交互与实时渲染发展对三维预演的改进

关键词：交互；实时渲染；三维；预演

中图分类号：TP37 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）02-0081-03

近年来交互与实时渲染技术的发展推动了原有三维预演这一制作环节的改进。虽然三维预演相对来说也是一个新潮的环节，但日新月异的技术发展已经造成越来越多的新步骤被应用，打破了原有预演环节的工作流，并改变了其处于前期的固有制作框架。

1 三维预演环节出现的目的

原有的三维预演作为前期工作，主要是为了弥补二维动态故事板在拍摄时的缺陷而被发明出来。过去工作组制作影片时用手绘分镜稿进行拼接剪辑而制成的二维动态分镜故事板，这类故事板能提供预览大概效果的功能，有利于制作时沟通各环节，节省成本并预估最终效果，但对于影片的人物、镜头机位调度来说，实际制作出来时会有比较大的差异。这种差异造成影视拍摄时，在有二维动态分镜的情况之下，依旧要随时配备一些故事板艺术家来跟组，以便根据实际情况来现场改进镜头设计。故事板艺术家根据现场拍摄，快速地绘制分镜将导演意图表达清楚，确保拍摄时导演跟摄影师、演员沟通有一个基准，以便拍摄的顺利推进。但由于二维天然的一些限制，很多故事板画面效果并不容易被实际制作，产生一定的误差使得影视制作前期规划出现纰漏。比如制作者根据二维分镜布置的一个场景，在拍摄时发现无法达到预期效果。此情况下临时改变分镜，也只能按照已有场景和条件来进行更改，极大地限制了最终的效果以及工作效率，对于制作来说得不偿失。特别在现代电影工业成本越来越高的情况下，前期规划出了纰漏后在拍摄之中是很难有机会更改的。成本和演员档期等一系列条件并不允许现场大量反复修改。因此，在高成本影片制作中，对于前期规划要求越来越严格，对预演高拟合度需求越来越强烈。

三维预演以低成本高拟合度的特点正好满足项目需要。因此前期在有二维分镜的情况下，依然会加入三维预演的工序，用三维的方式把摄像机、人物、场景进行一个比较逼真的拟合调度，把三维摄像机记录的画面景别、移动等一系列镜头输出剪辑，得到接近最终效果的预演影片，并根据它进行拍摄预估[1]。同时对于现代电影特效环节，三维预演可以直接作为特效的迭代的初始版本进行使用。在理想状态下，三维预演和成片拟合度在90%以上。制作完三维预演后，对于整个影片的效果和节奏、最后呈现已经有了大概预估，所以这个环节可以说是前期中最重要的环节之一。而预演在不同公司有多种不同叫法，比如影视中有很多版本的Previs、三维动画中Layout、Blocking等不同名称，这个环节根据不同公司喜好有不同的名称，没有固定标准，但本质上都是预演。

2 新技术对三维预演环节的改进

预演这一环节的第一次重大突破从《阿凡达》开始，并在十几年时间里不断随着技术进步而改进。比如世界知名预演制作公司“第三楼”（The Third Floor）从制作《阿凡达》开始到近年来漫威一系列成片，一直在更新制作技术。

《阿凡达》是第一部大规模的数字预演应用的电影，“第三楼”工作室也是第一次摸索大的数字预演制作经验，并且研究出的一系列工序为之后的改进发展提供了基础。在《阿凡达》的预演环节设计中，“第三楼”工作室明确了预演环节的目的：本质上是在确定效果方向后的资源分配，在制作前确定最终效果，并且根据预估效果确定预算。再反复根据预算来看第一次预演中哪个能保留，哪个需要调整。同时预演的数据可以制作成平面图以及调度设计图来给各部门进行展示，通过用于协调各部门实际拍摄时的工作沟通；根据占影片时长来看哪些资产可以重复利用，优先制作。此时绝大部分镜头所用到的数字资产相对固定，而一些特殊镜头需要用到特殊资产，但占镜头比很少，所以在拍摄前期，在主体没有形成时，会控制单个镜头花费。在诸多条件限制下，合理优化利用资源。

近年来在《阿凡达》中起到关键作用的预演也随着交互与实时渲染技术的进步而不断进化，特别是以下四个方面产生了突破：第一：虚拟空间和拍摄时空间位置的对位准确性，在根据前期预演环节布置场景和后续几个步骤来说，对位准确是一切的基础。第二：更强的现场交互性，在拍摄现场是虚拟摄像机和真实摄影机调度数据互导，有利于最后大效果的实时呈现。同样在中期拍摄现场修改前期环节预演成为可能，并且拍摄时预演数据也将作为后续特效基础。第三：预演环节的数字化储存和拍摄现场数据化的存储带来了更强的后期修改性。预演的新方式、动捕实时数据传输与储存提升了后期修改的可能性。第四：强化渲染光影和实拍的交互，最新的led布光让实拍与后期特效结合效果大大提升，特别是偏向镜面反射的材质，效果提升非常明显。

