攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤技術(shù)在影視制作中的應(yīng)用

曾紹瑋

在影視制作技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中誕生了攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)使得人們?cè)谟耙曌髌分锌梢钥吹礁鞣N各樣的特效場(chǎng)面，而特效場(chǎng)面的生成，主要是運(yùn)用攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤技術(shù)，將真人實(shí)拍畫(huà)面和計(jì)算機(jī)制作的三維特效場(chǎng)景進(jìn)行有效地合成，從而使得計(jì)算機(jī)生成場(chǎng)景與實(shí)拍鏡頭合成后就像是真實(shí)的表演，闡述了該技術(shù)在影視特效中的應(yīng)用及其制作流程。

鏡頭跟蹤 影視制作 特效 技術(shù)

在我國(guó)早期的影視作品中也可以看到攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤技術(shù)的影子，以目前的科學(xué)技術(shù)和審美眼光來(lái)看，作品中的技術(shù)破綻百出，相當(dāng)拙劣，如大家熟知的電視劇版《西游記》，片中孫悟空騰云駕霧、千變?nèi)f化的行為往往不合現(xiàn)實(shí)邏輯，其實(shí)這些畫(huà)面都是通過(guò)攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤技術(shù)加工合成的。但是，由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平比較低下，導(dǎo)致鏡頭中許多人物和背景畫(huà)面不協(xié)調(diào)。所以，近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤技術(shù)日趨成熟，其所涉及的范圍也越來(lái)越廣，并且在影視作品的實(shí)際運(yùn)用中，觀眾很難辨別出鏡頭的真假。

一、攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤技術(shù)的原理

1.攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤技術(shù)的誕生

20世紀(jì)70年代，喬治盧卡斯和其他特技先驅(qū)最早開(kāi)創(chuàng)了鏡頭跟蹤技術(shù)，即在制作《星球大戰(zhàn)》時(shí)設(shè)計(jì)了一套機(jī)械跟蹤系統(tǒng)，主要作用是記錄攝影機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式，并且準(zhǔn)確無(wú)誤地重復(fù)這種運(yùn)動(dòng)方式，從而確保多次的影視拍攝都有相同的攝影機(jī)運(yùn)動(dòng)。后來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，這種技術(shù)經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)，發(fā)展成今天的攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤技術(shù)，其目的是為了解決二維畫(huà)面跟蹤不可用于三維跟蹤合成的問(wèn)題。換言之，就是為了解決二維畫(huà)面跟蹤僅能對(duì)被拍攝物體進(jìn)行跟蹤，而對(duì)于攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)則無(wú)能為力的問(wèn)題。從而使得實(shí)拍鏡頭更好地融入計(jì)算機(jī)生成的三維素材中，或是將計(jì)算機(jī)生成的三維素材真實(shí)地融入實(shí)拍鏡頭中。

2.攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤技術(shù)的原理

攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤技術(shù)的原理，首先，工程師需要分析二維畫(huà)面中的像素檢測(cè)、畫(huà)面內(nèi)的元素的運(yùn)動(dòng)軌跡以及對(duì)前期拍攝的參數(shù)進(jìn)行匹配運(yùn)算。比如，鏡頭焦距、記錄幀率、運(yùn)動(dòng)模式等，從而可以確定現(xiàn)實(shí)中的景物在計(jì)算機(jī)構(gòu)建的虛擬坐標(biāo)中前后左右的位置信息以及縱深關(guān)系。其次，通過(guò)構(gòu)建三維虛擬場(chǎng)景可以找出現(xiàn)實(shí)拍攝過(guò)程中攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)的軌跡；最后，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，從而在計(jì)算機(jī)上模擬攝像機(jī)原始的運(yùn)動(dòng)軌跡。這樣一來(lái)，就能使得真實(shí)的攝影機(jī)和計(jì)算機(jī)虛擬出來(lái)的攝影機(jī)可以同步運(yùn)動(dòng)，從而可以精確地還原真實(shí)拍攝時(shí)的場(chǎng)景。

3.運(yùn)用攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤技術(shù)的實(shí)例

隨著社會(huì)的發(fā)展，攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤技術(shù)涉及的范圍越來(lái)越廣泛，主要領(lǐng)域有電影、電視、廣告、綜藝節(jié)目等，下面將通過(guò)的具體的范例進(jìn)行詳細(xì)地講解。

其一，攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤技術(shù)在電影《長(zhǎng)江七號(hào)》中的運(yùn)用，七仔與小演員的完美結(jié)合使得觀眾嘆為觀止，在影片拍攝的過(guò)程中，實(shí)拍演員的攝影機(jī)參數(shù)和路徑與拍攝七仔虛擬的攝影機(jī)的參數(shù)和路徑基本一致，從而確保了實(shí)拍的演員和三維軟件制作的七仔的完美結(jié)合。具體操作：首先，需要用攝像機(jī)實(shí)拍演員；其次，運(yùn)用三維追蹤軟件對(duì)原有畫(huà)面進(jìn)行追蹤確定，進(jìn)而通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)計(jì)算出攝像機(jī)的路徑系數(shù)；再次，將攝像機(jī)的路徑導(dǎo)入進(jìn)制作七仔三維動(dòng)畫(huà)的軟件之中，只有這三個(gè)環(huán)節(jié)相互聯(lián)系，共同推動(dòng)，才能確保拍攝七仔的虛擬攝像機(jī)與實(shí)拍畫(huà)面的攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)保持一致，使得觀眾欣賞到天衣無(wú)縫的特效畫(huà)面。

