随着《阿凡达》的成功，越来越多的人开始关注3D电影，本文基于3D业内领先企业Autodesk公司发布的白皮书，与大家一起探讨支撑《阿凡达》成功的关键技术之一: 虚拟电影制作技术。希望借此文扩展思路，用创新的、革命性的眼光，去欣赏新兴的虚拟成像技术，与业内外朋友一起探索和开创全新的视觉成像系统在3D电影和动漫游戏中的应用！

序言
    虚拟电影制作正在改变电影人的制片方式，并帮助电影团队创作高质量的娱乐产品。最新的3D软件、游戏和动作捕捉技术，让电影团队能够开创性地、更直观地交流创意理念，避免风险、消除困惑，将制作过程的未知因素尽早浮现。

    通过 【虚拟电影制作】，我们能够优化整部电影制作流程，让电影更有创意，并保证更多的预算转化到最终的大荧幕呈现上。这也是如今所有技术的共同宗旨___所有硬件和软件都致力于：确保导演的创作理念融入到整个电影的制作过程中。”Chris Edwards，The Third Floor-Previs Studio CEO.

                  图 1.虚拟电影制作运用实时3D软件技术

回顾历史

    电影制作过程持续进化，新技术的涌现促使更多形式的创新。如今，数字技术的使用正在蔓延到整个电影圈。从下面几个历史性事件中，我们可以找到蛛丝马迹：

    其一，80年代末引入的非线性编辑系统（NLE），从根本上改变了所有编辑工艺。

    其二，高分辨率拍摄整部电影成为现实（高性价比）。这为数字中间片技术（Digital Intermediates）的发展铺平了道路，改变了电影色彩分级的方法。

    现在，虚拟电影制作是作为一项技术变革，影响着电影制作整个专业团队。但是为什么它如此重要？因为电影越来越多地使用电脑模拟人物和视觉特效。导演希望布置场景或指导演员表演，不论他们是真实的还是虚拟的。

虚拟电影制作技术的应用

    虚拟电影制作（Virtual MovieMaking）是数字技术应用到电影制作中带来的一次新的变革。它使原本繁琐，复杂，疏离的数字流程变得更具互动性和身临其境之感，并让电影制作人可以亲自驾驭这些流程。虚拟电影制作技术改进了动作特效制作流程，摄像机的移动轨迹可以预设和实时测量。导演可以看到最终的镜头画面（包括添加的视觉效果），进而直接的、实时的指导演员表演和电影拍摄。虚拟电影制作技术另一个重要应用，是让一流的电影制片人在影片开始正式的生产之前，可以提前设计和浏览虚拟影片，避免错误和重复工作。

    虚拟摄像机已经受到很多先驱导演的青睐，比如詹姆斯.卡梅隆的《阿凡达》，史蒂芬.斯皮尔伯格和彼得.杰克逊的《丁丁历险记》，罗伯特.泽梅基斯的《圣诞颂歌》等。这些导演搭建了专门的虚拟摄影棚进行电影拍摄，未来会有更多摄影棚将具备虚拟摄像的功能。

    虚拟电影制作技术提供了空前的创造性，深刻的影响着电影制作工艺。

虚拟电影制作技术

    虚拟电影制作技术整合了电影和游戏产业中不同类型的技术和制作流程，并创新出一种全新的、超越各个流程简单相加的、更具交互性和创造性的工作流程。

    虚拟电影制作的核心组件包括：尖端的输入设备——可以不通过键盘鼠标而直接把数据输入到电脑程序，先进的动作捕捉系统，虚拟摄像套件和实时显示系统。

    导演可以使用一个跟摄影机类似的装置来控制电脑中的虚拟摄像机，摄像机的运动和演员的表演被运动捕捉设备捕捉，结果实时的显示在电脑或者虚拟摄像机的屏幕上，这可以让导演和摄制人员实时的、直观的指导数字表演，就像他们在拍摄真实电影时所做的一模一样。

    虚拟制作流程由运动捕捉系统、实时表演捕捉、实时3D动画引擎、Art Directed 3D Assets、视觉预览、立体3D 和后期制作等部分组成。下面为大家详细介绍下运动捕捉成像系统。

