电影世界中的虚拟现实技术

张晓伟，臧海英

秦皇岛职业技术学院，河北秦皇岛 066100

电影世界中的虚拟现实技术

张晓伟，臧海英

秦皇岛职业技术学院，河北秦皇岛 066100

电影从产生的那一时刻起，就注定会在人类生活中占据重要地位。“虚拟现实技术”虽然听起来还比较陌生，但随着计算机技术的不断发展，虚拟现实技术逐渐走进了电影，无数个利用虚拟现实技术拍摄制作出的电影不断充斥着人们的眼球。

电影；虚拟现实技术；娱乐

人类社会不断进步，影视娱乐成为人们文化生活的重要组成部分。随着电影《阿凡达》在全球的火热上映，越来越多的人开始了解并熟悉虚拟现实技术。当人们以为3D特效是这部电影的最大卖点时，转身却会发现这不过詹姆斯-卡梅隆建立一个虚拟星球的工具。《阿凡达》不仅给世人带来了一场视觉盛宴，同时在电影世界刮起了一场虚拟风暴。

1 虚拟现实技术概述

虚拟现实是1989年由美国的兰尼尔（J.Lanier）最早提出的，兰尼尔将虚拟现实定义为：用计算机技术生成一个逼真的三维视觉、听觉、触觉或嗅觉等感觉世界，让用户可以从自己的视点出发，利用自然的技能和某些设备对这一虚拟世界客体进行浏览和交互考察。[1]虚拟现实技术是一门综合技术，它涵盖了计算机图形学、仿真学、人工智能技术、多媒体技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感技术，具有交互性、沉浸性、多感知性、自主性、构想性等特性。“虚拟现实技术是由交互式计算机仿真组成的一种媒体，能够感知参与者的位置和动作，替代或者增强一种或者多种感觉反馈，从而产生一种精神沉浸于或者出现在仿真环境（虚拟世界）中的感觉。”[2]

2 电影制作中应用的虚拟现实技术

CG（Computer Graphics）动画。随着利用计算机为主要工具进行视觉设计和生产的一系列相关产业的形成，把利用计算机技术进行视觉设计和生产的领域通称为CG。现代电影中为了充斥观众的视觉效果，在制作过程中加入了大量使用电脑制作的三维动画和影视特效等视觉艺术上的创作。

2.1 虚拟影像撷取摄影系统

为了创造出具有立体实感的环境，3-D虚拟影像撷取摄影系统（Fusion 3-D Camera System）诞生了，这种系统是使用两台索尼HDCF950 HD摄像机进行拍摄的，呈现出更强更动感的立体效果的同时又不会令观众感到头晕。首次应用这项技术的电影是《深渊幽灵》，随后绝大部分的3-D立体电影都是采用这种方法进行拍摄的，比《非常小特务3D》、《立体小奇兵》、《地心游记3D》和《麦莉·赛勒斯演唱会纪实》等。

2.2 实时预览技术

当电影画面中应用了大量的CG效果，为了让真人表演与最终的CG画面完美的契合在一起，卡梅隆专门开发了一种虚拟摄像机。

虚拟摄影机，可以实时地将演员的动作与虚拟世界背景交互，并呈现在LCD显示屏上。在拍摄真人表演时能够更准确的进行预览，这种摄像机可以实时观察演员的动作与虚拟世界的交互。例如，电影《阿凡达》中，在运用动作捕捉技术时，除了需要演员在拍摄时穿上布满捕捉点的紧身衣裤外，影片摄影棚内还同时架设有一套“协同工作摄像机（Simulcam）”来完成此工作。这套系统由布满在摄影棚顶部的140个数字摄像机组成，形成一个捕捉舞台。摄像机通过追踪现场LED灯打出的近红外光谱的反射，将捕捉到的数据传输到一套系统中，再将光谱的反射与演员的运动进行组合分析，得出整个镜头的立体模型。之后，这些数据再被映射到后期的计算机处理，从而令CG场景呈现出高度拟真的效果。

2.3 动作捕捉技术

CG动画大都是采用动作捕捉（Motion Capture）技术。这种用于动画制作的运动捕捉技术起源于20世纪70年代，迪斯尼公司曾试图通过捕捉演员的动作以改进动画制作效果。1988年， SGI公司开发了可捕捉人头部运动和表情的系统。典型的运动捕捉设备一般由以下几个部分组成：传感器、信号捕捉设备、数据传输设备、数据处理设备。在捕捉技术上主要有机械式运动捕捉、声学式动作捕捉、电磁式动作捕捉和光学式动作捕捉。

