全真人數(shù)碼化電影中的三維掃描技術

韓冬

摘 要 隨著時代的發(fā)展，現(xiàn)如今全真人CG電影的作品已經(jīng)越來越多，漸漸走進了中國。CG為Computer Graphics（電腦圖形）的英文縮寫，翻譯為中文的核心寓意為數(shù)碼圖形，所有數(shù)碼化的作品都稱之為CG。它服務的行業(yè)也越來越多，包括影視、動畫、漫畫、廣告、產(chǎn)品展示和游戲業(yè)等，而其中最重要的應用領域為現(xiàn)如今比較流行的全真人CG電影。全真人CG電影采用的是三維掃面技術，它可以在短時間內迅速將演員的立體表面空間和顏色數(shù)據(jù)掃描到計算機中，進行表情和動作的捕捉，其數(shù)據(jù)格式能與通用的三維動畫軟件接口，它克服了一些傳統(tǒng)技術的局限性，能夠對立體實物進行掃描，構成與真實人物完全一致的三維模型。這項技術大大減少了制作CG電影的難度，減短了CG電影的制作周期，提高了影片還原真實表演的質量，是一項非常值得繼續(xù)深入研究和使用的技術，對全真人CG電影制作和其他新媒體專業(yè)領域都有重要的意義。

關鍵詞 CG；CG電影；三維掃描技術

中圖分類號 G2 文獻標識碼 A 文章編號 2096-0360（2016）23-0034-02

近幾年中國電影市場從2010年票房突破百億后便快速增長，銀幕數(shù)量也實現(xiàn)了爆發(fā)式的增長，單片票房也不斷刷新紀錄，取得了非常好的成績，投資和熱錢快速涌入。經(jīng)過多年的快速增長，從2010年起票房回落，增速放緩，市場終究會淘汰落后的，低質量的影片，電影的質量成為了票房的決定性因素，CG電影在近幾年的崛起中非常亮眼，從《指環(huán)王》《最終幻想》《阿凡達》《變形金剛》等電影的部分CG制作到《爵跡》的全真人寫實CG，CG制作在近幾年發(fā)展迅速，水準越來越高。通過不斷地使用和制作，CG制作的電影效果一部比一部更加轟動，并且也總能獲得更好的票房，所以制作更多的CG電影勢在必行。

CG電影制作過程中需要制作電影中的所有的視覺效果，包括場景、道具、角色、特效等，制作流程復雜，制作時間長，隨著技術的不斷發(fā)展，流程的不斷規(guī)范，三維電腦動畫的技術日趨成熟，三維制作軟件的兼容性越來越好，三維掃描技術為角色，道具開辟了全新的制作方法，為影視作品的制作帶來了極大的方便，尤其是超寫實類的影視作品，三維掃描技術通過多臺攝像機對物體或角色進行全方位的掃描，在3～5秒內就可利用光學測量技術、計算機技術、圖像處理技術、數(shù)字信號處理技術等進行三維人體表面輪廓的非接觸自動測量獲得角色或物體表面的數(shù)字化坐標信息。這種掃描技術可以實現(xiàn)非接觸式測量，且快速、準確。獲得物體的數(shù)字化信息后，可將信息導入各類三維制作軟件，在三維制作軟件中，可以對數(shù)字化的人物信息進行后期的修改和精加工，按照設定要求對人體比例大小修改，制作人體的各類貼圖以及面部的各類3S材質貼圖，增加人物的細節(jié)豐富程度，調整人體衣服的設計及顏色，充分發(fā)揮制作者的創(chuàng)造力和表現(xiàn)力，對角色進行更深入的塑造。在影片《阿凡達》的制作中，通過對人物角色的掃描，獲得基本的角色信息，再導入電腦中，對角色的外貌、顏色進行個性化的逼真處理，制作出符合設定的人物造型。

除了對物體表面三維坐標的掃描，還可以對動作進行捕捉。在國外CG影視作品中，1990年出品的電影《全面回憶》首次使用了動作捕捉技術，但是僅有很短的時間，在影片《阿凡達》中，全面解決了演員面部表情采集的問題，并且避免了詭異谷效應，標志著此項技術已走向成熟，通過多年的實戰(zhàn)經(jīng)驗積累，三維掃描技術的制作流程已十分成熟和規(guī)范，在多年的制作過程中，為了解決制作過程中出現(xiàn)的問題，程序員制作了很多的腳本和插件，幫助影片實現(xiàn)更多特殊的視覺效果。隨著科技的發(fā)展，拍攝裝備也越來越簡單、方便，體積也越來越小，越來越方便動作捕捉演員的佩戴，對演員動作捕捉時的運動限制越來越小。在多年的實踐中，動作捕捉演員也越來越適應動作捕捉的表演方式，動作捕捉技術需要在封閉的空間中對著空氣表演，并且動作捕捉技術可以捕捉到演員最細微的身體變化，所以要求表演者要有較高的表演力，模仿力和想象力并且要有控制力，不能有太多無用的多余的動作，擾亂整體影片的設定，及人物的性格。在影片《猩球崛起》中幾十上百頭猩猩同時出現(xiàn)，形態(tài)各異，動作各有不同且完全達到逼真的效果就是通過三維掃描技術對演員進行動作捕捉，從人的動作移植到猩猩上，并且采用了新的戶外捕捉技術，還原真實的山、石、監(jiān)獄等場景，對數(shù)字化的信息重新進行編程計算，最終影片收到了很好的反響。各項技術的發(fā)展都更加方便了藝術工作者的二次

