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智库图析好莱坞特效电影制作流程

OK智库2018-12-05 08:52:05
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  智库首席专家杨志刚引言:智库(ThinkTank),即智囊机构、智囊团,最初也称“思想库”,是指由专家组成、多学科的、为决策者在处理社会、经济、科技、军事、外交等各方面问题出谋划策,提供最佳理论、策略、方法、思想等的公共研究机构。严格意义上的智库是独立于政府机构的民间组织。


  从全球趋势看,智库的地位越来越重要,对一国的政治、经济、外交等决策的渗透也越来越深。近30年,中国经济社会发展可圈可点,但智库发展受到忽视,是个短腿。国际金融危机和我国面临的改革困境,更提醒了我们智库建设的重要。


  新一轮深化改革推进以来,中央对中国的智库发展高度重视,对建设高质量智库充满期望。党的十八届三中全会通过的《中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定》明确强调,要“加强中国特色新型智库建设,建立健全决策咨询制度”。


  Crossover一词在英文中原意是“转型、转向”的意思,但在诸多领域被翻译作“跨界”,引申含义是“跨界合作”,意思是跨越两个不同领域、不同行业、不同文化、不同意识形态等范畴而产生的一个新行业、新领域、新模式、新风格等。


  新世纪伊始,OK智库应运而生。我们的目标就是办成中国最具规模的民间智库,组织上万名各行各业专家精英,融汇高层、权威资源,进行前瞻性、战略性、全局性跨界研究,为公共政策提供智力支撑,为行业发展提供宏观规划,为企业经营提供咨询服务。


  我们OK智库认为,“跨界”是一种新锐的生活态度与思维方式的融合。跨界(Crossover)现在已经成为国际最潮流的字眼,从传统到现代,从东方到西方,跨界的风潮愈演愈烈。为此,我们组织众多领域的专家学者,博采众长、跨界交流、融合创新、分享智策......


  好莱坞制片商们在过去数年间已经在电影特效制作方面取得了长足的进步,而我们在观看这些影片的时候甚至不禁要想“他们究竟是怎么拍摄出这些画面的?”其实,这都画面都是电影特效的功劳。




  特效电影指的是以特效表现为主的电影,特效,顾名思义,“特殊效果”,言外之意即在电影制作中所占成分并不高,但对电影视觉表现的强烈需求是人们去影院观看电影的重要原因之一,所以在好莱坞,特效电影的生产占据很大的比重,高票房的电影中特效制作的成分通常都很大,所以特效制作已经成为电影制作的家常便饭。


  特效电影包含两个种类,一是指以特效表现为主的电影,这种电影的特效制作必须详细规划,所需投入所需时间所需人力所需技术在电影制作中的比例最大,传统拍摄技术退居次要地位。此类电影的代表有《阿凡达》、《爱丽丝梦游仙境》、《贝奥武夫》等。



图1-1电影:《阿凡达》,制作模式以特效制作为主


  另外一种是指特效表现占据很高分量,但是传统拍摄技术和方式也是电影制作的重心,此类电影的代表有《金刚》、《指环王》、《变形金刚》、《黄金罗盘》、《2012》等。



图1-2:《金刚》,特技制作占据很大比重


  实拍电影及特效电影的区分,是以基于技术的拍摄制作模式为对象的,并不指代影片的主题思想、人物刻画等,这些东西在任何一种电影中都是共通的,技术不过是实现手法而已。


特效的两个种类




  电影特效是一个泛泛称谓,如果从专业角度继续细分的话可以分为视觉效果(Visual Effects)和特殊效果(Special Effects),这两者的解释如下:


  1、视觉效果(Visual Effects)




  视觉效果代指不能依靠摄影技术完成的后期特技,基本以计算机生成图像为主,换句话说就是在拍摄现场不能得到的效果,具体包含三维图像(虚拟角色、三维场景、火焰海水烟尘等模拟等)、二维图像(数字绘景、钢丝擦除、多层合成等)。


  2、特殊效果(Special Effects)




  指在拍摄现场使用的用于实现某些效果的特殊手段,被摄影机记录并成像,具体有小模型拍摄、逐格动画、背景放映合成、蓝绿幕技术、遮片绘画、特殊化妆、威亚技术、自动化机械模型、运动控制技术、爆炸、人工降雨、烟火、汽车特技等等。


