可量化的艺术——浅析电影摄影的曝光基础控制所带来的创造力

杨骥 南京艺术学院

量化在电影摄影里的含义是什么呢，可以简单概括为，摄影师对各个参数的控制，在由制作标准的前提下进行创作。“控制”这个词一直是严肃的电影摄影师需要牢记于心的警句，当一个电影摄影师对拍摄的画面失去控制，无疑是灾难性的，所有电影摄影师需要对影像有明确的表达时，就需要牢牢把控住从最基础的构图到复杂的光色运用等等所有的技术参数，而这是无法交给计算机去自动识别的，所以在电影摄影机上几乎无法看到自动化的操作，这意味着，对于电影摄影师来说，所有的操作和控制都需要了然于胸，那从电影的影像控制上来讲，最本质的要求就是为银幕产生可视的光影，而产生光影的过程包含了最基本的控制之一就是曝光。电影摄影的曝光控制不是随意的呈现影像，而是通过合理的曝光方式将最恰当的影像呈现给观众。以下将会通过对曝光基本方法的分析来探究影像创作的可能性。

1.电影摄影曝光的基础原理

自18世纪工业革命和科学革命[ 18世纪后期开始的工业革命影响了科学革命，并转而受到科学革命的影响。蒸汽机的发展就是一个例证。（美）斯塔夫里阿诺斯《全球通史：从史前史到21世纪》，第七版修订版，下册，北京大学出版社，2006年，第483页。]以来，世界从传统的农业社会逐渐转向现代工业社会，人类的物理、化学等科学领域的发明、发现更是如井喷式的爆发，在伴随着工业革命持续百年带来的科技进步的同时，在艺术领域，有一门全新的艺术表现形式，在科技的发展下诞生了，那就是摄影，之后不久在平面摄影技术的前提下，进而产生了活动影像也就是电影摄影。在电影发展的百年历史中，电影摄影也从作坊式的生产方式转变成工业化的标准形式，但是对于电影摄影师来说，唯一不变的就是拍摄电影需要光，光才是电影摄影创作的灵魂。有了光，才能对感光材料进行曝光，让观众能看到影像。

曝光作为电影摄影的基础，怎样进行准确曝光呢？

电影摄影曝光有三个条件决定，首先是曝光时间，电影是由一张张单独的画面连续播放而形成的活动影像，所以电影摄影的曝光时间没有图片摄影那么自由，每一帧的曝光时间是固定的，并且由于电影摄影机的工作原理[ 图1:电影摄影机机械原理示意图]，每帧画面曝光是需要通过一个不透光的圆形遮光器所开的角度来完成的，因此为了得到每一帧画面所需的曝光时间（T），会由两个变量来决定，一是每秒钟所需的画面帧率（FPS），二是遮光器所开的角度大小（X），电影摄影的曝光时间计算的量化标准可以由一个计算公式得到：T=FPS×（360÷X）。

图1 : 电影摄影机机械原理示意图

假设使用传统的电影帧率，每秒24帧画面拍摄，遮光器的快门开角度是180度，通过计算公式可得每帧的曝光时间是48，也就是1/48秒的曝光时间。做为电影摄影师，还需要对所用灯光电源的频率[周期性改变方向的电流叫做交流电，电流发生1个周期性变化的时间叫做周期，每秒电流发生变化的次数叫做频率，单位是赫兹。]有所了解，如果使用交流电为灯光设备提供电源的话，就需要将曝光时间与电源频率做倍数匹配，以免拍摄画面产生频闪，我国的交流电频率为每秒50赫兹，通过计算公式推导，如果需要曝光时间为1/50秒的话，遮光器的快门开角度需要调整至172.8度。同理，当在某些国家的电源环境为每秒60赫兹的条件下拍摄时，假设24帧／秒的帧率，1/60秒的曝光时间，就需要144度的遮光器开角度。所以当摄影师在控制曝光时间时，需要了解机械、电学的原理，并通过计算得出可控的量化标准，并为整部影片提供拍摄依据。在我国的电源频率的基础上，使用每秒24帧的拍摄帧率，会得到1/50秒的曝光时间，如果将拍摄帧率提升至每秒48帧，可以得到1/100秒曝光时间，以此类推，帧率的倍数增加会使得曝光时间以倍数减少，1/50秒、1／100秒、1/200秒、1/400秒等，时间每快一倍，曝光量就减少一倍。

