不久前结束的由中国电影设计制作联盟发起的首届CG电影创作分享会中多次谈到了电影虚拟制片技术，但很多观众反应干货太硬，还有很多没听懂。
今天，我们特意找来了国家中影数字制作基地方荣国老师书写的关于电影虚拟拍摄的文章，从概念到工作原理进行介绍和梳理分析，来与大家一起分享。
电影虚拟拍摄是电影数字革命以来的一个新领域，2009年随着《阿凡达》的公映给观众和业界带来了新的视角。
▲ 《阿凡达》在制作中使用的虚拟拍摄
电影蓝绿屏拍摄的大范围使用，让导演在第一时间看到实拍演员场景和虚拟空间场景的实时合成效果变得越来越重要。虚拟拍摄对现场拍摄的即时指导性优势，随着电影主创人员的了解而逐步被应用到拍摄中来。
▲ 在绿幕环境中实时合成查看效果
虚拟拍摄的定义
电影虚拟拍摄可简单描述为——当演员在蓝绿背景前表演时，背景的蓝绿颜色直接被提前制作好的虚拟场景替换，导演监视器上实时呈现出（以前要到后期才能完成）合成后的效果，这种直观的拍摄技术称为电影虚拟拍摄。
▲ 虚拟拍摄片场与动作捕捉环境
虚拟拍摄技术的发展背景
虚拟技术的发展与计算机技术的进步历程密不可分，在二十世纪四、五十年代计算机处于大型机阶段，到六、七十年代逐渐向小型计算机转化。受控于硬件、软件和人才基数的制约，此阶段的发展较为缓慢。
▲ IBM推出IBM-PC
1975年微软成立，之后发展出Windows操作系统；1976年苹果公司成立，使用苹果自己的System x.xx/Mac OS操作系统；1981年IBM推出IBM-PC，它大大的简化了硬件构架，定位面向普通的大众，此时由于操作系统的发展还处于DOS阶段，普及的速度还很慢。
▲ 斯皮尔伯格在监视器查看《头号玩家》的虚拟拍摄效果
1982年美国SGI公司成立，我们对这个名字很陌生，来看看基于它完成的电影就知道它离我们很近了，《侏罗纪公园》、《泰坦尼克》、《玩具总动员》、《指环王》等等都与它有着密切的联系。
▲ 《指环王》的实拍片场与后期VFX合成效果
▲ 漫威系列电影大量运用了虚拟拍摄系统
1995年SGI并购了Alias Wavefront公司，这个就是现在响当当MAYA软件的前身。1991年微软公司推出了Windows3.0多语言版本操作系统，几年后推出Win95,实现了真正意义上的图形操作界面，计算机发展驶入快车道。
虚拟拍摄技术的起源
从应用的时间和普及上看，电视的应用要早于电影。
1978年，Eugene L.提出了“电子布景”（Electronic Studio Setting）的概念，指出未来的节目制作可以在只有人员和摄像机的空演播室内完成，其余布景和道具都由电子系统产生。
▲ 目前的主流电视媒体广泛使用的虚拟演播室技术
在1992年以后虚拟演播室技术真正走向了实用。作为数字演播室发展新技术，虚拟演播室技术已成为了当今数字电视演播室新技术的热点。在1994年IBC展览会上虚拟演播室技术首次亮像，并在各种电视转播中得以实现。
▲ 虚拟演播室可随镜头变换的虚拟背景
虚拟演播室系统（The Virtual Studio System，简称VSS）是近年来随着计算机技术飞速发展和色键技术不断改进而出现的一种新的电视节目制作系统。
▲ F1赛车节目采用了丰富的虚拟场景及道具演示效果
在虚拟演播室系统中，摄影机拍摄时的位置信息和拍摄内容，实时传送到虚拟系统内，画面背景的蓝或绿，通过色键抠像技术被清除，替换上提前制作好的虚拟三维空间模型，画面拍摄的主持人或演员与三维的虚拟场景合并成一个新画面，新合成好的视频可以实时的显示在电视上。
▲ 利用虚拟演播室技术进行远程虚拟合成对话
但这种现实并不存在的虚拟场景环境，只是与实拍的人物无缝融合起来的画面技术让虚拟演播室成为了现实。
▲ 世界首个利用虚拟拍摄技术实现的混合现实真人秀节目
▲ 虚拟拍摄技术也广泛运用于虚拟偶像等展演现场
电影虚拟拍摄技术的发展
电影虚拟拍摄技术运用的时间也是较早的，但使用的范围很小。1990年代初期好莱坞就有使用虚拟技术来制作动态故事板，也就是目前应用较多的动态预览（Previz）。
▲ 《黑客帝国》采用的360度超静止瞬间移动拍摄技巧
1997年12月19日美国上映 《泰坦尼克》 （我国1998年4月份上映）， 其后1999年《黑客帝国Matrix》、2003年5月和11月《黑客帝国2》、《黑客帝国3》,2007年开始的《变形金刚1》及续集，这些里程碑式的影片都对虚拟技术做了很好的应用和宣传，尤其对Motion Capture（动作捕捉）和Motion Control（运动控制）的使用，可以说到了很高的高度。
▲ 动作捕捉与实时渲染技术的联动与成熟
