泰坦尼克號是怎么從2D轉成3D的?

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  并不是所有人都喜歡 3D 電影,很多人認為傳統電影轉換為 3D 電影的效果,卻經常粗制濫造令人失望。詹姆斯·卡梅隆也是這么認為的,但是他決心打破這個偏見,花費了 1800 萬美元將原本已是登峰造極的泰坦尼克號制作成 3D 電影,于原版播出 15 年之后再度回歸銀屏。

泰坦尼克號是怎么從 2D 轉成 3D 的?

 

  4月 10 號,3D 版泰坦尼克號已在全國上映。不管你是否已經看過這部影片,應該都會對 2D 電影轉換為 3D 電影的技術有所好奇吧。

  簡單來說,2D-3D 轉換技術需要將 2D 影像的各部分嵌入 3D 的計算機圖形(CG)空間中。要制作出比較協調的自然 3D 影像,需要數百名工作人員手工進行的大規模調整工作。即便工作量巨大,但一方面可避免購置價格高昂的 3D 器材,另一方面又可對經典老片進行修補和加工,免去了容顏老去的演員們風采不再、后起小生風韻不足的尷尬,所以 2D-3D 轉換技術獲得大批 3D 電影導演的青睞。即使是直接 3D 拍攝的電影,也不可避免要用到 2D-3D 轉換技術,比如《阿凡達》。

  卡梅隆曾經說過:“在 3D 轉換技術中,最難實現的一點是怎樣將其‘以對的方式’來進行轉換。”導演需要對每一個場景要營造出怎樣的立體視覺效果做出決斷,需要確定觀眾與不同場景物體的“親密接觸”程度,這些對觀眾的 3D 觀影體驗有著至關重要的影響。比如說,怪獸和子彈需要從屏幕里呼嘯而出,讓觀眾全身后縮哇呀大叫。而屬于背景的場景,則需要“嵌”進屏幕里去,這就需要依靠 3D 圖形學的渲染技術來制造出透視感和距離感。幾乎對于影片中的每一幀每一幅圖片都要增加這種“前凸后翹”的效果,但是不同場景下所采用的技術又大相徑庭,甚至只是拍攝的角度變化了一點,就會帶來轉換技術上的全盤變動。

  而其中主要關注的問題有下面三點:

  1. 利用視差形成景深

  制作 3D 效果時,關鍵一步是要做出景深。其基本技術原理是人眼觀察物體時所形成的視差(parallax)。簡單來說,視差就是從有一定距離的兩個點上觀察同一個目標所產生的方向差異。從目標看兩個點之間的夾角,叫做這兩個點的視差,兩點之間的距離稱作基線。只要知道視差角度和基線長度,就可以計算出目標和觀測者之間的距離。人類正是通過這種方式,感知到觀察物體的深度信息。同時,自然界中也有些動物會利用運動視差,依靠自身移動來獲得不同的觀點。比如,鴿子的兩眼視場沒有重疊,因此沒有立體視覺,但是它們上下擺動頭部以獲得深度。該方式如圖所示,隨著觀測點從一測移至另一側,遠方物體的移動比近處物體緩慢。

泰坦尼克號是怎么從 2D 轉成 3D 的?

 

  這兩種視差處理方式都可以在 3D 電影拍攝或者轉換的技術加以借鑒。

  然而,僅僅明確這一點還不夠,實際上的 3D 電影拍攝可不僅僅是擺出來兩臺立體攝像機就足夠了。

  首先,導演必須對場景布局做到足夠的“胸有成竹”,明確在電影放映的時候,哪些物體“呼之欲出”,那些場景要“推之千里”,以此來確定攝像機的光軸方式、距離差和角度差。可以想象,拍攝團隊中必定有這樣的劇務,拍攝期間手持一沓草稿紙,畫出比上圖復雜更多的計算圖,以時刻校準兩臺攝像機的拍攝位置。

  在將 2D 電影轉為 3D 電影,由于原拍攝過程中可能存在剪輯和角度切換,所以首先需要對于每一幀的畫面都恢復原拍攝視角,繼而確定 3D 虛擬立體攝像機的位置,一部 90 分鐘左右的電影長達十萬多幀圖像,計算量和工作量都十分繁復。

  其次,轉換過程中,要考慮針對于到正負視差的不同處理技術。

泰坦尼克號是怎么從 2D 轉成 3D 的?