电影摄影曝光的第二个条件为镜头的光圈值。每一颗镜头上我们都能看到这样的数值[ 图2:光圈控制环，（美）赫伯特·泽特尔，《摄像基础》，第三版，中国传媒大学出版社，2005年，第40页。]，如：F2、 F2.8、F4,、F5.6、F8、F11、F16、F22 等，这些数值代表了不同的光圈大小，光圈的数字和大小呈反比，数字越大，光圈越小；光圈越小，透光面积越小，光圈越大，透光面积越大；并且上一级的进光量是下一级的一倍。

图2 光圈控制环

然而光圈值所代表的数值不是光圈的物理孔径，而是镜头焦距与孔径的比值，也就是：光圈F值=镜头的焦距÷镜头孔径的直径。无论哪款镜头，无论焦距是多少，比值都是固定的，一定的光圈值代表的通光量就是一定的，并且上下级相邻的光圈值的通光量是一倍的关系也是被固定且量化的。

第三点，也是电影摄影曝光条件的最后一点就是感光度，使用ISO值表示，ISO是国际标准化组织的简称[ 国际标准化组织（International Organization for Standardization,）简称ISO，是一个全球性的非政府组织，是国际标准化领域中一个十分重要的组织，ISO国际标准化组织成立于1946年。]，这个组织对感光度做了量化的规定，感光度是衡量胶片和现代数字感光芯片对光的灵敏程度，ISO数值越高，对光的灵敏程度就越高，显现影像所需要的时间就越少，常用感光度数值为：100、200、400、800、1600、3200、6400等，数值以倍数增加，并且数值翻一倍，感光的灵敏度也快一倍。

从电影摄影曝光所需的三个条件很容易得出结论，曝光时间、光圈值、ISO值三者结合可得出一个曝光值；而曝光时间、光圈值、ISO值各自的内部的相邻值之间又是成倍数关系，所以曝光值确定后，曝光所需的三个条件之间只要符合倍数补偿的关系，那它们之间是可以互相转换的，曝光的三个条件之间的转换关系就叫做倒易率。

例如，在拍摄条件同样的环境下，第一组数据为1/50秒、F5.6、800ISO；第二组数据为1/100秒、F2.8、400ISO；第三组数据为1/50、F8、1600ISO。这三组数据拍摄的曝光值是相同的，以此类推，只要在倍数的关系下，符合倒易率，就能形成无数组相同曝光值的数据。那问题是，作为一个电影摄影师，究竟该选择哪一组数据来完成这个曝光值呢？在完成曝光的前提下，三个不同曝光条件的选择，会为影片的画面又带来什么样的创作可能性呢？

2.曝光原理控制所带来的创造性

首先在曝光时间上前文已经提到，当影片的帧率提升了，曝光时间就越短，在画面上捕捉物体运动的瞬间能力就越强，反之，帧率下曝光时间越长，所拍摄的运动物体就会越模糊，由于电影是由一张张画面连续拼接形成的，为了让连续的画面看上去足够顺畅，必须在两个连续的画面中间，通过观众的大脑自行计算，将缺失的内容补充进来，这就是视觉暂留原理[ 视觉暂留（persistence of vision），亦即影像在视网膜上的短暂停留。（美）大卫·波德维尔，克里丝汀·汤普森《电影艺术：形式与风格》，插图第8版，世界图书出版公司，2008年，第12页。]，但是当两个画面的拍摄时间间隔太长，视觉暂留就无法计算出缺失的内容，而观众在观看时就会产生卡顿或不连贯的感受，因此帧率越高，大脑需要使用视觉暂留的需求就越少，也就是越接近人通过肉眼直接看到的影像，而表现在电影创作上就会给观众带来越真实的视觉感受。

