简论特效电影《阿凡达》3D特效技术剖析

论文导读：
[摘 要] 随着科技的发展，当前世界电影的创作模式发生了翻天覆地的变化。为了满足观众越来越多的多元化需求，电影的创作已经不单单是通过宏大新颖的故事情节来吸引广大观众的眼球。各种新型科技的应用赋予了电影更大的创作空间，这其中尤以3D技术对电影的影响最为深远，它标志着电影科技属性的第三次巨大飞跃，为新的电影数字特效技术奠定了基础。本文通过解析电影《阿凡达》的创作始末，在《阿凡达》引领的3D电影发展浪潮中，带领大家走进神秘的3D电影特效技术。
[关键词] 3D技术；数字特效技术；《阿凡达》
2010年1月4日，一部带有全新技术风格的电影在中国上映，它震惊了中国观众，颠覆了传统电影在人们心目中的印象，更创造了叫人叹为观止的票房，它就是《阿凡达》。人们在欣赏电影新颖剧情构思的同时，更多的是惊叹于电影带来的视觉冲击，而带来这种视觉冲击的正是我们所津津乐道的电影数字特效技术——3D电影特效技术。《阿凡达》给电影界带来的轰动并不是“一时兴起”，其实早在1993年，导演詹姆斯·卡梅隆就已经和视觉总监斯科特·罗斯、特效大师斯丹·温斯顿共同创建了数字领域公司，要致力发展成为一家全新的 CG龙头公司，而《阿凡达》的故事梗概更是早在1995年就已经创作完成了。由此我们看出，业界人士用十年磨一剑来形容电影《阿凡达》的成功就不为过了。
3D电影特效技术就是《阿凡达》中最大的植入广告，电影的主角是由科技馆里的成像特效所扮演，然而，3D的技术核心，正如在以色列颁奖时日本的著名作家村上春树说的那样，其实就是一种欺骗。

一、何为3D技术电影

3D技术电影也常常被人们称作立体电影，3D技术电影在放映时采用两台投影机同时进行放映，并将两个投影仪的画面的相应点通过一定的方式在同一个银幕内进行完全一致、同步的播放。偏光镜是播放3D技术电影时每台投影仪的镜头前的必备之物，但两台投影仪前的偏光镜不尽相同，分别放置横向偏振片和纵向偏振片两种类型的偏光镜镜片，采用这样装置的目的在于让观众的眼睛接收到不同的银幕反射的偏振光。观众在观看3D技术电影时都要带上特别制作的3D眼镜——偏振光眼镜，并且3D眼镜镜片必须与投影仪的左右偏振方向相一致，这样通过镜片就可以过滤掉左右两边不合偏振方向的画面，只将相应的偏振光图像展现在观众眼前，即右机放映的画面只呈现在观众的右眼，左机放映的画面只呈现在观众的左眼。左右眼接收的不同画面通过大脑中枢，利用视觉差营造出远近感，这种影像分离的技术就促成了观众在观看3D技术电影时所产生的3D立体视觉效果，所以我们也把3D技术电影称之为“3D立体电影”。

