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    LED影棚虛擬制作深度技術(shù)解析

    字體變大  字體變小 發(fā)布日期:2022-08-19  瀏覽次數:2462
    核心提示:本文基于奧拓電子在為客戶(hù)提供數十個(gè)LED攝影棚方案的研發(fā)與測試工作中,對LED虛擬制作技術(shù)與方案進(jìn)行分析總結。本文將重點(diǎn)從整體制作流程、集成設備應用、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。

    深圳市奧拓電子股份有限公司常務(wù)副院長(cháng) 王勇

     摘要:2020年,XR延展技術(shù)的興起使影視行業(yè)出現了全新的變革,基于LED背景墻的LED虛擬制作成為了行業(yè)內人士一直討論的熱門(mén)話(huà)題。XR(Extend Reality)技術(shù)與LED顯示屏結合,搭建了一座貫通虛擬與現實(shí)的橋梁,在影視虛擬制作領(lǐng)域大放異彩。本文基于奧拓電子在為客戶(hù)提供數十個(gè)LED攝影棚方案的研發(fā)與測試工作中,對LED虛擬制作技術(shù)與方案進(jìn)行分析總結。本文將重點(diǎn)從整體制作流程、集成設備應用、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(shí)時(shí)的數字化制作”。在實(shí)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(lèi)型應用。

     

    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(chǎng)顯示實(shí)時(shí)背景和視覺(jué)特效。VP攝影棚拍攝的優(yōu)勢可以體現在多個(gè)方面:1、攝影空間自由化,可在室內影棚內完成各種場(chǎng)景的拍攝,無(wú)論是森林草原雪山,都可以使用渲染引擎實(shí)時(shí)創(chuàng )建,大幅度減少取景和拍攝成本。2、制片全流程簡(jiǎn)單化,“所見(jiàn)即所得”,在拍攝過(guò)程中制作人可以在屏幕上及時(shí)查看想要的拍攝畫(huà)面,場(chǎng)景內容和敘事空間皆可實(shí)時(shí)修改、調整,大幅度提高換景、改景的效率。3、表演空間沉浸化,在片場(chǎng)的演員站在實(shí)時(shí)生成場(chǎng)景的XR舞臺上,可以在沉浸式空間內進(jìn)行表演,直接體驗,演員表演更真實(shí)、更自然。同時(shí),LED顯示屏的光源為現場(chǎng)提供真實(shí)光影效果與細膩色彩表現打光,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,相比起傳統的耗時(shí)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(shí)現影片的上映,節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為是電影制作方面的巨大發(fā)展,為影視行業(yè)的未來(lái)提供了全新的動(dòng)力。

     

    XR延展影棚

    XR延展拍攝,是指使用視覺(jué)交互技術(shù),通過(guò)制作服務(wù)器將真實(shí)與虛擬相結合,利用LED顯示屏打造一個(gè)可人機交互的虛擬環(huán)境,為觀(guān)眾帶來(lái)虛擬世界與現實(shí)世界之間無(wú)縫轉換的“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(lè )會(huì )、虛擬晚會(huì )和廣告拍攝等場(chǎng)景。XR延展影棚拍攝可以將虛擬內容擴展到LED舞臺之外,使虛擬和現實(shí)實(shí)時(shí)疊加,增強觀(guān)眾的視覺(jué)沖擊感和藝術(shù)創(chuàng )意感,讓內容創(chuàng )作者在有限的空間創(chuàng )造出無(wú)限可能,盡情追求無(wú)盡的視覺(jué)體驗。

     

    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(gè)拍攝流程大致相同,分為前期籌備、前期制作、現場(chǎng)制作、后期制作四個(gè)部分。

     

     

    VP攝影棚拍攝流程:

    VP影視制作與傳統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影視制作將傳統視效影片中的三維資產(chǎn)制作等環(huán)節移至影片實(shí)際拍攝之前,前期制作的虛擬內容可直接用于現場(chǎng)攝影機內視效拍攝,而渲染、合成等后期環(huán)節移至拍攝現場(chǎng),合成畫(huà)面的實(shí)時(shí)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(jué)特效師需使用實(shí)時(shí)渲染引擎以及虛擬制作系統,創(chuàng )建3D數字資產(chǎn)。接下來(lái),利用高顯示性能的無(wú)縫拼接LED顯示屏作為背景墻(通常呈現為環(huán)幕或球幕)在工作室中搭建一個(gè)LED舞臺,通過(guò)XR虛擬服務(wù)器將前期制作的三維渲染場(chǎng)景載入到LED背景墻上,打造出高畫(huà)面質(zhì)量的沉浸式虛擬場(chǎng)景。再采用精確的攝影機追蹤系統,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(guò)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(gè)拍攝畫(huà)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(huà)面延展的特殊性,在后期制作時(shí)多了對“背景”畫(huà)面進(jìn)行擴展的環(huán)節。在拍攝好的素材回傳至XR虛擬服務(wù)器后,需要再通過(guò)畫(huà)面疊加的方法,將場(chǎng)景延展顯示到外錐無(wú)屏區域,將現實(shí)場(chǎng)景與虛擬位置進(jìn)行融合。實(shí)現更真實(shí)、更加沉浸式的后臺效果。然后通過(guò)顏色校準、定位校正、色彩匹配及邊緣過(guò)度等畫(huà)面處理技術(shù),實(shí)現屏內外畫(huà)面的和諧統一,最終輸出擴展后的整體畫(huà)面。在導播系統后臺,就可以看到并輸出完成的虛擬場(chǎng)景。在擴展現實(shí)的基礎上,XR延展拍攝還可以加入動(dòng)態(tài)捕捉傳感器,實(shí)現AR追蹤的互動(dòng)效果,表演者可以在舞臺上即時(shí)、無(wú)限制地與三維空間內的虛擬元素進(jìn)行交互。

     

    LED虛擬制作用到的設備有哪些?

