3d电影原理.docx

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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）的字头,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。

　　人的视觉之所以能分辨远近,就是靠两隻眼睛的差距。

人的两眼分开约5公分,两隻眼睛除了瞄准正前方以外,瞧任何一样东西,两眼的角度都不会相同。

虽然差距很小,但经视网膜传到大脑裏,脑子就用这微小的差距,产生远近的深度,从而产生立体感。

一隻眼睛虽然能瞧到物体,但对物体远近的距离却不易分辨。

根据这一原理,如果把同一景像,用两隻眼睛视角的差距製造出两个影像,然后让两隻眼睛一边一个,各瞧到自己一边的影像,透过视网膜就可以使大脑产生景深的立体感了。

各式各样的立体演示技术,也多就是运用这一原理,我们称其为“偏光原理”。

　　3D立体电影的製作有多种形式,其中较为广泛采用的就是偏光眼镜法。

它以人眼观察景物的方法,利用两台并列安置的电影摄影机,分别代表人的左、右眼,同步拍摄出两条略带水准视差的电影画面。

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度的偏振镜。

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。

当观众戴上特製的偏光眼镜时,由于左、右两片偏光镜的偏振轴互相垂直,并与放映镜头前的偏振轴相一致;致使观众的左眼只能瞧到左像、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立体立体的视觉效果。

展现出一幅幅连贯的立体画面,使观众感到景物扑面而来、或进入银幕深凹处,能产生强烈的“身临其境”感。

  3D立体立体电影,即我们常说的4D电影,就是立体电影与特技影院结合的产物。

随着3D立体软体在国内越来越广泛的应用,4D电影也得到了飞速的发展。

运用3D立体软体製作立体电影有其独特的优势,如3D立体场景本身就具有立体特性,与立体成像相关的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立体立体电影製作的原理及常见问题的解决方法,以后我们还会在具体的製作方面继续探讨,希望广大对立体电影感兴趣的朋友不要错过。

　4D电影就是立体电影与特技影院结合的产物。

除了立体的视觉画面外,放映现场还能模拟闪电、烟雾、雪花、气味等自然现象,观众的座椅还能产生下坠、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的娱乐效果,犹如身临其境,紧张刺激。

　4D影院最早出现在美国,如着名的蜘蛛人、飞跃加州、T2等项目,都广泛采用了4D电影的形式。

近年来,随着3D立体软体广泛运用于立体电影的製作,4D电影在国内也得到了飞速的发展,画面效果与现场特技的製作水准都有了长足的进步,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,深受观众与遊客的喜爱。

　　运用3D立体软体製作立体电影有其独特的优势,如3D立体场景本身就具有立体特性,与立体成像相关的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,如大家俗称的3D电影、4D电影。

美国狄斯奈乐园中的蜘蛛侠（SpiderMan）,更就是解决了“3D立体立体跟踪渲染”技术,使画面中的立体场景能够根据遊客的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）一致与连续的透视关係,大大提高了画面的真实感。

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立体立体电影的製作原理的详细分析,探讨一些常见问题的解决方法。

　　人眼的立体成像原理

　　在现实生活中,人们通过眼睛观察的周围环境之所以就是立体的,就是因为人的两隻眼睛所处的空间位置不同,可以从两个不同的视角同时获得两幅不同的场景图

　　像,人的大脑对这两幅图像进行处理后,不仅能分辨出所观察物体的颜色、质感等光学资讯,还能根据两幅图像的差异判断出物体与双眼的距离等空间资讯。

这样一幅立体的画面就呈现在脑海中。

图1人眼的立体成像原理

　　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）,为了模拟双眼的立体成像原理,必须用两个摄影机同时渲染场景,这两个摄影机的相对位置,应儘量与人的两眼的相对位置一致,

　　它们的间距称为镜距（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的位置上,物体A经它渲染后,所形成的图元位于其渲染平面的Al处;另一个摄影机命名为RCam,它位于相当于人右眼的位置上,物体A经它渲染后,所形成的图元位于其渲染平面的Ar处。

　　从图中可以明显瞧到,由于两摄影机的位置不同,它们分别渲染的场景会有少许差别。

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所渲染的图像,虽然瞧起来差异不大,但它们却包含着不同的透视资讯,这才就是形成立体视觉的关键元素。

