论电影场景中虚拟现实技术的运用与发展---以《霍比特人》为例

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论电影场景中虚拟现实技术的运用与发展---以《霍比特人》为例

殷吉
      随着科技的不断发展进步,影视己经成为全球人类重要的文化娱乐生活中内容。以《霍比特人》为代表的越来越多特效电影出现,电影中的虚拟现实技术渐渐被人们了解、熟悉并接受。观众不仅在电影场景中欣赏到一场场更加逼真、绚烂、震撼的视觉盛宴,同时也在业界刮起了一场虚拟现实技术风暴。虚拟技术在影视作品中的运用是现在电影制作的重要拍摄手法和发展趋势,能够塑造实景拍摄无法呈现的画而,这是电影历史上的最大变革。对于电影《霍比特人》中场景的深入剖析,有利于我们对于虚拟现实技术的切实理解。
一、解读“虚拟现实”
      场景是影片叙事的基本载体和影片特定的空间环境,也是影片重要的造型元素。现在电影的场景,可以是现实空间环境,也可以是非现实空间环境。比如《天堂电影院》是一部以现实环境拍摄的电影,而《阿凡达》则全部采用虚拟现实技术搭建的非现实、虚拟的环境。但是,这两种场景都要求体现和服务于剧本中规定的情境。在一百多年电影发展的历史进程中,从无声到有声,从黑白到彩色,进而到数字技术的应用,电影发展经历了一次又一次的变革。
(一)虚拟现实技术概述
       “虚拟现实”的概念:指使用计算机技术生成的、极度逼真的多维度的包含视觉、触觉、嗅觉及听觉的感觉场景或世界,在这个世界中的用户可以从个体的角度,使用特定的设备与其进行浏览和交互式互动。虚拟现实是多种技术的综合作用结果,包括实时三维计算机图形技术、宽视野广角立体显示技术、人工智能技术、多媒体技术、计算机网络技术等,具有交互性、沉浸性、多感知}h}、自主性、构想性等特点。
虚拟现实简称“V R",即“Virtual ReaLiry" o  "Virtual',意为虚拟的;" ReaLiry”意为现实、真实;" Virtual Reality”指借由计算机技术生成的、可交互的虚拟角色、场景、世界;是一种多源信息融合的、虚拟三维动态视景和实体行为交互的计算机仿真系统,能够感知参与者的位置和动作并与其互动,从而替代或增强参与者的感官反馈。这其中的感知是指理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知,从而产生一种出现在仿真场景、环境或世界中的感觉。
       虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向,是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。特别是在应用最先进的数字化虚拟现实技术去保存、保护和展示、推广人类文化遗产方而的作用不可替代:2003年,故宫博物院和日本凸版印刷株式会社合作创设了“故宫文化资产数字研究所”,该数字研究所的第一个作品就是利用虚拟现实技术完成的“故宫V R ((紫禁城·天子的宫殿》”。2009年,由我国清华建筑与城市遗产研究室推动主持,圆明园管理处支援的“再现圆明园”数字复原工程启动。
(二)虚拟现实技术在电影制作中的应用
1.电影的三维图像生成技术
        在电影中我们经常看见的现代化的城市、宏伟的建筑、各种怪物形象等都是三维图像生成技术的展现。三维立体电影技术可以让观众体验虚拟的立体场景的感觉。3D即3 Dimensions,指三维。“维”即维度、方向和坐标,相对于传统的电影技术,3D电影技术的不同或者先进之处在于利用了人的双眼在观察同一事物时的角度存在差别的因素,从光影的方而增加了一个维度。众所周知人的双眼由于观察角度的差别,因而在视网膜上形成的影像也存在差异性。我们的大脑将视网膜上形成的两个影像信息进行处理形成人类的立体视觉。3D电影技术就是基于这一视觉光学原理,在一台摄影机上使用两条胶片进行独立的影像摄制摄录,以供左眼和右眼分别观看的视觉影像。同时,观众在观看时必须戴上特制的三维观影眼镜,结合3D银幕最终呈现逼真的立体影像,视觉沉浸性及体验感极强,为其带来身临其境的超凡感觉。
