運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)在影視制作中的運(yùn)用探析

馬曉青田 野

（1.四川工商學(xué)院 音樂(lè)舞蹈學(xué)院，四川 成都 610000；2.四川音樂(lè)學(xué)院 實(shí)驗(yàn)藝術(shù)學(xué)院（數(shù)字媒體藝術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室），四川 成都 610041）

一、引言

數(shù)字合成技術(shù)在影視制作中占據(jù)重要地位，尤其是在觀眾審美要求不斷上升的今天，要制作出良好的影視視覺(jué)效果，給觀眾一種真實(shí)感，就必須應(yīng)用合成技術(shù)。合成技術(shù)的類(lèi)型有許多，運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)就是其中一種。在使用運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)時(shí)，可以通過(guò)電腦將攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)路徑輸入軟件中，實(shí)現(xiàn)對(duì)攝影機(jī)運(yùn)動(dòng)情況的實(shí)時(shí)控制。既可以節(jié)約制作成本，又可以發(fā)揮較好的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，因此，在國(guó)內(nèi)外影視制作中都有廣泛的應(yīng)用。

二、運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用范圍

（一）發(fā)展

關(guān)于運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)的發(fā)展可追溯到二十世紀(jì)七十年代，在1997年國(guó)外所制作的《星球大戰(zhàn)》中就應(yīng)用了運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)。相比之下，國(guó)外關(guān)于該技術(shù)的應(yīng)用研究要早一些，國(guó)內(nèi)相對(duì)要晚一些，但在早期應(yīng)用時(shí)由于技術(shù)受限，最終的影視成品看起來(lái)比較拙劣。比如，在《西游記》中就融入了騰云駕霧等加工合成鏡頭，從電視劇中可以明顯看出畫(huà)面并不完美，一眼就可以看出是后期合成的，這主要是受到當(dāng)時(shí)技術(shù)制約導(dǎo)致。在后來(lái)科技進(jìn)步后，在影視制作時(shí)再使用運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)已經(jīng)有了很大改善，通過(guò)該技術(shù)制造出來(lái)的鏡頭真假難以辨別①。從中可以看出運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)的發(fā)展歷程。在《星球大戰(zhàn)》制作過(guò)程中應(yīng)用了機(jī)械系統(tǒng)對(duì)攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程加以記錄，并對(duì)該運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行重復(fù)，確保多次拍攝運(yùn)動(dòng)軌跡相同。在得到技術(shù)支持后，又將機(jī)械系統(tǒng)和科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)對(duì)三維軟件中的虛擬攝像機(jī)加以控制來(lái)達(dá)到更好的運(yùn)動(dòng)控制效果。目前為止，該系統(tǒng)都在好萊塢影視制作中有所應(yīng)用。在運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)得到創(chuàng)新優(yōu)化后研發(fā)出了運(yùn)動(dòng)追蹤軟件，該軟件通過(guò)采集到的畫(huà)面內(nèi)容計(jì)算出畫(huà)面與攝影機(jī)的運(yùn)動(dòng)路徑，并將計(jì)算出來(lái)的參數(shù)導(dǎo)入至后期制作軟件中，從而實(shí)現(xiàn)虛擬畫(huà)面和實(shí)拍畫(huà)面的高度匹配。總體而言，運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)有著簡(jiǎn)單易操作、成本低、不受外界因素制約等優(yōu)勢(shì)，在影視制作中發(fā)揮著積極作用。