  在现代电影制作中,特殊效果技术和视觉效果技术联合使用密不可分,而且分界线也不是非常清晰了。比如蓝绿幕和威亚技术都需要依靠电脑软件的擦除,是联动的技术手段。


特效电影制作流程


  鉴于特效电影制作分工更细,先引入流程图以示意。



图1-3:特效电影制作流程


  以下段落对这个过程进行详细解说:


  R&D(研发):在大型特效电影制作中,研发的重要性是巨大的,很多效果的实现都要新的工具,这些工具就需要研发部门的研发了,要么它们能够增强现有工具的功能,要么是之前没有过的新型工具。电影特效的重要特色之一就是不断推进视觉的真实感及表现能力,也就需要不断的进行技术的研发。研发部门的构成以科学家、程序员、数学家为主,为现有的特效制作软件,比如Maya、Nuke等提供插件,或者是一些独立的软件。比如,在《返老还童》中为了制作出假以乱真的虚拟人物的面部表情,研发部门依据面部编码理论开发了新的面部表情动画控制插件,安装于Maya面板下,再比如《阿凡达》因为大量采用表演捕捉的虚拟角色动画方式,在捕捉现场使用了新开发的虚拟摄影机能够观看到初步合成的效果。



图1-4:《阿凡达》制作中的虚拟摄影机能够在现场看到预合成效果


  技术试验:技术试验阶段是向投资方、制片人、导演等展示特效制作部门的整合制作能力,或者是某种新技术所能达到的效果,或者是效果的影像风格等。这个阶段要使得客户相信他们所需要的效果是可以完成的,通常由经验最丰富的艺术家或者技术人员来完成技术试验片。


  概念设计:这个阶段导演会集合美术指导、摄影指导、特效指导等影片重要创作人员集体商定,具体实施由概念设计师完成,概念设计将以精美细致的彩绘图像来呈现影片的视觉风格,有时场景概念设计、角色概念设计、动物概念设计、植物概念设计、机甲概念设计、武器概念设计等等各需要在该领域精通的人士。这个创作过程会经常反复,以尽量减少实拍及制作中的曲折。等概念设计完成后,也会衍生出精细的制作图用于计算机三维模型,实体模型的制作。



图1-5:《爱丽丝梦游仙境》制作的精细概念图


  分镜故事版:分镜阶段和概念设计可以同时进行,也可以等概念设计完成后进行,此时的分镜故事版和实拍电影的功用相同,用于拍摄制作流程安排的初步指导。在制作视觉预演故事版(动态故事版)的时候,这个分镜故事板也可以精简。



图1-5-1:分镜头故事板


  模型制作:模型的制作在前期制作阶段开始,分为实体模型和数字模型,现在的大型特效电影需要低面数的模型用于视觉预演故事版的制作。概念设计后衍生的制作图或者美术部门提供的实物是进行三维制作的标准,有时某些雕刻艺术家也会脱离概念部门而直接进行实体模型的制作,用于虚拟角色、重要道具等的制作提示或扫描。实体模型由三维制作人员制作出数字版本来。数字模型会制作出不同的面数级别,精细的高面数模型用于最终渲染,中级别模型用于动画,低面数模型用于视觉预演。



图1-6:低面数模型



图1-7:实体模型制作


  视觉预演:视觉预演即动态故事板,系使用三维软件将整个剧本或者手绘分镜故事板用动画的形式呈现。导演可以更加直接的预见到摄影机的调度方式、布景情况等,更加有利于指导现场拍摄及后期制作。视觉预演由动画师以低面数模型制作,会调整不同的版本以供导演选择。现场拍摄会严格执行视觉预演确定的构图,运动等,但通常会有很大的出入。



图1-8:视觉预演


  参考图片、资料:参考图片、资料来源于两个大的方面,一个是美术置景为实拍部分搭建的场景或者选择的实地场景,及服装、道具、小模型等。另一个是拍摄现场在拍摄的同时获取的相关资料。特效制作部门需要在开机时配合传统拍摄方式进行现场拍摄指导,由视觉效果指导率领的团队完成这个任务。视觉效果指导要为获得正确的能够进行后期加工的影像负责,除了提供建议,还需要撷取资料,比如用于建模的参考图片、纹理绘制、打光的参考以及为数字绘景拍摄的资料等等。这些视觉参考信息将对特效制作极为有利,原则是只多不少。除了图片,还需要记录的是某些用于后期制作的关键数据,比如场景的尺寸、镜头跟踪的辅助点信息、镜头的焦距、光圈等等。