     

    LED影棚虛擬制作是技術(shù)的融合,所需要的軟硬件設備有LED顯示屏、虛擬引擎、攝像機追蹤系統以及虛擬制作系統等。只有通過(guò)這些軟硬件系統的完美集成配合,才可以拍攝出奇幻炫酷的視覺(jué)效果,獲得最終的效果。XR延展攝影棚的LED顯示屏雖然建設面積較小,但是在直播中需要低時(shí)延特性提供支持,需要更大的數據傳輸與實(shí)時(shí)互動(dòng),需要性能更強的系統支持即時(shí)的影像處理。VP攝影棚L(fēng)ED建設面積較大,但因不需畫(huà)面擴展,對系統的要求相對較低,但是需要高質(zhì)量畫(huà)面拍攝,對虛擬引擎、攝像機等其他設備配置較高,須達到專(zhuān)業(yè)級別。

     

     

    虛擬制作服務(wù)器:

    將物理舞臺與虛擬場(chǎng)景連接起來(lái)的基礎設施。高度集成LED顯示屏硬件、控制系統、內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,負責接入攝像機跟蹤系統+虛擬生產(chǎn)內容+攝像機拍攝的實(shí)時(shí)畫(huà)面,輸出虛擬內容到LED墻,輸出合成的XR視頻畫(huà)面給導播臺,用于直播及存儲。最常見(jiàn)的虛擬制作系統有: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)的表現者,渲染引擎應用于視頻制作就猶如汽車(chē)的引擎,決定著(zhù)節目畫(huà)面的真實(shí)感、流暢度、吸引力。觀(guān)眾所看到的畫(huà)面、場(chǎng)景、色彩效果等內容都是由引擎直接控制的,這些效果的實(shí)現包含了許多渲染技術(shù):光線(xiàn)追蹤-圖像像素以光的粒子計算;路徑追蹤-光線(xiàn)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(jiàn)的渲染引擎有:Unreal Engine、Unity3D、Notch、Maya、3D MAX 。

     

    攝像機追蹤系統:

    攝影機定位跟蹤指的是對真實(shí)空間中攝影機的位置和姿勢進(jìn)行跟蹤的過(guò)程。由定位機、搖臂、攝像機穩定器、云臺、編碼器、雙目立體視覺(jué)機器等一整套設備組成。拍攝的空間信息被實(shí)時(shí)傳送至渲染引擎,為引擎中的虛擬攝影機提供真實(shí)攝影機在三維空間中的位置信息,以及鏡頭參數信息,包括焦距、焦點(diǎn)和光圈等。依靠實(shí)時(shí)渲染和實(shí)時(shí)摳像與合成技術(shù),實(shí)現虛擬攝影機與真實(shí)攝影機的運動(dòng)及構圖的同步,使得實(shí)拍畫(huà)面與虛擬元素得以實(shí)時(shí)合成。攝像機實(shí)時(shí)動(dòng)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(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的運算的跟蹤方式,無(wú)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(guò)紅外和發(fā)射器計算攝像機位置。

    最常見(jiàn)的攝像機追蹤系統有:Mosys、Redspy。

     

    燈光系統:

    在場(chǎng)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(chǎng)景中的照明,以增強膠片的感光,提高畫(huà)面的亮度,對于空間的建立、氛圍的營(yíng)造有著(zhù)重要的作用;A燈光-在LED背景墻提供基礎光照的情況下,仍需要利用燈光設備補充光照,以彌補背景墻照明窄光譜低顯色、無(wú)方向性、無(wú)硬光的問(wèn)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(wú)方向性、無(wú)硬光的問(wèn)題;特效燈光-在特定的拍攝場(chǎng)景,根據場(chǎng)景+劇情需要而臨時(shí)布置的燈光;燈光控制系統-數控燈光可以通過(guò)DMX/Artnet等協(xié)議被虛擬引擎和XR融合系統直接驅動(dòng)控制。

    常用的燈光系統有:ARRI。

     

    LED顯示屏:

    LED影棚虛擬制作是大屏顯示應用的新場(chǎng)景,是LED小間距市場(chǎng)不斷發(fā)展,LED顯示設備的技術(shù)水平不斷提高而衍生出的新市場(chǎng)。與傳統的LED屏幕應用相比,虛擬制作的LED顯示屏對準確色彩還原,動(dòng)態(tài)高刷新,動(dòng)態(tài)高亮度,動(dòng)態(tài)高對比度,無(wú)色彩偏移的廣視角、高質(zhì)量畫(huà)面顯示等等都有更為嚴苛的要求。經(jīng)過(guò)多次測試,奧拓電子的Mini LED技術(shù)在虛擬拍攝應用有明顯領(lǐng)先的優(yōu)勢。

