歡迎登錄中國視覺網!
學術論文頻道
ACADEMIC PAPERS
位置導航:首頁 >> 學術論文 >> 專業論文 >> “時間凍結”影視特效制作系統

“時間凍結”影視特效制作系統

發布時間:2019-07-31     來源:中國視覺網       訪問次數:2313


   摘要: 本文提出了一種全數字式的實現“時間凍結”影視特技視覺效果的制作系統。簡要介紹了素材拍攝系統設計方法、構成及功能。同時,著重討論了“時間凍結”特效后期制作中的關鍵技術,及其具體的實現思路與方法。由于系統采用了全數字化的設計思想,大大提高“時間凍結”影視特效的制作效率,降低了制作成本,可應用于數字影視、數字游戲和數字廣告等制作領域,以及教育和培訓領域。
   關鍵字: 時間凍結、視頻合成、摳像、特效
Abstract : A full digital “time frozen” video special effect production and design system is presented, in this paper. The approach, structure and function of the shooting and collecting system are introduced briefly. The key techniques in the postproduction process of time frozen effect is discussed, and the idea and approach of its realization is presented. Due to the system is designed and realized by full digital way, the efficiency of time frozen video effect production is more improved, and it is properly applied in the fields of film & TV, advertising and game digital production, such as in the field of the professional education and training.
Keywords : time frozen, video synthesis, key, special effect

1  引 言
   數字技術給影視制作帶來了革命性的變革,特別是計算機技術、圖形圖像技術和數字視音頻技術為影視特效的制作提供了更有效、更便捷的手段,大大拓展了影視視覺藝術創作的空間。
   時間凍結(Time Frozen) 是應用于影視制作中的一種特殊視覺效果,它首先采用照相機陣列(往往采用傳統的模擬單反相機構成),以被攝體為中心,將照相機按一定的間隔排成一圈、一排或曲線排列,通過計算機控制快門,在同一瞬間(或等時間隔或不等時間隔)進行拍攝,如圖1所示。然后借助于圖像圖形技術把得到的不同角度的系列靜止畫面編輯在一起,組成相聯接的影像,疊加三維虛擬場景,創造出各種不同的特技效果和奇幻場景,給觀眾以極大的視覺沖擊。這些影像也可與現場的攝像機拍攝的影像進行特技合成。

   本文提出了一種全數字的“時間凍結”影視特效設計制作系統,著重討論了“時間凍結”影視特效制作中的素材拍攝與采集和圖像處理與合成兩個主要技術環節。介紹了素材拍攝與采集系統的設計思想與實現方法,以及在后期制作過程中的圖像處理與合成的關鍵技術。

2  素材拍攝與采集
2.1 拍攝與采集系統的構成
   本系統主要由照相機陣列??楹橢骺刂頗?楣鉤?,其結構框圖如圖2所示。其中主控??櫚墓δ苤饕辛礁觶閡皇強刂葡嗷罅惺迪指髦植煌吶納隳J劍ㄈ紓和迸納?、順序拍攝等)并完成素材的自動采集。二是考慮到整個系統的交互性、可視性和可操作性,該??榭墑褂沒ü緱娌僮魍瓿膳納愫筒杉娜?。


   主控??櫚暮誦氖且桓鑾度朧嬌刂頻緶?,擴展并行輸入輸出接口,輸出端口用來連接照相機的快門電路;輸入端口用來輸入拍攝模式選擇控制信號及“有間隔拍攝”時的間隔時間參數等??悸塹皆諛承┨厥獬『舷?,啟動拍攝是由外界觸發的,比如演員起跳時觸動一個壓力傳感器,使其發出拍攝信號,因此本系統還利用若干輸入端口接收傳感器、紅外等外界發出的拍攝觸發信號。嵌入式控制電路采用串行口電平轉換電路與工作站連接,實現數據的雙向通信。
   相機陣列除了固定在支架上的數十架相機外,還包括相機對焦系統。要將多臺數碼相機拍攝的圖像連接成為一段清晰連續的視頻,要求各個相機拍攝的圖片要相對相似,主體對象要相對穩定在一定的位置上,因此需要對多臺相機精確定位。定位包括兩個內容:對相機拍攝方位(俯仰角度和水平方位角度)的標定和對拍攝視角(推拉調整)的標定。
   另外,為實現主控??槎韻嗷烀諾目刂埔約岸運夭牡牟杉?,在相機陣列中還設計了快門控制單元和數據采集單元,采集到的數據通過USB接口傳輸至工作站。
本系統照相機陣列采用了Sony R1系列數碼相機。支架則設計成可移動式、且具有多個自由度,能根據不同的拍攝要求,任意組合相機陣列的水平和垂直的擺設曲線。支架同時為每臺相機配有萬向云臺,以滿足對相機機位的不同要求。系統拍攝現場的相機陣列如圖3 所示。