  三维模型扫描:除了图片资料的收集,还需要对关键场景、道具、演员等进行三维扫描,有时对演员的扫描会在现场拍摄完成后进行,但涉及演员档期的问题,通常在拍摄期间进行。三维扫描通常使用精密扫描设备(还有种基于图像的建模方式,不需使用三维扫描仪)进行高精度模型的扫描,这种模型不能直接使用,会由建模人员继续加工,制作出用于预演、动画、渲染的不同版本。



图1-9:使用扫描设备得到的具有复杂表面的模型


  高动态范围环境贴图拍摄:在图片资料的获取时,有一种重要的能够用于渲染软件的“基于图像的照明”的环境贴图需要拍摄,即高动态范围环境贴图。使用鱼眼镜头或者金属反光球多角度拍摄,在修图软件中展开并拼接成全景图,需要进行包围曝光拍摄低动态范围合成高动态范围图像。



图1-10:高动态范围图像HDRI


  底片扫描:现场拍摄完成后,按照实拍电影的制作工艺进行冲洗、转磁、声音制作等环节,这些环节与特效制作同时开展,不再对前文所述的内容重复了。当导演及剪辑师确定镜头后,底片扫描文件交由特效部门开始特效制作。大部分电影会扫描成2K(2048x1556)的分辨率的LOG图像格式以保留尽可能多的图像细节。如果是使用数字摄影机拍摄,那么数据文件需要进行转码处理,转换成适宜特效加工的格式。


  画面初级校色:画面初级校色指将扫描好的底片文件或者转码好的数字底片文件进行初步校色,以使得镜头与镜头间的色调、曝光度等能够衔接。而影片的创作性质的调色将会在影片的特效制作完成后由摄影指导及调色师在调色车间进行。画面初级校色只不过是为特效制作服务的。




  画面修复:此项针对胶片拍摄的项目,因胶片的冲洗是化学工艺,难免会出现脏点、划痕、灰尘等痕迹,在进入特效制作系统前,需要专门的部门及工作人员对脏点进行画面的修复。有些电影项目还会进行降噪,以降低胶片或者数字摄影机拍摄的文件的颗粒度。


  装配:装配的过程需求技术极为复杂,要求装配师深刻理解运动的物理过程及运动各部分间的相互影响。比如动物体的装配需要处理骨骼的层级关系、肌肉、皮肤的相互影响。骨骼装配完成后由动画师进行测试,必要时需要反复修改并添加新的控件来得到更好的效果。



图1-11:模型装配


  动作捕捉:对于特效电影,动作捕捉是相当重要的环节,在《阿凡达》之前,动作捕捉以形体动作捕捉为主,通常用于中远景的虚拟角色演员的动画制作,或者如恐龙、大猩猩等怪物生物的动画制作。比如《泰坦尼克号》甲板上的人群,《蜘蛛侠》中在空中弹跳的蜘蛛侠,及《金刚》中栩栩如生的大金刚,后来《返老还童》尝试制作高度仿真的人物的面部表情,达到假以乱真的地步,动作捕捉的技术开始朝着被詹姆斯·卡梅隆称作“表演捕捉”的方向前进,在《阿凡达》的拍摄中,为了制作出更加逼真的人物面部的动画,使用专门的摄像机拍摄人物面部表演,记录图像用于动画的制作。



图1-12:《阿凡达》中的表演捕捉


  运动跟踪匹配:镜头跟踪在底片扫描完成后即应开始,首先做的是镜头轨迹反求,使用诸如BOUJOU、PFTRACK等三维跟踪软件,在拍摄现场记录的镜头的参数此时就派上了很大用场,通常软件的默认跟踪功能不能应付高难度的镜头运动,还需要跟踪人员的手工的参数调整或者使用新开发的针对项目的跟踪软件。精确的镜头跟踪完成后,摄影机轨迹会被送入三维软件或二维合成软件。除了镜头轨迹的反求,还需要进行物体(角色、道具等)的运动轨迹跟踪,比如如果要给汤姆·汉克斯的脑袋上安装一对三维制作的犄角,就需要对镜头中的汤姆汉克斯的身体运动做跟踪,并把他的运动数据赋予三维犄角,这样才能使得二者的运动匹配在一起。



图1-13:跟踪及匹配


  模型动画:动画是将装配好的虚拟元素按照叙事的需求进行动态表情、形体运动、物理运动等的制作。虚拟元素代指角色、生物体、机械装置等。动画师使用中级精度的模型进行,这种模型既能让动画师做到足够的精确,又能防止过多的面数细节带来的工作速度减慢。动画调整完成后,通常不需要带有光影材质的渲染,直接用灰色的模型动画向导演、特效指导等人展示即可,动画的调整过程也会修改多次。


