，对细节的要求是非常必要的，首先，每层之间的透视角度必须一致，即符合同一视角原则。如果出现运动物体透视角度不一致，即使分层的动作很精彩，观众也会感到很不舒服，无法接受。
其次是画面的整体颜色、色调的协调问题。分层拍摄有很多优势，但对于灯光的控制，实现每个层之间都达到完全一致，几乎是不可能的，所以就需要在合成的环节进行统一解决。去掉物体上绿背景的反光色是基本的，也是第一步，然后考虑前景和背景的主次色调关系，以哪个为标准，当然还要考虑到整个影片的整体调子，进行标准确定，最后就可以把各层按照重要程度进行分别调整了。
四、数字画面制作技术的分析和探讨
随着国内数字制作水平的提高，在电影制作的很多环节上都在不断进步。在此对上述实例中涉及到的部分制作要点，进行分析与讨论，以供同仁们参考。
1. 蓝/绿屏拍摄
蓝/绿屏拍摄的使用越来越多，从上述实例中的图二和图四中我们发现，国外在进行蓝/绿屏拍摄时，对背景颜色的均匀、平整度及跟踪点的摆放，要求是比较高的，这一步骤虽然简单，但会给后期制作带来重要的影响。前期制作蓝/绿屏时，尽量选用避免背景反光的哑光漆，直接喷在平整的墙面上，这样将会给拍摄时灯光的布置带来方便。对于蓝/绿色油漆颜色倾向的选择，在正式拍摄前应进行测试，比如影片在后期使用的软件对哪一种颜色比较敏感，什么光线下抠像的质量最好，这些前提条件，对于拍摄时跟踪现场的人员是非常重要的。
用于合成的电影实拍素材，背景一般使用绿色，而电视一般使用蓝色，这与电影拍摄是曝光在胶片上，而电视使用的载体是录像带（Digital Betacom; SP Betacom）有关。由于载体的差异，发现胶片对绿色的反应微强于对蓝色的反应，所以拍摄电影胶片一般情况下绿色使用较多；但有些情况就必须使用蓝色屏幕，比如所拍摄场景中有绿色元素的存在（人物的服装等），凡是在拍摄的镜头中有与绿背景相同的元素存在，都要在拍摄之前做好准备，反之在场景中有蓝色的元素存在，就必须使用绿色的屏幕了。只有在极少的情况下，蓝、绿同时存在于一个场景，如果真的遇到这种情况，就要仔细分析蓝、绿元素在镜头中的比例、位置（前后景别）等因素；同时要比较镜头元素中蓝、绿的色相与背景色的差别，差别越大后期工作的难度就越小。如条件允许也可以考虑更换其它的背景颜色，甚至在某些情况下使用红色背景屏幕，把握的原则是画面里物体的颜色与背景相区分的色相越明显越好。
2. 透视角度的匹配
在实际拍摄过程中，控制多层拍摄透视角度的匹配，是很困难的。它的原理是使每次摄像机运动的轨迹完全相同，这样在后期合成时才会天衣无缝。好莱坞已经开发并使用了——“运动控制”（Motion Control）这样的专门设备,但它的拍摄成本很高；香港的电影人把每次拍摄的场景拍下照片，拍摄同一场景的其它素材时进行参考，这种做法虽然经济，但精度不高；国内目前用一种松下的视频切换器设备，也有人称它为“对位机”，用于电影的时间还不长，现在还属于尝试摸索状态。
3. 场景跟踪点的放置
画面里跟踪点的设置,对于后期合成非常重要。跟踪点发生问题，导致素材无法使用的事情常有发生。在上面图二的绿背景拍摄的素材中，发现背景上有很多规则排列的小黑点，这就是跟踪点。
跟踪点使用的前提：在分层拍摄中，只要摄像机的镜头和机位发生运动和位移，所拍摄的场景里，就必须放置跟踪点。
一般在蓝/绿屏下拍摄时，跟踪点的放置成规则的网格状就可以了，放置的多少和疏密根据镜头运动幅度的大小和速度决定，动作幅度大跟踪点多些，反之，少些即可。在跟踪的场景对空间运动要求较高时，画面内的跟踪点一般保持在5-8个为好，跟踪点太少对空间运动的控制比较费力，如果太多，又给后期处理带来较多的修理任务。在大场景的实景拍摄时，就要花些时间好好地研究了。主要一点是一个跟踪点即将出画面前一定要有新的跟踪点进入画面，以保证画面跟踪的连续性。如果被拍摄物体的运动很快，就要考虑使用升格拍摄了，这样才能保证跟踪点清晰。升格尺度的把握一般在电影24格每秒的基础上，做整数翻倍比较利于后期的制作，比如72格或120格每秒。
跟踪点一般完成跟踪任务后，要在后期把跟踪点修掉，如果在拍摄时巧妙的利用场景中的道具来做跟踪点，就可以一举两得了；比如拍摄火车车厢里的戏，我们可以做一个车厢的座位编号牌放在背景上，既增加了画面元素也给后期带来了方便。
4. 背景的虚化处理
在分层拍摄时，无论处于多么次要位置的元素，在拍摄时都是以清晰焦点拍摄的，即所有层的元素材都是清晰的。所以在合成时就要对背景画面或次要场景进行主观的优先顺序排列，对处于焦点之外的元素就要进行虚化处理，以软件Shake为例，一般制作时把非主要层进行模糊处理，即调整blur值就可以了。但随着对电影细节和画面色彩要求的提高，在Shake中选择了Defocus 进行虚化处理，它的优点是在执行虚化处理后，可以较好地保留原始素材的色彩对比关系，在大场面多层合成时，会有效避免画面发灰的问题。
5.软硬件设备的支持
