三种视效制作方式及其结合应用探究

摘  要：近年来，随着数字革命的到来与数字时代的兴起，视效早已不再只属于大制作的科幻片，而是广泛应用于包括电影在内的各种类型的影像中。它们不仅能创造出宏伟壮观的视觉效果，同时也可以辅助叙事，克服拍摄条件的限制以及降低成本。而重工业影片比重的大幅增加更是推动很多电影制作重心向视效环节偏移，视效技术对整个后期制作流程产生着越来越显著的影响。尽管视效是影视制作过程中的重要环节，但它的制作方式仍然常常令人感到疑惑。本文将从多个角度对2D、2.5D、3D三种视效制作方式的特点及优缺点进行分析，并对它们的结合应用进行探究。

关键词：视效;制作方式;2D;3D                                             中圖分类号：J93                  文献标识码：A

文章编号：1671-0134（2020）01-126-03                                    DOI：10.19483/j.cnki.11-4653/n.2020.01.037

本文著录格式：刘安智. 三种视效制作方式及其结合应用探究 [J]. 中国传媒科技，2020，01（01）：126-128.

导语

一直以来，人类所生存和认知的空间都是三维的，而在世界漫长的演进过程中，人类也成功获得了辨识三维信息的能力，形成了三维空间视觉。然而，当今影像传播形式，不论是各类大小制作的电影，电视节目，MV，抑或是近年来兴起的短视频，他们都是将三维世界以二维平面的方式展现，本质上都是一系列连续的图像。即便是3D电影，通常也只是利用基于双目视差的三维显示，通过佩戴3D眼镜等方式让双眼分别看到两幅不同的二维画面而使人眼感知到立体。而深度作为第三维信息，除非我们用特定的方式获取，否则在图像拍摄时就不会被保存下来。如果我们需要对这样的二维画面添加视觉效果，那么就会存在2D、2.5D和3D等不同的制作方式和流程，而其中每种制作方式的花费和制作效果也会有所差别。因此，对于不同制作方式的优缺点及适用性，以及如何将它们结合运用对于视效制作而言是值得探究的。

1.视效制作的2D方式

设想一个固定机位拍摄的镜头，如果我们要在前景或背景中添加一些拍摄画面中不存在的物体，而这些物体又是静止的且和画面中的移动物体没有任何交互，那么我们自然没有必要使用三维软件去费时费力地构建这些物体，因为观众永远只能从固定的角度看到这些物体的某一个面，至于它的其它面是什么样子，观众没有机会知道，那么我们也就没有必要把它们制作出来。此时，一个简易的做法是拍摄若干需要添加的物体的图片，在二维图像软件中将它们合成到同一个图层，只要保证它们的角度、画面透视、光照等因素在合成后能与实拍画面相匹配，人眼就很容易认为它是真实的。而这就是视效制作中的一种2D制作方式，它可以在保证素材真实拍摄的同时尽可能地节省时间和资源。

然而真实的拍摄并不总是固定机位，在摄影机进行移动时，如果我们依然按照前述方法制作，只在制作过程的末尾将画面按照摄影机移动的反方向移动，那么看上去所有的物体都像是在同一个平面上同步移动而没有任何层次，产生的这种端倪往往瞒不过人们的眼睛。这时，在固定机位的情形下正常运行的2D制作模式也就不再适用。

2. 视效制作的2.5D方式

2.1活动三维世界映射到二维图像中的透视规律

如果摄影机沿其成像面移动拍摄一组静止物体，一个明显的规律是镜头中的近景物体比远景物体移动得更快，移动幅度更大。这就好比一个人坐在飞驰的火车上，看窗外眼前的树木一棵棵穿梭而过，远处的房屋却移动得很慢，而更远处的群山则移动得更慢，甚至难以观察出它们的移动。这个例子中的火车窗户就相当于实际拍摄时移动中的摄影机镜头。

通过三维几何模型分析可知，随着摄影机的移动，被拍摄物体在拍摄画面中的移动距离和该物体与摄影机镜头透镜中心点之间的距离成反比。实际上，摄影机在空间中的任何移动，不论是水平，竖直，纵深，或是结合以上三个维度的位移都会导致被拍摄物体间透视关系的改变。而对于摄影机的倾斜或转动，尽管在实际拍摄中它们导致的透视改变有时可以忽略不计，但事实上除非旋转中心恰好是透镜的中心点，否则即相当于透镜组中心点绕中心点外一点旋转，除角度的变化外也会产生少量的位移，因此也会改变透视关系。

2.2 2.5D——摄影机投影与基于深度的合成

通过上述透视规律可以得知，在视效的2D制作方式中，一旦摄影机进行一定程度的移动，原本平面般的影像就会因缺乏透视上的变化而显得很不真实，通过视效添加的部分和实拍画面的结合也会显得不合常理，缺乏层次感。