2.2 系統功能及操作界面設計
拍攝系統的控制,即相機快門的觸發采用了自動和手動兩種控制觸發方式,以適應不同的特效拍攝需要。自動拍攝方式采用傳感器觸發,設計了紅外觸發方式和電磁觸發方式。
無論是自動觸發,還是手動控制的拍攝方式都可實現以下七種拍攝模式,即:
? 同時拍攝
? 等間隔順序拍攝
? 等間隔倒序拍攝
? 間隔遞增順序拍攝
? 間隔遞減順序拍攝
? 間隔遞增倒序拍攝
? 間隔遞減倒序拍攝

   對于所有拍攝模式均可設置拍攝前的延時時間,除“同時拍攝”模式外,其它六種拍攝模式都屬于有間隔拍攝,間隔時間均可調。拍攝控制交互界面,如圖4所示。觸發方式、拍攝模式、拍攝間隔和延時參數等均可在界面中予以設置。
   控制電路應與工作站很好地協調工作,因此開機時應與工作站通信,獲得相關指令,根據不同拍攝方式進入相應執行程序。
3  圖像處理與視頻合成
   利用本系統根據編導設計的影視特效分鏡頭腳本的具體要求,選擇相應的拍攝模式,可以得到一組或幾組靜態圖片序列的素材。在后期制作中,要實現“時間凍結”的特效效果,還需要利用相應軟件平臺對這些序列圖片進行一定的處理與合成。
   “時間凍結”視頻特效后期制作的一般工作流程主要包括四個步驟,即預處理、精細矯正與運動參數分析、運動參數導入與調整、最終合成,其流程框圖如圖5所示。

