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论文 | 电影拍摄中机械及自动化设备发展现状分析



导语

本论文由中心研究员发表在《现代电影技术》2018年第1期,现将内容整理后在中心公众号上发布。(由于失误,昨天发布的文章信息有误,特此重发,十分抱歉!)


作者:

贺京杰 未来影像高精尖创新中心 

汪苏 未来影像高精尖创新中心 

王春水 未来影像高精尖创新中心 

宋震 未来影像高精尖创新中心 


摘要:近年来,电影预演、动作捕捉等多种数字电影技术正在逐渐改变电影拍摄的过程。在多种数字技术成功应用到影视技术的过程中,电影拍摄使用的机械及自动化设备也在悄然更新换代。本文以奥斯卡视觉特效奖影片所使用技术为导向,结合最新的数字特效技术的实际应用,分析了机械及自动化设备在电影拍摄中的作用。在此基础上,提出了电影中机械及自动化设备的应用特点。综合性的智能影棚将成为一种发展趋势。

关键词:机械;自动化;特效拍摄


1. 背景

引起观众的新鲜感和好奇心,让观影人从内心进入创作人构造的世界,为观影者精神欲望释放提供一种途径,这种效果是电影存在的原动力之一。特效镜头可以让观众在很短的时间内进入电影内容空间。

CG技术在电影特效内容制作中具有重要的作用。结合虚拟摄像机,动作捕捉以及表情捕捉等技术,艺术家创造出了各种奇幻和无法实际拍摄的震撼镜头。然而在CG技术使用时,还有多种自动化设备同时工作,为演员表演、摄像机、灯光和道具等提供支撑、独立运动和配合运动。

本文考虑科技与艺术的融合,以近年来获得奥斯卡视觉特效奖及提名影片所使用视觉特效技术为指引,分析电影拍摄中机械及自动化设备的使用情况,并提出电影自动化设备的发展趋势。

主要参考影片参见表1。

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表1 主要参考影片


2. 电影特效机械及自动化设备作用分析

本文主要从视觉效果、特效制作方案以及技术特点或难点三个方面对机械及自动化设备进行分析。


2.1机械模型

在“魔弦传说”中,使用了大量的机械模型用于定格动画的拍摄,如图1所示[1]。除了传神的美工技术,模型小关节的设计和制造需要满足形象运动的完整灵活性。这类模型没有驱动装置,模型的造型和变化全部靠手工完成。


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(a)骨架结构         (b)现场布景           (c)海洋模拟结构

图1 魔弦传说模型结构


2.2电驱动机械模型 modelwith motor drive

电驱动机械模型,主要用于解决多个运动轴同时运动的机械模型。这种自动化系统由于模型内部空间尺寸有限、模型重量或者内部需要安装照明等其他设备,无法依靠演员在模型内部同时控制多个运动关节协同运动,故使用电机控制完成。通常,模型没有固定的结构体系,每个形象都需要单独设计一套相对简单的运动机构以及一套操作系统。这类模型通常与绿幕配合使用,如图2所示[1]。


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(a)机械结构    (b)眼球结构和驱动系统    (c)美工后的模型

图2魔弦传说独眼怪



2.3支撑结构

在定格动画电影中,由于拍摄的离散性,模型一般都有支撑结构。支撑结构可以提供位姿调整功能,对于入镜的支撑结构,全部用绿色粉刷。部分场景的制作,也需要用到支撑结构,如图3所示。

 

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图3 魔弦传说模型支撑机构


一些大尺寸异形模型的支撑和静态位姿调整,有时会用到静态绳索系统,如图4所示[2]。涉及失重的电影拍摄,演员的表演会用到动态绳索系统,如图5所示[3]。在电影“阿凡达”中,为了拍摄演员与虚拟飞龙的互动,同时使用了动作捕捉设备、姿态控制运动平台以及绳索系统,如图6所示[4]。与支撑架和姿态调整平台不同,绳索系统的点支撑使得演员表演具有更多的灵活空间。

绳索系统的操作方式基本上都采用轴控制方式,大部分只控制演员的位置。这种方式的好处是操作方式简单易懂;缺点是对于任意一个镜头,操作员需要提前练习一段时间用于学习理解相应运动的操作方法,并且现场需要时间与其他部门配合。操作问题也存在于电动伸缩摇臂的使用过程中。对于复杂的绳索系统,绳索布局、控制算法以及操作方式是设计的难点。


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图4 星际穿越中飞船姿态调整

Interstellar


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 图5 地心引力中的绳索系统

gravity


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图6 阿凡达中的绳索系统

Avatar


2.4姿态控制平台

姿态控制平台,主要用于调整道具或者演员的身体形态。大多数电影中的驾驶舱内镜头或真实无法实现的近景镜头采用这种方式拍摄,通常与绿幕或者LED屏幕(或投影)配合使用,如图7所示[5-7]。与绿幕相比,LED屏幕可以让演员参照场景配合表演,减少后期制作的复杂程度。所以,最近两年,所有需要演员与环境交互的镜头,大多采用光屏方法。


