攝像機反求技術及其軟件淺析

許云鵬

【摘 要】在視覺藝術創(chuàng)作活動中，實拍與利用計算機技術進行視覺設計相結合來呈現(xiàn)畫面已經(jīng)越來越普遍，無論是電影、電視節(jié)目、宣傳片，還是一些個人拍的自娛自樂的小視頻，都越來越多地運用到攝像機反求技術。本文對攝像機反求技術及其軟件應用進行分析研究。

【關鍵詞】攝像機? ?反求技術? ?軟件程序

攝像機反求在影視后期合成中有著非常重要的作用，就是通過分析連續(xù)畫面的特點，求得跟蹤點，然后再分析跟蹤點，根據(jù)透視原理，用軟件計算出攝像機的運動形式、焦距以及空間信息等，目的是讓三維和實拍素材能有一個完美的融合。

比如，我們在地面上放置一個模型，如果在拍攝時攝像機保持靜止不動，則不需要進行攝像機反求，直接合成上去就可以了。但如果攝像機有運動，則視頻畫面是不斷發(fā)生變化的，而模型的空間位置卻未發(fā)生變化，畫面就會很不真實不好看，所以，我們必須要讓模型也跟著攝像機的運動一起動起來，并且跟背景畫面相應地結合到一起。攝像機反求就是通過軟件對實拍的畫面進行分析，推算出跟蹤點，再利用算出的跟蹤點的一些特征，在三維軟件中來推算出攝像機真實的運動軌跡，以及相應的空間信息、鏡頭參數(shù)等，再利用合成軟件進行合成。

常用的攝像機反求軟件有AE、C4D、Mocha、PFtrack、BOUJOU、Nuke、Syntheyes、3DEqualizer等。

在進行攝像機反求之前，我們應當對跟蹤的目標有一個全面的認識。首先，要對素材進行分析，攝像機是固定在三角架上的，還是運動的？它的焦距有沒有變化？它的質量如何，有沒有變形，需不需要穩(wěn)定？這些都要明確。其次，要在素材中添加什么元素，是換天、換地、換建筑，還是加雪霧火爆炸等特效，在什么位置都要清楚。這樣在進行跟蹤的時候，哪些地方是重點，哪些地方需要手動添加跟蹤點，方能做到心中有數(shù)。在現(xiàn)場拍攝時一定要注意兩點：一是快門不能太低，否則會導致運動模糊。二是光圈不能太大，光圈過大會導致淺景深，加大追蹤難度，并不利于加追蹤元素。同時還要保證合適的光照、保證低噪點，并貼一些跟蹤點，便于后期跟蹤。

一般合成軟件中的跟蹤都是2D跟蹤，得到某一處的跟蹤數(shù)據(jù)從而進行畫面的替換、場景的修復等工作，而這幾款軟件也是通過2D跟蹤但是得到的卻是攝像機的信息，比如位置、運動方向，從而輸出到3D軟件中能夠進行三維元素的添加。當然，既然這些軟件進行的也是2D跟蹤，自然也可以將這些數(shù)據(jù)輸出到合成軟件中進行使用。每個軟件程序處理復雜計算的方式都略有不同。有些軟件會自動完成大部分過程，而另一些軟件會給操作者更多的控制權。本人對常用的一些攝像機反求軟件的使用體會是：

AE，內置的跟蹤是最常用的，也是相對簡單的，只需要將素材導入AE，在跟蹤器中選擇跟蹤攝像機便可以求出很多跟蹤點，適用于一些相對簡單的場景，做一些簡單的字體跟蹤或者圖形跟蹤，比較節(jié)省時間。但對于一些稍微復雜的場景，AE內置的跟蹤功能就無法駕馭了。

Mocha Pro，是一款優(yōu)秀的面追蹤軟件，因為有AE內置插件，所以可以直接在AE中打開，如果經(jīng)常使用AE，這點是非常方便的。同時因為它是一個2.5D軟件，并不是真正的3D攝像機反求軟件，所以常用于屏幕追蹤替換以及人像、物體的摳像。