从早期电影的平而化视觉体验,到目前的基于计算机三维制作技术的、炫酷的影视特效观影体验,再到未来发展不可限量的3D立体呈像沉浸性体验,人类电影技术发展从未停比过对立体呈像观影体验的探索。从1994年首部完全使用三维动画技术的电影《玩具总动员》开始,三维动画技术在极速发展的同时不断地拓宽其应用、表现领域。为配合电影特效中需要的各种虚拟机械、生物角色和场景制作需要,功能涵盖了从建模贴图、灯光材质和特效渲染等模块的各种三维图像制作软件在电影行业中应用广泛,如Maya  Softimage}  3DSmax等。
       随着计算机新技术的不断发展变革,电影行业中研发出现了一种全新的、非接触式的激光扫描建模技术,这种技术不受客观物体实际表而复杂度的影响,通过对其表而的离散化处理直接获取其点云数据(即三维坐标信息),并直接利用所获取的点云数据重新建构出被扫描实体所对应的曲而来进行建模,极大地提高了建模效率,简化了模型制作难度。激光扫描建模一方而能以三维方式再现自然客观事物表而的微观结构,同时又能提高模型显示质量与渲染速度的烘焙技术,为实时三维图形图像的生成带来无限可能,这种技术的产生和发展,极大地方便了电影特效的制作。
2.实时预览技术
       大量的CG效果在电影画而中应用之后,让真人演员的表演与最终CG画而的完美结合是导演必须解决的问题。《阿凡达》的导演詹姆斯·卡梅隆完美的解决了这个问题。《阿凡达》中的大部分镜头是真人拍摄与电脑CG合成的,演员在绝大多数情况下都要在完全没有布景、空荡荡的摄影棚里对着空气手舞足蹈,剧中人物身处的潘多拉星球要在后期制作中由电脑加入。在此以前,导演只能任凭演员只能完全依靠想象进行表演,因为此时的导演不可能看到最终合成的CG效果。所以导演卡梅隆想到了一个克服这个问题的方法,他专门研制了一种虚拟摄影机,能够实时地将真人演员表演与虚拟构建的场景世界进行交互呈现在屏幕上,从而能够在拍摄真人演员表演的同时进行准确的预览,实时观察、干预演员的表演与虚拟场景和世界的交互,使CG场景呈现出高度逼真和匹配的效果。《阿凡达》中独特的生物,超真实的悬浮山群,犹如梦中仙境令观众向往,也让人们有种想去追寻潘多拉星球的梦想,然而这一切均是用虚拟现实技术里完成的,卡梅隆用澎湃的想象力,设计出无与伦比的场景和独特的生物。
3.动作捕捉技术
       目前电影中的CG动画一般采用动作捕捉技术(motion capture)。这种技术起源于上世纪70年代,为改进电影中的动画制作效果,当时的迪斯尼公司曾经尝试过捕捉记录真人演员的表演动作。其工作原理为在真人演员的关键关节和部位设置跟踪器,在真人演员表演时由Motion capture系统捕捉跟踪器位置得到其三维空间坐标的数据应用在动画制作中。《霍比特人》中的咕噜姆以及《阿凡达》潘多拉星球人都采用了动作捕捉技术。
4.表演捕捉技术
       表演捕捉技术与上文所述的动作捕捉技术非常相似,但是前者能够完全捕捉演员更加细微的肢体动作乃至于而部表情,将真人演出影像与电脑动画结合,令动画人物的造型与表情更加逼真,使影片更富于写实效果及空间层次。同时,演员的表演还可以根据需要应用于不同角色,使创造出来的虚拟角色更加神似。在《霍比特人》中,令观众印象深刻的无疑是瘦骨嶙峋的咕噜姆,它的表情每一个动作都极为生动,与真人毫无差异,这就是表演捕捉技术的功劳。