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(a)    星球大战外传:侠盗一号中的驾驶舱

Rogue One: A Star Wars Story


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(b)星球大战:原力觉醒中的驾驶舱

Star Wars: The Force Awakens


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(c)少年派的奇幻漂流中的镜头the life of PI

图7 姿态控制平台


同时,姿态控制平台的另一个特点是可以和摄像机运动配合,通过两个自动化设备的相对运动,结合LightBox,得到演员在太空中360度失重旋转运动的合成效果,特效实现需要预先的设计和变成,如图8所示[3]。


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图8 地心引力中的演员姿态控制平台


2.5灯光系统


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图9 灯光组架


图9为“魔弦传说”中的灯光组架[1],可以随意安装多个光源。每个光源基座可以设置控制光线角度以及一定位移范围。如果希望获得灯光自动排布算法,除了人工智能可能助力,还必须有目标指引功能。这种理念很难实现,因为美的定义属于仁者见仁,很难量化确定。


2.6 MotionControl系统


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图11 地心引力中的MC系统


Light Box、姿态调整平台以及MC系统协同使用,目的是获得后期CG虚拟环境光与实拍影像匹配,如图11所示[3]。同时,可以在演员没有实际大幅度运动的情况下,获得复杂旋转运动的拍摄效果。以保证所有部分都做到了导演希望的程度为目标,控制并减少浮动变量数量,拍摄效率就会提高。MC的特点在于无论重复多少次,摄像机和光影的配合都完全一致。只要演员表演到位,拍摄即可成功。另一方面,多拍摄系统配合的主要问题在于部件重量、运动范围和相互的运动关系。

The Third Floor公司定义MC系统的作用为直接用MC实现预演中虚拟摄像机的运动轨迹[8],目的是提高预演数据的利用率,提高实拍速度。在“火星救援”中,通过技术预览,确定了包含光照效果的MC系统以及演员的运动过程,如图12所示[9]。


 

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图12 火星救援技术预览中的MC系统

 

2.7综合性影棚

随着CG技术的成熟,电影拍摄越来越多的集中到一个具备天气模拟系统、道具快速成型系统、动作捕捉和表情捕捉系统、灯光和摄像机MC系统等的综合摄影棚中。

电影“奇异博士”中[10],特效团队做了大量的数字环境替换工作。除了加德满都的外景是实地拍摄,其他的寺庙内景、屋顶戏和香港的戏份,都是在伦敦的摄影棚拍摄的。“奇幻森林”、“少年派的奇幻漂流”等影片也都有综合摄影棚的特点[7,11]。


(a)奇幻森林 junglebook (b)少年派的奇幻漂流

图13 综合摄影棚


3. 结语

通过调研,电影中机械及自动化设备有以下四个发展方向:

1.灵活的重组性能或者易搭建性能;

2.控制摄像机等传统拍摄设备在物理上快速实现预演效果,并且可以根据现场情况反馈,灵活快速以简明的方式调整运动参数;

3.控制演员、摄像机、灯光、道具和特殊效果等综合时序管理和复杂运动分解。

4.远程控制技术。例如,远程控制指定灯光开关和参数的综合控制台,可提高剧组的工作效率。

大量的拍摄,正在逐渐离开真实场景,依靠前期外景收集和后期数字处理,只需要演员到位,智能影棚内可以实现任何场景的拍摄。具有多种机械及自动化设备的综合摄影棚承载了越来越多的拍摄任务。拍摄汇聚到影棚是未来电影拍摄趋势。


参考文献:

[1]《魔弦传说》幕后制作特辑[EB/OL].http://video.sina.com.cn/p/ent/m/f/hlw/doc/2017-01-13/193165527811.html.

[2]《星际穿越》制作大揭秘[EB/OL].http://news.mtime.com/2014/11/25/1534444-all.html#p3.

[3]《地心引力》诞生记[EB/OL].http://107cine.com/stream/25582/.

[4]《阿凡达》揭秘幕后特效制作[EB/OL].http://news.mtime.com/2010/01/01/1422357-3.html.

[5]工业光魔《星球大战外传:侠盗一号》特效制作花絮[EB/OL].http://tieba.baidu.com/p/5346084486.

[6]原力觉醒视效(VFX)分解说明[EB/OL].http://www.bilibili.com/video/av3637381/.

[7]李安《少年派的奇幻漂流》特效揭秘[EB/OL].http://www.iqiyi.com/w_19rtpj5xwl.html.

[8]The Third Floor[EB/OL].http://thethirdfloorinc.com/.

[9]《火星救援》的高科技制作[EB/OL].http://107cine.com/stream/72624/.

[10]《奇异博士》特效制作揭秘[EB/OL].http://www.ali213.net/news/html/2017-2/280595.html.

[11]揭秘《奇幻森林》动物特效新标杆[EB/OL].http://news.mtime.com/2016/04/22/1554717-all.html.