（二）應(yīng)用范圍

在影視制作中使用運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)接觸最廣泛的領(lǐng)域主要是廣告、電視劇、電影等。在拍攝廣告時(shí)，主要使用運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)來(lái)模擬真實(shí)場(chǎng)景，并將人物和場(chǎng)景合成在一起，制造一種在真實(shí)場(chǎng)景中的視覺(jué)感。比如在汽車(chē)、雪碧、德芙、iPhone等廣告中都能看到運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)蹤跡。運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)在電視劇制作中的應(yīng)用要比廣告制作更廣泛一些，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)具有易操作、合成效果好的優(yōu)點(diǎn)，在一些奇幻、仙俠類(lèi)型的電視劇中可發(fā)揮作用，比如《仙劍奇?zhèn)b傳》、《西游記》、《聊齋志異》等②。和國(guó)外的電視劇制作相比，因?yàn)槲覈?guó)關(guān)于運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)的應(yīng)用研究時(shí)間較晚，無(wú)論從技術(shù)還是經(jīng)驗(yàn)上都不及國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，所以使得題材比較狹窄，在技術(shù)方法上也比較粗劣。但到目前為止這些問(wèn)題都得到了很大程度改善，我國(guó)使用運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)進(jìn)行后期制作的電視劇也收獲了一大批青睞者。電影是最早使用運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)的領(lǐng)域，自《星球大戰(zhàn)》之后陸續(xù)上映的《變形金剛》、《侏羅紀(jì)公園》等都應(yīng)用了運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)，這些電影在國(guó)內(nèi)外都有較高知名度，深受觀眾喜愛(ài)。在電影制作時(shí)使用運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)可以制造氛圍感，例如一些看起來(lái)非常真實(shí)的場(chǎng)景和事物有些也是使用運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)合成的，如《阿甘正傳》、《拯救大兵瑞恩》等。同樣，運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)在我國(guó)電影制作中的應(yīng)用率也較高，無(wú)論在《鴻門(mén)宴》、《機(jī)器俠》，還是《長(zhǎng)江七號(hào)》等經(jīng)典電影中，都使用了運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)。

三、運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)的基本流程分析

（一）導(dǎo)入素材

在素材導(dǎo)入環(huán)節(jié)上主要包含素材質(zhì)量審核、攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)類(lèi)型選擇、場(chǎng)和幀速率設(shè)置等。運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)的應(yīng)用和這些步驟密切相關(guān)，必須確保素材質(zhì)量滿足技術(shù)應(yīng)用所需，以及攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)類(lèi)型與場(chǎng)和幀速率均滿足運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)后才能發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提高影視制作效果。

（二）追蹤

在影視制作過(guò)程中使用運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)，可將追蹤方法分成手動(dòng)、自動(dòng)兩種，通常在對(duì)素材追蹤上都是采用自動(dòng)追蹤，在追蹤結(jié)束后如果有系統(tǒng)沒(méi)有覆蓋到的地方再進(jìn)行手動(dòng)補(bǔ)充。在傳統(tǒng)的影視制作過(guò)程中都是通過(guò)人工依次取樣，這種工作方式不僅繁瑣，效果也得不到充分的保障。而自動(dòng)化追蹤則省去了人工繁瑣環(huán)節(jié)，對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別和提取，大大減輕了人工勞動(dòng)力，在后續(xù)進(jìn)行手動(dòng)補(bǔ)充時(shí)工作量比較小?；旧显谟耙曋谱髦卸紩?huì)同時(shí)使用兩種追蹤方法，因?yàn)檫@兩種方法之間相輔相成，雖然都不是十全十美，但當(dāng)兩者結(jié)合后則可以達(dá)到較為完美的追蹤效果③。

