基于Nuke的深度圖像合成

魏 玲（撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧撫順，113122）

基于Nuke的深度圖像合成

魏 玲
（撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧撫順，113122）

深度圖像比一般的RGBA圖像能夠存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)信息，并且能直接反映物體表面的三維特征，且不受光照、陰影和色度等因素的影響。本文主要介紹了深度圖像以及深度圖像合成的概念，然后講述了在3ds Max中使用VRay3.0渲染器設(shè)置并渲染出Deep EXR圖像，在Nuke中進(jìn)行深度合成的實(shí)例。

深度圖像；三維特征；3ds Max；Deep EXR圖像

1 什么是深度圖像

在3D計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，深度圖像指從觀察的視角看去，圖像所包含信息與場(chǎng)景物體表面距離相關(guān)的一種圖像或一個(gè)圖像通道。假設(shè)圖像深度值的變化方向（即攝像機(jī)拍攝方向）與所需要描述的三維場(chǎng)景的視場(chǎng)方向Z方向相同的話，那么就能夠很容易地描述整個(gè)三維場(chǎng)景，因此，深度圖像也稱為距離圖像。與彩色圖像相比，深度圖像能直接反映物體表面的三維特征，且不受光照、陰影和色度等因素的影響。在局部空間范圍內(nèi)當(dāng)不需要顏色域信息時(shí)，深度圖像可以代替雙目成像。

1.1根據(jù)深度圖像的定義，可以得到深度圖有如下兩個(gè)性質(zhì)

1.1.1顏色無(wú)關(guān)性。該性質(zhì)表明深度圖像與彩色圖像不同，不會(huì)有光照、陰影、以及環(huán)境變化的干擾。

1.1.2灰度值變化方向與視場(chǎng)Z方向相同。該性質(zhì)表明，利用深度圖像可以在一定范圍內(nèi)重建3D空間區(qū)域，并且可以在一定程度上解決物體遮擋或同一物體各部分重疊的問(wèn)題。利用該特性，即使2個(gè)物體有遮擋部分，物體前后關(guān)系在深度圖中產(chǎn)生的距離差別，即灰度值的分層性，也可以用某個(gè)閾值將遮擋物體或者同一物體的不同部分分割開(kāi)來(lái)，這是可見(jiàn)光圖像無(wú)法做到的。

深度圖像比一般的RGBA圖像存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)，基于每個(gè)像素上有不透明不同層度的深度信息。深度圖像合成不僅僅是處理大氣霧或者云煙等的合成解決方案，盡管現(xiàn)在一般圖像的合成流程已經(jīng)很成熟，但是深度圖像合成將來(lái)是趨勢(shì)。

2 什么是深度圖像合成

深度圖像合成是一種新的渲染合成數(shù)字圖像的方法。在以前的圖像數(shù)據(jù)里面存儲(chǔ)的是顏色，不透明，而現(xiàn)在新加了Deep，這就允許在圖像深度上使用多重采樣來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像色彩的最終合成，使用這項(xiàng)技術(shù)可以避免與其他素材合成時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤的抗鋸齒效果。在以前的合成方法中，使用Z-Blurring跟Color-Correcting的時(shí)候，這些錯(cuò)誤十分明顯的，現(xiàn)在得以了改進(jìn)。深度圖像合成擁有以下優(yōu)點(diǎn)：

●優(yōu)化了合成流程，不管深度圖像使用何種格式，有一點(diǎn)是肯定的那就是它會(huì)將深度信息渲染集成到了RGBA上面。這樣的圖像格式（就像EXR格式）必將優(yōu)化合成流程。

●深度圖像更加方便或者說(shuō)更加自如的使用深度信息來(lái)調(diào)節(jié)圖像（比如使用深度信息控制霧效果，調(diào)節(jié)遠(yuǎn)處物體的飽和度低些，近處物體的飽和度高些等等基于深度的模擬大氣效應(yīng)的效果）。

