摄像机运动轨迹跟踪技术在影视制作中的应用

曾绍玮

在影视制作技术的发展过程中诞生了摄像机运动轨迹技术，这项技术使得人们在影视作品中可以看到各种各样的特效场面，而特效场面的生成，主要是运用摄像机运动轨迹跟踪技术，将真人实拍画面和计算机制作的三维特效场景进行有效地合成，从而使得计算机生成场景与实拍镜头合成后就像是真实的表演，阐述了该技术在影视特效中的应用及其制作流程。

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在我国早期的影视作品中也可以看到摄像机运动轨迹跟踪技术的影子，以目前的科学技术和审美眼光来看，作品中的技术破绽百出，相当拙劣，如大家熟知的电视剧版《西游记》，片中孙悟空腾云驾雾、千变万化的行为往往不合现实逻辑，其实这些画面都是通过摄像机运动轨迹跟踪技术加工合成的。但是，由于当时的技术水平比较低下，导致镜头中许多人物和背景画面不协调。所以，近年来，随着科学技术水平的不断发展，摄像机运动轨迹跟踪技术日趋成熟，其所涉及的范围也越来越广，并且在影视作品的实际运用中，观众很难辨别出镜头的真假。

一、摄像机运动轨迹跟踪技术的原理

1.摄像机运动轨迹跟踪技术的诞生

20世纪70年代，乔治卢卡斯和其他特技先驱最早开创了镜头跟踪技术，即在制作《星球大战》时设计了一套机械跟踪系统，主要作用是记录摄影机的运动方式，并且准确无误地重复这种运动方式，从而确保多次的影视拍摄都有相同的摄影机运动。后来，随着计算机技术的飞速发展，这种技术经过多次改进，发展成今天的摄像机运动轨迹跟踪技术，其目的是为了解决二维画面跟踪不可用于三维跟踪合成的问题。换言之，就是为了解决二维画面跟踪仅能对被拍摄物体进行跟踪，而对于摄像机的运动则无能为力的问题。从而使得实拍镜头更好地融入计算机生成的三维素材中，或是将计算机生成的三维素材真实地融入实拍镜头中。

2.摄像机运动轨迹跟踪技术的原理

摄像机运动轨迹跟踪技术的原理，首先，工程师需要分析二维画面中的像素检测、画面内的元素的运动轨迹以及对前期拍摄的参数进行匹配运算。比如，镜头焦距、记录帧率、运动模式等，从而可以确定现实中的景物在计算机构建的虚拟坐标中前后左右的位置信息以及纵深关系。其次，通过构建三维虚拟场景可以找出现实拍摄过程中摄像机运动的轨迹；最后，通过计算机进行相应的运算，从而在计算机上模拟摄像机原始的运动轨迹。这样一来，就能使得真实的摄影机和计算机虚拟出来的摄影机可以同步运动，从而可以精确地还原真实拍摄时的场景。

3.运用摄像机运动轨迹跟踪技术的实例

随着社会的发展，摄像机运动轨迹跟踪技术涉及的范围越来越广泛，主要领域有电影、电视、广告、综艺节目等，下面将通过的具体的范例进行详细地讲解。

其一，摄像机运动轨迹跟踪技术在电影《长江七号》中的运用，七仔与小演员的完美结合使得观众叹为观止，在影片拍摄的过程中，实拍演员的摄影机参数和路径与拍摄七仔虚拟的摄影机的参数和路径基本一致，从而确保了实拍的演员和三维软件制作的七仔的完美结合。具体操作：首先，需要用摄像机实拍演员；其次，运用三维追踪软件对原有画面进行追踪确定，进而通过计算机技术计算出摄像机的路径系数；再次，将摄像机的路径导入进制作七仔三维动画的软件之中，只有这三个环节相互联系，共同推动，才能确保拍摄七仔的虚拟摄像机与实拍画面的摄像机的运动保持一致，使得观众欣赏到天衣无缝的特效画面。

其二，摄像机运动轨迹跟踪技术在广告中的运用。我们可以发现，这项技术运用于百事可乐、雪碧、汽车宣传片、德芙巧克力等广告中，这里主要阐述这项技术在德芙巧克力广告中的运用，这项技术使得虚拟的巧克力带与真实的人物完美的结合，从而使得整个广告的画面非常唯美。

二、摄像机运动轨迹跟踪技术的应用流程

镜头跟踪工程师认为，摄像机运动轨迹跟踪技术是一项非常重要的技术，源于用摄像机拍摄现实中的场景，只是将所拍摄的三维空间转变为二维平面，而摄像机运动轨迹跟踪技术则要求工程师通过相关软件的准确计算，把当时摄像机所拍摄的三维场景进行还原，并且在计算机中模拟出来，而连接两者的纽带便是摄像机。

摄像机运动轨迹跟踪主要包括四个环节，下面将逐一进行阐释。

第一，镜头跟踪工程师通过评估需要跟踪的影片片段，制定相应的跟踪方案，然后在摄像机跟踪软件中加入前期拍摄的参数进行匹配运算，这样一来，可以使得工程师得到更多的数据和信息，以便更加准确地还原原有的拍摄场景。

第二，随着科学技术的发展，照相测量法技术被广泛地运用，该技术在软件中的运用提高了软件的智能跟踪水平，这样一来，软件可以及时、准确地得到一个运动的虚拟摄像机和三维场景的数据。之后，工程师可以依据这些数据在二维的平面内重新构建三维空间，这样，镜头跟踪工作就算完成了。

第三，源于失败的镜头跟踪一直存在整个后期制作流水线中，不到最后的合成输出，难以发现镜头是否错误跟踪。一旦出现失败的镜头跟踪，特效艺术家和动画师将不得不重新更改特技，不仅浪费时间和精力，而且增加了制作成本。所以，镜头跟踪工程师需要定期测试跟踪的镜头与真人实拍是否吻合，计算机所构建的三维空间以及虚拟摄像机与真实世界是否匹配，具体做法为使用跟踪技术，在重构的三维空间内摆放自带的测试物体，如果测试物体发生了移动或者漂移，则意味着出现了失败的镜头跟踪，需要特效艺术家和动画师及时有效地进行修复处理。

第四，一个影视作品从制作到完成需要很多工序，这就要求每道工序都能保质保量地完成，从而节省了许多不必要的时间。比如，跟踪完成之后，跟踪镜头工程师首先需要制定相应的场景文件，其主要包括三维场景的坐标及大小、合理的命名规则以及必要的设施等，然后把这些场景文件转交给工程流程下的其他艺术家们，从而使得其他艺术家根据这个井然有序的跟踪文件开展下面的工作。

三、结语

摄像机运动轨迹跟踪技术在特效场面中具有不可替代的作用，主要是因为运动镜头中摄像机轨迹的跟踪匹配是数字技术运用于电影特技亟需解决的问题之一。而在特效镜头中，要想达到影片所追求的艺术效果，必须对相应的镜头进行特效合成，从而使得计算机生成的素材真实地融入在实拍镜头中。所以说，摄像机运动轨迹跟踪技术对这个行业具有举足轻重的影响。

参考文献：

[1]胜楠.摄像机轨迹反求技术的原理[J].清华大学美术学院学报，2010，（01）.

[2]任达，冯雪宁.摄像机运动轨迹跟踪技术在影视制作中的应用[J].中国传媒大学学报，2011，（06）.

[3]李文静.运动追踪技术在影视制作中的应用研究[J].陕西科技大学学报，2012，（05）.