（三）解算

在對(duì)運(yùn)動(dòng)追蹤結(jié)果進(jìn)行結(jié)算的時(shí)候，3D攝像機(jī)和真實(shí)攝像機(jī)完美匹配，兩者的運(yùn)動(dòng)軌跡是完全一樣的。如果真實(shí)攝像機(jī)所提供的視點(diǎn)需要進(jìn)行追蹤，而3D攝像機(jī)提供的視點(diǎn)則是3D場(chǎng)景，可以不對(duì)其進(jìn)行追蹤。假設(shè)最終解算的結(jié)果正確則會(huì)在3D攝像機(jī)中生成和圖像上一樣的特征點(diǎn)。然而在實(shí)際結(jié)算過(guò)程中的最終結(jié)果往往存在差異，差異值的單位是像素。比如把3D解算標(biāo)記轉(zhuǎn)移到2D圖像當(dāng)中，與之相對(duì)應(yīng)的2D追蹤點(diǎn)相差五個(gè)像素，差異值就等于五。若差異值在1像素以內(nèi)，那么也可以使用該結(jié)果，若超過(guò)1像素就應(yīng)重新結(jié)算。在結(jié)算時(shí)使用的模式一般是全面反求，也就是指對(duì)追蹤點(diǎn)加以結(jié)算，計(jì)算出攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡。在對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行解算之前，會(huì)要求選擇攝像機(jī)類(lèi)型，在影視制作時(shí)通常選擇自由攝像機(jī)，這更符合影視制作要求，也更能體現(xiàn)運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

（四）導(dǎo)出攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)路徑

導(dǎo)出時(shí)需提前選擇導(dǎo)出路徑，結(jié)合運(yùn)動(dòng)追蹤軟件選擇導(dǎo)出格式，然后選擇攝像機(jī)類(lèi)型。攝像機(jī)類(lèi)型主要有三種，分別是3D參考點(diǎn)不動(dòng)的情況下，攝像機(jī)動(dòng)，攝像機(jī)只做簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；3D參考點(diǎn)平移，攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)位置不變；攝像機(jī)保持不動(dòng)，3D參考點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，在具體的導(dǎo)出操作上可結(jié)合實(shí)際情況選擇。在攝像機(jī)路徑導(dǎo)出操作上只需要設(shè)置一個(gè)導(dǎo)出跟蹤點(diǎn)即可。這樣一來(lái)，不僅能夠減少運(yùn)動(dòng)追蹤軟件計(jì)算量，又可以使操作起來(lái)更加便捷。另外，也可以在導(dǎo)出過(guò)程中設(shè)置導(dǎo)出空間參考點(diǎn)、文件尺寸。

四、在影視制作中的具體運(yùn)用

（一）做好前期準(zhǔn)備工作

在影視制作中應(yīng)用運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)必須做好充足的前期準(zhǔn)備工作。比如，影視作品中需要使用技術(shù)的片段要實(shí)時(shí)記錄，記錄的內(nèi)容主要包含攝像機(jī)焦距、水平高度，鏡頭等，還要對(duì)被拍攝物的長(zhǎng)度、高度等數(shù)據(jù)清楚記錄，給后期技術(shù)應(yīng)用提供有力依據(jù)。假設(shè)可以獲得攝像機(jī)和被拍攝物的數(shù)據(jù)就可以給后期技術(shù)使用提供幫助。但需注意的是，因?yàn)樵趯?shí)施跟蹤工作時(shí)所拍攝到的所有數(shù)據(jù)并不一定都有用，因此在拿到素材后的第一時(shí)間就要展開(kāi)評(píng)估工作，隨后再正式追蹤。工作人員需對(duì)攝像機(jī)的焦距等信息進(jìn)行檢查，結(jié)合視頻當(dāng)中的地平線位置預(yù)估出算攝像機(jī)和地面之間的大致距離④。同時(shí)，根據(jù)被拍攝物的圖像序列結(jié)合攝像機(jī)型號(hào)得出焦距、膠片背板大小等參數(shù)，便于后期更好的展開(kāi)追蹤工作。

