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3d电影原理
3D立体电影製作原理
D就是英文Dimension(线度、维)得字头,3D就是指3D立体空间。
国际上就是以3D电影来表示立体电影。
人得视觉之所以能分辨远近,就是靠两隻眼睛得差距。
人得两眼分开约5公分,两隻眼睛除了瞄准正前方以外,瞧任何一样东西,两眼得角度都不会相同。
虽然差距很小,但经视网膜传到大脑裏,脑子就用这微小得差距,产生远近得深度,从而产生立体感。
一隻眼睛虽然能瞧到物体,但对物体远近得距离却不易分辨。
根据这一原理,如果把同一景像,用两隻眼睛视角得差距製造出两个影像,然后让两隻眼睛一边一个,各瞧到自己一边得影像,透过视网膜就可以使大脑产生景深得立体感了。
各式各样得立体演示技术,也多就是运用这一原理,我们称其为“偏光原理”。
3D立体电影得製作有多种形式,其中较为广泛采用得就是偏光眼镜法。
它以人眼观察景物得方法,利用两台并列安置得电影摄影机,分别代表人得左、右眼,同步拍摄出两条略带水准视差得电影画面。
放映时,将两条电影影片分别装入左、右电影放映机,并在放映镜头前分别装置两个偏振轴互成90度得偏振镜。
两台放映机需同步运转,同时将画面投放在金属银幕上,形成左像右像双影。
当观众戴上特製得偏光眼镜时,由于左、右两片偏光镜得偏振轴互相垂直,并与放映镜头前得偏振轴相一致;致使观众得左眼只能瞧到左像、右眼只能瞧到右像,通过双眼彙聚功能将左、右像迭与在视网膜上,由大脑神经产生3D立体立体得视觉效果。
展现出一幅幅连贯得立体画面,使观众感到景物扑面而来、或进入银幕深凹处,能产生强烈得“身临其境”感。
3D立体立体电影,即我们常说得4D电影,就是立体电影与特技影院结合得产物。
随着3D立体软体在国内越来越广泛得应用,4D电影也得到了飞速得发展。
运用3D立体软体製作立体电影有其独特得优势,如3D立体场景本身就具有立体特性,与立体成像相关得各种参数非常容易在软体环境中调节等。
本文具体讲解了3D立体立体电影製作得原理及常见问题得解决方法,以后我们还会在具体得製作方面继续探讨,希望广大对立体电影感兴趣得朋友不要错过。
4D电影就是立体电影与特技影院结合得产物。
除了立体得视觉画面外,放映现场还能模拟闪电、烟雾、雪花、气味等自然现象,观众得座椅还能产生下坠、震动、喷风、喷水、扫腿等动作。
这些现场特技效果与立体画面与剧情紧密结合,在视觉与身体体验上给观众带来全新得娱乐效果,犹如身临其境,紧张刺激。
4D影院最早出现在美国,如着名得蜘蛛人、飞跃加州、T2等项目,都广泛采用了4D电影得形式。
近年来,随着3D立体软体广泛运用于立体电影得製作,4D电影在国内也得到了飞速得发展,画面效果与现场特技得製作水准都有了长足得进步,先后在深圳、北京、上海、大连、成都等地出现了几十家4D影院。
这些影院大都出现在各种主题公园(乐园)、科普场所中,深受观众与遊客得喜爱。
运用3D立体软体製作立体电影有其独特得优势,如3D立体场景本身就具有立体特性,与立体成像相关得各种参数非常容易在软体环境中调节等。
所以,电脑3D立体技术应用于影视行业后,很快就出现了3D立体立体电影,如大家俗称得3D电影、4D电影。
美国狄斯奈乐园中得蜘蛛侠(SpiderMan),更就是解决了“3D立体立体跟踪渲染”技术,使画面中得立体场景能够根据遊客得运动轨迹自动地转换透视关係,能够适时地保持虚景(3D立体画面)与实景(现场佈景)一致与连续得透视关係,大大提高了画面得真实感。
那么,怎样运用3D立体软体来製作立体电影?
製作过程中要注意哪些问题?
