1、保密类别_ 编 号_本 科 毕 业 论 文浅论后期特效制作之模拟现实系 别 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导教师 年 月 日摘 要后期特效技术CG 技术作为技术与艺术“化学反应”的催化剂已经在影视作品的发展中有着举足轻重的地位。每一次的技术创新都会带来影视作品的变革，而在这一技术的基础上实现真人表演与虚拟现实相结合的影视作品令我们目不暇接。在惊叹之余，我们不得不想要探究在这些逼真的效果以及天马行空的想像背后，是怎样的技术支持，发展历程怎样。为此，带着以上问题进行简要的剖析。 关键词：CG；3D；运动控制；抠像；动作捕捉IABSTRACTLate effects technology-CG
2、technology as the catalyst of “chemicle reaction” of technology and art has played a dicisive role in the development of the works in film and television.Every technologicle innovation will bring about changes in film and television works,and we are confused by the works of film and television which
3、 combine live performance with virtual reality .Apart from the amazing,we may want to know what is the support and what is the development history behind the effect of these realistic and abstract imagination.To this end,I will make brief analysis with these questions above. Keywords：CG;3D;Motion co
4、ntrol;Key;Motion capture0目 录中文摘要 IABSTRACT.II绪 论 1一、 后期特效技术 .1（一）后期特效技术定义 1（二）几个发展阶段及其作品 1三维电脑绘图和运动控制 1粒子系统 23D 立体电影 2二、技术支持 3（一）三维模型制作软件 3（二） 合成软件 3三、配合后期制作的前期手段 4（一）抠像 4（二）动作捕捉 4结论 4参考文献 6后记 8中国传媒大学南广学院本科毕业论文0绪 论80年代 IT行业开始崛起，电影电视行业在其硬件设备的更新与软件开发的刺激下不断突破局限，围绕“CG”这个词在新的领域开疆扩土。先进的虚拟现实技术发展到目前的阶段并非一步到
5、位。其发展的“纵” ，制作的“横”都有待我们细细研究。 一、后期特效技术后期特效技术是一个广泛而又与时俱进的范畴，它要求的技术含量与创作者的艺术修为都达到很高的程度。仅仅产生、发展 30年就不断为电影电视作品注入新的活力。CG 电影中模拟现实的影像是技术改革的标志，同时，技术的发展也带动了电影的变革。(一)后期特效技术定义后期特效技术是从 CG技术的延伸出来的技术手段，而 CG是 Computer Graphics的缩写。按字面直译为“计算机图形学” 1。而我们现在常说的“CG”应该理解为“电脑绘图”简单的说就是用电脑制作的图片或动画与实拍部分结合的技术。由此看来，这一技术也涉及了一些前期工作