因此，我们可以采用一种摄影机投影的方式，将拍摄场景中的物体以2D的形式呈现，然后按照它们各自的深度（即距摄影机的距离）分为若干层，将每一层“放置”到三维空间中对应深度的一张平整的“卡片”上，最后使用虚拟摄影机将它们进行渲染。这个做法的本质就是基于深度的合成。这样，当通过虚拟摄影机渲染时，场景中的不同层之间就可以呈现出正确的透视关系，因为这时可以认为它们被正确地放到了距离摄影机镜头不同的距离。这种制作方式既可以看作是一种独立的制作流程，也可看作是2D与3D制作方式的一种折中，结合了2D和3D各自流程中的一些优势，我们也可以称它为2.5D制作方式。

近年来，2.5D制作方式已经广泛用于影视、游戏、动画等领域，尤其是制作场景中不会特别引起人注意的环境部分。视觉艺术家们通过这项技术，可以不需要使用任何3D工作就创造出有深度距离和真实透视感的精细且逼真的环境。他们仅需要在例如PS的二维图像软件中创建一幅幅2D图像，然后将它们转移到三维环境中，通过添加深度信息来将它们放到合适的位置。这样，摄影机就可以在场景的一侧移动而不会影响拍摄出的图像真实性，在不破坏2D图像原貌的同时保持场景中物体精确的透视关系。此外，这样做的结果有时会比使用3D制作更具有可信度，因为相较于有若干虚拟元素的3D制作，2.5D制作中往往使用的是和2D制作流程中同样的实拍素材。

但是，当摄影机移动到整个场景的侧面时，这种制作方法还是会暴露出一个很大的弊端——所有物体都像是一层纸，它们没有厚度，只有正反两面而没有侧面。此外，在2.5D制作方式中，如果进行深度合成的每幅图像都有着不同的来源，而并非来自同一拍摄环境，那么每幅图像之间的光照等因素很可能不匹配，合成出的画面也就显得很不真实。而为了弥补这一点，就不得不在二维图像上修改光照，这会比在3D环境中对虚拟物体匹配光照还要困难很多。

3.视效制作的3D方式

3.1视差

视差，就是从相隔一定距离的两个点上观察同一个目标所产生的的方向差异。如果说透视揭示出了不同深度物体间的相关移动和空间关系，那么视差则从不同角度揭示出了同一物体的不同方面。将摄影机沿着成像面进行移动，它拍摄物体的角度就会随之发生变化。比如在一座建筑物的正前方进行拍摄，可能只能拍到它的前面，这时将摄影机向左或向右移动，就能逐渐揭示出它的侧面。当然，这一点也和物体与摄影机之间的距离有关，如果这座建筑物距离很远，那么移动摄影机引起的视角变化就会很小，这时摄影机需要移动较长的距离才能揭露出它的侧面。除此之外，视差也同样提供了一种深度线索。人的双眼看到的世界之所以是立体的，也是双目视差的缘故。

3.2摄影机跟踪——实拍画面与CG结合的基础

为了在合成镜头中精確地表现出符合摄影机运动的视差，我们必须通过现有的实拍画面中物体的运动计算出摄影机在拍摄过程中的运动轨迹。具体来说，我们需要通过这种方式产生一个可以精确还原拍摄过程中摄影机位置及运动、拍摄角度以及焦距等镜头参数的虚拟摄影机。这个创建虚拟摄影机的过程就是摄影机跟踪，也叫做运动匹配或3D跟踪。

摄影机跟踪实际上是一个轨迹反求的过程，通过在场景中设定大量的跟踪点并对它们进行跟踪，运动匹配软件会对其中的透视关系进行分析，并以此获取拍摄物体间的位置关系以及拍摄物体与摄影机之间的位置关系，进而计算出摄影机的运动轨迹和镜头数据。实际跟踪过程中，背景画面在灯光、运动模糊、遮挡等方面出现的剧烈变化，以及受到诸如烟雾或爆炸等环境效果的破坏，都会使问题变得更加复杂。此外，如果使用的是变形镜头，我们还需要先分析出镜头的变形数据，去除变形以进行摄影机跟踪过程，当视效工作做完之后再恢复变形来重现镜头原貌。

摄影机跟踪是将实拍二维画面应用到3D制作中的基础，也是整个视效制作流程中十分重要的环节。如果将一个制作精良的视效镜头配以糟糕的摄影机跟踪数据，会导致合成的物体相对于整个场景间的滑动或漂浮，层次感差，最终使整体的视觉效果大打折扣。除了确定将要合成的物体在场景三维空间中的位置之外，一个已完成运动匹配的虚拟摄影机也可以用来帮助虚拟三维角色在一个完全匹配实拍镜头真实环境的三维空间中进行“表演”，并告知它们精确的位置和深度信息。此外，使用虚拟摄影机还可以让主创团队对于视效镜头中的画面有一个更清晰的认知，从而提高他们的工作效率。

3.3 3D视效制作的优点及代价

在完成摄影机跟踪之后，我们得到了一个可以精确还原摄影机运动的虚拟摄影机。接下来要做的就是将制作完成的3D模型放到虚拟三维空间中的预期位置来满足视差的匹配。使用3D方式制作可以很轻松地解决2.5D制作中存在的视差问题，因为所有的CG物体都是以三维元素的形式创建的，它们从任何一个角度看上去都是完整的，不会因此出现穿帮的问题。另一方面，3D模型不会受到现场拍摄的因素限制，因而可以从任意的角度以任何形式对其设置灯光，这就解决了2.5D制作中灯光不匹配的问题。此外，3D制作的物体和角色可以在三维空间中任意移动或做出任意的动作，相比2D和2.5D而言具有极高的自由度，而它们的制作也可以十分精细，可以对CG物体的材质、纹理等任何一个部分做细微的调整，从而在一定程度上提升了创作空间。