2.1 虚拟对位与现场交互增强预演控制

比如第一个突破方向中虚拟空间位置的对位准确性和第二个突破方向中更强的现场交互性涉及虚拟空间和拍摄时空间位置的对位准确性，虚拟摄像机和真实摄影机位置数据转化等[2]，这是后面方向突破的基础。

“第三楼”工作室为他们制作的数字化预演开发了一系列针对虚拟摄像机在实拍现场位置换算的软件与设备，现场摄像机位移数据跟预演中虚拟摄像机运动严丝合缝。

在《地心引力》和《云中行走》这两部片子中，“第三楼”工作室第一次让空间定位技术在虚拟摄像机跟实际摄像机之间产生复杂数据链接，而《地心引力》也是历史上第一次出现预演影片中有长达13分钟的长镜头，这不但是技术突破，更是一种影片制作理念的突破。13分钟的长镜头中有大量突破性的位移，摄像机调度移动达到了千米的程度，并且有极复杂的推拉摇移设计，这在之前是不可想象的。

《地心引力》中有大量的演员中近景镜头，这类镜头为了表现太空中失重感，要求摄像机跟随要有一种随机度，并不像地面摄像机那么稳，反而追求一种漂浮感。这就要求摄像机的空间位置定位精度必须极高，因为伴随着中近景别的演员表演，如果用位置数据不够精确的摄像机进行匹配，最后合成时特效透视很难完全匹配上实拍镜头，从而产生严重穿帮。

所以“第三楼”工作室的影片制作流程分为两部分，第一部分是通过预演中场景空间定位，现场布置场景完全按照预演模型比例长度来进行完全还原搭建，确保场景布置的精准度。第二部分是完成场景搭建后，在片场拍摄时也将摄像机进行一个原点定位处理，确保虚拟摄像机和现实相机位置绝对匹配之后，虚拟相机的运动数据可以传导到实际的相机起重机以及摄像机的运动机座及其他辅助摄像机移动的设备之中，从而使现实摄像机按照预演的镜头位移进行实际拍摄。

通过这种链接，使摄像机的交互位移准确。最终在这两部片子中，镜头大空间移动、一镜到底的同时又保证了场面调度的准确性，使这些镜头移动跟我们的特效严丝合缝。特别是《地心引力》中，整个场景作为外太空的状态，为了保证一种失重感，几乎没有实拍场景，演员都是吊在一个绿幕空间之中，除了贴满标记点箱子外只有小部分舱内、舱外是实际场景，而绿幕所搭建的场景中始终是威亚吊着人进行移动，造一个失重的感觉，因此在拍摄时所有的摄像机位置必须有一个三维坐标记录，后期合成才能把场景跟摄像机匹配得非常合适。这部影片除了在特效史上占据一个比较重要的地位外，更开创了虚拟镜头一大长处，长镜头预演带来了近乎完全可控的场景调度。

这种镜头魅力影响了后续电影语言。在之后的电影中，长镜头越来越成为大制作标配，2010年之后影视出现的长镜头，可以说比之前四十年的长镜头都要多，三维预演大大增强了影片的调度力。

2.2 现场动捕数据储存提升预演修改性

从《地心引力》的制作中，“第三楼”工作室积累了更多经验，很多实拍机位通过数据运算按预演的轨迹路线进行移动成为基本操作，相机起重机以及摄像机的运动机座跟随预演数据运动越来越熟练。于是在之后“漫威电影”系列制作时，实时交互井喷式爆发。

大规模预演交互实际上在漫威电影系列中运用众多。在漫威电影制作中，三维预演不局限于前期的模块，更是出现了跟场三维预演这个新工种。

根据实时拍摄需要，导演跟演员的沟通以及编剧的现场设计，跟场预演把临时改变的三维调度镜头进行实时设计，现场给出各种突发想法的预演方案。从此角度看，实时预演已经步入中期范畴。例如现场的摄影人员跟动捕演员进行一场戏的预演，通过现实的动作位置捕捉，再配合上现场虚拟摄像机位，工作人员可以同时出多角度、多效果的摄像机镜头机位演示，进行储存后，后续工作者在其中选择最合适的镜头作为确定版本。