3.1系列圖片的預處理
   多架相機拍攝得到的圖片是一些靜態圖像,要把它們連接起來形成動態視頻圖像,必須將它們以“圖像序列”的方式導入合成軟件。這里首先要對每張圖片按時間順序進行編號,然后將這些圖片以正確的時序讀入合成軟件,再根據將來播放的情況設置合適的視頻格式,包括幀率、像素比、圖像分辨率等,這樣將來就可以渲染輸出為某種格式的數字視頻了。
   在實際拍攝過程中,由于每架相機性能的不一致性,所得圖片間的亮度、色度并不完全一致,用這樣的一系列圖片渲染生成的數字視頻必將出現閃爍現象,為此在合成軟件中對每張圖片的色彩和亮度都進行了校準,以求亮度和色度的基本一致。
   為將拍攝主體與三維虛擬物體或場景結合在一起,以呈現出豐富的視覺效果,在合成之前必須把拍攝主體從原實際背景中剝離出來,也就是要進行“摳像”,為此本系統設計了綠屏背景,并且在PHOTOSHOP軟件中對圖片進行逐張摳像。
   與此同時,系統還使用MAYA軟件搭建三維虛擬場景,設計、制作了一些配合“凍結”效果的裝置和動畫。選用MAYA軟件的好處之一是它能接收從其它圖形處理軟件中分析得到的攝像機運動參數,便于生成動畫制作所需的虛擬攝像機。
3.2 系列圖片的精細矯正和運動參數分析
   為將“凍結”效果和虛擬場景結合在一起,還要對圖片進行精細矯正,并且分析出攝像機的運動參數。
   雖然本系統采用了對焦裝置,但每張圖片間仍難免存在著視角及空間的偏差,若不矯正,合成后的動態圖像會出現抖動。為彌補這些缺陷,本系統在AFTEREFFECTS軟件中對圖片的位移、旋轉和縮放進行了矯正。
   由于相機數量有限,矯正后的圖片數量太少,連接成的視頻片段時間太短,不能較好地體現“時間凍結”的效果,故必須進行“插幀”,從而達到延長時間的目的。在此系統采用RETIMER軟件完成了該項工作,同時這款軟件優異的矢量分析能力還能使圖像的抖動得到進一步的平滑。
   為了分析出拍攝動態圖像的“攝像機”的所有運動參數(包括位移、旋轉和焦距等)的變化,在拍攝場地中設置了很多標記點,并且對標記點的位置進行了精確的標定,使這些標記構成了一個較為精確的三維坐標系統,為分析“攝像機”數據提供了參照坐標。在實際制作中,用MATCHMOVER軟件對圖片序列進行了分析,并得出所需要的“攝像機”參數。由于圖片經過事先矯正,所以得到的“攝像機”運動數據還是比較平滑的。
3.3 運動參數的導入與調整
   接下來可將得到的攝像機運動數據導入到三維軟件MAYA中,生成虛擬攝像機,以進行與實拍視頻相匹配的三維動畫的制作。當虛擬攝像機的運動仍然有抖動時,在MAYA中可利用關鍵幀動畫的圖形編輯器對相機的運動參數再次進行平滑處理,
并且把焦距、Y軸的運動等一些不希望變化的參數進行人為的約束。然后把事先做好的三維場景根據相機的位置和視角做精細的調整,最后就可將做好的動畫通過這臺虛擬攝像機進行渲染輸出了。
   在實際操作中,利用MAYA中的USE BACKGROUND節點,制作了一個遮罩物體,并且渲染輸出了一個帶遮罩的動畫版本,這樣在最終合成的時候就可以非常方便地把實拍的人物“置入”虛擬的三維空間中了。
3.4 最終合成
   經過以上步驟后,要在合成軟件中把經過矢量幀計算的實拍視頻和三維軟件渲染出來的動畫進行最終的合成。在這一過程中又進行了一些整體的矯正、對焦以及一些視覺特效和聲效的添加,在此就不在一一贅述了。利用本系統及上述后期合成方法實現的時間凍結影視特效的示例,如圖6所示。


4  結  論
   本文研制與開發的“時間凍結”特殊拍攝系統已在上海市職業培訓中心“信息采集實訓室”運行。實踐表明,要達到流暢的“時間凍結”影視特技效果,除了在硬件方面進一步解決焦點一致性的問題外,還應在后期的處理、合成方法上研究新的處理與合成技術,不斷改進。

參 考 文 獻

[1]  Kenneth R Castleman.數字圖像處理[M].北京:電子工業出版社,1998,103-106.
[2]  Tao, Ngo Quoc; Long, Nguyen Due,A novel approach for image morphing,IEEE Asia-Pacific Conference on Circuits and Systems - Proceedings, Proceedings - 2004 IEEE Asia-Pacific Conference on Circuits and Systems, 2004, p 97-100
[3]  張歌東,基于時間軸的電影特效現代[J],電視技術2003年 9期:  136-141。
[4]  賀建萍,對影視數字制作技術應用的思考[J],現代電影技術2006年 3期25-28。
[5]  聶烜,趙榮椿,張曉燕,侯云舒,張程,一種改進的基于徑向基函數圖像變形方法[J],計算機科學2005年 32卷 4期:102-103。
[6]  劉春利,容太平,羅芳芳,基于區域劃分的一種新的圖像變形算法[J],華中科技大學學報,自然科學版2005年 33卷 10期:47-49。


彩票中奖海南 七星彩最新开奖结果 长沙伊美整形赚钱吗 吸乳赚钱 传奇今生有些人这么好赚钱 福彩山东时时彩 重庆快乐十分开奖时间 天天电玩城手机版官网 甘肃快3走势图怎么看 梅州大乐透大奖 赛车pk10现场直播开奖记录 舟山星空棋牌怎么打不开 问道1个号怎么赚钱吗 百易街机金蟾捕鱼 波克捕鱼千炮版腾讯版 辽宁35选7采风走势图