創(chuàng)作。

動作捕捉由專門的演員進行表演，在演員的主要關節(jié)、肌肉和運動的關鍵部位上設置動作捕捉傳感器，通過各類傳感器，將演員的頭部運動，表情變化及身體動作記錄為數(shù)字信息，特別是一些高難度的動作，演員難以勝任的表演，可以由專門的替身演員進行表演，之后匹配人物模型轉為數(shù)字化信息在電腦中進行運動。過三維掃描技術中的動作捕捉，大大節(jié)省了動畫制作人員K動畫的時間，也避免了動畫的不合理，不流暢，使動畫更加自然，細節(jié)更加豐富，更加符合人的真實運動，通過動作捕捉，只需要對不正確的動作進行微調。通過這項技術節(jié)約了大量時間，縮短了制作周期。在影片《阿凡達》中就是使用動作捕捉技術，讓演員在攝像機前動作捕捉，再導入已經(jīng)制作好的角色掃描模型中，展現(xiàn)一個更加真實的世界。國內通過近幾年大量的代工國外的CG影視作品及自己的嘗試，對CG電影制作中的三維掃描技術有了更多了了解和認知，三維掃描技術正在逐漸的走入影片中。在2016年上映的影片《爵跡》是一部純CG電影，在電影中的各個爵跡家族成員身披的“未來戰(zhàn)衣”，其實展現(xiàn)的是在影片拍攝中起著非常重要作用的三維掃描技術，在《爵跡》的拍攝現(xiàn)場，共有60臺高清相機，形成一個球形掃描區(qū)域。掃描時，演員們需要根據(jù)電影角色性格要求，擺出至少150多種不同的表情。電影《爵跡》采用的這套三維掃描系統(tǒng)可將真人掃描形成1︰1的3D數(shù)字人物，無論從體型、膚質甚至表情都與真人幾乎一樣，精度可以精確到毛孔。而且《爵跡》所先采用的這套掃描系統(tǒng)也是依據(jù)影片要求在國際先進水平基礎上，自己進行了二次的研發(fā)與優(yōu)化，使其更契合亞洲人的身形輪廓，去完成了電影中近40個角色的全身高精度掃描，也因此成為該領域在華語電影史上的首例制作。即使在好萊塢，也只有《阿凡達》《貝奧武夫》《猩球崛起》等頂級大作進行過這種拍攝。

另外，GPU渲染在電影制作中的應用正在不斷走向成熟，為CG電影的發(fā)展鋪平了道路，近幾年興起了Furry ball、Octane、KeyShot、V-Ray RT、Iray、Redshift等多款GPU渲染器；GPU渲染與傳統(tǒng)的CPU有渲染有很大差別，通過CPU進行渲染，通常情況下同時只有幾個線程進行計算，而GPU的核心數(shù)量很多，并且同時進行計算，配合顯存，進行實時渲染，速度可達CPU渲染的幾十倍。CG影視作品越來越依賴于實時渲染，實時渲染可以極大地提高渲染效率。在實際操作中對材質球貼圖及燈光進行更改，要看到最終結果需要等待很長時間，而GPU可以快速預覽變化，對材質和燈光的任何調整都會實時的反應在屏幕上，減少大量等待機器渲染的時間。使制作過程中的渲染周期也大大縮減，GPU發(fā)展的大趨勢難以阻擋。

各項技術的發(fā)展都使得三維掃描技術越來越方便，越來越成熟，在之后的逐漸發(fā)展中，三維掃描技術將會更加方便CG影視制作人員的制作，相信中國在未來也能夠制作出更多質量更高的CG電影，將中國CG電影能夠與國外相競爭，帶動整個中國電影的發(fā)展。動作捕捉，表情捕捉，人體三維數(shù)據(jù)的掃描已基本成熟，GPU渲染也在不斷提高使用場景和使用率，但國內的發(fā)展仍然大大落后于國際制作水平，很多關鍵的信息和資料仍然掌握在少數(shù)公司手中，想要制作更好的CG影片還是要依賴于國外大的制作公司，而且只有使用的權利，對于核心的參數(shù)完全由他們操作并且保密，在以后的制作中，積累更多的實戰(zhàn)經(jīng)驗，快速掌握CG影視作品的制作核心是我們的主要任務，在以后的逐漸發(fā)展中，科技將越來越先進，技術將會越來越好，三維掃描技術將會更加方便影視制作人員的制作。中國CG電影的進步在逐漸實現(xiàn)，需要更多的專業(yè)人員為之探究，專業(yè)團隊將不斷壯大，為之奮斗，不斷向前。