（二）導(dǎo)入素材

在導(dǎo)入視頻前需將視頻打開(kāi)檢查屬性，確定準(zhǔn)確無(wú)誤之后再按OK鍵實(shí)施導(dǎo)入。在導(dǎo)入窗口中可以定義攝像機(jī)的具體運(yùn)動(dòng)方式，將運(yùn)動(dòng)方式下拉后會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)選項(xiàng)，分別是Free Move、Nodal Pan。前者代表攝像機(jī)自由移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，后者表示攝像機(jī)為固定位置，只能做水平或搖晃拍攝，無(wú)法旋轉(zhuǎn)和自由移動(dòng)，相當(dāng)于把攝像機(jī)放在三腳架上進(jìn)行拍攝。在運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)下的影視素材幀速率一般都是不帶場(chǎng)視頻，因此就可以把每秒的幀數(shù)設(shè)置為30幀，設(shè)置為無(wú)場(chǎng)。在導(dǎo)入素材之后就可以按下off鍵實(shí)施跟蹤。在素材全面導(dǎo)入后根據(jù)拍攝之前的標(biāo)記點(diǎn)添加手動(dòng)跟蹤點(diǎn)，通過(guò)設(shè)置手動(dòng)追蹤點(diǎn)能夠使運(yùn)動(dòng)追蹤軟件強(qiáng)制性追蹤。在完成該步驟后再點(diǎn)擊追蹤工具對(duì)圖像序列展開(kāi)追蹤，運(yùn)動(dòng)追蹤軟件會(huì)彈出對(duì)話框，這時(shí)就可以在對(duì)話框中重新設(shè)置參數(shù)，應(yīng)確保追蹤點(diǎn)數(shù)和影視制作需求相符。如果追蹤完成畫(huà)面中就會(huì)顯現(xiàn)追蹤點(diǎn)，隨后就可展開(kāi)計(jì)算，點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕后運(yùn)動(dòng)追蹤軟件會(huì)自動(dòng)化追蹤，實(shí)現(xiàn)影視制作數(shù)字化。

（三）導(dǎo)入追蹤文件

追蹤文件的導(dǎo)入環(huán)境是3D Max，在Boujou中輸出一個(gè)腳本文件后使用utilties/maxscript/run scipt展開(kāi)運(yùn)行。緊接著將攝像機(jī)的場(chǎng)景進(jìn)行導(dǎo)入，此時(shí)需要將攝像機(jī)視圖背景顯示開(kāi)啟，在對(duì)應(yīng)的菜單欄當(dāng)中選擇“視圖/視圖背景”，在對(duì)話框中選擇“匹配位圖”，右邊則選擇“顯示背景”與“動(dòng)畫(huà)背景”⑤。隨后再點(diǎn)擊File開(kāi)啟序列幀，在“選擇背景圖像”所彈出的對(duì)話框當(dāng)中選擇“序列”，兩次單擊就可以實(shí)現(xiàn)追蹤文件導(dǎo)入了。在完成這些步驟之后，為了檢驗(yàn)是否成功導(dǎo)入，可以拖動(dòng)滑塊，如果成功導(dǎo)入就可以看到3D攝影機(jī)將所有的運(yùn)動(dòng)軌跡全部重現(xiàn)了。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)在影視制作中有著廣泛的應(yīng)用，主要在廣告、電視劇、電影等領(lǐng)域中有所體現(xiàn)。運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)的流程包括導(dǎo)入素材、追蹤、解算、導(dǎo)出攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)路徑。運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)的融入減少了影視制作人工勞動(dòng)力投入，為創(chuàng)造出符合當(dāng)代觀眾審美的影視作品提供了有力支持。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，需做好前期準(zhǔn)備工作，導(dǎo)入相關(guān)素材和追蹤文件實(shí)施運(yùn)動(dòng)追蹤。

注釋?zhuān)?/p>

①李文靜.運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)在影視制作中的應(yīng)用研究[D].西安:陜西科技大學(xué),2012.

②劉兵.運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)在影視動(dòng)畫(huà)制作中的應(yīng)用探析[J].電視技術(shù),2018(010):46-49.

③劉兵.運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)在影視動(dòng)畫(huà)制作中的應(yīng)用探析[J].電視技術(shù),2018(10):53-56.

④周月洋.AE運(yùn)動(dòng)跟蹤在影視后期中的介紹及應(yīng)用[J].電腦迷,2017(03).

⑤牛敬德.運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)在影視動(dòng)畫(huà)制作中的應(yīng)用分析[J].創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實(shí)踐,2020(05):149-150.