下一代影視創(chuàng)作風(fēng)口——XR虛擬制片

    XR詞匯的提出，可以追溯到CO Allen于2014年的申請的一份專利《Method for creation ofaugmented reality medium i.e. extended reality medium, involves detectingaugmented reality contents based on determination that reality data correspondsto given acquisition event data》，文中將XR作為AR的別稱進(jìn)行使用，約2年后，一些國際媒體服務(wù)器廠家開始在市場中嘗試推廣XR的概念。

    XR（Extended Reality）即通過攝像機追蹤與實時圖像渲染技術(shù)，使顯示介質(zhì)（LED/投影幕）及顯示介質(zhì)外的虛擬場景實時跟蹤攝像機視角，在攝像機鏡頭前與現(xiàn)實拍攝畫面合成，從而營造出無限空間感的技術(shù)。

    XR是虛擬現(xiàn)實（VR），增強現(xiàn)實（AR）和混合現(xiàn)實（MR）三種視覺交互技術(shù)的融合，以此帶來虛擬世界與現(xiàn)實世界之間無縫轉(zhuǎn)換的“沉浸感”數(shù)字體驗。

    2020年，XR延展技術(shù)的興起使影視行業(yè)出現(xiàn)了全新的變革，基于LED背景墻的LED虛擬制作成為了行業(yè)內(nèi)人士一直討論的熱門話題。XR（Extend Reality）技術(shù)與LED顯示屏結(jié)合，搭建了一座貫通虛擬與現(xiàn)實的橋梁，在影視虛擬制作領(lǐng)域大放異彩。本文將重點從整體制作流程、集成設(shè)備應(yīng)用、核心優(yōu)勢等方面深入剖析，為更多影視虛擬化制作項目的成功落地提供參考。

    什么是LED影棚虛擬制作？

    LED影棚虛擬制作是一種綜合的解決方案，工具和途徑。我們將LED虛擬制作定義為“實時的數(shù)字化制作”，在實際使用中，LED虛擬制作可以分為“VP攝影棚”和“XR延展影棚”兩種類型應(yīng)用。

    VP攝影棚

    VP攝影棚是一種新型的影視拍攝方式，更多用于電影、電視劇的拍攝，可以使影視制作人用LED屏取代綠幕，直接在片場顯示實時背景和視覺特效。

    VP攝影棚拍攝的優(yōu)勢可以體現(xiàn)在多個方面：

    1、攝影空間自由化，可在室內(nèi)影棚內(nèi)完成各種場景的拍攝，無論是森林草原雪山，都可以使用渲染引擎實時創(chuàng)建，大幅度減少取景和拍攝成本。

    2、制片全流程簡單化，“所見即所得”，在拍攝過程中制作人可以在屏幕上及時查看想要的拍攝畫面，場景內(nèi)容和敘事空間皆可實時修改、調(diào)整，大幅度提高換景、改景的效率。

    3、表演空間沉浸化，在片場的演員站在實時生成場景的XR舞臺上，可以在沉浸式空間內(nèi)進(jìn)行表演，直接體驗，演員表演更真實、更自然。

    同時，LED顯示屏的光源為現(xiàn)場提供真實光影效果與細(xì)膩色彩表現(xiàn)打光，拍攝出的效果更加逼真、完美，極大提升影片整體質(zhì)量。

    4、縮短投資回報周期，相比起傳統(tǒng)的耗時耗力的電影拍攝流程，虛擬拍攝制作因為效率高、周期大幅度降低，可更快實現(xiàn)影片的上映，節(jié)省演員的片酬以及工作人員的支出費用，大幅度降低拍攝成本。

    這種基于LED背景墻的電影虛擬制作被認(rèn)為是電影制作方面的巨大發(fā)展，為影視行業(yè)的未來提供了全新的動力。

    XR延展影棚

    XR延展拍攝，是指使用視覺交互技術(shù)，通過制作服務(wù)器將真實與虛擬相結(jié)合，利用LED顯示屏打造一個可人機交互的虛擬環(huán)境，為觀眾帶來虛擬世界與現(xiàn)實世界之間無縫轉(zhuǎn)換的“沉浸感”。

    XR延展影棚可用于網(wǎng)絡(luò)直播、電視臺直播、虛擬音樂會、虛擬晚會和廣告拍攝等場景。XR延展影棚拍攝可以將虛擬內(nèi)容擴展到LED舞臺之外，使虛擬和現(xiàn)實實時疊加，增強觀眾的視覺沖擊感和藝術(shù)創(chuàng)意感，讓內(nèi)容創(chuàng)作者在有限的空間創(chuàng)造出無限可能，盡情追求無盡的視覺體驗。