其二，攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤技術(shù)在廣告中的運(yùn)用。我們可以發(fā)現(xiàn)，這項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用于百事可樂(lè)、雪碧、汽車宣傳片、德芙巧克力等廣告中，這里主要闡述這項(xiàng)技術(shù)在德芙巧克力廣告中的運(yùn)用，這項(xiàng)技術(shù)使得虛擬的巧克力帶與真實(shí)的人物完美的結(jié)合，從而使得整個(gè)廣告的畫(huà)面非常唯美。

二、攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤技術(shù)的應(yīng)用流程

鏡頭跟蹤工程師認(rèn)為，攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤技術(shù)是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)，源于用攝像機(jī)拍攝現(xiàn)實(shí)中的場(chǎng)景，只是將所拍攝的三維空間轉(zhuǎn)變?yōu)槎S平面，而攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤技術(shù)則要求工程師通過(guò)相關(guān)軟件的準(zhǔn)確計(jì)算，把當(dāng)時(shí)攝像機(jī)所拍攝的三維場(chǎng)景進(jìn)行還原，并且在計(jì)算機(jī)中模擬出來(lái)，而連接兩者的紐帶便是攝像機(jī)。

攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤主要包括四個(gè)環(huán)節(jié)，下面將逐一進(jìn)行闡釋。

第一，鏡頭跟蹤工程師通過(guò)評(píng)估需要跟蹤的影片片段，制定相應(yīng)的跟蹤方案，然后在攝像機(jī)跟蹤軟件中加入前期拍攝的參數(shù)進(jìn)行匹配運(yùn)算，這樣一來(lái)，可以使得工程師得到更多的數(shù)據(jù)和信息，以便更加準(zhǔn)確地還原原有的拍攝場(chǎng)景。

第二，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，照相測(cè)量法技術(shù)被廣泛地運(yùn)用，該技術(shù)在軟件中的運(yùn)用提高了軟件的智能跟蹤水平，這樣一來(lái)，軟件可以及時(shí)、準(zhǔn)確地得到一個(gè)運(yùn)動(dòng)的虛擬攝像機(jī)和三維場(chǎng)景的數(shù)據(jù)。之后，工程師可以依據(jù)這些數(shù)據(jù)在二維的平面內(nèi)重新構(gòu)建三維空間，這樣，鏡頭跟蹤工作就算完成了。

第三，源于失敗的鏡頭跟蹤一直存在整個(gè)后期制作流水線中，不到最后的合成輸出，難以發(fā)現(xiàn)鏡頭是否錯(cuò)誤跟蹤。一旦出現(xiàn)失敗的鏡頭跟蹤，特效藝術(shù)家和動(dòng)畫(huà)師將不得不重新更改特技，不僅浪費(fèi)時(shí)間和精力，而且增加了制作成本。所以，鏡頭跟蹤工程師需要定期測(cè)試跟蹤的鏡頭與真人實(shí)拍是否吻合，計(jì)算機(jī)所構(gòu)建的三維空間以及虛擬攝像機(jī)與真實(shí)世界是否匹配，具體做法為使用跟蹤技術(shù)，在重構(gòu)的三維空間內(nèi)擺放自帶的測(cè)試物體，如果測(cè)試物體發(fā)生了移動(dòng)或者漂移，則意味著出現(xiàn)了失敗的鏡頭跟蹤，需要特效藝術(shù)家和動(dòng)畫(huà)師及時(shí)有效地進(jìn)行修復(fù)處理。

第四，一個(gè)影視作品從制作到完成需要很多工序，這就要求每道工序都能保質(zhì)保量地完成，從而節(jié)省了許多不必要的時(shí)間。比如，跟蹤完成之后，跟蹤鏡頭工程師首先需要制定相應(yīng)的場(chǎng)景文件，其主要包括三維場(chǎng)景的坐標(biāo)及大小、合理的命名規(guī)則以及必要的設(shè)施等，然后把這些場(chǎng)景文件轉(zhuǎn)交給工程流程下的其他藝術(shù)家們，從而使得其他藝術(shù)家根據(jù)這個(gè)井然有序的跟蹤文件開(kāi)展下面的工作。

三、結(jié)語(yǔ)

攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤技術(shù)在特效場(chǎng)面中具有不可替代的作用，主要是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)鏡頭中攝像機(jī)軌跡的跟蹤匹配是數(shù)字技術(shù)運(yùn)用于電影特技亟需解決的問(wèn)題之一。而在特效鏡頭中，要想達(dá)到影片所追求的藝術(shù)效果，必須對(duì)相應(yīng)的鏡頭進(jìn)行特效合成，從而使得計(jì)算機(jī)生成的素材真實(shí)地融入在實(shí)拍鏡頭中。所以說(shuō)，攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤技術(shù)對(duì)這個(gè)行業(yè)具有舉足輕重的影響。

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