數字電影關鍵技術及后期特效制作

劉華金

數字電影關鍵技術及后期特效制作

劉華金

數字技術是電影發展新潮流，比傳統電影具有自身的特色優點，數字電影從拍攝、制作到播放，主要經歷電影片段的獲取、特效制作、發行以及播放等過程。數字電影主要通過三種方式獲取影像數據：一是傳統拍攝，然后把一般膠片通過一定軟件轉換成數字影像格式；二是數字影像資料可以通過數字錄像設備直接獲取；三是采用計算機多媒體技術制作數字圖像。影像片段后期特效制作可運用一些專業影視編輯軟件，例如Premiere或After Effects，對視頻片段加入一些特技效果、音響合成和校色等。

當代電影制作、電視拍攝、后期制作等很多方面都采用數字技術，在國際展覽會期間特別是2010上海世博會之際，各國運用數字電影技術展現本國的特色影像。以前電影在制作和存檔方面都存在很大技術瓶頸，而今數字電影技術已經突破了這些瓶頸。電影存儲可以直接通過數字技術實現，同時老舊的電影格式可以掃描通過專業軟件轉換成數字格式并直接網絡播放。

一、數字電影的關鍵技術和原理

數字電影技術很多，關鍵技術有XML/MXF數字電影封裝打包技術、圖像編碼數字技術(例如JPEG2000)、數字信息傳送技術、數字電影母版制作技術、數字電影放映和安全技術等。當前SMPTE標準是很多國家所采用的數字電影系統專業標準，這個標準有自己獨特優勢，其文件對系統內部結構組成是非常有效的，另外，系統額外功能和擴展功能標準化進一步細化，例如電影播放幀的速度率。

DCP是數字電影壓縮格式，DCI/SMPTE數字電影技術一般以DCP壓縮打包格式為核心，它是以這種模式發送給影院進行數字電影播放。DCP不是一個文件，是一套文件包，里面有字幕、聲音、圖像和一些控制加密文件等。聲音和圖像文件可以分成好幾卷存放在獨個文件里。字幕數據、聲音和圖像文件是一個整體，也可以分割成幾個片段，需要播放時由專業軟件控制按一定順序播放。

數字電影技術原理是采用數字格式存儲，即存儲“1”和“0”組合方式，對影視片段進行制作、傳送和播放。數字影視片段制作有三種途徑：一是用數字化拍攝設備直接錄制，存儲的數據直接數字化；二是通過電腦生成數據；三是用傳統方式拍攝，然后采用專業軟件進行轉換。存儲好的數據保存到電子設備中，并通過各種媒介進行傳輸，例如光纖、衛星、U盤、光盤等，到播放設備中再用專業設備把數字信號轉換成能夠播放的電影圖像和聲音。另外，數字化電影技術可以把一個很大的圖像細化成最小的元素，即像素。播放的時候，把一些像素重新還原成原始情景或圖像，能夠形成傳統攝影技術不能實現的漂亮鏡頭，在作品制作過程中可以達到更高的藝術境界。

二、數字電影技術的新特點

數字電影能快速直接進行存儲和讀取。當今，很多傳統視頻數據存儲還是用膠片或磁帶，如果用戶要讀取這些存儲的數據，必須通過放映設備進行播放才能逐個顯示里面的信息。然而，數字電影視頻是存放在一些介質中，例如存儲在硬盤、U盤、網盤中，可以直接通過電腦讀取。數字視頻流中每一個單元都可以通過直接尋址獲取，直接存取有利于視頻數據直接相互交換數據，而且有利于視頻數據直接檢索和瀏覽。

數字電影技術具有很強的抗外界干擾能力。傳統的電影音頻對外界抗噪聲能力非常差，每次視頻片段拷貝一次，電影片段的雜音噪聲就會增加，視頻的質量就會下降，有時一些視頻片段內容也會丟失。采用數字電影技術，視頻片段拷貝不存外界噪聲的問題，其過程也不會受外界干擾，內容保存一直很完整、很安全。另外，通過數字電影技術，可以采用糾錯碼或檢錯碼來驗證電影片段數字信息的準確性和完整性，進一步保證復制過程中的質量。