 

    XR能否取代綠幕一直是個熱點話題。相較綠幕，XR有一些明顯優(yōu)勢：

    1、XR實時呈現(xiàn)的背景為演員提供臨場感，能夠讓缺乏無實物表演經(jīng)驗的人們直觀了解當(dāng)下處境，掌握自身走位。

    2、XR使演員表演與表演環(huán)境相結(jié)合的效果及時呈現(xiàn)，并且更方便創(chuàng)作團隊及時修改創(chuàng)作想法。

    3、XR能夠節(jié)省掉影視制作過程中許多花費在光線修復(fù)上的時間和金錢。

    但是xR技術(shù)本身同樣具有局限，如果是基于LED屏幕方案實現(xiàn)的xR技術(shù)，那么站在LED屏上的演員腳下將沒有影子，這是xR技術(shù)的一個較大遺憾。

    LED影棚虛擬制作的工作流程

    在LED影棚虛擬制作中，“VP攝影棚”與“XR延展影棚”的整個拍攝流程大致相同，分為前期籌備、前期制作、現(xiàn)場制作、后期制作四個部分。

    VP攝影棚拍攝流程

    VP影視制作與傳統(tǒng)電影制作方法最大的不同在于流程上的變化，最重要的特征是“后期前置化”。VP影視制作將傳統(tǒng)視效影片中的三維資產(chǎn)制作等環(huán)節(jié)移至影片實際拍攝之前，前期制作的虛擬內(nèi)容可直接用于現(xiàn)場攝影機內(nèi)視效拍攝，而渲染、合成等后期環(huán)節(jié)移至拍攝現(xiàn)場，合成畫面的實時完成，大大減少了后期制作的工作量，提高了制作效率。

    在視頻拍攝前期，視覺特效師需使用實時渲染引擎以及虛擬制作系統(tǒng)，創(chuàng)建3D數(shù)字資產(chǎn)。接下來，利用高顯示性能的無縫拼接LED顯示屏作為背景墻（通常呈現(xiàn)為環(huán)幕或球幕）在工作室中搭建一個LED舞臺，通過XR虛擬服務(wù)器將前期制作的三維渲染場景載入到LED背景墻上，打造出高畫面質(zhì)量的沉浸式虛擬場景。再采用精確的攝影機追蹤系統(tǒng)，采用物體位置追蹤與定位技術(shù)對物體進(jìn)行跟蹤拍攝，最終拍攝完成后，將拍攝到的素材通過特定協(xié)議（Free-D）傳回到XR虛擬服務(wù)器進(jìn)行查看剪輯。

    XR延展影棚拍攝流程

    XR延展拍攝的步驟與VP影棚拍攝大致相同，但通常在VP攝影棚拍攝中整個拍攝畫面都是在相機中捕獲的，而不需要擴展。

    而在XR延展影棚中，因為其畫面延展的特殊性，在后期制作時多了對“背景”畫面進(jìn)行擴展的環(huán)節(jié)。在拍攝好的素材回傳至XR虛擬服務(wù)器后，需要再通過畫面疊加的方法，將場景延展顯示到外錐無屏區(qū)域，將現(xiàn)實場景與虛擬位置進(jìn)行融合，實現(xiàn)更真實、更加沉浸式的后臺效果。然后通過顏色校準(zhǔn)、定位校正、色彩匹配及邊緣過度等畫面處理技術(shù)，實現(xiàn)屏內(nèi)外畫面的和諧統(tǒng)一，最終輸出擴展后的整體畫面。在導(dǎo)播系統(tǒng)后臺，就可以看到并輸出完成的虛擬場景。

    在擴展現(xiàn)實的基礎(chǔ)上，XR延展拍攝還可以加入動態(tài)捕捉傳感器，實現(xiàn)AR追蹤的互動效果，表演者可以在舞臺上即時、無限制地與三維空間內(nèi)的虛擬元素進(jìn)行交互。

    LED虛擬制作用到的設(shè)備有哪些？

    LED影棚虛擬制作是技術(shù)的融合，所需要的軟硬件設(shè)備有LED顯示屏、虛擬引擎、攝像機追蹤系統(tǒng)以及虛擬制作系統(tǒng)等。只有通過這些軟硬件系統(tǒng)的完美集成配合，才可以拍攝出奇幻炫酷的視覺效果，獲得最終的效果。

    XR延展攝影棚的LED顯示屏雖然建設(shè)面積較小，但是在直播中需要低時延特性提供支持，需要更大的數(shù)據(jù)傳輸與實時互動，需要性能更強的系統(tǒng)支持即時的影像處理。

