电影中的虚拟现实技术

电影中的虚拟现实技术刘婷（G11软件工程（服务外包）1122102031）VirtualrealitytechnologyinmovieLiuTing（DepartmentofInternationaleducation,JIT,Nanjing,China）Abstract:Humansocietyisprogressingunceasingly,asanessentialpartofmodernlife,thefilmisdoomedtodevelopunceasingly.Today,althoughmostpeopleareunfamiliarwiththeconceptofvirtualreality,ithadalreadymetwiththepeople.InCammeron’sfilm“Avatar”,peoplecanseefloatingmountains,denseforestsandsoon.Allofthesehadusedthevirtualrealitytechnology.Keywords:movie;virtualrealitytechnology;application摘要：人类社会在不断进步，作为现代生活中必不可少的一部分，电影注定要不断地发展，在今天，虽然对虚拟现实的概念还不甚熟悉，但实际上它早巳和人们见面，卡梅隆巨作《阿凡达》里漂浮的山脉，茂密的森林，都是虚拟现实技术的功劳。关键字：电影;虚拟现实技术;应用曾经，我们以为《哈利•波特》、《变形金刚》带给我们的视觉享受巳是极限，确不曾想，当《阿凡达》来袭，我们才发现，从前的那些不过尔尔，原来我们还可以看到这样的世界：漂浮的山脉，深悠莫测的原始丛林，光影交织的场景人物。当人们戴上眼镜，就恍如进入了另一个星球，一个卡梅隆为我们编制的虚拟星球。这时候，虚拟现实技术才算是步入大众视野并被越来越多的人所了解。1虚拟现实技术概述虚拟现实的概念最早由美国的兰尼尔（J.Lanier）于1989年提出。而“虚拟现实技术是由交互式计算机仿真组成的一种媒体，能够感知参与者的位置和动作，替代或者增强一种或者多种感觉反馈，从而产生一种精神沉浸于或者出现在仿真环境（虚拟世界）中的感觉。”【1】。虚拟现实技术是一门综合性技术，她涵盖了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术。她通过模拟人的听觉、视觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互。虚拟现实技术的特性有以下几个方面：（1） 交互性：指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。（2） 构想性：又称为自主性，强调虚拟现实技术应具有广阔的可想象空间，用户可以自由发挥，随意构造客观不存在甚至是不可能发生的环境。（3） 多感知性：指除了一般计算机所具有的视觉感知外。虚拟现实系统还有听觉、力觉、触觉、味觉、嗅觉等感知能力。(4)沉浸性：虚拟现实系统所创造的环境能使操作者具有“(4)的感觉，用户作为虚拟环境中的一员存在于虚拟环境之中，就就如同于生存在现实世界中一样。由此可见，虚拟现实并不是一幅图像、画面或一种声音，而是一种“体验”。也可以说，它就是把人置身于一个由计算机创造出来的虚拟世界中的一种技术。2电影制作中应用的虚拟现实技术3D虚拟影像撷取摄影系统3D虚拟影像撷取摄影系统是由詹姆斯•卡梅隆和文斯•佩斯共同开发出来的。这种系统使用两台索尼HDCF950HD摄像机来创造出具有立体实感的环境，使观众在享受更强更动感的立体效果额同时又不会感到头晕。该系统在2003年被卡梅隆第一次运用到IMAX电影《深渊幽灵》中。随后罗伯特-罗德里格兹在《非常小特务3D》和《立体小奇兵》中都使用了这项技术。