在新技术下也出现了交互表演道具，如《权力的游戏》中模拟龙运动的控制基座，通过这种交互，将特效中虚拟龙的移动跟实际演员乘坐的控制基座数据连接，这能使实拍与特效拟合得更真实。现场也可以临时修改移动基座的数据，并将数据储存作为之后虚拟龙的移动轨迹标准，这种后期记录越来越成为行业的趋势，也成为预演的第三个突破方向，预演环节的数字化储存和拍摄现场数据化的存储带来了更强的后期修改性。特别在漫威英雄电影中应用极多，这类电影的特效镜头之多，开创了影视先例，基本没有哪个镜头是不用特效的。即使是真人实拍的很多镜头中，演员所保留的部分只剩下自身的脸部，例如钢铁侠，实拍中演员的盔甲服装与最后电影出现的也不一致，实拍基本上只保留了脸部的抠像作为一层，演员身上自带的盔甲服装物品都需要进行特效制作。

在此类影片中特效成了组成影片的主体部分，制作者保留演员的表演，基本只有演员自身的表情，甚至很多拍摄过程中，演员本身的动作也只作为后期三维匹配的一种素材来进行处理，基本只保留演员的脸部。后续的整个场景，包括演员本身服装和一些动作都是后期特效处理上去的，这种做法是一个开创性的突破，同时影响了之后很多影片的流程。

在“第三楼”工作室一系列流程展示中，漫威电影使用了大量CG动捕角色，而这些角色在现场以及实时拍摄时，已经能灵活地配合虚拟摄影机，熟练交互并作为不同种类数据进行储存，如场景空间位置，人物、摄像机位移等数据。

这些现场记录数据作为数字资产储存后，方便拍摄结束进行调整。制作组利用现场的捕捉技术和数据储存，已经可以把之前一系列流程全部打断重组。之前电影镜头画面拍好之后，很难再有调控的机会，只能通过剪辑等一系列手段在已有的画面素材上做改变。而现在三维预演和现场产生了结合，一切画面效果变得都可以进行三维特效修饰。预演和现场储存数据在后期逐步成为占比更大的一环。

这些新技术为制作环节带来新工种，制作人员在拍摄过程中也要实时记录摄像机空间位置，数据的记录越来越重要、越来越成为行业的趋势[3]，特别是在实时渲染逐渐普及的当下，现场的数据记录是后期调整空间的基础，甚至制作者可以将位移、灯光以及人物神不知鬼不觉地进行替换，达到制作者想要的目的。

新技术的变化越来越要求现在的导演、摄影师和特效人员三者在现场进行通力合作，以此达到数据的储存、记录跟拍摄时尽量好的效果，避免丢失数据，从而使后期增加大量不必要的修改工作。虽然后期有很多修改的方式，但是成本很高、工作量很大，能在中期做好的、做到位的地方避免后续修改，可以节省大量修改的时间，达到节省成本、压缩生产时间提升效率的目的。

2.3 现场实时渲染让预演更直观

实时渲染作为预演的第四方向突破正是为了解决现场预演显示问题，强化渲染画面和实拍画面结合，利用拍摄现场的摄像机与虚拟摄像机对位，配合实时渲染带来的所见即所得，当下进行修改，而避免了事后二次沟通、二次拍摄等一系列成本上升造成的不便。

特别是虚幻增强现实AR处理，对于预演来说是一个非常相关的技术种类，并且现有的一些影视后期制作公司、特效制作公司已经将这种实时AR技术运用在了预演以及实际拍摄过程之中[4]。

实时渲染配合最新的led布光让实拍与后期特效结合的效果大大提升，特别是偏向镜面反射的材质，效果提升非常明显。这也要求拍摄前准备更多的数字资产，通过照片扫描建模，得到一些模型作为资源提前储存，在拍摄时根据场景加以修改调整，成为虚拟环境光照。比如《曼达洛人》这部剧中有很多镜头是通过环绕屏幕直接发光，将虚幻中制作的场景实时展示出来，来营造曼达洛人身上盔甲的反光场景。这也是新的打光思路，真实与虚幻越来越在画面中难以分辨，这种光对于镜面反射所造成的效果有突破性的增强。

3 结束语

近年来交互与实时渲染技术的发展改变了原有预演环节的流程，同时虚拟与实拍定位、交互性、现场动捕数据储存、实时渲染等新技术的应用让预演不只局限于前期环节，拍摄时数据的记录和现场合成在中期环节和后期环节中有更多的应用，在充满变化的新世纪，创作者应当把握技术发展潮流，积极更新制作流程，避免思维技术落后于时代，为国内数字产业的进步提供一份力量。