 

  正視差是指,兩眼視線相交于屏幕后方,即所形成的 3D 效果時“嵌”到屏幕里的。此時可以簡單地認為,兩視線基本平行,利用人類兩眼的平均瞳距為6.4厘米,則在 3D 屏幕上,左右兩幅圖像應該會有約為6.4厘米的位移差。不過,研究表明,多數人腦并不擅長將兩幅差異超過2.5% 的圖像融合為一體,所以對于屏幕寬度小于2.5米的屏幕而言,如果不對兩幅圖像的位移差加以限制,則很可能無法實現立體成像的效果。所以,根據屏幕寬度的不同,要對正視差的圖像進行不同方式處理。

  負視差是指,兩眼觀察時所形成的視線會在屏幕前相交。也就是,感受到的這個物體應該是跑出屏幕靠近觀眾的。人腦對這種圖像的處理限制,要甚于正視差。如果負視差的出現次數過多,深度頻率切換過快,一定會引起觀影者的不適應。同時,真正好的 3D 轉換效果,必定要考慮到影廳不同位置擁有相同觀影體驗,無論前排還是后排,都會有同樣的負視差效果。

  其實,如果直接拍攝一部 3D 電影,場景可以被事先安排,拍攝角度的變化,視察的變換就不會有頻繁的切換,同一畫面中的場景遵守相同的深度規則,符合人眼觀察物體和人腦處理觀察所得的方式。然而,將一部電影轉換為 3D 就完全不一樣了,很可能在同一場景中為了實現不同物品的深度效果,會帶來沖突的信息。如果這種沖突處理不當,就會引起觀影者的極大不適應,為影片效果大打折扣。

  2. 為電影畫面增加深度信息

  在 3D 電影制作之前,導演需要擁有一個“深度預算”,即為負視差和正視差的范圍。控制在深度視差范圍內將確保眼疲勞控制到最低限度,這關乎在某時觀看2-3小時的電影而非幾分鐘的節目人眼的舒適度。該范圍要求日益嚴格。例如,英國天空電視臺最近對大部分素材規定了2% 正視差和1% 負視差(以幀寬度的百分比來計量它)的深度預算,短期沖擊效應分別不超過4% 和2.5%。

  一旦導演確定下來理想的深度預算,就可以來設計場景中的深度信息了。

泰坦尼克號是怎么從 2D 轉成 3D 的?

 

  首先,需要將每幅圖想轉化為一個深度圖,如上圖所示,黑白色表示景深范圍,白色最近黑色最遠。最本原也是最粗略的判斷方法是,明亮的更近,深色的更遠。這是一些可以將 2D 圖片自動轉換為假 3D 場景慣用的手段。

  幸運的是,實拍出的電影,憑借于常識,大概可以推斷出場景中物體之間的位置關系。所以,對整體場景復原建模之后,再確定每幅畫面的拍攝角度,就可以對深度信息了然于胸了。然而,一幅一幅手工增加深度信息,仍是一個很大的工作量。這就是為什么泰坦尼克號 3D 版本需要 450 個人員夜以繼日地工作才行。

  其實,目前的 3D 制作軟件都具有非常出色的目標追蹤功能,一旦場景和模型確定之后,綁定攝像機視角,就基本不會出現物體深度信息混亂的情況。然而卡梅隆卻不愿意享受這樣的便利,他十分苛刻地要求工作人員逐幀檢查每幅圖像轉換效果,有人抱怨稱這個過程是“十分讓人心煩意亂的,就像是用指甲剪修剪草坪”。

  一旦每幅圖像的深度值都被確定了,那么就可以對每幅圖像制作出立體成像。有些視頻軟件也具有簡單的 2D 到 3D 轉換效果,比如說 QQ 影音。然而該類軟件只是從顏色上加以處理,然后對每幅畫面做一個位移差,完全是忽視了場景中物體的立體結構,無法考慮不同視角帶來的角度變化。