此外最近绝大部分3D电影也都是采用这种方法拍摄的。【2】“动作捕捉”技术动作捕捉也称Motioncapture，是指在运动物体的关键部位设置跟踪器，由Motioncapture系统捕捉跟踪器位置，再经过计算机处理后向用户通过可以在动画制作中应用的数据。这项用于动画制作的运动捕捉技术的出现可以追溯到20世纪70年代的迪斯尼，他们就曾试图通过捕捉演员的动作以改进动画制作效果。再后来，诸多作品如《丁丁历险记》、《光荣使命》、《阿凡达》也大量使用了该技术，特别是在《猩球崛起》中，这项技术更是被运用到了极致。“表演捕捉”技术“表演捕捉”技术与普遍运用的“动作捕捉”技术非常相似，其区别在于前者能够完全捕捉演员的肢体动作甚至于面部表情，将真人演出影像与电脑动画结合，令动画人物的造型与表情更像真人，使影片更富于立体效果及色彩层次，演员亦可以自由套进不同角色中，与不同身份的角色结合。【2】表演捕捉可同时在录制过程中以三维特效的形式，将多名演员的面部表情及肢体行为真实的再现出来，并通过完善的数字摄影系统提供全方位的拍摄信息，最终使创造出来的虚拟角色在形似之中更添神似。“表演捕捉”技术同样为各大导演所钟情，例如杰米克斯的《极地特快》、《贝奥武夫》、卡梅隆的《阿凡达》等。2.4虚拟摄像机虚拟摄像机是计算机内动画软件假设的摄像机，它是用于计算机二维或三维环境下制作动画时表现视点的一种工具，专门用来复制实际摄影机的一切运动。而且，相较于现实世界中拍摄实际景物的摄像机，它有诸多优点。首先，它可以不受实际环境的任何约束。作为设备，它实际上是不存在的，它没有大小尺寸的概念。如果需要的话，它甚至可以从一个针孔中“穿越”过去。其次，它不存在运输过程中要借助复杂的包装来防止震动，它可以用任何速度到达任何地方。最后，虚拟摄像机也没有光学镜头，不必担心场景中光量够不够、光线对镜头光孔的影响以及对片速和景深的影响等问题。因为虚拟摄像机没有自然界附加给它的约束，所以它几乎可以做任何事。【3】目前，这种技术巳被电影制作人员运用在计算机动画制作的怪兽、太空飞船以及不同时代的建筑物、交通工具和服饰的复制等方面。例如《人工智能》、《阿凡达》、《猩球崛起》等。3电影表现中的虚拟现实技术3.1环幕电影环幕电影是借助新的科技手段而产生的一种新的电影形式，其特点是电影画面特别大，银幕包围观众厅整整一圈，观众可以站在场地中央随意观看。这种形式的电影是9台摄影机同步全景角拍摄的，再由9台放映放在环形银幕上进行同步放映，形成一个360度的全景式画面。在观看环幕电影时，观众被360度的画面和多路立体声所包围，从而产生一种不寻常的强烈感受。观众会不自觉地感到自己就是电影所表现的环境中一员，并随着电影镜头的变化而产生不同的情绪反映。比如你会感到自己坐在湖中的游艇上，眼看前面的船只向你直冲过来，不由得倾斜身体避开，但见船只擦身而过，掉头朝后看时，它巳在远方的湖面上渐渐消失，使你感觉到不是画面在动，而是你自己在朝前走。观众与画面情景交融，正是环幕电影的魅力所在。环幕电影作为一种能显著扩大观众视野的电影形式，能使风光记录影片，旅游影片具有独特的艺术魅力。随着科学技术的不断进步，为了使环幕电影技术装备简单化、轻便化，环幕电影系统所用胶片条数有进一步减少的趋势，其声画质量必将不断提高，我们也将获得更好的视觉享受。3.2球幕电影球幕电影，又称“圆穹电影”或“穹幕电影”它是20世纪70年代出现的一种大银幕电影。球幕电影拍摄及放映均采用超广角鱼眼镜头，观众厅为圆顶式结构，银幕呈半球形，观众被包围其中，视银幕如同苍穹。由于银幕影像大而清晰，自观众面前延至身后，且伴有立体声环音，使观众如置身其间，临场效果十分强烈。目前，穹幕电影巳成为进行科学研究和科学普及的理想工具，特别是在太空、海洋、军事、大气物理等科学领域里，更能发挥出它显著的优越性。