电影虚拟摄制“再探析”：历史溯源、演进趋势与艺术互动

郭蕴辉

青岛电影学院，山东青岛 266520

1 引言

虚拟摄制是当前影视制作领域的前沿技术之一，从2009年《阿凡达》制作过程中首次提出“虚拟摄制”的概念，至2022年《阿凡达：水之道》上映，十余年间虚拟摄制仍保持着快速的变化和持续的创新，不断有新技术、新设施、新理念的产生和融入，对电影传统的制作方式和创作观念都产生了深刻的影响。虚拟摄制是电影顺应数字技术变革持续深化的产物，在技术与艺术的双向互动中得到突破性的创新发展，过去几年围绕虚拟摄制已有较多研究和论述，但大多集中在应用层面和技术微观层面，从宏观视角进行体系化和理论化的研究仍略显不足，尤其是虚拟摄制与电影艺术互动理论方面。

本文希望通过历史回溯并结合新的演进趋势对虚拟摄制进行一次“再探析”，一方面纳入历史纵向发展的视野和维度，在电影技术变动的历史中理解虚拟摄制的内涵和外延，探寻一种有内在逻辑和连贯的技术演进路径；另一方面，将虚拟摄制置于技术变革与艺术创新的横向互动中加以考察，探讨虚拟摄制对电影叙事、影像语言、造型手段、制片流程等方面的影响，形成一种对虚拟摄制系统化和理论化研究的尝试。

2 电影虚拟摄制的历史溯源和涵义辨析

2.1 电影影像的“虚实”之辨

电影是人类历史上最为重要的发明之一，其价值主要体现在对现实世界“真实再现”的能力，电影再现现实主要靠摄影机和胶片的感光作用，电影影像的生成来源于现实的光线，电影摄影的过程实际上就是胶片上感光物质发生化学反应的过程。此后，有声电影、彩色电影的发明，目的都是尽可能完整地逼近和复原现实，在影像获取上仍然是以摄影机和胶片的感光过程为核心。摄影机是一种精密的机械设备，胶片曝光后的影像是由可见的颗粒物质构成，这都构成了电影影像在物质性和真实性层面“实体化”的一面。

一些特殊摄影技法的出现，例如倒拍、叠拍、变速、接景、二次曝光、多次曝光等，为电影观众制造了最早的视觉奇观，特技摄影技术使电影从复原现实具备了影像创造的可能，光学技巧印片、蓝幕/绿幕拍摄、背景放映合成等视觉特效技术的发明，将不同时空的场景和元素组合在一个画面内，拓展了电影通过实拍摄影所能获取影像的边界，电影影像呈现为“真实”和“不真实”的混合物，电影特效技术所创造的影像奇观成为吸引观众的重要手段，为了追求更新奇的视觉效果，新技术成为驱动电影特效发展的重要动力。

20 世纪70 年代，计算机技术开始进入电影制作领域，计算机底层语言是由二进制数字符号构建起来的，因此也将计算机技术称为数字技术，利用计算机辅助实现传统特技无法实现的影像效果，成为数字技术进入电影制作最早的入口，例如早期的摄影机运动控制辅助系统等。作为计算机技术的一个重要分支，计算机图形学（Computer Graphics，CG）可以借助计算机程序和图形编程生成数字化影像，虽然最初计算机生成影像的视觉效果还不够逼真，但却使电影具备了一种全新的影像形态和构建方式，化学感光作用不再是影像生成的唯一手段。如果将摄影机和胶片感光的摄影过程看作是“实体化”影像的获取，那么由不可见的二进制符号所构建的数字影像则是“虚拟的”，虽然影像生成方式是虚拟化的形态，但数字影像仍然追求具有现实真实感的影像效果。

2.2 “虚实融合”的数字视觉效果

20 世纪80 年代初，在《电子世界争霸战》中CG影像首次以完整的镜头段落参与到影片叙事，但CG影像呈现出的“动画感”还难以满足电影影像所要求的“真实感”。90 年代开始，计算机图形学的发展使CG 影像的真实感得到增强，多部标志性影片的成功上映，例如《终结者2：审判日》《侏罗纪公园》《阿甘正传》《玩具总动员》《泰坦尼克号》等，充分证明CG 影像可以创造出令人信服的虚拟场景和角色，这极大地释放了艺术家的想象力和创作观念，特效技术也从传统的物理特技、光学技巧彻底转向数字视觉效果，电影创作者可以以更先进的技术手段讲述引人入胜的故事。