电影《天外紫罗兰》是继《星战前传II: 克隆人的进攻》之后的又一部全数字拍摄的好莱坞电影，前期拍摄的原始素材存储格式为10 比特的DPX格式（Cineon 的一种文件格式）。软件Flame 版本升级到8.5以上就可以在10比特4:4:4的状态下直接工作了。为了达到这一技术指标，华龙公司于2004年4月对UNIX工作站下的Inferno和Flame进行了升级,为这一项目做好了前期的准备。
6. 电影的全片调色
《天外紫罗兰》把全片调色作为计划之一，在后期开始时就进行了统一要求，即影片前期拍摄的所有原始素材，在后期合成的工作中，画面颜色的对比度是不可改变的。这个要求给多层合成带来一定的难度，但对于电影的整体色调质量是非常有益的。在上面的例子中，我们在进行图二中的士兵抠像后与图三跑动背景进行合成时，就面临士兵与背景地面上士兵影子的深浅程度问题，即对比度问题，可是前后背景颜色不同，前后层的灰度、暗部色差等色度值都不一致。为了找这个问题的答案，就要从图四汽车内部前景层入手了，图四画面中的反光镜和下面平面的交互关系,以及破碎车窗下面与附近车子内部细节里的对比度，就是制作士兵影子的最好标准，因为这是以前景层为主的实拍素材，那么遵循了这一标准后，画面的协调程度才会统一，进入全片调色时，才会成为有机的一部分。
随着数字制作在电影生产上的不断深入，电影的全片调色在国内会越来越多。从技术角度分析，这种做法很好地解决了数字转胶片中存在的问题，也就是技术领域常说的化学体系和电子影像体系转换的问题。例如：一部电影中两百个镜头由数字制作完成，并最终与其它的实际拍摄镜头一起输出胶片，这里的相互匹配就是一个问题，很多学者和软硬件厂商给出了不同的解决方案，华龙公司也进行了多次尝试，包括购买CMS(Color Management System)颜色管理系统，但要实现完全的匹配，难度还是相当大的。所以全片调色对于整部电影的色调控制还是大有裨益的。全片调色是华龙公司2005年工作的重点之一。
五、对国内数字电影制作的建议
通过参与《天外紫罗兰》制作，我们不难发现好莱坞的电影人与国内有着一定的不同。
首先，拍摄概念的变化
把复杂场景经过系统分析，合理分拆为若干个单独的元素, 分别进行单独拍摄，这样所拍摄场景相对较小，比较容易控制每个独立部分的质量。在后期合成时制作的空间较大，镜头完成后要比一次性拍摄的场景要丰富、精彩。如果大场景画面的复杂内容一次拍摄完成，对拍摄现场的掌控难度非常大，对单一元素无法严格要求、对次要位置演员的表演是否充分、背景元素是否饱满、相互之间画面构图是否合理等等，均很难把握到位，而这些原素都要得到很好的解决才会拍出理想的镜头。但分开拍摄也不是完美的，其不利的方面是对导演班底、演员等要求较高，在分拆开的各元素中，必须对摄像机的透视角度、整体的光线、色调、物体在画面相互间的比例等等问题，都要提前考虑周全，才不会在后期制作中带来麻烦。
其次, 影片设计的因素占绝大部分，补救的镜头数量较少。
在电影《天外紫罗兰》的拍摄过程中，有专门的概念设计部门(Concept Design Department)，这个部门贯穿影片拍摄的始终。对于影片中出现的任何人物、物体和场景进行设计。这个部门的人员一般具有非常活跃的思维，熟悉电影镜头的语言和表现手法，具有非常熟练的基本手绘功底，并长期生活于电影创造的环境中。
我们在进行国内一些影片的生产时，总有不小的一部分精力用于弥补前期拍摄的不足，也就是说需要补救的镜头数量较多。实际上这也说明我们在正式开始拍摄前的总体安排还不够细致，往往在时间较紧的情况下开机，遇到问题在拍摄现场想办法,可是在拍摄现场让创意人员去搞创作，难度大，而且也不现实，往往导致解决方案中应付的成分较大；最后把问题拖到了后期制作环节，造成补救镜头数量较多的局面。
其实，国外的概念设计部门有些类似国内电影生产中的前期策划部门，我们应该重视前期的策划工作，让创意部门吸纳具有活跃思维，懂电影语言和后期合成的优秀业内人士，经过实际拍摄和生产的摔打，与我们的电影制作人员共同成长，才会逐渐地把更多的精力投入到影片的设计中来。
六、结论
数字电影大场景画面多层拍摄与合成，在不同影片和不同条件下有不同的解决方案，但就其制作技术归纳为: 1. 蓝/绿屏拍摄；2. 透视角度的匹配；3. 场景跟踪点的放置；4. 背景的虚化处理；
5.软硬件设备的支持；
6. 电影的全片调色。在这些基本技术点上顺利通过，再加上业内人士自己的经验积累，希望同仁们能够制作出更具水准的电影来。
有人说电影是一门遗憾的艺术，因为你不可能进行二次拍摄，无论多么精彩的影片，或多或少都留有遗憾的部分，当然在《天外紫罗兰》的制作过程中也有感到不足的地方，比如素材拍摄空间和长度的把握，如再稍长一点点，都会给后期的合成带来很大的调整余地。而我们电影人就需要及时总结，相互交流和沟通，让影片遗憾的成分尽量减少。对于大场景镜头也一样，大场面、复杂场景分拆得多了，需要补救的镜头就会越来越少，所谓磨砺的越锋利，大场面把握的就越有火候，才能最终更好的服务于电影本身。