在穹幕电影院里，座位一般是设计成躺椅形式，这样，观众仰望穹顶就不用费劲，能非常舒服地观看。在我国，巳有几座穹幕影院，其中最有代表性的是北京中国科技馆穹幕影厅，该厅于1995年8月建成，银幕直径27米，有500个座位。巳经放映过美国70mm的影片《大峡谷》和《飞向太空》。3.3激光3D放映很多影院为了省钱，总会调低放映机灯泡的亮度，导致人们3D观影体验十分糟糕。而随着激光技术的引入，3D“暗黑”时代将被终结。那么，相较于传统放映技术，激光放映又有什么长处呢？第一，它可以大大减少维护成本，节省影院开支。采用新的技术，可能会让人想到高昂的更换成本，事实上恰恰相反。使用传统投影机，我们一年至少需要更换一次灯泡。而激光属于冷光源，在使用的过程中发热量不大，温度非常低，其寿命可达20000小时以上，是传统投影机使用寿命的10倍以上。不管是1万流明还是5万流明的激光投影机，其光源寿命都能达到20000小时以上，真正可以做到长期免维护使用。【4】这样在使用过程中不仅免去了繁琐的维护工作，还大大降低了成本，并且提升了影院的档次和性价比，一举数得。第二，能够带来更为亮丽的视觉享受。由于传统投影机采用的是汞灯或氙灯做为光源，汞灯和氙灯由于光谱带宽太宽，导致其红、绿、蓝三基色不够纯正，所以在合成图像的时候有很多种颜色都无法表现。因此，传统投影机只能表现自然界中30%左右的人眼可识别色彩，致使另外70%的色彩无法通过传统显示让我们感知。技】而激光的光谱带宽窄，若采用红、绿、蓝三基色激光作为光源，可以实现自然界中60%以上的人眼可识别色彩，是传统投影机的2倍以上，能够再现最真实、最丰富、最鲜艳的色彩。同时，由于激光光源具有卓越的灰度表现方面能力，在放映3D时能更加突出图像的层次感，带来更强的3D立体效果。给观众一个更加色彩斑斓的世界。第三，能够实现最高亮度。激光是高纯度的光，在数字电影放映机上，激光的光能量100%被利用，在同样一台投影机、同样的光通量输出下，使用激光光源产生的视觉亮度是灯泡光源的1.3倍以上。【4】这样，哪怕是在白天，观众也能享受到色彩绚丽、赏心悦目的优质画面。3.44D电影科技总是在不断发展，3D电影巳经满足不了人们视觉享受的需求。4D电影步入了人们的视野。所谓4D电影。即是由三维立体电影和周围环境模拟而组成一个四维空间。它是在3d立体电影的基础上加环境特效、模拟仿真而组成的新型影视产品，通过给观众以电影内容联动的物理刺激，来增强临场感的效果。当观众在看立体电影时，顺着影视内容的变化，可实时感受到风暴、雷电、下雨、撞击、喷洒水雾、拍腿等身边所发生与立体影象对应的事件。让观众身临其境，享受到电影中的惊险刺激。4D影院最早出现在美国，如著名的《蜘蛛侠》、《飞跃加州》、《T2》等项目，都广泛采用了4D电影的形式。4D电影在国内也得到了飞速的发展，画面效果和现场特技的制作水平都有了长足的进步，先后在深圳、北京、上海等地出现了几十家4D影院。这些影院大都出现在各种主题公园（乐园）、科普场所中，深受观众和游客的喜爱。4结语作为2O世纪最具影响力的传播媒介。电影在近百年的与观众面对面交流历史中。本能地感受到观众在影院产生的欲望，是希冀电影媒介构造一个能够满足其潜意识梦幻的世界，因而，在这样一种动力驱使下，其技术发展呈现出超越自身技术体系能力的跳跃性探索，它几乎在互动、多感知、沉浸式体验几个空间向度上同时展开虚拟空间的构造。我们有理由相信，在将来虚拟现实技术会被越来越多的应用到电影制作中去，给观众带来一个有一个惊喜，我们更相信，科技在不断进步，更多超越虚拟现实技术的技术将出现在大众的视野中。致谢寸原来只是知道一昧惊叹电影中瑰丽的景色，而不知其所以。现在完成这篇论文，才知道那样的场面，需要多少技术的支持，非常感谢能有一次机会，能让我自己去寻求答案，领略IT的风采，这也让我对今后专业的学习更