一方面3D制作流程相比2D和2.5D制作更加灵活，效果更加出色，可以满足更多种类的制作，适用性更广，但另一方面它也带来了更高的成本和更长的制作周期。为了达到近乎真实的效果，制作一个3D物体通常需要进行设计、建模、赋予材质、纹理、着色或贴图、骨骼、动画、模拟、灯光、合成、渲染等操作。例如我们要在三维场景中创建一棵逼真的树，我们需要对树干、每一根树枝、每一片叶子以及它们之间的连接关系做细节的处理，而在2D制作中只需要拍摄一张树的照片就可以解决，两者花费的时间、人力和资源差距自然是悬殊的。此外，2D或2.5D制作流程中使用的素材往往是真实拍摄的，是对现实世界完全“照片真实”的还原，而使用3D方式制作的物体或场景则是由计算机生成的，哪怕制作得再精细，也难以实现像照片一样的真实感。

4.三种制作方式的结合应用

现今很多电影镜头的视效制作都是通过2D、2.5D与3D结合完成的。实际上，只用以上三种方式中的一种去完成整个场景的视效制作效果不好，因为它们都有各自的优缺点，只有合理地扬长避短，采取这几种方式结合的综合方案，才可以用较低的成本实现较好的效果，在资源时间的消耗与制作的效果之间实现一种最优的平衡。

对于镜头中前景的大多数物体，尤其是有明显移动的物体，根据前述分析，由于它们之间的视差和透视关系较明显，通常使用3D方式去构建，并且尽可能做得精细来保证其在视觉上的真实感。对于自身深度很小且摄影机在运动过程中没有揭示出其侧面的近景物体，例如平整的墙面，可以选择使用2.5D方式合成，因为它们实际上并不会引起视差问题。至于平整墙面上的贴画，则可以直接使用2D方式预先合成到墙面上。对于物体小型而密集的区域，例如草坪，花园等，使用3D制作的确可以增加它们的真实度，但对太多琐碎的物体进行建模、赋予材质、纹理、物理模拟、渲染等操作会十分耗费时间、人力和资金。由于这些小而密集的区域通常不是人们视线的焦点，人们往往不会刻意去观察它们中微小的细节，也就很难注意到它们内部物体的视差变化，因此完全可以使用2.5D的方式取代，在取得不错效果的同时也可以节省大量资源。

对于背景中的物体，例如远处的建筑物、远山等，通常也会选择使用2.5D的方式实现。首先，由前述分析，拍摄远距离物体，摄影机通常需要移动较长的距离才能揭示出物体的不同面，其次，远处的物体由于距离的缘故通常在整个画幅中的占比较小，且它们本身就是场景中的次要元素，不会引起人们太多注意，因此人们在观看过程中通常很难辨别出甚至注意到它们的细节。这些背景元素除了实拍获取之外，有时也会使用数字绘景制作，但本质上还是要通过2D或2.5D的方式合成进最终镜头。

以上是对一个电影镜头中不同部分的视效处理参考。在视效的实际制作过程中，使用何种制作方式是由摄影机的运动、物体在人眼中的易察觉程度等很多因素共同影响的，对将要处理的镜头预先做出合理的分析可以很大程度上保证对资源、时间、金钱、人力的有效利用。

结语

综上所述，正确地理解2D、2.5D与3D的制作方式及它们各自的优缺点是十分重要的，因为它们不仅直接影响到视效过程的花费和完成周期，也影响到最终视觉效果的呈现。在理想的情况下，所有制作都使用3D方式去完成也许是最好的，因为通过3D制作可以达到2D和2.5D无法达到的质量，实现2D和2.5D无法实现的效果。但在实际的电影制作过程中，一个结合了多种制作方式并将各种条件限制考虑进来的务实方案才更有可能通向理想的结果。

[1]胡黎红.从制作流程的角度观察中国电影工业[J].当代电影，2019（8）.

[2]郑业芬.2.5D动画制作技术研究与实现[D].广州：中山大学，2014.

[3]王书路.基于人眼视觉特性的三维显示研究[D].合肥：中国科学技术大学，2016.

[4] Eran Dinur.The filmmakers guide to visual effects[M]. Routledge，2017.

[5] Christoph Bregler，Kiran Bhat，Jeff Saltzman，Brett Allen. ILMs multitrack：a new visual tracking framework for high-end VFX production[J].Siggraph，2009.

[6] Yeh，Chih-KuoSong，PengLin，Peng-YenFu，Chi-WingLin，Chao-HungLee，Tong-Yee.Double-Sided 2.5D Grapics[J].IEEE transactions on visualization and computer graphics，2013（2）.

作者簡介：刘安智，男，汉族，山东省泰安市，研究生，研究方向：数字电影技术。