特效合成論文：鏡頭跟蹤技術的運用及其作用探討

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本文作者：任達、馮雪寧 單位：中國傳媒大學動畫與數字藝術學院

設想一個典型的特效鏡頭：導演想要得到一個CG怪物從一幢樓中破窗而出，穿越街道后進入一條小巷的場面。因為CG怪物會和大樓的窗戶有一個相互影響，所以特效總監會要求用三維模擬真實的窗戶破碎效果。在拍攝當天，導演會以藝術的角度來考慮這個特效鏡頭中的場景以及攝像機位置，例如如何考慮被怪物破窗而出的大樓在畫面中的位置，盡管現場拍攝的時候沒有窗戶。導演和攝影師會在正式開拍前多次練習攝像機的運動，假想怪物橫穿街道的場面。當導演對鏡頭滿意之后，便會將其數字化然后交給后期制作去增加特技。當后期制作組收到影片后，他們需要動畫師來調試怪物的動作以及一個技術導演處理窗戶破碎的特效。在這之前，必須由鏡頭跟蹤工程師來事前進行匹配運動畫面。工程師必須確保真實的攝像機的運動軌跡與三維場景的虛擬攝像機運動軌跡完全一致?？紤]到窗戶需要被怪物撞碎，如果它在影片中的透視位置與三維場景并不匹配，例如當攝像機往左運動時窗戶依舊停留在原位，很明顯就能看出這個鏡頭穿幫了。

將計算機生成的素材與真人實拍鏡頭合成對于電影及虛擬現實等相關產業來說是一項非常重要的技術。用鏡頭跟蹤工程師的眼光來看，當一架攝像機在拍攝一個場景時，它基本上在做一件事：將所拍攝的三維空間轉化為二維平面。而鏡頭跟蹤的目的則是完全相反的，工程師需要通過軟件的精確計算還原當時攝像機所拍攝的三維場景，并在計算機中模擬出來，而連接兩者的關鍵就是攝像機。

鏡頭跟蹤的方式有許多，首先評估需要跟蹤的影片片段以便選擇最佳的跟蹤方案，很多時候這個過程被遺漏，這很有可能在之后的進程中花費更多的時間。然后，在攝像機跟蹤軟件（或運動匹配軟件）中加入前期拍攝的參數進行匹配運算，其中主要包括鏡頭焦距、記錄幀率、運動模式，以便更精確地還原真實拍攝時的場景，就如同邏輯推理，更多的信息能讓過程變得容易一些。在五、六年之前，鏡頭跟蹤工程師需要考慮所有攝像機運動的內在外在因素，對于不同的場合選擇不同的跟蹤方法?，F在，科技的發展使得跟蹤軟件運用了一個叫做“照相測量法”的技術，大大提高了軟件的智能跟蹤水平。通過軟件的運算能夠得到一個運動的虛擬攝像機和三維場景數據。之后，工程師們依據這些數據在二維的平面內重新構建三維空間，例如將影片中的二維平面大樓和馬路以三維空間的方式構建，這樣跟蹤就算完成了。

接下來是最重要的環節，工程師們需要測試跟蹤的鏡頭是否如實貼合真人實拍，所創建的三維空間及虛擬攝像機是否完美匹配真實世界。這時候，使用跟蹤軟件，將其自帶的測試物體擺放在重構的三維空間中。失敗的跟蹤往往非常明顯就能夠看出來，比如在播放的過程測試物體發生了漂移或者抖動。反復測試跟蹤是否成功是非常有必要的，因為失敗的鏡頭跟蹤將在整個后期制作流水線中一直被使用，直到最后合成輸出的時候才能夠發現，出現這樣的情況是非?？膳碌?，特效藝術家和動畫師將不得不重新更改特技，所花費的時間和精力對于一部影片的制作周期來說將會造成很大壓力。最后是將跟蹤完成的場景文件轉交給工作流程下的其他藝術家們。其通常包括三維場景坐標和大小、必要的角色和設施以及合理的命名規則。一個井然有序的跟蹤文件能給接手處理的其他藝術家們提供方便，同時跟蹤工程師們也不需要在事后向他們詳細解釋，這樣節省了許多不必要的時間。

攝像機運動軌跡跟蹤技術在特效場面中占有一席之地的重要原因是，數字技術運用于電影特技需要解決的基本問題之一就是運動鏡頭中攝像機軌跡的跟蹤匹配。而在特效影片中，如果一直使用固定鏡頭則不容易達到影片所追求的藝術效果。鏡頭的特效合成是將來源不同的計算機生成的素材以正確真實的方式融入在實拍鏡頭中。綜上所述，攝像機運動軌跡跟蹤技術對這個行業有著舉足輕重的影響。電影院里的觀眾們在為精彩的特效而大呼過癮同時，也許并沒有注意到影視特效藝術家們的工作。而恰恰是這些默默無聞的鏡頭跟蹤工程師們的努力決定了這些特技的效果。他們使觀眾看到的一切特效成為可能，這是電影拍攝中不可缺少的一環。