  效果动画:效果动画系指使用模拟方式生成的动画,包含三个大类:粒子、刚体柔体动力学和流体。进行各项模拟除了需要反求出的虚拟摄影机外,还需要包含动画好的虚拟元素所处的三维场景,这些都是进行模拟的基础。比如,要制作某个人着火的镜头,就需要先制作一个人物角色的粗略模型,并调整出模型动画,这样进行效果模拟的人员就可以利用模型作为发射火焰的发射体,而且这个低面数模型同时也为渲染出的火焰动画提供了遮罩,以为后面更为精细的合成提供良好的基础。



图1-14:模拟动画


  纹理贴图:模型需要纹理贴图才能呈现出真实感,纹理贴图的范围不只是包含色彩细节,还有置换贴图、法线贴图等用于增强模型形体细节的贴图。贴图需要经过动画师的测试,以修正扭曲、拉伸等问题。此时收集的图片资料就派上了用场,材质师会利用这些图片按照模型拓扑结构绘制固有色、高光贴图、反射贴图、凹凸贴图等,贴图的分辨率要足够大,有时甚至达到8K像素以上才能在摄影机靠近模型的时候不出现问题。



图1-15:纹理贴图


  材质受光研究:这一阶段将综合材质、贴图、光照来研究模型渲染后呈现出来的观感,比如高光属性、反射属性、粗糙度、透射度、发光度等等表面细节。模型赋予材质后经过渲染要和实际的物体极为接近,达到“照片级”渲染水平。如果自然界不存在该模型,比如怪物,那么材质人员就需要和导演、视觉效果指导来决定该物体应该呈现的观感,材质部门通常需要和研发部门密切配合研究某种新型材质或改进现有材质。



图1-15-1:材质研究


  打光及渲染:在动画及材质调整好后,灯光师开始为虚拟场景进行灯光设置及渲染。高动态范围贴图会在这一阶段使用但通常需要添加额外的数字灯光以达到更高的真实度。灯光师会为一个场景或一个模型的渲染进行分通道渲染,并会在底片数据文件上做初步的合成测试,及至效果达标后,分层渲染的文件会提交合成部门进行合成。




图1-16:灯光及分层渲染


  遮罩分层Rotoscoping:实拍画面需要仔细的分层,以使的虚拟合成元素能够不露痕迹的添加入实拍画面中去。比如需要一段真人演员和机器人的打斗,在实拍时只有真人演员在布景中进行表演,对于这种素材就需要Rotoscoping处理,遮罩制作人员会逐帧按照真人演员的轮廓绘制遮罩,这样真人演员就和背景分离了,然后就可以将三维软件制作的机器人添加进入了。有些镜头在蓝绿幕前拍摄,这种方式得到遮罩更加容易,所以在特效电影中蓝绿幕的应用非常广泛,但很多情况下没有办法使用蓝绿幕,那么只好在后期逐帧的绘制遮罩了。



图1-17:Rotoscope遮罩绘制


  元素实拍:全部使用CG软件进行自然物质的模拟未必是个好主意,像烟、水花、灰尘等等,如果使用在黑背景、蓝绿幕前拍摄进行获取的方式或许更好。除了这些,有些使用小模型制作的道具、局部布景也可以使用实拍来获得。这些元素由特效制作部门下的特效摄影部门进行实拍获取,在经过若干项目后,会组建起来一个素材库,这样制作人员就可以轻松的获得这些元素而不必为如何用程序来模拟它们而费脑筋了。


  合成:合成是特效镜头制作的最后一道工序,所有其他部门的工作成果将在此时整合。合成师将利用合成软件的各项功能以使各个CG元素真实自然的合成在一起,不能显露合成的痕迹。合成师要充分了解镜头和画面的构成原理。数字绘景师的工作也隶属这个阶段,他将利用其他部门提供的CG元素结合拍摄现场获得的图片资料进行背景的绘制。合成工作完成后,镜头将送交特效指导或导演进行商讨及交流,这个过程可能会反复很多次。



图1-19:合成


  ▲ 输出:最终的输出要使用和底片扫描文件(或数据转码文件)同样的格式,特效镜头要和实拍无特效镜头整装后提交给数字中间片校色部门进行统一校色,后续工艺和实拍电影相同。


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