2016年由华人导演李安执导的电影《比利林恩的中场战事》[ 图3:电影《比利林恩的中场战事》，2016年上映，导演：李安，摄影指导：约翰·托尔。]全片使用了每秒120帧的拍摄帧率，这在电影史上是史无前例的，在当今主流的拍摄帧率仍为每秒24帧的情况下，李安的电影在技术上将帧率提升了5倍，观众在观影时带来的直接感受就是画面比之以往的电影来说更接近真实，特别是影片中的战争场面，即使被摄主体在剧烈运动，但每一个画面却都如此的清晰，给观众带来了身临其境的压迫感，真切感受到了战争的残酷性，通过此技术，使得电影主题具有了极强的说服力。

图3 电影《比利林恩的中场战事

1994年王家卫的电影《重庆森林》[ 图4:电影《重庆森林》，1994年上映，获第14届香港电影金像奖最佳影片，导演：王家卫。]使用了低帧率的拍摄技巧，低帧率会导致曝光时间的延长，画面会产生运动的模糊感，电影的摄影师杜可风[ 杜可风（Christopher Doyle，1952年出生于澳大利亚悉尼）摄影师。]在一次电视采访中对这个技法的解释，大致意思是：很多人以为我们是特意使用了一种风格，其实是因为光线不足，为了完成曝光而不得已使用的技术方法，却形成了影片独特的风格。无论是有意为之还是刻意使用，《重庆森林》带给观众的模糊与卡顿的视觉感受符合电影所想表达的人物之间甚至是导演与观众之间巧妙的暧昧感，在模糊的视觉体验中这样的感受得到了完美的呈现。

图4 电影《重庆森林》

这是帧率导致的曝光时间的改变带来的创作可能性，而光圈的改变也同样可以带来丰富的创造力，光圈的大小除了直接影响通光量的变化外，还有一个重要的创作手段就是能带来景深的改变。摄影的景深指的是在画面上被摄物体前后的清晰范围，根据成像原理[ 图5:光学成像原理示意图]，景深分为前、后景深，并且由以下变量决定景深（ΔL）的大小：容许弥散圈直径（δ）、镜头焦距（f）、镜头的拍摄光圈值（F）、对焦距离（L）、前景深（ΔL1）、后景深（ΔL2）。其中弥散圈直径是指，光束聚焦在影像平面上时，所能形成的最小直径，也就是肉眼分辨一个光点的清晰与模糊的临界值。不同的胶片尺寸或感光材料的尺寸，所对应的弥散圈直径是不一样的，比如：传统的24cm×36cm的胶片尺寸，弥散圈的直径为0.035mm。计算公式为：前景深ΔL1=（FδL2）÷（f2+ FδL）；后景深ΔL2=（FδL2）÷（f2+ FδL）；景深ΔL=前景深ΔL1+后景深ΔL2。将公式代入后得到，景深ΔL=（2f2FδL2）÷（f4-F2δ2L2）。

以200mm镜头焦距、光圈值2.8、对焦距离5000mm、弥散圈直径0.035mm为例，代入景深计算公式后得到景深为120mm，如果所有数据不变只改变光圈数值为11，代入景深计算公式得到景深为480mm。由此可以得出结论，光圈值越大，景深越大；光圈值越小，景深越小。

图5 光学成像原理示意图

既然可以根据改变光圈值来控制景深的大小，那么景深带来的清晰范围具体能有什么样的画面创造力？又会给观众带来怎样的观影体验呢？在影史上有里程碑意义的电影《公民凯恩》[ 图6:电影《公民凯恩》，1941年上映，导演：奥逊·威尔斯，摄影：格雷格·托兰德。]就大量使用了大景深镜头，比如影片前半段，雪地与室内的一场戏，通过大景深的运用将前景的人物、中景的室内空间和后景窗外雪地里的孩子在一个画面里清晰表现了出来，观众从画面里不仅能看到人物之间的位置关系，并且空间关系也体现得淋漓尽致，这都得益于大景深的运用。