CG 影像真实感面临的一大挑战是类人角色的创建，人类面部表情极其复杂且细微，在技术实现上有很高的难度。1985 年，电影《少年福尔摩斯》使用CG 技术制作了一个由彩色玻璃变成的骑士形象，这是第一个出现在电影中的CG 类人角色，但还远远谈不上具有人类的真实感特征。2001 年，《指环王：护戒使者》利用CG 技术结合动作捕捉技术创建的虚拟角色咕噜姆，在类人数字角色的动作和表情上实现了巨大的跨越。2009 年，在电影《阿凡达》中，CG 技术的应用达到了前所未有的高度，电影中潘多拉星球是全CG 打造的虚拟世界，作为主角的纳美人也完全由CG 创建，其脸部表情、眼神和情感表达非常自然、真实，虚拟角色带有情感化的表演也令人信服，展示出可以媲美真人演员的艺术表现力。随着计算机图形图像技术的持续创新，CG 角色的影像真实感愈发增强，CG 角色实现情感化表达是CG 技术走向成熟的重要标志（图1）。

图1 CG 角色的影像真实感和情感化表达愈发增强①

数字特效制作通常属于后期制作的范畴，在前期拍摄完成后，大量工作仍需要由视效制作人员后期完成。在CG 镜头数量不多的情况下，主创人员通过对视效镜头的后期评审，即时与视效制作人员沟通，可以保证影像视觉呈现达到预期的效果。但是，当CG 虚拟元素超过一定的数量时，由于后期制作过程存在太多不可预见性，反复修改成为后期制作的常态，这大大增加了电影制作的时间成本和资金成本。另外，指导演员表演是导演在拍摄现场的重要工作，演员与演员之间、演员与场景之间的互动也非常关键，当大部分场景都被数字化和虚拟化，真人演员也被CG 虚拟角色所替代，导演和摄影师等创作人员该如何与虚拟对象互动，等待后期特效制作完成再进行创意决策的反馈，这种方式显然已经无法满足创作人员的艺术诉求，寻求更高效率的制作方式成为创作者的必然选择。

2.3 虚拟摄制的正式诞生

对CG 虚拟对象的实时可视化和寻找一种直观的互动反馈机制，成为解决上述问题的关键，虚拟摄影机和虚拟拍摄是《阿凡达》重要的技术创新，这也促成虚拟摄制的正式诞生。《阿凡达》制作过程中设计了两种虚拟摄制系统，一种是针对全虚拟场景和数字角色的拍摄互动，一种是针对现场实拍镜头与CG 元素合成镜头的拍摄，即协同工作摄影机。两种拍摄系统都不是基于感光作用的电影摄影机，而是由多种传感器、红外摄像头、动作捕捉和跟踪设备共同构建的系统，实际上是一种起到取景作用的“监视器”，其背后连接着强大的图形工作站，图形工作站通过实时运算渲染出虚拟摄影机所“看到”的画面。虚拟摄影机对导演和摄影师等人员更为友好，也更加符合创作者在传统片场的操作习惯，帮助创作者在现场就能实现与虚拟场景和角色的实时互动。

电影虚拟摄制的意义不只是技术和工具的创新，更重要的是技术革新所带来创作观念的转变和制作方式的跃迁。电影发明至今所经历的多次技术革命，一直以来都是围绕着具有真实感光作用的摄影机展开，电影影像的本体特性和视觉语言很大程度上是由电影摄影机所构建和决定的。虚拟摄影机联通了物理世界和虚拟世界，打破了电影拍摄现实时空的限制，将导演和摄影创作带入到虚拟空间，能够以传统拍摄方式在虚拟空间完成“实景摄制”，这个过程最重要的特性是“实时”和“可互动”，解决了传统制作过程中前后期分离和创作反馈滞后的问题，扩展了电影从叙事方式到视觉创造的可能性边界，引发艺术观念和思维范式的转变。从这个意义来说，虚拟摄制技术的诞生在电影史上是具有里程碑意义的。

3 电影虚拟摄制系统的技术构建与演进趋势

电影虚拟摄制系统是由多种技术和设备共同构建和集合而成的综合系统，包括虚拟预演（PreViz）、摄影机跟踪技术、动作捕捉和表情捕捉技术、虚拟摄影机和协同工作摄影机、实时渲染引擎技术等。电影虚拟摄制系统的技术构建体系不是固定不变的，而是一个动态、开放的创新系统，任何有助于提升虚拟摄制质量和效果的技术都可以融入。近十年来各种新技术、新设施持续融入虚拟摄制体系，不断拓展虚拟摄制系统的技术边界，赋予虚拟摄制更丰富的功能和内涵。

