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Hall of Knowledge:电影特效与CG数字技术

时间:2016-12-04 19:33:57

      从《加勒比海盗》的虚拟角色,到《后天》的影视合成技术,从《变形金刚》的衣物模拟到《WALL·E》等全三维CG电影,都把CG技术与电影艺术揉和得淋漓尽致。CG技术在现代商业电影中已经成为不可或缺的组成部分,CG技术在现代电影工业中的辅助运用,给电影带来了强烈的视觉效果,赋予了电影更强的艺术张力和生命力。
 


电影特效使用的CG软件

      电影特技中的CG软件一般是在CGI图形工作站上工作,用于建模和设置材质的软件有3ds Max、Maya、ZBrush、Photoshop、Imageworks,还有顶级3D制作软件Cenima 4D和Softimage。动画和特效制作需要多种软件配合使用, 除上述软件外,还包括LightWave、Houdini、MotionBuilder、Animanium、Massive,主要用于三维人体扫描、动态捕捉、粒子特效制作。渲染方面的主流软件Renderman可以很好地结合Maya、Houdini和 3ds Max软件。

      合成软件依据其追踪功能的不同分为两类:一类是合成软件自带追踪功能,称为2D-Tracking,有After Effect、Combustion、Digital Fusion、Inferno、Flame、Shake。另一类是摄像机镜头运动路径追踪软件,又称为3D-Tracking,有BOUJOU、3D Equalizer。
 


影像合成技术

      影像合成技术是指在电脑后期制作中把两个或多个图像元素合并为一个画面的过程,是电影特效制作中占最大比例的部分。由于影视画面是由胶片摄影或摄像机拍摄的动态视频素材合成,要想将CG元素完美地合成在一个画面中,就必须应用到影像合成技术中的追踪技术,目的是使图像元素之间相互匹配。

      它的原理是选择要追踪的画面,并定义图像的特征区域,由软件自动分析图像中的特征区域随着时间变化而发生的数值变化,取得这些数据信息后,把它赋予另外的图像元素,使其按照这些不断变化的数据信息进行同步运动。过去用传统的光学方式进行影像合成,合成的影像越多,画面质量越差。CG技术的应用使得影像合成质量不断提高,电影的表现力也得到了很大的提高。
 


变形技术

      变形技术使用统计学模型,参考肌肉的样本建立与骨骼上端点之间的映射关系,并统计肌肉和骨骼的自由度和内在的动力学关系,这可使骨骼和肌肉的运动完全关联。只要给定骨骼一个姿势,计算机就可以从统计模型中自动赋予肌肉和皮肤的形状和变形。而传统图形学的三维肌肉制作是通过钢体(骨骼)确定动作,然后再由动画师添加肌肉和皮肤,控制运动参数。

 


复制技术

      复制技术是先由CG软件设计和制作一个个体动画,输入包含许多细节的数据,如:个体动画的“看”、“听”、“跑”、“死”。为使这些数据更接近真实,一般使用特技演员通过前文提到的动作捕捉技术记录每个动作细节的参数,把这个个体动画复制上万次,放到虚拟环境中之后让它们自由行动。另外还可加入智能噪声,这些噪声的运用可使群体动画中的动画个体有相似的姿态,个体动画在其中重复了成千上万次,而观众却难以辨别。
 


动作捕捉技术

      在动作捕捉工作室,动作捕捉技术可为演员提供较高的自由度,由多部摄像机在各个角度进行实时拍摄。为使摄像机能拍到演员身上的感应器,道具都由金属制成,这不仅可以捕捉到身体的动作,还能捕捉到面部表情和眼球的转动。演员的面部、身体、双手都装有感应器,并在舞台上设置装有感应器的道具,其数据被传入计算机后,由数据检测人员准备好后供导演审查。表情捕捉中的唇形对应完全是以动作捕捉的数据来渲染合成,然后作为关键帧动画的参考。所有动作场景是按照传统动画的制作方式加以制作,只是在每一个关键帧的肢体位置上参考了动作捕捉的数据,其中细微的动作变化仍需要人工调节。
 


虚拟现实和虚拟角色

      虚拟现实技术是CG技术在一个更高层面上的体现,其广度和深度大大超越电影的范畴。它最初用于飞机、汽车驾驶员的模拟体验上,整个生态场景由计算机实时动态生成,根据受测者的行为而模拟出不同结果。这项技术应用在电影等娱乐领域中体现出无穷的娱乐魅力和商业价值。

      虚拟角色又称为虚拟演员,包含两层含义。其一是用CG技术使已故的著名影星起死回生重返舞台,丰富的影星资料使其并不难实现。其二是完全由电脑塑造出来的电影明星,它们的档案、肤色、气质、着装、谈吐完全由幕后制作者控制。
 


三维扫描技术

      在电影制作过程中,三维扫描技术可以迅速、方便地将演员、道具、模型等的表面空间和颜色数据扫描入计算机中,构成与真实物体完全一致的三维彩色模型。其数据格式能与通用的三维动画软件接口,可用三维动画软件做进一步的特技处理,如旋转、压缩、拉伸、扭曲等各种变化,完成切割、剪裁、拼接、运动等各种特技处理,或融入特定的场景中以实现高难度的特技效果。三维彩色扫描还可以得到物体的表面色彩纹理贴图,这不仅有利于特技处理,还可以将一个物体的色彩纹理图贴在另一个物体上。
 


衣物模拟

      为使影片中的CG角色更加真实,布料系统设计者利用统计学模型开发了衣物模拟引擎系统。该系统可把设计师所设计的服装映射到目标物体中,使每个角色都有不同的服装,并可设置衣物的特写镜头,其原理类似于肌肉的统计模型。首先通过大量的测试得到原始运动数据,然后通过机器学习建立映射关系,建立各种姿态和服装形状的对应,根据这种对应可以快捷地模拟各种服装。
 


爆破效果

      传统的爆破效果是利用化工技术来表现的,但其成本太高而且浪费时间。设定好爆炸场景后,以实际爆炸产生的焰火作为蓝本进行CG处理,可以获得非常逼真的爆破效果。主要是利用Real Motion、Pyromania、Fire Effect等软件,3ds Max的After Burn插件和Light Wave的HyperBoxell插件制作爆破效果。

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