图6 电影《公民凯恩》

反观小景深运用的影片，比如漫画风格明显的《斯巴达三百勇士》[ 图7:电影《斯巴达三百勇士》，2007年上映，导演：扎克·施耐德，摄影指导：拉瑞·方]，在表现人物的方法上，大量使用小景深的创作方式，由于《斯巴达三百勇士》是一部戏剧性较强的影片，人物命运是牵扯观众情绪的主要线索，所以小景深起到了强调的作用，让观众将注意力只集中在画面的清晰范围内，也就是人物身上，加强了观众对角色命运的共鸣感。

图7 电影《斯巴达三百勇士》

虽然光圈值的基本作用是控制曝光，但是通过对光圈值的量化标准的理解，同样可以在保证曝光的同时带来景深的控制，改变画面的艺术表现形式。曝光的三个条件中最后一点就是ISO,它同样可以为电影的艺术创作带来不同的效果。自从新千年以来，数字摄影机逐渐取代了传统的胶片摄影机，原先使用胶片时可以通过更换胶片来改变ISO值，但是科技的进步开始逐渐淘汰胶片，取而代之的是不可更换的数字感光材料，并且部分数字摄影机使用曝光指数（EI）来表示ISO值，从ARRI[ 德国ARRI是全球最大的电影摄影器材的专业制造厂商，于1917年成立于德国慕尼黑。]官方得到的数据图来分析[ 图8:ARRI ALEXA袖珍指南曝光指数参照表]，以18%反光率的中间灰[ 18%的光线被反射所产生的灰色影调就是18%灰色，该影调位于纯白和纯黑的中点，即为灰色级谱上的中间影调，这也正是测光表校准后读取的值。美国纽约摄影学院著，《美国纽约摄影学院摄影教材》，上册，中国摄影出版社，2009年，199页。]作为区分数字感光材料采集亮部与暗部能力的比例来看，升高曝光指数EI会增加亮部的采集能力，也就是感光材料能更多地在画面里显示出亮部的细节，而暗部的采集能力就会相应减少，在画面里，暗部得细节就无法显示的更多；如果降低曝光指数EI，感光材料的暗部采集能力的分配比例就会比亮部多，相应的在画面里就是暗部的细节会更多的显示，而亮部的细节会减少。这是数字感光材料对于感光度或者说曝光指数调整后所能显示的亮部到暗部分配比例的采集能力。

图8 ARRI ALEXA袖珍指南曝光指数参照表

数字摄影机的感光材料特性带来的这个能力，改变了电影摄影师在低照度的环境里拍摄的方式，为了表现更多在暗部的画面细节，与传统的升高感光度的做法相反，在灯光照度足够的情况下，反而使用较低的曝光指数去拍摄；在高亮度的环境拍摄时，为了得到更多的亮部细节也不是传统的降低感光度的方式，而是用较高的曝光指数，利用数字感光材料可以改变亮部与暗部采集能力的分配比例的特性去灵活的改变创作方式。数字技术的发展改变了传统的拍摄方法，使得观众在观看时有了比以往不同的观影感受，在观影的过程中，更多的细节展示，带来了更惊艳的视觉体验，完成了更好的情境代入感。

3.结语

相较于美术、音乐、舞蹈等拥有悠久传统的艺术表现形式，电影的历史才一百多年，是一个非常年轻的艺术门类，并且电影发展的最根本的基石是科技，由于是科技进步带来的电影艺术，那在创作时就要尊重、了解科技。当今，严谨的电影拍摄必须要了解光学、电学、机械原理等各个相关的科学领域，虽然电影的艺术创作结果可能是一个感性的形式，是一个自由的表达，但在创作过程中一定是一个理性的思考加上严谨的操作来完成的。本文通过对电影摄影曝光基础的剖析，探讨了科技对创作的重要性，在电影摄影的创作领域中，科学提供了可量化的标准，而掌握了标准，控制了技术，在此基础上就能带来无穷的创造力。当今，正大力提倡工匠精神，什么是工匠精神，这不正是对量化标准的精益求精吗？工匠精神带来了产品质量的提升，电影摄影对技术的精确使用，不也是同样的道理吗？