3.1 从预可视化到实时可视化

电影虚拟摄制涉及与众多虚拟场景和虚拟角色的互动，对虚拟对象进行可视化呈现是虚拟摄制的首要功能。虚拟预演可以看作是虚拟摄制的初阶形态，主要技术特点是利用传统的三维建模和动画软件，对电影中的某些镜头甚至是大部分镜头进行动画形式的呈现，可以理解为一种动态的故事板分镜，或者“可视化的剧本”，是对影片最终成片效果的一种预演。预可视化可以帮助导演准确表达和呈现自己的创作意图，在预可视化制作过程中，摄影、美术、视效、剪辑、声音等主要创作部门都会参与，建立影片视觉呈现的共同认知，提高相互间理解和现场执行的准确性。通过预演可以进行更为详细的拍摄规划和测试，例如摄影机的机位、构图、角度和运动轨迹等，从而形成最佳的拍摄方案，减少现场拍摄的不确定性（图2）。

图2 虚拟预演可以帮助提升电影现场拍摄的效率和准确性②

随着虚拟拍摄、动作捕捉、虚拟现实（VR）、实时渲染等技术的加入，预可视化从传统的三维动画形式发展到现场实时的可视化拍摄，例如近期上映的《独行月球》《流浪地球2》都在开拍前通过虚拟摄制进行了大量镜头的动态预览。《独行月球》“在前期用三个月进行了虚拟摄制，共拍摄了近4000多条素材，完成了电影80%的视效预览内容”[1]，《流浪地球2》“全片共完成3000余个视效镜头，虚拟摄制镜头就有2114 个，占影片视效镜头总量的70%。虚拟摄制在当代数字电影制作把控视觉风格的方向性和稳定性方面，具有两大优势：第一，虚拟摄制提供的前期预览画面，可以有效解决灯光照明的测试和选择、摄影机的机位运动和画面构图、视效的场景拆分和组合，以及演员走位编排等问题；第二，虚拟摄制是由主创成员共同参与的，能够提高实际拍摄的工作效率。”[2]

3.2 动作捕捉和表情捕捉技术

虚拟摄制往往涉及CG 虚拟角色的表演和形象塑造，为了使CG 角色的动作更加真实，动作捕捉技术是必不可少的，动作捕捉可以看作是连接真实演员与CG 虚拟角色的通道，通过动作捕捉技术可以将真人的动作和形态赋予虚拟角色。CG 角色在影片《阿凡达：水之道》中有大量水下动作戏，此次拍摄专门升级和建造了水下动作捕捉棚。传统光学捕捉技术所用的发射器发射的是红外线，红外线在水中很快会被吸收掉，不利于动作的采集，升级后的动作捕捉摄像头发射和接收的是接近紫外线波长的光波，相比红外线来说，接近紫外线的波长能够更有效地在水中穿行，提高了水下动作捕捉的精确度。

除了动作捕捉技术外，表情捕捉也是近年来发展较快的技术，表情捕捉技术可以使CG 角色面部的细节更加丰富和逼真，创造出更具情绪化和情感深度的表演。《阿凡达：水之道》的面部捕捉设备在《阿凡达》基础上进行了技术升级，演员的面部捕捉此前通常使用一个摄像头进行采集，在詹姆斯·卡梅隆监制的《阿丽塔：战斗天使》中开始使用两个高清摄像头和更多标记点对演员表情进行捕捉，这能够使CG角色的眼皮、眼角、眉头、嘴角等部位的细节呈现得更加逼真，《阿凡达：水之道》中CG 角色的表情捕捉也沿袭了这种高标准的采集和制作方式（图3）。

图3 《阿凡达：水之道》使用两个高清摄像头和更多标记点捕捉面部细节③

3.3 LED 背景墙和实时渲染引擎技术

LED 背景墙在电影中的应用起初是为拍摄对象提供一种“参考照明”，特别是在蓝幕/绿幕棚内的拍摄，由于后期制作需要对蓝幕/绿幕前的对象进行抠像并与虚拟场景合成，而虚拟合成场景的光线通常是动态变化的，蓝幕/绿幕前拍摄对象的照明与虚拟场景的光线能否匹配，是决定合成后影像真实感的关键，通过LED 背景墙播放虚拟场景，可以为前景对象提供一种相对真实的照明参考，从而增强后期合成画面的真实感。