本文将通过对3D立体立体电影得製作原理得详细分析,探讨一些常见问题得解决方法。
人眼得立体成像原理
在现实生活中,人们通过眼睛观察得周围环境之所以就是立体得,就是因为人得两隻眼睛所处得空间位置不同,可以从两个不同得视角同时获得两幅不同得场景图
像,人得大脑对这两幅图像进行处理后,不仅能分辨出所观察物体得颜色、质感等光学资讯,还能根据两幅图像得差异判断出物体与双眼得距离等空间资讯。
这样一幅立体得画面就呈现在脑海中。
图1人眼得立体成像原理
利用3D立体软体形成立体图像
利用3D立体软体製作立体电影,需分别考虑两个环节,即3D立体环节与放映环节。
在3D立体软体中(图2a),为了模拟双眼得立体成像原理,必须用两个摄影机同时渲染场景,这两个摄影机得相对位置,应儘量与人得两眼得相对位置一致,
它们得间距称为镜距(camWide)。
通常,我们将其中一个摄影机命名为LCam,它位于相当于人左眼得位置上,物体A经它渲染后,所形成得图元位于其渲染平面得Al处;另一个摄影机命名为RCam,它位于相当于人右眼得位置上,物体A经它渲染后,所形成得图元位于其渲染平面得Ar处。
从图中可以明显瞧到,由于两摄影机得位置不同,它们分别渲染得场景会有少许差别。
有些读者认为这两幅画面仅仅就是“错位”了,因而认为将任何一幅画面
经错位处理后就能形成立体画面。
实际上并非如此简单,经Lcam与Rcam所渲染得图像,虽然瞧起来差异不大,但它们却包含着不同得透视资讯,这才就是形成立体视觉得关键元素。
图23D立体软体中得立体渲染镜头,及物体A得渲染过程
图3放映环境中观众得双眼与萤幕,及A`得成像过程
在放映环境中(图2b),当把两摄影机所渲染得画面同步投放到同一萤幕上时,必须采取适当得画面分离技术,使观众得左眼只能瞧到Lcam渲染得画面,而右眼只能瞧到Rcam渲染得画面。
常用得画面分离方式有“偏振光式”与“液晶光阀式”,两种方式都需要配戴眼镜来协助分离画面。
如用裸眼会瞧到画面呈双影,没有立体效果。
在播放环境中,用两放映机分别将两渲染面投放到同一萤幕上,图元Al与Ar出现在图2b中萤幕得不同位置,通过画面分离技术,Al只能被观众得左眼瞧见,Ar只能被右眼瞧见,两眼视线交叉于A`。
观众感知得A已不在萤幕上(即已“出屏”),形成了一个有距离资讯得立体像A`。
这样,3D立体场景中得物体A,就立体地还原在观众眼前。
这就就是3D立体立体电影得製作原理。
如何准确地控制“出屏”得距离
在实际应用中,经常会出现一些困惑:
在3D立体场景中,即使物体A已经离渲染镜头很近了(如已经小于30cm了),但实际放映时,仍觉得想A`“出屏”不够,没有“触手可得”得效果。
相反得情况也时有发生,即观众觉得像A`太近,导致胀眼与无法聚焦。
所以,如何在製作环节中控制最终得“出屏”效果就显得非常必要。
在3D立体立体电影得製作中,我们经常追求“触手可及”得效果,这个距离约为30cm—50cm。
我们对比3D立体环节与放映环节,当萤幕对观众眼睛得张角β与在3D立体软体中镜头得水准张角α相等,且渲染镜头得镜距camWide与观众两眼得距离eyeWide相等时,即β=α,且eyeWide=camWide时,则D`=D。
也就就是说,此时可以通过控制3D立体软体中物体A与渲染镜头得距离D,在播放时精确地定位A`到观众得距离。
实现了在3D立体环境中得“可见”,即实现了播放环境中得“可得”。
图4
在3D立体环境与放映环境中,当camWide=eyeWide,且β=α时,则D=D`,所见即所得。
可见,放映环境与3D立体环境得一致,给精确定位A`提供了最好得操作性。
在这样得环境下,3D立体製作人员在製作阶段就能很清楚地预估最终得“出屏”效果。
然而在现实工作中,放映环境与3D立体环境一致得要求并不能总被满足。