    VP攝影棚L(fēng)ED建設(shè)面積較大，但因不需畫面擴展，對系統(tǒng)的要求相對較低，但是需要高質(zhì)量畫面拍攝，對虛擬引擎、攝像機等其他設(shè)備配置較高，須達(dá)到專業(yè)級別。

    虛擬制作服務(wù)器

    虛擬制作服務(wù)器是將物理舞臺與虛擬場景連接起來的基礎(chǔ)設(shè)施，高度集成LED顯示屏硬件、控制系統(tǒng)、內(nèi)容渲染引擎和攝像頭跟蹤。

    XR虛擬制作服務(wù)器是虛擬拍攝工作流的核心，負(fù)責(zé)接入攝像機跟蹤系統(tǒng)+虛擬生產(chǎn)內(nèi)容+攝像機拍攝的實時畫面，輸出虛擬內(nèi)容到LED墻，輸出合成的XR視頻畫面給導(dǎo)播臺，用于直播及存儲。

    最常見的虛擬制作系統(tǒng)有：Disguise、Hecoos。

    渲染引擎

    視頻制作的渲染引擎是各種最新圖形技術(shù)的表現(xiàn)者，渲染引擎應(yīng)用于視頻制作就猶如汽車的引擎，決定著節(jié)目畫面的真實感、流暢度、吸引力。

    觀眾所看到的畫面、場景、色彩效果等內(nèi)容都是由引擎直接控制的，這些效果的實現(xiàn)包含了許多渲染技術(shù)：光線追蹤-圖像像素以光的粒子計算；路徑追蹤-光線反射回視口計算；光子映射-光源發(fā)射“光子”計算；光能傳遞-散射表面反射到攝影機中的照明路徑。

    最常見的渲染引擎有：Unreal Engine、Unity3D、Notch、Maya、3D MAX 。

    攝像機追蹤系統(tǒng)

    攝影機定位跟蹤指的是對真實空間中攝影機的位置和姿勢進(jìn)行跟蹤的過程。由定位機、搖臂、攝像機穩(wěn)定器、云臺、編碼器、雙目立體視覺機器等一整套設(shè)備組成。

    拍攝的空間信息被實時傳送至渲染引擎，為引擎中的虛擬攝影機提供真實攝影機在三維空間中的位置信息，以及鏡頭參數(shù)信息，包括焦距、焦點和光圈等。依靠實時渲染和實時摳像與合成技術(shù)，實現(xiàn)虛擬攝影機與真實攝影機的運動及構(gòu)圖的同步，使得實拍畫面與虛擬元素得以實時合成。

    攝像機實時動態(tài)跟蹤技術(shù)分為三種：網(wǎng)格識別–基于攝影機在二維X、Y軸平面的輕微移動進(jìn)行實時的運算的跟蹤方式，無需改裝攝像機的跟蹤方式；機械傳感跟蹤-裝在基座上或三腳架上，提供非常精確的高分辨率的解決方案；紅外跟蹤-通過紅外和發(fā)射器計算攝像機位置。

    最常見的攝像機追蹤系統(tǒng)有：Mosys、Redspy。

    燈光系統(tǒng)

    在場景已有的自然光源照明不足的前提下，有必要人為地增強場景中的照明，以增強膠片的感光，提高畫面的亮度，對于空間的建立、氛圍的營造有著重要的作用。

    基礎(chǔ)燈光-在LED背景墻提供基礎(chǔ)光照的情況下，仍需要利用燈光設(shè)備補充光照，以彌補背景墻照明窄光譜低顯色、無方向性、無硬光的問題；補充燈光-LED燈光矩陣+柔光燈彌補背景墻照明窄光譜、低顯色、無方向性、無硬光的問題；特效燈光-在特定的拍攝場景，根據(jù)場景+劇情需要而臨時布置的燈光；燈光控制系統(tǒng)-數(shù)控?zé)艄饪梢酝ㄟ^DMX/Artnet等協(xié)議被虛擬引擎和XR融合系統(tǒng)直接驅(qū)動控制。

    常用的燈光系統(tǒng)有：ARRI。

    LED顯示屏

    LED影棚虛擬制作是大屏顯示應(yīng)用的新場景，是LED小間距市場不斷發(fā)展，LED顯示設(shè)備的技術(shù)水平不斷提高而衍生出的新市場。

    與傳統(tǒng)的LED屏幕應(yīng)用相比，虛擬制作的LED顯示屏對準(zhǔn)確色彩還原，動態(tài)高刷新，動態(tài)高亮度，動態(tài)高對比度，無色彩偏移的廣視角、高質(zhì)量畫面顯示等等都有更為嚴(yán)苛的要求。

