VR全景影视技术分析

冯嘉雯 张霞 胡垂立

摘   要：近年来，VR技术逐渐成为社会上一个热门的话题，VR+医学、VR+军事、VR+室内设计等应用如雨后春笋快速发展，VR产业化在全球范围内快速铺开。而VR技术与影视的结合，通过VR头盔中装载的传感器，检测并持续跟踪体验者头部和视线的移动，对体验者的数据进行跟踪，带给人们沉浸式体验，让用户不仅在视觉、听觉、触觉甚至嗅觉上都能尝试到前所未有的体验。VR+影视将是影视业的新发展、新趋势。文章首先介绍VR技术，其次重点分析VR全景影视技术及其设备，最后再简单介绍了VR全景影视的应用。

关键词：VR影视设备;后期软件;拍摄技术;VR全景影视技术

1    VR全景影视技术的简要介绍

在了解虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）全景影视技术之前，先简单介绍一下VR技术，VR技术是综合了计算机图形技术、计算机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种科学技术，在一个多维信息空间上创建一个虚拟的信息环境，是一种能够创建和体验虚拟世界的计算机仿真技术。该行业应用领域广泛，涉及医学应用、军事航天、教育应用、文物古迹等，此外，影视艺术也与VR技术相结合，产生了与传统影视不一样的影视效果。

这里要区分VR影视和360°全景影视。360°全景和720°全景是同一概念，360°全景技术是一种运用数码相机对现有的场景进行多角度环视拍摄之后，再利用计算机进行后期的缝合，并加载播放器程序来完成的一种三维虚拟展示技术。其本质就是360°视频和照片，通过摄像机捕捉到拍摄对象全方位的3D景象。由于这些影像不是虚拟合成的，而是由真实的影像拼接的，画面就会产生弯曲或者断裂，从而影响视觉上的真实性效果。360°全景和720°全景都缺乏交互性，尽管它能让用户在体验过程中观看周围的环境，但无法做到与其中的场景进行互动。

本文所说的VR全景影视即可以实现上下左右360°任意角度拖动观看的动态视频。而且还允许体验者在视频里自由移动观看，在同一时间，站在不同的位置观看，提供任意位置的360°自由观看，具有交互性。

2    VR全景影视技术设备分析

全景相机又称为全方位摄像机。普通相机的视角范围一般不超过180°，它最大程度可以捕捉到通过半球落在相机焦点上的光线，而全方位摄像机就可以捕捉到整个球体从任意角度进入焦距的光线。但实际上，那些真正可以覆盖全部球面的相机，则是利用多个不相交的单独焦点来捕获光线。目前，我们国内的强氧，得图，Insta360，UCVR，滋曼等企业以及国外的Nokia，Google，GoPro，Facebook，Jaunt，三星，松下，柯达，尼康等企业都在布局VR全景摄像机。

我们可以根据不同的场景来进行划分，便于介绍不同的VR设备。根据产品的性能价格以及使用场景划分为3个级别：教学级、商业项目级、影视级。

2.1  教学级

这类相机适用于普通的自制VR视频或简单的展示类项目。它使用方便，一般为双目或多目，可以实现实时地预览和机内合成，但其画质宽度不高和无法做专业设置，得图、小蚁、理光以及少量GoPro拼接等方案都可制作简单的VR视频。

2.2  商业项目级

利用原型验证机或继承的商用VR一体机，它拥有比较复杂的后期流程和底层算法，画面整体效果比教学级别更好，可以拍摄VR广告片、商业短片等，基本满足用户的需求。Facebook Surround 360配备了17个摄像头组成的阵列，机身周围有14个广角摄像头，通过软件可以实现捕捉360°图像，并自动进行渲染，而且它还采用了全局快门，可以避免产生独立关闭快门的画面缺陷。

2.3  影视级

电影级别的专业VR影视团队制定的套件設备，一般操作较为复杂，后期流程效率较低，但画面效果最好，这就需要类似红龙的套件设备。

3    VR全景影视拍摄技术

VR全景影视拍摄与传统影视拍摄手法不同，在传统影视中，导演利用传统的镜头语言把自己的情感传递给观众，让观众更直观、更准确地理解影片的内容。尽管传统的蒙太奇语言在VR影视中无法起到作用，但它也有一系列的准备工作。

3.1  确定拍摄视角

导演根据影片的类型确定受众目标，思考影片为谁而作，这样可以更容易确定拍摄的视角。对于大多数VR全景视频来说，导演都会尝试以第一人称去拍摄，以这样的视角能更容易地吸引体验者，影片的主线剧情更容易展开。而以角色为中心的叙事方式，用第二人称视角可以满足主角与观众之间的互动。用第三人称的视角来观影影片可以让体验者客观地观察整个场景。

3.2  前期准备工作

VR全景视频的剧本创作中不再是以一个画面镜头为单位，而是以一个场景为基本拍摄单位，即一个镜头就是一个场景。因此，我们要准备场景的布置、演员的调动、影片时长、灯光布置及拍摄设备的布置等。这里我们介绍VR全景布光的几种布光，分别是聚光灯、区域灯光和球形灯光布光。