2.4 表演捕捉技术

表演捕捉（Performance Capture Workflow）技术，与“动作捕捉”非常相似，区别在于前者能够完全捕捉演员的肢体动作甚至于面部表情，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接近于真人。演员甚至可以自由套进不同角色中，与不同身份的角色结合，创造更广阔的表演空间。面部捕捉头戴设备（Facial Capture Head Rig）在每个进行“表情捕捉”的演员头上佩戴一套摄像装置，用微缩高清摄像头将演员95%的面部动作传送给计算机里的虚拟角色。该技术对演员面部表情捕捉的清晰精确度是传统技术的6倍，甚至连眼神上的细微变化都不会错过。

3 电影表现中的虚拟现实技术

3.1 环幕电影

环幕电影能够表现水平360度范围内的全部景物，这种特殊形式的电影萌芽于20世纪初期。在观看这种电影时，观众站在圆形观众厅的中央区域，四周环绕着广阔的画面，配合着与影片内容相一致的全方位立体声效果的音响效果，人们就仿佛置身于影片当中。

目前世界上流行较广的环幕电影大都是采用多胶片的电影系统。摄影时，需使用专门的能保证多条胶片同步运行的摄影机；放映时，需使用多台放映机，并通过电子连锁同步系统保证多台放映机及1台（或多台）还音设备连锁同步运行；环幕电影的录还音系统将立体声多路声迹（通常为9-11路）记录在单独运行的磁带（或光盘）上，放映时，磁性还音机（或光盘机）与多台放映机同时起动、同步运转、同时停机。

3.2 球幕电影

球幕电影是20世纪70年代出现的一种大银幕电影。其拍摄及放映均采用超广角鱼眼镜头。放映时，动感球幕电影厅采用70mm放映设备，半球形银幕趱直径达18m，观众观看电影时，整个画面布满球体，透射型的金属银幕，六声道的立体声效果，使观众享受变化万千，栩栩如生的万千气象。影厅内的动感平台，是集液压、电器自动化控制、计算机动画为一体的高科技系统工程，当观众坐在平台载体上，整个载体能上下升降，左右倾斜，前后俯仰，不仅可以摸拟航天器去邀游太空，也可摸拟潜水器，饱览海底世界的奇特景象，随着逼真的画面和平台载体的活动，让人不由自主的进入角色，造成十分真实和惊险刺激的特殊感觉。

我国已有几座球幕影院，最有代表性的是北京中国科技馆穹幕影厅，该影厅建成于1995年8月，厅内放映银幕直径达27m，设有500个座位。已放映的影片有著名的《大峡谷》和《飞向太空》等。

3.3 激光3D放映

激光3D放映将是未来影院影片播放的主流形式。

激光显示是继黑白显示、彩色显示、数字显示之后的新一代显示技术。激光显示能达到传统显示所具有的所有先进技术指标，如大屏幕、高分辨率等。而激光显示被应用于数字3D放映，则是因为其具有下面几个优点：

第一，光能量利用率高。激光是高纯度的光，在数字电影放映机上，激光的光能量100%被利用，在同样一台投影机、同样的光通量输出下，使用激光光源产生的视觉亮度是灯泡光源的1.3倍以上。

第二，色域覆盖范围广，带来更真实的光影感觉和立体效果。以往使用的传统投影机对自然界中人眼可识别的色彩只能表现出30%左右，这样观众在传统显示设备上观看影片时就无法感知另外的70%色彩。激光的光谱带宽窄，若采用红、绿、蓝三基色激光作为光源，可以实现自然界中60%以上的人眼可识别色彩，是传统投影机的2倍以上，能够再现最真实、最丰富、最鲜艳的色彩。同时，由于激光光源具有卓越的灰度表现方面能力，在放映3D时能更加突出图像的层次感，带来更强的3D立体效果。

第三，有利于降低影院成本。激光光源属于新一代冷光源，不存在发热量过大而使其温度过高的因素，使用光功率总计约150W的红、绿、蓝激光器就可以很轻松地将激光投影机单机的光通量达到10 000～50 000流明以上，而且使用寿命可以达到1万小时至2万小时以上。使用该技术投影机的影院，在大大降低影院的长期成本同时，还能够提升影院的档次和性价比。

第四，能够大大提高安全性。激光光源的使用安全性也大大高于氙灯，无高压结构，无炸灯危险，无汞污染。

第五，兼容性好，方便影院更新换代。采用新一代的激光3D电影放映解决方案具有良好的兼容性，在升级改造过程中，无需更换设备与屏幕，光通量可提高至30 000流明。

[1]刘向铜，熊助国，曹秋香.基于3Dmax的虚拟现实的建立过程的探讨[J].西部探矿工程，2009(2)：31.

[2]舍曼，shermanw，等著.虚拟现实系统——接口.应用与设计[M].魏迎梅，等译.电子工业出版社，2004，9.

TE5

A

1674-6708（2010）30-0183-02

张晓伟，工作单位：秦皇岛职业技术学院信息工程系，执教过数据库设计、软件工程、计算机基础等课程