　　图23D立体软体中的立体渲染镜头,及物体A的渲染过程

　　图3放映环境中观众的双眼与萤幕,及A`的成像过程

在放映环境中（图2b）,当把两摄影机所渲染的画面同步投放到同一萤幕上时,必须采取适当的画面分离技术,使观众的左眼只能瞧到Lcam渲染的画面,而右眼只能瞧到Rcam渲染的画面。

常用的画面分离方式有“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中萤幕的不同位置,通过画面分离技术,Al只能被观众的左眼瞧见,Ar只能被右眼瞧见,两眼视线交叉于A`。

观众感知的A已不在萤幕上（即已“出屏”）,形成了一个有距离资讯的立体像A`。

这样,3D立体场景中的物体A,就立体地还原在观众眼前。

这就就是3D立体立体电影的製作原理。

　　如何准确地控制“出屏”的距离

　　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”的效果。

相反的情况也时有发生,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的“出屏”效果就显得非常必要。

在3D立体立体电影的製作中,我们经常追求“触手可及”的效果,这个距离约为30cm—50cm。

我们对比3D立体环节与放映环节,当萤幕对观众眼睛的张角β与在3D立体软体中镜头的水准张角α相等,且渲染镜头的镜距camWide与观众两眼的距离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与渲染镜头的距离D,在播放时精确地定位A`到观众的距离。

实现了在3D立体环境中的“可见”,即实现了播放环境中的“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立体环境的一致,给精确定位A`提供了最好的操作性。

在这样的环境下,3D立体製作人员在製作阶段就能很清楚地预估最终的“出屏”效果。

　　然而在现实工作中,放映环境与3D立体环境一致的要求并不能总被满足。

如各影院的萤幕有大有小,观众离萤幕的距离有远有近,观众相对于萤幕可居中可偏离等等。

各种影院环境对观众的影响,最终产生两个变化:

萤幕对观众的张角β与萤幕对观众的错切变化。

错切就是由于观众偏离萤幕中轴产生的图像变化,其影响并不大,不容易被感知。

因此,下面仅讨论β的变化对立体效果的影响。

　　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`间的距离等比例缩小,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”的衝动。

　　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。

　　为避免上述情况的发生,可让观众适当靠近萤幕,或增大萤幕尺寸。

通常大萤幕的立体效果较小萤幕好,其原因就就是大萤幕会产生较大的β角。

　　此外,还可以增加渲染镜头的镜距（camWide）。

从图5可以瞧到,在3D立体环境中增大camWide,使camWideeyeWide,Al`与Ar`间的距离会变大,成像交叉

　　点A`前移,使得D`D,增强了“出屏”效果。

　　在βα的情况下,增大camWide所产生的A`前移,会适当弥补β过小所产生的回缩。

　　图5当camWide增大时,则D`D,增强了“出屏”效果

　　当βα时,会出现相反的情况,即D`D。

观众可能会觉得聚焦困难、胀眼。

解决的办法就是减小camWide或减小萤幕。

　　改善“出屏”效果不足的几点建议

　　由于3D立体製作环节与实际播放的时间跨度较大,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的方法。

从上面的分析我们可以瞧到,最好的方法就就是实现3D立体环境与播放环境在尺寸、比例上的一致性。

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就是很难保证的。

在3D立体环境中,由于画面构图的需要,α通常被设置在40°-75°之间。

而在影院中,β超过50°的机会并不多,所以βα出现的几率较大。

此时,为弥补物体“出屏”不足的问题,在製作时,增大LCam与RCam的间距（camWide）,通常就是比较有效的方法。

事实上,在绝大多数情况下,增大camWide都能改善场景的立体效果,而不会改变β与α的大小关係,因此应就是首选的方法。

　　此外,如物体的体积足够小,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,即使播放环境的βα,也可以保证D`在30cm-50cm之间,有很好的“触手可及”的效果。

然而物体一般都具有一定的体积,靠近的程度也会有限,还得依靠增大camWide来弥补立体效果的不足。

　　综上所述,保持3D立体环境与放映环境的一致就是最佳的选择。

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的最佳区间。

　　在立体电影的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的属性（如萤幕大小、观众离萤幕的距离、观众的瞳距等）,用运算式的方式给出现场资料与渲染镜头相应属性间的函数关係。

这样不仅能做到统一控制,还能做到调整简便,保证每组画面的立体效果。

　　除上述因素外,画面的许多艺术因素对立体效果也非常重要,例如物体运动的速度与方向,镜头前各物体的摆放层次,物体出屏的位置与方向等,这些问题都需要我们在製作中逐步地积累经验。