二、电影《霍比特人》中的虚拟现实的运用
        电影《霍比特人》是史诗魔幻巨作《指环王》的前传,延续了《指环王》的拍摄风格以及其气势磅礴的画而场景。讲述了霍比特人比尔博·巴金斯和13个矮人旅行探险中土世界,寻找一个被龙偷去的一个属于矮人的珍贵宝物的故事。这部电影打破了以往电影每秒24帧的模式,创新开创了每秒48帧的制作,是电影历史上的一个里程碑。在电影中美轮美负的自然美景与气势恢宏的打斗场而让观众惊叹不己,这即是虚拟现实的充分运用与体现。
(一)自然场景分析
       在《霍比特人》的开头,矮人族的居住地位于河谷城的艾雷博是一个非常具有特色的小镇。背而依靠着威严的山脉,这座小城仿佛是依偎在雄伟山脉的怀抱中。小镇整体以欧洲建筑为主,一片祥和之气。此外,精灵族的栖息地伊姆拉蒂斯之谷—瑞文戴尔是一个如同仙境的地方,鸟语花香,云雾飘渺,只有高贵的精灵族才能符合瑞尔戴尔那灵静秀美的气质。
       如此逼真梦幻的景色观众也许会认为是实景拍摄,其实不然。这全都是虚拟现实技术的巧妙运用,前期制作通过各种建模软件3DMAXS}  MAYA等等,细致的雕刻与构建,再加上后期的贴图,灯光渲染合成,才把这些只能想象的地方浮现于我们眼前。
       影片中主人公比尔博和矮人们通过一座桥走入瑞文戴尔的这一组镜头全是在绿幕前拍摄的,其难点在于场景中的顶棚与天窗并不在绿幕中,动画师需要透过露出的天花板和演员的毛发来解决这一问题,维塔数码(Weta Digital)开发的毛发处理系统可以为每一位演员制作头发设计样式,这样就很好的解决了实景与绿幕之间过渡的问题。无论是从瀑布还是到灵动的小鸟,这个场景的制作几乎全部采用数字制作,全都是电脑制作出来的。        在瑞达加斯特主人公被兽人族追逐的这个场景中,当时是在实景下而拍摄的,这样有助于演员的表演,最后该场景中的任何东西,树木、草地、山脉全都被数字场景替换掉了。为了达到这个效果,程序员花了将近1年的时间,编写了一套全新的软件。这款软件被称为“伐木工人”,其不仅能使树木重新生长,让树木产生动画效果,还能将动画师门的动态控制降到最低水平。
       虚拟现实技术使得剧组不再需要花费大笔金钱来制作道具,或者是搭建电影城,大大的节约了电影成本,也减少了演员在外景拍摄中会遇见的意外。有谁能想到,这样一个身临其境的画而,只是虚拟现实技术的一个表现。自然条件是电影拍摄的一个最大制约因素,因为天气、地理位置、季节都会不同程度的影响整部作品的拍摄。有时候电影剧情需要按照季节来拍摄,然而季节确不能根据人的意愿而改变。模拟搭建的季节场景效果往往不尽如人意。然而随着三维软件的成熟与完善,我们想要的动物、植物、场景、季节均可以在三维软件里而来完成,它可以带领我们穿越任何场景、季节。《霍比特人》电影的成功,在于把一个不存在的世界以真实的而貌展现出来,还原了人们的梦想。
(二)战争打斗场景分析
        在《霍比特人》中,除了美轮美负的自然景色之外,也出现了许多的战争打斗场景。在比尔博与矮人们翻山这个场景中,好几座巨大的山脉突然复活了,变成了几个乱发脾气、乱扔石块的高大岩石巨怪。这些岩石巨怪们都是由关键帧动画制作的,维塔数码的制作团队一起讨论并创建了该场景,让观众观影时随着剧情的走向一起时而紧张又时而松一口气。
        在观看影片时,我们往往会被磅礴恢宏的战争场而所震撼折服,但在实际的拍摄中,并没有成千上万的大军,也没有凶煞恐怖的兽人族将领,全是虚拟现实技术的一个把戏。这些将领与士兵们都是通过软件建模虚拟出来的人物,再通过动画师们对于动作的调控与捕捉,加上对于背景的渲染描绘,才塑造出了一个凝重的杀戮场而。
殷吉,四川师范大学影视与传媒学院教师。