●使用深度合成就不用再考慮物體遮擋了，因?yàn)橛辛松疃刃畔ⅲ疫€有不同程度的透明度，這就不必渲染輸出遮罩層了。

●The Foundry公司開(kāi)發(fā)的Nuke中的Deep 系列節(jié)點(diǎn)是基于論文研究Deep Image Compositing的結(jié)果，既然深度圖像合成理論基礎(chǔ)已經(jīng)很成熟，而且實(shí)踐上也有很多公司的寶貴經(jīng)驗(yàn)，那么深度圖像合成將來(lái)會(huì)有更多的優(yōu)勢(shì)。

●深度圖像合成最大的好處就是以更快的速度完成更高質(zhì)量的產(chǎn)品。

3 圖像合成軟件Nuke

Nuke是一個(gè)獲得學(xué)院獎(jiǎng)（Academy Award）的數(shù)碼影視后期制作合成軟件，為藝術(shù)家們提供了創(chuàng)造具有高質(zhì)素的相片效果的圖像的方法。Nuke無(wú)需專門的硬件平臺(tái)，但卻能為藝術(shù)家提供組合和操作掃描的照片、視頻板以及計(jì)算機(jī)生成的影視動(dòng)畫圖像的靈活、有效、節(jié)約和全功能的影視后期制作工具。在數(shù)碼領(lǐng)域，Nuke已被用于近百部電影、影視動(dòng)畫片和數(shù)以百計(jì)的商業(yè)和音樂(lè)電視的影視后期制作。Nuke具有先進(jìn)的將最終視覺(jué)效果與電影電視的其余部分無(wú)縫結(jié)合的能力，無(wú)論所需應(yīng)用的視覺(jué)效果是什么風(fēng)格或者有多復(fù)雜。

4 深度圖像合成實(shí)例

下面將介紹一個(gè)如何在3ds Max中使用VRay3.0設(shè)置并渲染出Deep圖像并在Nuke中深度合成的實(shí)例。

步驟1：在3ds Max中使用VRay渲染器來(lái)渲染一個(gè)渲染Deep EXR圖像。當(dāng)場(chǎng)景待渲染時(shí)，確保3ds Max中渲染器設(shè)置成Vary。

步驟2： 設(shè)置渲染采樣器為Adaptive（自適應(yīng)）或者Adaptive Subdivision（自適應(yīng)子部分）以保證渲染出一張深度圖像exr文件。

步驟3：在Frame Buffer（幀緩存器）區(qū)域中設(shè)置為VRay raw image file（圖像文件）輸出類型，并且在彈出窗口中勾選Deep EXR，如圖1所示。

圖1　

步驟4：在Render Elements（渲染單元）標(biāo)簽下，添加一個(gè)VRayObjectID的渲染元素并設(shè)置輸出類型參數(shù)為Integer（no AA）。重命名你的渲染元素是非常重要的，這里使用一個(gè)名字里面含有”.”的名稱，在這里面我們就用Mattes.i作為渲染元素的名稱，如圖2所示。

步驟5：由渲染單元VRayObjectID生成的遮罩是用來(lái)控制場(chǎng)景中每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)象的ID，由此可知，在渲染之前設(shè)置每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)象的ID是至關(guān)重要的。在這里，給每個(gè)茶壺以及它們對(duì)應(yīng)的毛發(fā)設(shè)置一組ID。最后，也會(huì)給地面設(shè)置一個(gè)ID，這樣在這里面我們就一共設(shè)置了四個(gè)ID。

步驟6：渲染場(chǎng)景生成EXR文件，慢慢等待。

步驟7：在Nuke中合成深度圖像。為了在Nuke中能夠讀取Deep EXR文件我們需要使用到DeepRead。在Nuke中使用Deep EXR的時(shí)候，我們只能夠去使用以Deep開(kāi)頭的節(jié)點(diǎn)，如圖3所示。

圖3　

步驟8：為了對(duì)中間的茶壺進(jìn)行色彩校正，事先得將節(jié)點(diǎn)孤立出來(lái)。首先，需要倍加仔細(xì)地查看節(jié)點(diǎn)的ID。將通道查看器更換為“Mattes”然后調(diào)整“f-stop”的參數(shù)，直到可以看到色差。這會(huì)更加容易地放置指針的位置。然后將指針?lè)旁谖矬w對(duì)象上，并核查它的“red channel”（紅色通道）值。本例中是2.0。