  復雜的轉換需要重建物體的網格模型,增加立體信息,包括曲面的曲率信息和深度信息等等。由此得到畫面上的復合深度映射,也就是說每個像素點上代表的都是不同物體的深度值的疊加。以確保物體進出視線時,是循序漸進的。確保物體旋轉的過程中,具有平滑的過度。這些,都需要符合人類的日常視覺體驗。所以,卡梅隆導演要求工作人員在完成雙視圖之后,必須反復檢查每一幀的立體成像效果,精益求精。

  3. 3D 的真實效果

  在正常的視覺過程中,我們主觀判斷一個物體的特征時所搜索到深度信息的方式,將加劇 2D 轉 3D 的難度。比如說,我們在看 3D 電影的時候,所感知的并不一定是導演所營造的 3D 效果,人腦具有玄妙復雜的信息處理能力。

  在高質量的 3D 電影轉換過程中,必定會考慮大腦的處理信息方式,作為輔助技巧增強影片質量。然而難度在于,人腦對于深度細節的處理又有著非常微妙的變化方式。比如說,如果兩個物體僅僅是遮擋關系,那么立刻就可以判斷出,被遮擋的物體應該是遠離觀察者的。

  然而,如果觀察類似于下圖的這樣一個景象,我們會在腦海中構建一個透視圖,借助于常識經驗,物體會隨著距離的遠離而變小變模糊,所以觀察者判斷更大更清晰的物體離自己更近。

  對比于人類處理深度信息的這些方式,并且靈活運用這些方式的組合。如果僅僅用視差來轉換 3D 深度信息,簡直是弱爆了。即便是增加了處理深度信息的算法,也無法靈活地隨機應變組合運用,甚至在同一場景中對于不同物體會帶來沖突的處理方式。這就是為什么 3D 轉換目前還不能用自動的方式來進行,人腦視覺處理信息太復雜了,我們捉摸不透它的規律,還需要迎合它的處理機制。這正是最大的難點。

  4. 泰坦尼克號 3D 版的轉換經驗

  卡梅隆稱,之前諸多 3D 轉換電影的效果不盡如人意,主要原因還是因為其投入的時間和精力不足,太過于追求搶占市場先機,無法全身心投入,確保影片轉換質量。同時,他也強調說,在此之前拍攝《阿凡達》的經驗將有助于泰坦尼克 3D 版本的轉換,這是其他的電影人所沒有的切身體會。

  不過,阿凡達中使用的 2D-3D 轉換技術又與真人電影有所不同,因為原本就存儲了物體的三維模型,所以其轉換過程只需要在計算機渲染的時候,多增加一個視點信息就足夠了。

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  在泰坦尼克 3D 版本的轉換中,卡梅隆與著名制片人威廉·謝拉克(William Sherak)的團隊強強聯手。帶領著 300 名藝術家的團隊逐幀去繪制出每幅畫面的輪廓線,建立起每個物體的三維網格模型,繼而增加視點信息,得到其深度映射圖。這項工作不但需要很充分的經驗,還需要特別設計的軟件來完成,為了泰坦尼克號,全球 3D 影像巨頭 In-Three 公司專門就制作出了輔助該步驟完成的軟件。

  卡梅隆導演在之前接受 IBC 采訪時稱:“至少目前,不要妄想 3D 轉換有什么自動的過程。這純粹是一個高度主觀并且重復性的機械性的人工勞動。必須這么一幀一幀地抓住各幅畫面中的深度信息。”

  所以,這部電影的轉換用了超過兩年的時間,一年用來做前期的準備工作,一年用來轉換。卡梅隆稱,他心甘情愿花費這樣的人力物力財力來轉變這個電影,并不僅僅是希望搭載 3D 電影的風潮,更重要的是希望能夠將泰坦尼克號帶回到更大的屏幕上去,為觀眾們帶來更加震撼的視覺體驗。

  這位苛刻的導演稱,即便這樣精益求精,《泰坦尼克號 3D》仍不是真正的 3D,只有2.8D,最好的鏡頭也只做到了2.99D。不過,他說,其他的 3D 電影充其量也只達到了2.4D


果殼網 2012-04-13 21:41:15

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