6、如抠像技术等。追根溯源，艾文萨瑟兰是提出“CG”这个词的第一人。他于 1962年在美国麻省理工学院发表了一篇名为素描板：人机图形交流系统的论文。论文中，他阐述的素描板就是现在处理图形的工作站的雏形。包括带显示屏的电脑、输入装置和自主开发的软件。萨瑟兰及其创办的实验室不断开发技术，终于在上世纪 70年代为我们揭开了 CG电影的序幕。(二)发展阶段及其作品CG技术在电影中的运用经历了由静到动，由二维到三维的发展过程。最初并没有绚丽的视觉效果和复杂的动画情节。仅仅是在镜头里出现了电脑绘制的图像而已。例如在被认为是第一部运用数码图像处理技术的剧情片，拍摄于 1973年的西部世界里出现的 CG处理的移动
7、镜头。再如 1976年的未来世界里仅有几秒的作为背景的电脑显示器里出现了电脑绘制的头和手。但这都不能算作真正意义上的 CG电影。1.三维电脑绘图和运动控制 图 1首次在剧情片中应用三维电脑绘图发生在 1977 年首映的星球大战如图 1。与近几拍摄的星战前传光效等的高级特效相比，20 年前拍的这部“太空狂想曲”显得简单而稚嫩，它只是运用了些矢量线框图，还1古时雨.多媒体艺术M.北京:文化艺术出版社中国传媒大学南广学院本科毕业论文1算不上景物。但是，值得一提的是，该片首创了运动控制技术。具体地说，就是应用电脑编程技术精准的控制摄影机和道具模型的运动轨迹的技术。现在，这一技术作为电影特效的基本技术被
8、广泛应用于各大 CG 电影的制作流程中。使得影像合成的质量大为提高，从而令合成后的特效镜头更为逼真。此后的 1981 年，电影观望者中出现了加影调和渲染这两种技法。从此以后，三维多面形人体与线框相比有了明暗色调的变化。2.粒子由于 CG 水平的进一步提高，电影特效创作者们不满足于只在背景图上做文章，而是开始在其它效果上谋求突破，首先作为目标的是粒子系统。所谓的粒子系统就是用来模拟大量微小粒子不规则的运动。它们在随机运动中经历了一个生成、运动、消亡的过程。粒子系统可以模拟诸多自然元素如水，火， 图 2沙等。 在 1982 年的星际旅行：可汗的愤怒如图 2中有一分钟的段落是全部由电脑特效组成，描写
9、了一枚携有生命体的火箭撞向一颗死寂的星球。片中第一次用粒子系统来表现火焰的燃烧。值得注意的是，这是 CG技术在电影制作中脱离电脑屏幕而直接成为场景元素的第一次尝试。基于这一点，该片可以说是真正意义上的CG 电影。在接下来的几年，粒子系统在 CG 电影中都有不俗表现。其中堪称经典的应属深渊中自由变形的外星生物体和终结者中永远打不死的液态金属机器人了。3.3D 立体电影在后期特效技术已经发展到巅峰时刻，很难再有大的突破时，电影人们开始放眼周边在视觉呈现上下功夫，而不再仅仅满足于将三维影像投放在二维屏幕上。但是 3D立体电影早在 1953年就已经出现了。由于片源少，3D 放映技术不成熟，直到近几年
10、3D电影才渐渐为人们所熟知。最早的影片有布瓦那魔鬼等惊险片，而最近的就是掀起全球 3D立体电影浪潮的阿凡达以及爱丽丝梦游仙境 。特别是阿凡达可以说是电影史上的里程碑，揭开了数码时代的序幕。位于鼻侧的两只眼睛在看同一事物时，由于角度不同或远近不同就会有光影等的差别，这样就会有两个不同的影像。而我们最终看到的是经过视觉神经处理后的影像，因而会产生立体视觉。3D 立体电影的原理与之大致相同。而说起 3D立体电影较传统电影有哪些新的特点？正如字面上即是将观众从平面的银幕带入三维世界中。具体地说有以下这几方面：首先，3D 立体电影改变了银幕的深度。从银幕甚至是银幕后到眼睛之间的立体空间全部是影像的呈现区
11、域。其次，立体电影的影像在空间上存在着明显的对应关系，同时也具有空间距离。再次，由于 3D电影的拍摄方式是运用短焦中国传媒大学南广学院本科毕业论文2距先拍前景，再拍后景，将两次拍摄的画面合成。因此，在我们眼前悬空的影像不是一个面片而是有极强体积感和透视感的立体影像。然后，当我们眼前出现一个镜头中的物体，直接切换到下一个镜头时会给我们带来很强的空间跳跃感。因此 3D电影一般通过银幕中的镜头自然过度而非直接剪切。最后，声音部分，由于立体视觉的缘故，声音的定位和效果的准确性也必须得到加强。有了声音的空间感，景物的尺度、位置、以及空间关系才能更加明确。二、技术支持（一）三维建模及相关软件不同于二维绘制
