影視特技制作中攝像機跟蹤反向求解技術研究

一、攝像機軌跡反求

攝影機技術反求使用的基本原理：計算機通過所拍攝的畫面圖像素材中若干個清晰點的記錄，得到原始景物在三維坐標中左右、上下、縱深關系，進而通過變化的場景空間關系反求計算出攝像機的運動軌跡，以及鏡頭焦距等參數。

攝像機跟蹤反求作用：由于以前的電影創作過程中所拍攝的素材或者合成場景過大、過于復雜，無法使用藍幕或者綠幕，但需要對影像進行處理修飾，分離出所需要的影像。而通過這種技術我們可以解決運動鏡頭中所拍攝素材與計算機三維模型之間的匹配問題，從而達到一種新的畫面形式感。如圖-1中，畫面1是通過在綠幕中的固定亮點用跟蹤軟件反求計算出攝像機的運用軌跡；畫面2與3是在三維軟件中根據記錄有效的跟蹤點與攝像機的運動，給畫面中的人物匹配數字三維場景效果。

（圖-1）

攝影機技術反求所運用的條件：1、技術條件與制作成本的限制，沒有使用Motion Control將攝影機的運動軌跡記錄下來。2、拍攝場景比較復雜，比如，在所航拍整個城市高樓上增加某個虛擬的物體，這就不可能用Motion Control，因為它對所拍攝空間有一定的限制，也不可能用真實模型。這樣的場景合成只能通過跟蹤、手動摳像、攝像機反求來完成。

二、跟蹤

攝像機軌跡反求的核心是跟蹤技術。跟蹤技術不僅用于合成，而且適用于需要局部調整影調色彩的畫面。通常情況下我們對畫面中邊緣明確的物體進行自動跟蹤，否則需要人工調整跟蹤的軌跡，或者是人為的在藍綠幕中設置一些明顯的標記點。這些標記點通常在幕布上貼上一些等距的點或者等分線，標記之間通過測量保持間距相等，而且也可用不同顏色和英文字母加以區分，其目的是為了可參照調整攝影棚里的空間比例大小關系與三維場景中的比例關系相一致。

當前專門進行攝像機跟蹤反求常用的軟件有3d-Equalizer、boujou，并且在許多合成軟件中也具備一定的跟蹤功能。

三、攝影機技術反求難點與擬解決方案

技術難點：1、相對昏暗的畫面，無清晰點可追尋。2、不可避免過大抖動的畫面。3、針對畫面中依附于人物某些道具的運動變化的跟蹤。這些情況都會給拍攝條件帶來一定的限制。擬解決方案：對于這些問題，我們首先思考不管環境如何都需要在場景中設置必備的清晰的標記點。通過在陰暗的區域增加熒光燈，這樣既不影響環境，在畫面中也有清晰點可尋；大幅度抖動畫面我們可以通過分類多次跟蹤標記點的方式進行解決；下面我們通過案例來分析在第3點條件下的解決方案：

圖-2中，給運動鏡頭中人物增加機械臂與武器。在此測試的制作過程前我們先思考幾點：1、人物是運動的，鏡頭的景別角度也是有變化，通常這給我們畫面合成匹配帶來一定的困難；2、如何設置添加標記點。

（圖-2）

首先設定跟蹤標記點，攝像機的運動軌跡可以通過場景中可清晰的固定點或者自身在某些地點設定，如圖-3，紅色箭頭指定的是場景中人為地設置一些明顯的跟蹤標記點，黃色箭頭指定的是人物的跟蹤點，標記點的顏色設置要突出明顯，在此案例中由于人物的著裝是黑色，所以我們在其衣服上設定白色的標記點；對于地面我們放置幾個黑色的標記點。人物身體上標記點的位置通常是關節位置，可以通過人物身體部分至少三個控制點計算出其身體位置變化，從而定義其身體所增加虛擬部件的空間關系。如圖-4。

（圖-3）

（圖-4）

針對人物身上所貼一系列關節點，同時進行多角度的拍攝，導入到跟蹤軟件中進行精確的定位，如圖-5三個不同視角同時進行人物右肩部位點運動路徑的跟蹤計算，按照這種方式進行多點、多角度的準確定位；如圖-6綠色圓錐點是人物身上運動點的路徑捕捉記錄，藍色圓錐點是對地面點的路徑捕捉，藍色圓錐點的路徑記錄能計算出攝機的運動軌跡，而綠色圓錐點能計算其任務身體的變化。

（圖-5）

（圖-6）

將這些點的路徑變化導入三維軟件中，與所創建的三維模塊進行精確匹配如圖-7，將完成的三維模型素材導入原始素材中進行合成與校色，包括對于畫面中標記點的去除，從而完成較為復雜的人物跟蹤匹配合成技術。

（圖-7）

在這個數字化時代人類拍攝電影已經不滿足于簡單形式的記錄，需要將畫面分離出所需要的影像，進行重新的構件來再現新的視覺影像內容。并且隨著CG跟蹤技術等影視創作技術的不斷完善，未來的影視創作必將帶來新的變革，演員的表演將在綠幕下完成，虛擬場景與人物的合成技術逐步成熟與完善，使影像的表現更為豐富與多樣性。