Cinema4D，新版本內置的運動跟蹤可以應付大多數(shù)的跟蹤畫面，并且有“遮罩約束”這樣方便的工具。此外，對于鏡頭畸變，C4D有很好的解決方案，同時因為軟件本身是優(yōu)秀的三維軟件，可以很方便地做一些三維與實拍相結合的畫面，不需要額外購買其他攝像機反求軟件，并且簡化了工作流程。

BOUJOU，這款軟件被稱為世界上第一個商業(yè)性的全自動商業(yè)攝像機跟蹤系統(tǒng)，以跟蹤精度高，操作簡單而著稱。在以前，非常多的電影以及影視后期制作公司利用它來進行后期的3D跟蹤，這款軟件可調節(jié)的參數(shù)并不多，使用過程中感覺跟蹤精度比AE與C4D高。但對中文支持不好，需要全部在英文路徑下操作。

Nuke，幾乎國內外包括好萊塢的影視劇都是以Nuke作為主流的軟件，在影視后期領域，Nuke是作為一個合成師必須掌握的。軟件本身配有內置的3D跟蹤器和2.5D平面跟蹤器，Nuke的3D跟蹤器也可以作為After Effects插件使用，與AE一樣，因為其本身為強大的節(jié)點軟件，可以跟蹤合成一并完成。本身有點追蹤、平面追蹤，但只能跟蹤單個物體，無法做復合跟蹤。比方說A是前景物體，B是背景，C是攝像機，那么Nuke是無法同時將A與C跟蹤反求出來的。

Syntheyes，后起之秀，操作簡單，而且解算能力很強，有一些獨特的功能如網(wǎng)絡構建、特殊綠屏分析、3D穩(wěn)定、camera holds等，與PFtrack一起廣泛應用于影視行業(yè)，也是非常好用的跟蹤反求軟件。

PFtrack，是功能非常強大的攝像機跟蹤軟件，它有兩個比較突出的特點，一是它使用node-based工作流程，非常適合這種后期特效類鏡頭，二是它的geometry tracking也是一大突出特色，對于頭部以及面部跟蹤有著獨特的優(yōu)勢。但要手動調整的參數(shù)比較多，運算時間相對長，操作比較復雜。同時它的各方面能力比較均衡，可以做點追蹤、幾何體跟蹤、運動捕捉等，精度很高。

3DEqualizer，可以做點跟蹤、攝像機跟蹤、運動捕捉，可以說它是非常全面的，雖然操作相對比較繁瑣，但其追蹤內核非常優(yōu)秀，只要思路正確，可以得到精度極高的追蹤數(shù)據(jù)，也是目前很多電影的首選。

無論什么軟件，在跟蹤過程中，都要盡量做到以下幾個方面：

1.不要添加過多的跟蹤點。2.時刻盯緊跟蹤點。3.注意跟蹤點在畫面邊緣的狀態(tài)。4.適當?shù)卣{整跟蹤器的大小。5.使用原始分辨率來進行跟蹤。

縱觀整個后期流程中，攝像機反求只是第一步，還有對空間坐標系的修正，重建場景，重建燈光系統(tǒng)，合理的分層渲染，最后是AE或者Nuke的合成，添加景深、運動模糊等，但所有的這一切，都是建立在跟蹤點是否準確的基礎上的。

有時跟蹤出的最終結果，也就是所謂的“攝像機解決方案”，對于場景來說是不正確的，為了解決這個問題，需要花費幾個小時甚至幾天來逐幀地解決，而這時換其他軟件有時卻可以更快地提供更好的解決方案。所以，對于進行攝像機反求來說，沒有一個軟件是完美的，也不是每一個軟件都適用于所有畫面。所以在后期制作過程中不要局限于某一個軟件，而是要對每一個軟件有一定的了解，熟悉它們的特性，在進行反求的時候，根據(jù)畫面特點，不斷地反復嘗試，用不同的反求軟件來解決特定類型的跟蹤。