    抑制摩爾紋:摩爾紋是LED屏幕在拍照設備的感光元件上成像時(shí)形成的高頻干擾,會(huì )使圖片出現彩色的條紋。Mini 4合1技術(shù)可以使LED顯示屏達到80%以上的發(fā)光開(kāi)口率。Mini LED搭配特殊型號的鏡頭、景深和光圈,可以獲得更廣的調節自由度,虛焦程度更低,巧妙避開(kāi)顯示屏在成片中產(chǎn)生摩爾紋的情況,最終實(shí)現拍攝角度逼真的沉浸式效果。

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

    寬色域高顯指:色域匹配及轉換技術(shù)應用,可以真實(shí)、準確地還原自然界色彩,奧拓LED顯示屏色域校正后可達110% NTSC色域。高顯指CRI,保證色彩均勻性好,可以?xún)?yōu)化各色各波段的連續光譜,提升顯色指數。同時(shí),提高光效,在保證發(fā)光效率前提下,抑制部分藍光能量,補償紅色(R9)光譜。 

    廣視角無(wú)色偏: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,更好地呈現圖像的層次、細節,從任何角度觀(guān)察或拍攝,都能呈現到良好的視覺(jué)效果。

    低掃描高刷新: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(huà)面穩定,無(wú)波紋黑屏,圖像邊緣清晰,準確還原圖像真實(shí)信息。

     

    奧拓電子LED顯示產(chǎn)品

     

    LED背景墻推薦產(chǎn)品:奧拓RM系列

    RM系列是奧拓專(zhuān)為“真場(chǎng)景”打造的一款高匹配度的產(chǎn)品。有1.5mm、1.9mm、2.3mm三個(gè)點(diǎn)間距可選,制作人可以根據拍攝場(chǎng)景距離選擇合適的點(diǎn)間距。這三款點(diǎn)間距產(chǎn)品都適用于XR延展影棚,而在VP攝影棚中,1.5mm和2.3mm用到的更多。

    特點(diǎn):采用IMD封裝技術(shù),Mini4合1燈珠,表面具有更小的反射和超黑的墨色大大提升對比度;HDR技術(shù)及26bits的顏色控制;1500nits(Boost 2000nits)高亮顯示;重量輕巧安裝快捷便利,快速實(shí)現內外弧無(wú)縫拼接,節省安裝成本和周期;采用支持前后維護的結構設計,方便現場(chǎng)便捷維護,降低維護成本;邊緣保護設計;支持前后維護。

     

    LED天幕屏推薦產(chǎn)品:奧拓MXH系列

    MXH系列具備高亮、高安全、寬色溫等特點(diǎn),通常應用于VP攝影棚,為拍攝現場(chǎng)營(yíng)造幾乎任何場(chǎng)景的光照及實(shí)景(反射)環(huán)境。

    特點(diǎn):獨特的天幕設計結構,能實(shí)現快速安裝;支持吊裝、座裝,以及內外弧拼接,一屏多用;鋁鎂合金,重量輕,小于20kg/㎡;快鎖裝置、480*960大箱體拼裝快;高亮度,最高可達6000 nit;無(wú)極色溫調節;模組可更換、前后維護。

     

    LED地磚屏推薦產(chǎn)品:奧拓AE2.3系列

    通常適用于大多數情況下VP攝影棚不會(huì )采用地磚屏,地面一般用于擺放拍攝道具,XR延展影棚更傾向于將LED背景墻與LED地板的結合使用。

    特點(diǎn):采用500mm*500mm壓鑄鋁框架,高精度CNC加工完成,可實(shí)現箱體間無(wú)縫拼接;底殼采用點(diǎn)對面承受柱,承載重量達2Tons/平方米,可靠性高;模組前維護,3秒實(shí)現模組更換,顯著(zhù)提高維護效率;面罩采用進(jìn)口高透耐磨材料,防刮防磨顏色均勻無(wú)色差。高透耐磨PC材料,防刮防磨顏色均勻,防滑級別>=R9;前后IP65防水設計;人屏互動(dòng)、多點(diǎn)觸控。

     

    VP攝影棚項目應用案例


    騰訊影棚


    上海影棚


    Vossler影棚


    Dexter影棚

    XR延展影棚項目應用案例


    CES演播廳


    阿拉伯電視臺


    土耳其電視臺

    結語(yǔ):

    LED虛擬制作的美好未來(lái)已大踏步向我們走來(lái)。如何用更先進(jìn)的顯示技術(shù)和XR解決方案來(lái)推動(dòng)虛擬制作行業(yè)的進(jìn)步,為人們更好的視聽(tīng)生活貢獻力量,將是眾多LED屏企業(yè)在該領(lǐng)域占據一席之地的重要條件,也是LED屏企業(yè)提升核心競爭力的重要舉措之一。

     
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