數字電影技術能夠很好地對視頻片段進行注釋和檢索。傳統的電影存儲是采用磁帶工具，其對電影內容信息檢索和注釋比較難操作，不利于準確讀取，這主要是因為注釋的數據信息不能與視頻片段一一準確對應，容易產生錯位。

數字電影技術引用有利于對視頻片段進行編輯。傳統電影視頻已經存儲在膠帶或磁帶上，如果想增加或刪除一些數據，編輯起來非常困難。一般采用的方式是對原來一些電影片段進行重新拷貝，在這過程中進行編輯、再組合，經常會耗費大量的時間、人力和物力，而且很容易造成一些數據丟失。如果采用數字電影技術，對視頻編輯可以采用一些專業軟件，例如Premiere或After Effects，不需要對視頻重新復制就可以進行非線性視頻剪輯和新的視頻創作。

三、電影片段的數字化過程

電影視頻的數字化是把傳統的視頻片段通過專業軟件轉換成計算機能夠識別的二進制編碼數字信息。數字化電影視頻在采樣過程中，通過一定頻率的時鐘脈沖來獲取傳統波形數據，從而生成一系列采樣值，因此，采樣速度就是采樣時鐘頻率。要更好地表示傳統模擬波形，就要不斷提高采樣速率。

目前經常使用的數字電影片段格式有很多種，例如MOV、MPEG、RM、AVI都是使用頻率比較高的視頻格式。其實不同的視頻格式對應著不同播放器，播放器恰當使用能提高視頻播放效果，例如Real Player工具播放RM格式視頻文件，MOV視頻文件一般采用QuickTime播放器等。傳統電影格式和數字電影格式相互轉換，其原理主要是對視頻片段進行編碼、解碼和數字壓縮處理，然后依照數字視頻片段算法原理進行編解碼成新視頻文件格式。

數字電影視頻文件播放格式主要分為網絡服務器直接播放的影像視頻和本地電腦播放影像視頻。雖然網絡服務器播放影像在播放畫面質量和穩定性方面可能存在一些缺點，經常因為網絡速度或服務器數據流量阻塞等原因，不如本地計算機播放更流暢。然而，數字電影通過網絡服務器播放，可以突破地域空間和時間維度的限制，只需要提供一根寬帶一臺電腦，或者一臺移動終端設備例如手機，觀眾可以隨時隨地觀看，極大地提高了電影傳播的普及率和受眾率。

四、電影后期特效制作

隨著后期特效技術的飛速發展，數字電影特效制作無論在質量還是速度上都取得很大進步。運用計算機技術可以合成比較復雜的電影畫面和動畫圖像，而設計開發者只需要輸入比較少的指令就能夠完成復雜動畫特效。目前運用比較成熟的軟件是MAYA動畫制作軟件，它在很多方面比3D工具更有優勢，而且可以運用到任何計算機操作系統平臺上。影視特效主要包括聲音特效和視覺特效，通過采用影視特效技術可以讓觀眾產生一種夢的幻影，夢的場景經過特效處理會非常精彩、絢麗。同時，特效采用CG特效技術，它主要有數字繪景、合成特效和三維特效等。目前國內特效處理以MAYA軟件平臺為主，REALFLOW、MAX、XSL等工具軟件為輔助。例如，在電影《魔獸》中運用CGI技術，對演員身體各種參數掃描入庫，形成數據集。通過電腦視覺技術運用產生人物角色特效，在電影《魔獸》中很多獸人角色設計臉部特效，觀眾比較熟悉的古爾丹，劇中很多獸人也進行臉部特效制作，例如德萊尼、矮人、暗夜精靈，其臉部細微表情能夠淋漓盡致地表現出來，讓觀眾產生一種共鳴，能夠非常鮮明地分辨出各種人物特征和心理表述。