随着LED 制造工艺和技术指标的不断提升，LED 显示屏可以呈现更高质量和更多细节的动态影像。2019 年，导演乔恩·费儒在制作迪士尼公司出品剧集《曼达洛人》的过程中，创造性地将LED 背景墙和渲染引擎结合在一起，“利用高显示性能、小点间距的LED 背景墙作为背景墙，通过实时渲染引擎，采用多屏同步的实时渲染方法，利用摄影机内外参跟踪同步系统，将高画面质量的三维场景渲染到LED背景墙上，并通过实时渲染引擎调整，同步现场的灯光、场景机械装置等拍摄用具，由摄影机直接拍摄，将真实的演员表演、道具陈设与LED 背景墙实时合成”[3]，由此摄影机内拍摄得到的几乎就是接近成片效果的最终画面，很少甚至不再需要进行复杂的后期制作，极大减轻了后期视效制作工作量，提高了电影制作整体工作效率，“摄影机内视效（In-Camera VFX，ICVFX）”的概念被正式提出并流行起来。基于LED 背景墙的虚拟摄制在提升电影制作实时性的同时，进一步弥合了物理世界与虚拟空间的界限，推动虚拟摄制的功能性和内涵得到丰富和拓展，成为当下影视行业最受关注的制作方式，也使电影虚拟摄制迈入新的发展阶段。

4 电影虚拟摄制对艺术创新和制片流程的影响

电影艺术与技术之间有着密切的关联和互动，艺术创作的需求是技术革新的重要驱动力，新技术的出现会激发创作人员更多的创造力，促使艺术形态、创作观念和思维方式发生新的改变，从而形成一种良性的互动循环与反馈机制。虚拟摄制的技术创新和创作实践将电影带入一个新的时代，在拓展电影制作技术边界的同时，也为电影艺术创作开辟了新的疆域。

4.1 虚拟摄制对电影艺术形态和创作方式的影响

电影是一种基于活动影像的叙事艺术，虚拟摄制本身就是一种赋予电影人独特叙事手法的全新工具，虚拟摄制对“虚”“实”两种叙事空间的融合和打通，使电影具备了多维度的影像形态和全新的构建方式，也使电影创作得以突破现实时空和地理范围的限制。虚拟摄制适合科幻、奇观、冒险、漫画改编等类型电影的摄制，从剧本创作阶段就可以充分解放创作者的想象力，极大地扩展了电影叙事类型和题材的多样性。

电影从文本叙事到影像叙事的视觉转化，需要借助摄影机这一物理媒介，电影视觉叙事的语法很大程度上也是由摄影机所构建和塑造的，在虚拟影像的应用中，摄影师需要通过虚拟摄影机、虚拟镜头、虚拟灯光和虚拟移动设备等虚拟媒介，完成视觉影像的造型和叙事任务，虚拟摄制仍然需要遵循传统摄影语言和造型技巧，在继承和延续传统电影语言的基础上，新技术手段也会创造出一些新表达方式的可能，形成对视觉语言的扩充，例如虚拟设备不受物理机械的限制和制约，具有更便捷的可编程性和可操控性，可以尝试创造新的运动轨迹和拍摄视角，实现传统手段无法完成的镜头设计和画面效果。

基于LED 背景墙的虚拟摄制技术则进一步扩展了虚拟摄制的功能性，为艺术人员创造了一个实时可见并且可任意切换背景的视觉世界，导演、摄影师、演员等主创人员可以在一种具象化和交互式的空间中进行创作。LED 背景墙所用的数字虚拟资产具有便捷的可调整性，减少了美术部门对实体道具和物理场景的搭建和挪动，创作团队可随时对拍摄方案和场景进行修改和调整。例如，奈飞公司（Netflix）最近出品的悬疑惊悚剧《1899》完全采用LED 虚拟摄制方式完成，创作团队在LED 虚拟摄影棚内开创了另一项创新：一个置于布景中直径20 多米可360°旋转的圆形转盘（图4），通过旋转圆盘可以在不改变摄影机机位和主光源位置，保持整场戏气氛不变的情况下，从多个视角和景别分别进行拍摄，快速完成类似正反打等镜头的拍摄，在保持艺术效果和影像质量的同时，较之传统拍摄方法节省了大量时间。

图4 奈飞公司剧集《1899》在LED 虚拟摄影棚内设置的旋转圆盘④

在电影虚拟摄制技术语境下，艺术人员面临着全新技能和创作工具的迁移，以及艺术创作观念和思考范式的转变。首先，创作人员应对电影影像“虚拟”和“真实”的互动关系建立多层面和多维度的认知，在艺术之“道”的层面对电影“虚实”的辩证关系和虚实融合观念有所思考，“术”的层面要熟悉和掌握虚拟摄制的技术手段。其次，电影艺术语言的发展具有连贯性和延续性，虽然虚拟影像创作的媒介和工具发生了改变，但传统电影摄制的经验在虚拟片场依然适用，传统片场的艺术人员仍然可以深度参与虚拟影像的构建。最后，虚拟摄制时代电影艺术与技术的融合性和“技艺一体化”的属性更强，艺术人员和技术人员的技能素养不断产生交叉和叠合，这也促使艺术人员需要在视觉审美和影像创造层面进行更深入的探索和追求。