12、软件仅仅是在平面图片上加高光或是阴影从而营造一种立体的视觉效果。三维建模是在三维设计软件的界面上，在虚拟的空间内“真真正正”建立实物的技术。为了模拟真实的物体，这一技术涉及了材质、灯光、摄像机以及渲染几个方面。当我们建好模型后，接下来就需要为它上材质。材质包括材即物体表面的纹理和质即构成物体的材料。在现实世界中，物体有三种自然状态：固态、液态和气态。而区分物体所依靠的就是这些物体各自的属性如颜色、光泽、凹凸和透明等。因此，材质也分很多种如适用于制做玻璃的 Phong材质，制作金属的 Blinn等。此外，材质也分二维材质和三维材质，如皮肤的材质就属于三维材质。灯光也是模拟现实的重要一环，由于需要
13、技术上照明、亮度、表现质感、立体感或透视感以及为表示某种主题，灯光的选用和布光就显得尤为重要。灯光分为点光、平行光、环境光、聚光灯、面积光和体积光。而布光方式也分为三点布光、大平布光、虚拟布光、装饰布光等多种方式。最常用的是三点布光法，包括主光、辅光以及背景光。而摄像机的运用可以让我们如同操作实体摄像机一样推拉摇移并且能够通过设置关键帧制作动画。最后一步，渲染，对任何一部作品来说都至关重要。它涉及动画文件格式，渲染帧数等多个参数。三维设计领域里有很多强大的制作工具和辅助工具。在电视及娱乐业，如片头，游戏的制作时 3DSMax是一个很好的选择。而论拥有完整的建模系统、强大的程序纹理材料、粒子系统
14、以及出色的角色动画，当属 Maya。在玩具总动员中有出色表现的 Sumatra因拥有真实的程序纹理材质、强大的动画编辑能力和出色的渲染效果与Maya不相上下。另外，Lightwave 是一款出色的三维动画编辑软件。Rhino 又叫犀牛，是三维建模爱好者的最爱。 （二）合成软件 图 3CG电影制作最后一道工序就是后期合成了。当用中国传媒大学南广学院本科毕业论文3三维设计软件建立场景或角色动画以后，合成软件的工作就是将实拍素材处理后与模拟的素材加以整合。这其中还包括了抠像技术。此外，合成软件还可以添加一些特效使 CG电影更加亦真亦幻。光效是一种常用特效，例如在黑客帝国图 3中莫菲斯等一行人做气垫船
15、在下水道穿行，期间云雾缭绕，时时伴有光电出现。约翰盖伊诺等制作班底因此而获得 72届奥斯卡最佳视觉效果奖。常用的合成软件有 After Effect。它能与多种平面软件很好的结合，并支持多种文件格式，适合做一些绚烂的光效，在电视包装方面应用较多。Combution 因其新增的特效以及文字、跟踪、抠像等方面很出色是一款理想实用的合成软件。此外，还有 Digital Fution可做高级包装，5D Cybory 应用于电影制作等。三、配合后期的前期手段（一）抠像当我们制作一部作品需要大量的模拟现实的场景，角色动画或者出于节省制作费用的目的往往会用到抠像技术。因为我们需要的是目标角色这一独立的个体而
16、非连带着的镜头里无法避免的其他因素。抠像是从早期的电视制作中来的，来源于“Key”这单词，它的原理很简单，就是将目标角色置于一个颜色比较纯粹的背景下，然后运用软件将背景色滤去，只留下目标角色，这样在下层放入虚拟场景等就可以进行后期合成了。一般背景色为黑色或蓝色，但只要颜色较纯，光线均匀，没有大的褶皱，其他颜色也是可以的。还有一点需要注意的就是打光问题，因为是要和虚拟部分结合，那么光源位置，光线强弱，阴影的方向等都要保持一致，这样合成后效果才会逼真。像 After Effect,Combution, 5D Cybory等都是抠像功能十分强大的后期合成软件。（二）动作捕捉在当今的 CG电影中角色动