（一）多點面部捕捉技術運用

運用特效軟件對電影中的人物面部細微捕捉，從而局部放大或縮小，讓觀眾產生一種心靈觸動，再配合特定場景變化，會取得常規攝影不能達到的效果。例如在《復仇者聯盟》中，綠巨人面部捕捉非常細微，產生很好的特效，通過計算機技術特效制作使電影中綠巨人面龐能夠真情流露，讓觀眾感受到電影人物動人的表情。特別是電影開始那部分場景，通過特效運用，很好地展示了主人公非常溫馨的生活場景，達到了入木三分的效果。例如在“猩球”系列電影作品中，最終呈現觀眾的角色形象是經過電腦特效師處理合成后的效果，而往往在電影中表現的各個角色人物表演也是從大量的數據庫中提取，然后經過不斷潤色形成最終作品。《魔獸》是一部成功電影作品，其實這部電影拍攝只占整個工作量的一半，另一半主要是后期特效合成和數碼潤色工作。拍攝電影角色過程中，每個獸人面部捕捉都安排兩臺攝像機完成，追蹤每個角色超過200個臉部變化圖像。然后，特效制作人員對這些面部軌跡不斷校準，形成獸人面部數據庫，從中提取達到標準的數據圖像。可以說，《魔獸》電影在特效后期制作取得非凡的成績，不僅在獸人動作特效技術比《猩球崛起》和《阿凡達》有所提高，而且在面部表情捕捉技術達到比較高的級別，電影中每個獸人眼神和表情都和現實生活中人類所呈現的無異。

電影《魔獸》劇照

（二）“動”和“靜”特效運用

在電影特效運用中，“動”和“靜”運用也是比較多的，根據劇情需要，可以呈現給觀眾危險、緊張或內心波動的情節。很多電影在動畫變化過程中所播放的是一種非現實的生物，在現實中不能找到，只能通過特效技術表現出來。例如，影片《星際穿越》中很多宇宙中星體，這些星體都是轉動著的，特定的動畫需要通過特效來合成。運用動畫特效能夠形成強烈對比度，造成一種緊張情緒，同時也調動觀眾的興趣期待和欲望釋放。“動”和“靜”是矛盾對立的，但在電影特效運用中能夠很好融合，形成豐富多彩的視覺審美效果。電影快要結束有個片段，“動”和“靜”的運用就比較成功。父親庫珀的“靜”和女兒的“動”形成強烈對比，父親一直在五維空間中保持靜默，而女兒在這空間中不斷成長。時間流逝過程中，畫面在父親“靜”和女兒“動”來回切換，動靜特效結合表現得活靈活現。這部電影動靜特效畫面對比強烈沖擊，帶給觀眾一種心靈感觸，是一次非常成功的應用。

（三）CG特效技術運用

現在電影院播放的電影作品，特別是3D、4D電影很多都采用CG技術。在電影制作全過程中，傳統外景拍攝只占30%左右，剩下大部分是運用CG技術生成虛擬環境和一些表演動作捕捉，例如《阿凡達》制作就是個很好的案例。運用虛擬技術，通過標注演員的方向和相對位置，然后把形成的數據交給計算機設備處理合成，最終合成電影場景，及時顯示在攝像機屏幕上。運用虛擬相機對電影中動作進行捕捉，不但可以拍攝演員動作，還可以捕捉舞臺上走動的效果。在拍攝過程中，現場可以安裝一百多臺攝像機，演員服裝能反射參考位置，通過這些標記位置，攝像機能夠快速捕捉演員運動軌跡。然后一百多臺攝像機捕捉的數據，形成數據庫，運用計算機專業軟件進行處理，把演員一系列的動作轉換成數字動畫集。因為捕捉數據是大量不同的，從不同角度表現不同效果，根據劇情需要可以合成需要的多角度鏡頭，最終選擇最佳的場景和運動方式。

數字技術的迅速發展，使電影藝術發生了歷史性變革，它使傳統手法無法達到的設計能夠變成現實。更為突出的是，數字技術的產生，使得個人想象力成為現實可能，能夠創造出各種藝術經典作品。電影制造者只需要準備好數字電影設備，一些編輯修改電影視頻的專業系統軟件，就能夠對數字電影進行編輯修改等再創作。這種新技術的引入，對電影藝術大眾化、審美化和玄幻化都具有劃時代的意義，必將對電影制作和市場消費產生深遠影響。這是電影藝術發展的大趨勢，我們相信會有更多更經典的數字電影作品奉獻給廣大觀眾。

劉華金，男，江西九江人，浙江越秀外國語學院網傳學院副教授。

本文系2015年浙江省課堂教改項目研究成果（編號kg2015473）。