二、电影《阿凡达》中3D技术的运用与突破

(一)《阿凡达》中3D技术的运用

在迄今为止世界电影史上，还没有哪部电影的制作投资能与《阿凡达》相媲美，其最终的预算成本超过3亿美金，其中3D技术的应用耗费了影片制作预算的一半以上。在我们所观赏的全部电影内容中有60%是通过电脑动画制作生成的画面，导演詹姆斯·卡梅隆采用了全新3D Fusion Camera系统来拍摄影片所需的立体画面，为了摄取极佳的3D效果，平均耗费4万个人工小时在每帧画面当中。与以往的电影相比，《阿凡达》的画面拍摄采用了卡梅隆数字领域公司的团队自主研发的3D摄影系统，这套3D摄影系统的关键组成部分就是两台索尼HDCF950HD摄像机，两台摄像机在拍摄现场就相当于人类的眼睛，为电影的取材摄取不同视角的画面。与观看3D电影的专用眼镜原理相同，每台摄像机镜头前都配有不同类型的偏光过滤镜片，画面摄取的景象通过镜头前的传输转换移除图像偏光反射的不同部分，这样拍摄的画面转换成观看的图像时就对人体的大脑“撒了谎”，造成了一种视差错觉，产生3D的立体效果。通过使用这项3D摄影系统而拍摄出来的《阿凡达》与其他电影相比不但将更具动感的立体视效呈现在观众面前，而且观众在观赏电影的同时不会再因为画面快帧递进与深层的抖动而产生头晕的现象，这套3D摄影系统的运用使3D电影可以通过摄像机直接拍摄出来变成现实。
为了《阿凡达》拍摄的需要，卡梅隆还专门开发出了虚拟摄影系统，也就是后来我们在观影时欣赏到的大气恢弘的电影场景的制作系统。其实系统的本身就是一块没有任何摆设的空地，导演通过虚拟摄影机传输出来的画面镜头对场景内演员的表演进行指挥。演员虽然只是在没有摆设的空地进行表演，但论文导读：完全地转化到动画角色的表演当中，实现了巨大突破。传统的数字特效电影在制作拍摄过程中导演无法在第一时间得到抠像后合成的视觉效果，导演詹姆斯·卡梅隆和他的研发团队通过三项技术革
通过虚拟摄影机的成像演员就如同在一个充满CG物体的虚拟空间中进行表演，而导演通过这个虚拟系统的画面进行拍摄与真实世界的电影拍摄如出一辙，导演可以根据影片的需求从任意角度进行拍摄，指挥调度场景内CG物体的表演活动，在虚拟拍摄过程中，真人表演同虚拟场景结合后产生的视觉效果将第一时间呈现在导演的面前。
在电影《阿凡达》的拍摄过程中，导演卡梅隆还采用了面部捕捉头戴设备和面部表演捕捉还原系统。影片中的纳威人是通过电脑动画加工而成的，占有影片拍摄镜头的60%，在拍摄这类镜头时，演员们戴着微缩高清摄影的帽子，身着表演捕捉服。摄影机与相关设备进行同步连接摄取演员的细微眼球活动以及面部表情，演员95%的面部资料通过该系统传输至影片数据库，进而丰富CG虚拟角色的肢体表演，整个拍摄过程中摄像机与演员的面部距离只有10厘米左右。这样精确细致的面部表情捕捉使得观众在欣赏电影震撼的3D效果同时，对于影片人物的每一个细节和每一个细微变化都做到浑然一体，让观众在感官上真真正正地体会出这些虚拟人物的真实性。

(二)《阿凡达》中3D技术的突破

影片《阿凡达》给予3D电影技术发展的最大突破在于表情捕捉系统的建立，创新制出了3D电影的Perfcap-Performance Capture Workflow 表演捕捉流程，这项技术的革新具有历史性意义。《阿凡达》在拍摄取材过程中采用了一种很小的广角摄影镜头并固定在演员表演时所佩戴的表情捕捉帽上，这样镜头就固定在了演员面部的正前方，镜头与演员脸部的追踪点相配合捕捉演员脸部的肌肉运动数据，使计算机记录下演员的表演。通过这种小的广角摄像头记录下的演员表演数据与计算机内绑定好的相应的模型进行匹配，实现表情与身体真正的双重捕捉，将演员的表演真正完全地转化到动画角色的表演当中，实现了巨大突破。传统的数字特效电影在制作拍摄过程中导演无法在第一时间得到抠像后合成的视觉效果，导演詹姆斯·卡梅隆和他的研发团队通过三项技术革新解决了这一难题。首先，卡梅隆创建了“能量”捕捉摄影棚（The Volume），它的大小相当于普通常规表演摄影棚的6倍，演员整个表演的完整细节都被位于棚顶的传感器采集收录；其次，卡梅隆创建了虚拟摄影棚（VirtualProduction Studio），演员的表演通过虚拟摄影棚与场景中的 CG 物体进行转换互动，导演通过虚拟摄影棚可以随意处理相关 CG 物体的运动并根据影片剪裁需求进行任意角度的拍摄以获取影片景象，演员在进行表演的同时，导演可以通过虚拟摄影棚同步获得自己想要表达的效果；第三，卡梅隆创建了协调虚拟摄影机（Simulcam），这项技术是整个虚拟摄影棚的核心所在，导演能够在第一时间通过拍摄现场的监视器看到拍摄所需的数字场景与演员间的组合画面，导演在影片的虚拟数字场景的背景下直接指导演员的表演，以达到影片画面最佳的效果。与传统的数字特点电影相比，这项技术的根本突破在于实时性，导演可以通过监视器直观看到演员与场景的结合画面，而不用通过后期合成制作进行修正，这样不但增大了导演在电影拍摄过程中的发挥空间，也极大提高了影片在制作完成后的播放效果，更加具有观赏性。
三、后《阿凡达》时代，3D技术特效电影发展的机遇与未来