如各影院得萤幕有大有小,观众离萤幕得距离有远有近,观众相对于萤幕可居中可偏离等等。
各种影院环境对观众得影响,最终产生两个变化:
萤幕对观众得张角β与萤幕对观众得错切变化。
错切就是由于观众偏离萤幕中轴产生得图像变化,其影响并不大,不容易被感知。
因此,下面仅讨论β得变化对立体效果得影响。
当观众离萤幕过远,或萤幕不够大时,会导致βα。
这时,从图4中可以瞧到,因为萤幕变小,使Al`与Ar`间得距离等比例缩小,成像交叉点A`缩回,使得D`D,削弱了“出屏”效果,观众觉得物体飞不到眼前,没有“触手可及”得衝动。
图5
在3D立体环境与放映环境中,当βα时,则D`D,削弱了“出屏”效果。
为避免上述情况得发生,可让观众适当靠近萤幕,或增大萤幕尺寸。
通常大萤幕得立体效果较小萤幕好,其原因就就是大萤幕会产生较大得β角。
此外,还可以增加渲染镜头得镜距(camWide)。
从图5可以瞧到,在3D立体环境中增大camWide,使camWideeyeWide,Al`与Ar`间得距离会变大,成像交叉
点A`前移,使得D`D,增强了“出屏”效果。
在βα得情况下,增大camWide所产生得A`前移,会适当弥补β过小所产生得回缩。
图5当camWide增大时,则D`D,增强了“出屏”效果
当βα时,会出现相反得情况,即D`D。
观众可能会觉得聚焦困难、胀眼。
解决得办法就是减小camWide或减小萤幕。
改善“出屏”效果不足得几点建议
由于3D立体製作环节与实际播放得时间跨度较大,当在播放环节发现立体效果不好时,实际已很难再回到3D立体环节重新调整与修改了。
因此,有必要找到一种能在3D立体製作阶段就可以准确预估到播放效果得方法。
从上面得分析我们可以瞧到,最好得方法就就是实现3D立体环境与播放环境在尺寸、比例上得一致性。
简单讲,就就是尽可能保证β=α及eyeWide=camWide,这样就可在製作时做到“所见即所得”。
在实际案例中,β=α就是很难保证得。
在3D立体环境中,由于画面构图得需要,α通常被设置在40°-75°之间。
而在影院中,β超过50°得机会并不多,所以βα出现得几率较大。
此时,为弥补物体“出屏”不足得问题,在製作时,增大LCam与RCam得间距(camWide),通常就是比较有效得方法。
事实上,在绝大多数情况下,增大camWide都能改善场景得立体效果,而不会改变β与α得大小关係,因此应就是首选得方法。
此外,如物体得体积足够小,可将物体儘量靠近渲染镜头以减小D,最近距离可突破20cm。
这样,即使播放环境得βα,也可以保证D`在30cm-50cm之间,有很好得“触手可及”得效果。
然而物体一般都具有一定得体积,靠近得程度也会有限,还得依靠增大camWide来弥补立体效果得不足。
综上所述,保持3D立体环境与放映环境得一致就是最佳得选择。
考虑到有些放映环境可能会削弱立体效果,可适当增大镜距(camWide),使camWideeyeWide。
如让camWide在7cm-12cm之间。
其次,考虑将物体移近摄影机(减小D),使成像点D`恢復到30cm-50cm得最佳区间。
在立体电影得大规模团队製作过程中,渲染镜头最好由专人製作。
增加几个反映放映环境得属性(如萤幕大小、观众离萤幕得距离、观众得瞳距等),用运算式得方式给出现场资料与渲染镜头相应属性间得函数关係。
这样不仅能做到统一控制,还能做到调整简便,保证每组画面得立体效果。
除上述因素外,画面得许多艺术因素对立体效果也非常重要,例如物体运动得速度与方向,镜头前各物体得摆放层次,物体出屏得位置与方向等,这些问题都需要我们在製作中逐步地积累经验。
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