电影虚拟拍摄真正被观众熟知还是2009年《阿凡达》的公映。
2009年12月16日，《阿凡达》的空前成功和潘多拉星球带给观众美轮美奂的感受，使得虚拟拍摄技术被公众开始熟悉。尤其是在绿色影棚里，导演可以直接看到想象中的监视器画面，而不是传统的绿背景监视器画面，而使得耳目一新。
▲ 《阿凡达》将虚拟拍摄推向了主流视线
当整部电影都以蓝绿背景拍摄，有超过2000个以上的蓝绿背景镜头需要剪辑、特效、声音等各环节都需要制作时，工作人员需要对照着剧本文字描述来逐一匹配镜头时，巨大的需求推动了技术的研发。
▲ 卡梅隆利用虚拟摄影机模拟真实的摄影习惯
在《阿凡达》完成后，虚拟拍摄技术被整合成一个商业模块出现了。
电影虚拟拍摄技术的未来展望
电影虚拟拍摄虽有不少技术点需要完善和改进，但她发展的趋势已经确立，并会随着国内电影上升的趋势而得到不断发展。
▲ 《狮子王》真人版完全运用了虚拟拍摄技术
好莱坞大片的带动效应，使得越来越多的国内导演和电影制作人认识和接触该领域，并在创作中使用这个新技术。
▲ 好莱坞视效电影带动了虚拟拍摄技术向更纵深的领域发展
未来需要越来越完善的虚拟拍摄素材库。
世界名胜古迹、人文历史遗迹、自然风光......早已成为电影画面的常客，每每拍摄都要到实地拍摄，不但成本高昂，演员的档期也很难协调，同时名胜之地人流如麻，很难协调合适的时间来进行拍摄。
▲ 在监视器中直接呈现实时合成的画面
虚拟拍摄就可以比较理想的解决这个问题，并大大的降低制作成本。
举例如拍摄古罗马的斗兽场，采用虚拟技术后，演员只要在虚拟棚内表演，就可以直接调用素材库里的斗兽场景进行拍摄，即直接又快速，但这在当下还是一种梦想，需要去落实。
电影是创造的艺术，背景式照片方案是不能符合拍摄技术的，需要建立三维的模型，并有真实的贴图，还可以根据需要进行光线的模拟（如朝阳、黄昏或正午效果），符合标准后放入模型库，根据创作的需要调入虚拟拍摄系统，依据剧本需要让摄影机可以灵活选取需要的角度进行拍摄。
▲ 虚拟拍摄技术的高效也十分适合广告领域
素材库的建立是一个庞大的数字工程，不但包罗万象还要能进行清晰的检索和调用。这个工程是需要持续的投入和建设的，可以通过专门的团体搭建架构，制定技术标准，把符合的纳入数据库内，并可以有偿进行商业推广，让这个素材库进入良性发展轨道，慢慢壮大。
▲ 只需要绿幕道具便可以模拟与虚拟环境的交互
以后会有越来越多的传统摄影棚被改造成虚拟摄影棚，在人力控制范围之内，可提供24小时候场拍摄，不会受到自然天气的影响延误拍摄。
▲ 绿幕座椅匹配火车车厢内的虚拟空间关系
有人会问到：不是所有摄影棚都是24小时可以拍摄的吗？这里普及个虚拟拍摄的常识，传统摄影棚搭建的场景都是固定的，如果更换场景需要一天或几天的时间，而虚拟场景的更换只需要几分钟的时间，如需要搭建一小部分的核心表演区，可以提前在场外做好模块在摄影棚里组装好就可以了，一个虚拟棚里一天拍摄几个场景的案例已不是什么新鲜事了。
▲ 迪士尼《曼达洛人》的制作将虚拟拍摄带入了LED时代
明星演员的档期很紧，任何意外（生病、受伤等）都会打乱正常的拍摄计划，虚拟拍摄会提前把剧本中的场景制作好，根据变化来快速调用不同场景，这种优势会更好的协调剧组拍摄的进程，让拍摄更人性，更有效率。
电影虚拟拍摄是一个很好的方向，有非常好的前景。让电影同仁们共同努力，推进虚拟拍摄的不断进步，搭建更好的平台，用技术提升拍摄的质量，让创意更好的实现，让电影带给观众更好的愉悦。
————方荣国
以上内容截取自《现代电影技术》2015年7月刊的文章：《电影虚拟拍摄技术发展探析》，观看完整文章或了解更多虚拟拍摄信息可以查阅方老师的知乎账号：
https://www.zhihu.com/people/dianyinglaofang
配图&编辑 / 郑珩
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具有自主研发虚拟拍摄系统的部分中外公司名单：
LightCraft公司的Previzion（Halide）系统
Solid Track虚拟拍摄系统
Ncam技术公司的Ncam系统
诺亦腾公司的传神系统
艾沃次世代公司的如意系统
中国电影设计制作联盟创始成员单位：
鲲睿文化、念动文化
北斗北工作室、艾沃次时代
Bitone、达瓦科技
首届CG电影创作分享会录屏观看平台链接：
https://space.bilibili.com/88068804
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