(一)3D电影技术发展的机遇

人们观看3D电影过程就像是一种奇妙的体验，影片《阿凡达》给广大影迷带来了一种难以言表的视觉享受，画面场景中射出的仿佛在现实中与你擦肩而过，当纳威人骑着怪兽飞翔时仿佛自己也身处在天地之间，这一系列身临其境的感觉远非其他非3D类电影所能比拟的。电影《阿凡达》的横空出世，为3D电影特效技术开辟了一个崭新的发展空间，由此我们也可以看出，后《阿凡达》时代，3D电影技术将会得到更多的机遇，电影数字技术的应用和发展颠覆了传统的电影工艺、改变了电影的创作方式。在未来，传统的胶片电影的形式无论能否被3D电影技术所取代，都无法改变3D电影技术蓬勃发展这一无可争议的事实，美国在2011年就已经制定了到2015年以前消灭胶片电影的计划，论文导读：列的缺点，但我们相信，3D电影技术会随着科技的不断进步而日趋完美，3D电影技术会迎来更加广阔的明天。郭平.成就《阿凡达》的幕后英雄.计算机世界，2010-02-01.刘进.先进的摄影机运动控制系统.影视技术，2004（05）.3D电影技术的机遇与未来.大众电影，2011（21）.黄式宪.电影电视走向21世纪.北京：中国电影出版
香港也将从2013年开始所有的电影都以数字电影的形式进行拷贝而不再使用传统的胶片，胶片电影被数字电影取代已经进入了倒计时，3D时代已经到来。

(二)3D电影技术发展的未来

3D电影技术在各大影院间已经悄然兴起，3D电影技术应致力于不断提高观众在观看3D电影的感官体验上。体验式消费盛行构造了如今的电影行业的大环境，观众的这种新的影院观影体验需求对电影在技术和特效方面提出了越来越高的要求。我们纵观近年来后《阿凡达》时代进入市场中的大多3D数字影片，都严重疏忽了制作环节，特别是特效和技术方面的投入，观众对于影片的质量方面已经到了不可容忍的地步。产生这类现象的根本原因在于，在当前不断更新换代的观影环境和电影放映技术条件下，大多数的3D数字电影在制片环节上并没有严格把关，不能够做到精益求精，以至于商品利益化诞生出来的3D影片无法与当前的新型影厅相匹配。所以，3D电影技术发展的未来除了要对技术精益求精外，还要寻找与成功电影在制作技术、理念等方面的差距，关注从事电影特技特效制作相关企业生存发展现状。只有这样才是真正寻求解决3D电影技术发展未来的途径。
四、结 语
卡梅隆通过电影《阿凡达》的创作不仅将3D电影技术在影片中进行了全面的运用，也将3D电影科技发展到了一个全新的模式，同时利用 3D技术对电影的表现内容进行扩展，将电影真实的画面展现在观众的面前。 在创造巨大视觉震撼效果的同时，给观众带来了身临其境的感觉，使观众能够获得更大的精神满足感。 尽管3D电影的发展还有待提高，实践过程中也会出现一系列的缺点，但我们相信，3D电影技术会随着科技的不断进步而日趋完美，3D电影技术会迎来更加广阔的明天。
[参考文献]
郭平.成就《阿凡达》的幕后英雄[N].计算机世界，2010-02-01.
刘进.先进的摄影机运动控制系统[J].影视技术，2004（05）.
[3] 3D电影技术的机遇与未来[J].大众电影，2011（21）.
[4] 黄式宪.电影电视走向21世纪[M].北京：中国电影出版社，2010.
[作者简介] 王琼 （1983— ），女，辽宁鞍山人，硕士，辽宁科技大学建筑与艺术设计学院讲师。主要研究方向：三维动画与影视特效。