运动捕捉成像系统

    任何虚拟制作流程的核心都是摄像机系统，摄像机系统包括两个关键组建：一个虚拟摄像机，一个控制虚拟摄像机的设备。最基本的虚拟摄像系统使用标准电脑外设（鼠标和键盘）控制虚拟摄像机。高级一点的系统则使用更加专业的设备或者追踪系统，操作员就可以像操作真实摄像机一样去操作虚拟摄像机。根据使用者的偏好，这种控制器还可以是一个游戏操纵杆、平板取景器或者一个真正的摄像机。

    在很多案例中，操作人员通过在一个追踪空间中操作控制器来控制虚拟摄像机。追踪空间由追踪传感器（动捕相机）的视场的叠加而成，在这个空间中，控制器细微的运动方向和姿态都能被精确捕捉。这些运动数据被计算机解读，然后据此精确的控制虚拟摄像机模仿控制器的动作。这种追踪传感器（动捕相机）和控制器就是运动捕捉系统。

    更高级的系统结合了其他技术来提升精确度。比如Insight VCS系统，是采用了先进的被动光学式CCD相机作为传感器，CCD相机上的FPGA模块还可以进行实时计算，虚拟摄像机控制器的运动可以被精确到亚毫米，细微的动作也可以被精确记录下来。

    用来控制虚拟摄像机的装置可以被完全定制，以适合导演的工作方式。不仅是可以有不同的物理形状，每一个设备都可以按照操作者习惯自定义按钮、把手和其他控制方式。摄像机特性的用户自定义设置可以很简单，比如使用用户友好界面的软件来修改和设定不同的CG参数。相机参数也被整合进了软件进行驱动，如实时3D动画软件Autodesk MotionBuilder。这些软件通过摄像机输入信号做出相应反应，可以让导演拥有全部的摄影控制权，完成他们的CG虚拟世界拍摄体验。

                           图2所看即所得

    虚拟摄像系统不但重建了传统摄像机的全部功能，而且它也提供了额外的超越传统摄像机的能力，使得导演的创意可以超越传统摄像机的物理限制。例如，虚拟摄像系统预览的场景范围可以被设置成任意的尺寸，使得导演可以看到一个缩小的全景模型图，方便浏览和决策。一旦一个具体的拍摄地点和摄像机路径被设置好了，摄像机就可以回归到场景正常的尺寸进行拍摄。这种随时设置场景范围的功能，只是虚拟摄像机的众多功能之一。

                             图3 虚拟摄像机

    运动捕捉技术发展很快。每天都有新的系统出现，提供了更高的灵活性、更低的成本。近几年来，运动捕捉系统的价格已经迅速下降，技术水平有所提升。几年以前，即使最基础的系统也是复杂、笨重，昂贵的，安装使用都很不方便。现在，新一代的动作捕捉系统，如OptiTrack系统，变得紧凑小巧、易于使用、灵活配置，性价比更高，一套基础系统只需要几千美元的价格。

展望

    虚拟电影制作日益盛行，越来越多的电影专业人士开始熟悉最新的技术；可以预见，电影制作的各个阶段都将更广泛的应用虚拟成像技术。所有部门都从实时、沉浸式数字技术中获益非凡；每一个参与虚拟电影制作的专业人员和观众一样，都为技术带来的巨变兴奋不已。

    凌云引入的InsightVCS虚拟摄像机，可以让一些小型的制片商迅速开始虚拟创作，不用担心昂贵的运动捕捉设备价格。首先让更多的团队能够创作出迎合制作需求的创意性极高的作品，持续应用先进技术，推进技术的更具规模化和更加易用，培养大批创意人员能够成熟运用虚拟成像技术。

    伴随电视、游戏和手机行业的发展，互动设备、图像图形处理和超强功能软件的研发全面加速。这将推进电影制作领域更多技术瓶颈的攻克和进步。从小型的便携式虚拟捕捉到一个完整的大规模制作，更多的模块化动作跟踪系统的出现，让我们有理由相信虚拟电影制作技术将会更易于使用、更加便宜、生产出更高质量的实时效果，虚拟电影制作技术的明天将更加宽广而灿烂！