步驟9：接下來(lái)，添加一個(gè)DeepExpression節(jié)點(diǎn)來(lái)選出中間的茶壺。添加完之后，我設(shè)置圖像的RGB以及Alpha通道為下面的表達(dá)式。

Mattes.i==2 ？ rgba.red ： 0.0

Mattes.i==2 ？ rgba.green ： 0.0

Mattes.i==2 ？ rgba.blue ： 0.0

Mattes.i==2 ？ rgba.alpha ： 0.0

這里之前設(shè)置的渲染元素Mattes.i就起到了關(guān)鍵作用。i的數(shù)值為2，也就是你想要單獨(dú)選出來(lái)的那個(gè)物體的ID，如圖4所示。

圖2　

步驟10：我們使用另一個(gè)DeepExpression來(lái)把中間的那個(gè)茶壺從圖像中移除出去。添加完之后，我設(shè)置圖像的RGB以及Alpha通道為下面的表達(dá)式。

Mattes.i！=2 ？ rgba.red ： 0.0

Mattes.i！=2 ？ rgba.green ： 0.0

Mattes.i！=2 ？ rgba.blue ： 0.0

Mattes.i！=2 ？ rgba.alpha ： 0.0

圖4　

圖5　

圖6　

把表達(dá)式中間的i==2改為i！=2我們就完成了一次反向選擇，如圖5所示。步驟11：添加個(gè)DeepMerge節(jié)點(diǎn)，重新合并這兩元素，鏈接到兩個(gè)表達(dá)式節(jié)點(diǎn)輸出端，如圖6所示。

步驟12：對(duì)中間的茶壺進(jìn)行色彩校正，在加入分離茶壺的節(jié)點(diǎn)“DeepExpression”之后加入了“DeeColorCorrect”節(jié)點(diǎn)。這樣以來(lái)，色彩校正節(jié)點(diǎn)只能作用于中間的茶壺了，如圖7所示。

5 合成中的技巧

如果想要在Nuke的3D空間中查看渲染出來(lái)的元素，添加一個(gè)DeepToPoints節(jié)點(diǎn)，然后添加一個(gè)Camera，這樣一來(lái)就會(huì)把你的視圖設(shè)為3D并且可以移動(dòng)它。為了能夠正確的顯示出點(diǎn)云信息，在Nuke里面的3D相機(jī)必須跟你在渲染時(shí)候的渲染相機(jī)設(shè)置相匹配，否則出來(lái)的點(diǎn)云就會(huì)是扭曲的。

6 總結(jié)

使用EXR的Deep圖像合成有很多的好處，例如，邊緣不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤、3D的深度數(shù)據(jù)有更多的信息讓你來(lái)操作數(shù)字圖像。它也同樣存在缺點(diǎn)就是圖像文件會(huì)變得非常大，并且合成的時(shí)候速度會(huì)變慢。

［1］ 張宗華，彭翔，胡小唐.深度圖像合成的主次縫合線方法［J］.工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2001年

［2］ ［美］ Lee Lanier.Nuke數(shù)字影視后期合成［M］.人民郵電出版社，2013.

［3］ 徐建平，朱萍，田秀霞.中文版3Ds Max2010+VRay效果圖制作實(shí)例與操作［M］.中航出版?zhèn)髅接邢挢?zé)任公司，2012.

［4］ 王芳，趙雪梅.3ds Max 2013完全自學(xué)教程［M］.中國(guó)鐵道出版社，2013.

Depth image synthesis based on Nuke

Wei Ling
（Fushun Vocational Technology Institute，Liaoning Fushun，113122）

The depth image than the general RGBA images to data store more information，and can directly reflect the characteristics of the 3D object surface，and is not affected by light，shadow and color and other factors.This paper mainly introduces the depth image and the depth image synthesis concept，then describes the use of VRay3.0 render settings in 3ds Max and Deep EXR image rendering，for instance depth synthesis in Nuke.

depth image；3D feature；3ds Max；Deep EXR image

圖7