    抑制摩爾紋

    摩爾紋是LED屏幕在拍照設(shè)備的感光元件上成像時形成的高頻干擾，會使圖片出現(xiàn)彩色的條紋。Mini 4合1技術(shù)可以使LED顯示屏達(dá)到80%以上的發(fā)光開口率。

    Mini LED搭配特殊型號的鏡頭、景深和光圈，可以獲得更廣的調(diào)節(jié)自由度，虛焦程度更低，巧妙避開顯示屏在成片中產(chǎn)生摩爾紋的情況，最終實現(xiàn)拍攝角度逼真的沉浸式效果。

    低反射

    小的光反射率對屏幕表面的影響越小，可以實現(xiàn)更真實的背景畫面。在Mini小間距屏體表面，燈組之間有獨特的吸光槽設(shè)計，以減少光的影響；并且表面采用磨砂啞光工藝，將光線反射率控制在5%以下，拍攝角度可接近180度。輕松應(yīng)對拍攝現(xiàn)場的各種光線環(huán)境，畫面更干凈，拍攝不易穿幫。

    寬色域高顯指

    色域匹配及轉(zhuǎn)換技術(shù)應(yīng)用，可以真實、準(zhǔn)確地還原自然界色彩。高顯指CRI，保證色彩均勻性好，可以優(yōu)化各色各波段的連續(xù)光譜，提升顯色指數(shù)。同時，提高光效，在保證發(fā)光效率前提下，抑制部分藍(lán)光能量，補償紅色（R9）光譜。

    廣視角無色偏差

    Mini LED產(chǎn)品能夠提供近180°更廣闊的拍攝視角，保證不偏色；24bit處理深度，更好地呈現(xiàn)圖像的層次、細(xì)節(jié)，從任何角度觀察或拍攝，都能呈現(xiàn)到良好的視覺效果。

    低掃描高刷新率

    1/6掃描率和7680Hz的刷新率，Mini LED小間距屏在高刷新下，拍攝畫面穩(wěn)定，無波紋黑屏，圖像邊緣清晰，準(zhǔn)確還原圖像真實信息。

    XR制作的好處

    沉浸式與實時的制作與編輯流程

    演員或主持人、制片人可以在現(xiàn)場看到虛擬環(huán)境，讓他們可以在現(xiàn)場進(jìn)行表演或拍攝的調(diào)整與指導(dǎo)，減少了后期制作所花費的時間和預(yù)算。簡單來說就是“后期制作前置化”。此外，虛擬制作解決了外景拍攝的劇組交通成本及環(huán)境等待成本，簡單來說，你可以無需踩點等待下雨或夕陽落山的時刻，隨時復(fù)現(xiàn)和修改所需的環(huán)境。

    真實的現(xiàn)場交互燈光

    照明由XR現(xiàn)場的LED顯示屏提供，這有助于真實人物與虛擬環(huán)境的無縫融合，并減少進(jìn)一步照明調(diào)整的時間。這點特別適合有高反射的真實物體拍攝，需要提供真實的環(huán)境反射信息及光照，而無需通過后期合成添加處理。

    沒有顏色溢出問題與摳像合成的困擾

    在傳統(tǒng)綠幕拍攝環(huán)境下，常常需要花費大量的時間進(jìn)行精細(xì)的摳像處理，同時修補顏色溢出的問題，而XR完全不需要摳像，現(xiàn)場直接出鏡頭。

    XR的行業(yè)應(yīng)用

    企業(yè)活動

    當(dāng)今公司越來越多地將XR視為解決遠(yuǎn)距離會務(wù)問題的新方法。虛擬會議、虛擬報告會甚至是產(chǎn)品發(fā)布會都可以使用XR技術(shù)來提高參與者的沉浸體驗，使他們真切感受到品牌的文化和理念。

    教育

    XR可以讓遠(yuǎn)程教學(xué)中的學(xué)生沉浸在逼真的場景中，讓學(xué)生在模擬的虛擬情境中更好地理解知識，學(xué)習(xí)知識，并留下深刻的印象。

    電影

    xR為電影拍攝提供了機會，減少了工作人員的旅行時間和疫情期間的接觸危險。在后期制作中，LED屏幕可提供比綠色屏幕更快，更輕松和更高質(zhì)量的替代產(chǎn)品，從而縮短了生產(chǎn)周期，并可以實時做出更具創(chuàng)造性的視覺決策。

    電視演播

    在演播室環(huán)境中，LED屏幕實時提供高分辨率的清晰內(nèi)容和照明，雖然最后都需要用攝影機進(jìn)行采集，但實時呈現(xiàn)的內(nèi)容可以讓主持人更好地與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，而不是像之前一樣進(jìn)行盲猜與踩點。

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