4.2 虚拟摄制对电影制作方式和工作流程的影响

虚拟摄制最大的优势和价值体现在“实时性”。传统视效制作对算力和图形渲染能力要求较高，导致前后期工作流程间必然存在着滞后和等待的时间，艺术人员的创作过程和创意决策难以即时反馈和实时表达，虚拟摄制赋予了创作人员在现场与虚拟场景和角色实时互动的能力。近十年来，虚拟摄制经历了从预可视化、现场虚拟摄制和实时可视化到基于LED 背景墙的全流程可视化，从后期视效制作合成到“摄影机内视效合成”的演进过程，LED 虚拟摄制“所拍即所得”的实时制作方式，极大提高了电影摄制的效率，缩短了制作时间，节省了制片成本。

传统电影摄制工作流程总体上是以线性方式为主，“后期前置”的出现表明数字制作流程前后期的界线开始松动，虚拟摄制进一步模糊和淡化了前后期的边界，更重要的是，虚拟摄制本身代表的就是一种全新的制作观念和工作流程，整个生产流程的整体性和互动性更强，实时制作是一个有着大量互动反馈、随时修改并不断迭代的过程，整个过程涉及的技术环节众多，为提高全流程制作的工作效率，多个环节间通常是以多线程并行方式进行，电影制作逐渐融合为一种强关联的“统一体”，前后期的概念可能会逐渐淡出虚拟摄制的话语体系，实时制作在提升电影制作效率的同时，也突显出虚拟摄制工作流程的综合性和复杂性，各个部门间的沟通和协作比传统流程更具挑战性。

当前，电影制作的跨区域合作和远程协作逐渐成为常态，作为工业化、信息化和智能化时代的产物，虚拟摄制可以无缝地融合和集成云计算、5G、物联网、人工智能（AI）等先进技术，在摄影棚内就可以提供深度的远程互动支持，实现不同地区拍摄镜头的云端审阅、视效镜头合成和远程设备操控等远程协作，方便全球电影艺术家共同参与电影创作，虚拟摄制与智能制作和远程协作的结合将为电影制作全球化合作开辟新的途径。

5 结语

相比电影一百多年的历史，虚拟摄制还是个新生事物，但其对电影传统制作方式的颠覆已毋庸置疑，也是最具潜力和代表未来趋势的制作技术。本文研究形成的主要观点：虚拟摄制不是电影技术发展过程的“突变”，而是一种多技术互相融合并不断演进的渐变过程，是电影技术与艺术创作持续互动，发展到某一阶段的必然产物，虚拟摄制的价值主要体现在通过新技术和新工具的创新和应用，帮助创作者打破了物理空间和虚拟空间的界限，融合虚实两种空间进行影像叙事和视觉创造，不论是工具属性还是观念属性都具有普适性，而非某种特定类型影片的专属。

另外，不应过度夸大和神化虚拟摄制，虚拟摄制在技术方面仍然存在着有待突破和完善的地方，也不是所有的艺术效果都能通过虚拟摄制得到最佳的呈现，技术革新的目的是服务于艺术创作的需求，虚拟摄制技术需要与既有的艺术经验相结合，探索新技术独有的叙事语言和艺术技巧，促成电影制作基于新技术的艺术转型。目前，虚拟摄制仍处于快速发展的过程中，远未达到成熟和稳定的阶段，未来电影影像的“虚拟化”和“虚实融合”仍是毫无疑问的发展趋势，当电影影像的“虚”“实”真正难以区分，当虚拟摄制不再特意强调“虚拟”，而只是冠以普遍的“电影制作”的称呼，正如曾经的有声电影和彩色电影不再强调“有声”“彩色”，此时才是虚拟摄制真正成熟的时候。

注释

①图片来源：维塔数码公司网站，链接http://www-ext.wetafx.co.nz/articles/a-visual-history-of-performance-capture-at-weta-digital/。

②图片来源：第三楼公司官网，链接https://thethirdfloorinc.com/5269/thor-love-thunder/。

③图片来源：Frame.io 网站，链接https://blog.frame.io/2023/03/12/2023-oscar-best-picture-workflow-breakdown-every-nominee/。

④图片来源：奈飞公司网站，链接https://www.whats-on-netflix.com/news/netflixs-1899-from-dark-creators-everything-we-know-sofar/。