17、画成为不可或缺的元素。这些角色是现实中不存在的，但却又能多多少少从中找到人类的影子，例如指环王中的咕噜。它们有喜怒哀乐，或走路或奔跑，还有其它相似的动作。做这些动画的时候，关键帧打得越密集，效果就越逼真。一个动作下来还好，一部 CG电影中需要做多少动作。不用说一个动画角色有多个关节需要运动，更不用说有多少动画角色了。这样的工作量是非常惊人的。于是动作捕捉技术出现了。动作捕捉系统即 Motion capture,指的是在运动物体的关键部位设置跟踪器，然后运用动作捕捉系统追踪跟踪器的位置经过计算机处理后形成相应的数据。这样再与三维设计软件制作的模型绑定后就可以生成逼真的动画效果。相对于手动调节的动
18、画，由于不用逐帧调整角色动作，动作捕捉不但改变了以往制作工作繁琐复杂，极易出现误差从而使得动作精确，效果逼真，而且动画制作人员可以做一些皮肤变形等的编辑，中国传媒大学南广学院本科毕业论文4从而创作出新的艺术效果。作为一部全 CG影片且大多数演员都是作为 3D虚拟人物参加表演的阿凡达可以说把这一技术运用到了登峰造极的的程度。以最微小却捕捉难度最高的面部表情捕捉为例。 阿凡达的特技制作小组为捕捉演员的面部表情专门制作了一套装置，这套装置是由一台标清摄相机，一个延长臂和一个泡沫头盔组成的。延长臂是用来固定摄像机，从而使镜头始终对着演员的脸部。这样就能捕捉演员每一个表情的细微变化。阿凡达的成功，动作捕
19、捉技术功不可没。结 论20世纪后期，随着 IT行业的发展，以 CG为标志的第四次工业革命悄然来临。而 CG技术在影视行业中的大量运用给品位日益提高的大众带来了一次次的视觉盛宴。在我们惊叹于泰坦尼克号那“看不见的特效”CG 技术与演员表演之间的完美契合，为角斗士那隐晦的 CG合成特效烘托而成的可悲可气的英雄赞歌时，中国的一批敏感的导演慧眼识珠，开始拉开中国的“大片序幕” 。中国 CG电影事业是开始于 1996年的大型电脑特技影片大闹天宫 ，导演张建亚也因此成为中国第一位CG电影导演。99 年在中国 CG电影发展史上具有举足轻重的地位。从这一年开始 CG电影如雨后春笋般的出现在各大荧幕上，导演们纷
20、纷在自己的作品中进行尝试，如在紧急迫降中使用了 5分钟三维动画影像、在冲天飞豹中用 CG技术模拟中国的新型战斗机，并用 180多个三维动画镜头表现高难度飞行等。接下来应该就是中国真正意义上的 CG大片拍摄于 2001年的英雄 。无论从气势、规模、技术手段上都堪称国际一流，但由于特效是由多个国外公司共同完成的，并不是完全的“中国制造”。可以说，我国的 CG电影事业才刚刚起步，不论是硬件设备，技术支持还是人才资源方面都非常欠缺。但由此也可以看出，我们的发展空间很大。而且我国第十一五规划将文化产业特别是动漫产业作为主要扶持对象，目前我国已经在多个城市建立影视基地，像是北京怀柔影视基地，是我国最大的影
21、视基地。中国 CG行业的发展前景一片光明。本文主要对后期特效的几个方面作了简要评析，结合电影实例中出现的模拟现实技术将 CG技术的产生、发展、技术支持结合专业所学做了整理。中国传媒大学南广学院本科毕业论文5参考文献一、中文部分1贺寿昌，韩生，徐承志，张敬平，刘志新.演艺虚拟合成系统与应用M.上海:人民出版社2古时雨.多媒体艺术M.北京:文化艺术出版社3刘言韬.3D 立体电影的新视听与新技术J. 电影艺术.2010,2: 4 美朱迪邓肯 著，刘欣 译.真实感的诱惑：阿凡达的特效制作J. 电影艺术.2010,2: 中国传媒大学南广学院本科毕业论文6附 录 中国传媒大学南广学院本科毕业论文7后 记写论文是一个很好的回顾、总结与再学习的过程，只有将心里想的主题赋予文字时才会发现原来很多细节需要注意，很多的观点是需要事实论据的。当我在列出大纲，把大纲填满的时候才发现说自己的知识太笼统需要搜集一些资料把它具体化，丰富化。这样在筛选，寻找材料的这个过程又是一个学习的过程。我写的这篇关于后期特效的论文是对大学这四年以来所学的知识的整理，我将这些知识串联起来，把我所理解的数字媒体艺术专业以及 CG电影这个行业做一总结。最后，感谢赵立立老师的指导，让我发现了自己论文很多不足。每次交稿，老师都仔细批改提出建议帮助我将论文更加完善。0