3.3  聚光灯的用法

我们可以想象虚拟一个室内拍摄场景，拍摄主体是一个位于半封闭空间内的人。

（1）在拍摄主体前方。位于相机侧后方的聚光灯无论是高度还是角度都避开了全景视频相机的镜头直射，这样布光可以让第一视角看起来更具有现场感。

（2）在拍摄主体侧方。利用空间里开放式结构（如窗户）完成测光的布景，这样布景拍摄主体的轮廓感更强，图像显得更真实，更有触感，也更明晰。

（3）在拍摄主体后方。这是一种逆光拍摄，这样处理能够得到室内空间底部的全域色调，人物主体上也有灯光的颜色，所以多用在需要进行色彩控制和平衡的场景中。

（4）在拍摄主体上方。即垂直向下的灯光布置，这样的灯光布置最不容易穿帮，这样的处理使得拍摄主体表面有着更强的明暗调性，人物的线条更硬朗，色彩也更有层次。

对整个空间来说，区域灯光产生影响的光域要比聚光灯大得多，在VR拍摄的场景当中，如果想要获得更好的色彩表现和明暗细节，那么可以选用区域灯光;如果空间光源充足，而想要拍摄主体更有层次，那么可以选择聚光灯光。球形灯光的光域是最广的，即使是单盏也能保证一个场景中的空间照明，在场景中放置多个球形灯能够达到无影灯的效果。

4    VR全景影视后期软件

开始使用软件制作VR全景视频之前，先要合理清晰地整理素材，根据摄像机的数量新建文件夹，将相应摄像机的视频分类到该文件夹，根据需求把需要缝合处理的全景视频放到同一文件当中。使用的拼接软件可以是Kolor Autopano video pro，Kolor Autopano Giga以及Video Stitch Studio等，另外还可能需要到传统影视制作当中的编辑软件进行辅助，如Premiere，After Effects以及Photoshop等软件。视频编辑当中，可以相应调整曝光和白平衡这些参数设置。最后就是渲染出视频，然后使用全景视频播放器进行观看体验，如Kolor KolorEyes。

5    VR全景视频观影设备

VR视频制作完成后，我们需要通过其相应的设备进行观影，目前，VR设备大概分为4种：以Cardboard为代表的纸盒设备、移动端头显设备、PC头盔和VR一体机。以Google Cardboard为代表的这种设备，就是两片透镜，以及固定透镜和手机的纸盒。Cardboard纸盒包含了纸板、双凸透镜、磁石、魔力贴、橡皮筋以及NFC贴等部件，其实这就是一个廉价的3D眼鏡，但这个眼镜加上智能手机就组成了一个VR设备。移动VR的一大平台是GearVR，它包括了一个触控板、一个后置按钮和监测加速和陀螺仪位置的运动传感器。其次是PC端的设备，其计算处理是通过数据线交给PC，另外，顶级的PC头盔必然会内置精心研发位置追踪系统，如HTC VIVE的Lighthouse，Oculus Rift的星座系统。VR一体机具备独立处理器并且同时支持高清多媒体接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）输入的头戴式显示设备，它拥有独立运算、输入和输出的功能。它是智能手机失掉了通信模块，增加了显示处理单元的能力，加强位置感应，并把其做成头戴式的设备，成像的原理采用了单屏分屏技术，用简单的凸透镜放大显示。

6    VR全景影视的应用

关于沉浸式的体验，目前3D和IMAX也能做到相应的效果，而VR全景影视更能增强沉浸体验。（1）全景式的立体成像与环绕音效，以冲破传统影院维度，让体验者在视觉和听觉上完全沉浸于影片当中。（2）利用不同部位的传感器产生出虚拟视觉、虚拟听觉、虚拟触动感以及虚拟嗅觉，且尽可能达到实时性，让体验者拥有剧情的选择权，达到全身心地沉浸其中。2014年《速度与激情》系列电影的导演林诣彬导演了一步VR短片《HELP》，2016年导演斯皮尔伯格宣布要拍面向家庭的VR电影，同年，导演罗布麦克莱伦推出了全球首部限制级VR电影《ABE VR》。可见，VR影视越来越普及，无疑，VR全景影视的发展指日可待。

Analysis of VR panoramic film and television technology

Feng Jiawen， Zhang Xia， Hu Chuili

（Department of Computer Science and Engineering， Guangzhou College of Technology and Business， Guangzhou 510850， China）

Abstract：In recent years， VR technology has become a popular topic in the society， VR+ medicine， VR+ military， The application of VR+ interior design， such as the rapid development of spring bamboo shoots after the rain， and the rapid development of the VR industrialization in the global scope. and the VR technology is combined with the film and television， the sensor is loaded in the VR helmet， the movement of the head and the line of sight of the experienced person is detected and continuously tracked， the data of the experience is tracked， Only in the visual， auditory， tactile and even smell can try an unprecedented experience. VR+ film and television will be the new development and new trend of the film and television industry. This paper introduces the VR technology first， and then analyzes the VR panorama film technology and its equipment.

Key words：VR film and television equipment; post software; photography technology; VR panorama film technology