李泉沂
昆明理工大學(xué)藝術(shù)與傳媒學(xué)院,云南昆明 650504
科幻電影中大量場景的描繪是對未來科技的展望與想象,因此計算機(jī)圖形學(xué) (Computer Graphics,CG)成為科幻電影中大量使用的技術(shù),其運(yùn)用使得電影藝術(shù)的視覺效果更加旖麗。而《星際穿越》的導(dǎo)演克里斯托弗·諾蘭熱忠于使用傳統(tǒng)膠片進(jìn)行拍攝,堅守傳統(tǒng)電影陣線的他,在執(zhí)導(dǎo)這部科幻電影時盡量避免使用綠幕,將大部分資金投入在道具、實景化拍攝技術(shù)、實地取景上。當(dāng)然,后期制作團(tuán)隊也使用了大量的優(yōu)質(zhì)特效技術(shù),兩者結(jié)合,為觀者展現(xiàn)了最接近真實的科幻場景。
百余年前的早期電影發(fā)展階段,已經(jīng)出現(xiàn)對未來科學(xué)的幻想和展望。從想象的世界出發(fā),選擇科幻題材,實現(xiàn)對虛擬影像的創(chuàng)作和探討。最早的科幻電影實景化創(chuàng)作可追溯到1902年喬治·梅里愛的《月球旅行記》,導(dǎo)演開始將電影視為制造幻象的工具,在當(dāng)時的科技水平下,梅里愛主要利用舞臺特效、幻燈片、膠片重疊等手段在虛幻的敘事空間中創(chuàng)作想象的故事。隨著影片長度的漸長,使之能有更多空間妥善運(yùn)用淡出 (Fade-out)、疊化 (Dissolve)、雙重曝光 (Double Exposures)等技巧[1]。從此,“特效”的概念形成。
20世紀(jì)50~60 年代科幻電影進(jìn)入繁榮期,20世紀(jì)80年代美國成為科幻電影的主要生產(chǎn)國,出現(xiàn)了《禁忌星球》《2001太空漫游》《星球大戰(zhàn)》等經(jīng)典作品。同時,歐洲和日本也有不少富有創(chuàng)意和風(fēng)格的科幻電影,如法國新浪潮時期的作品《阿爾法城》、日本動畫《阿基拉》等。
21世紀(jì)以來,數(shù)字時代下CG 技術(shù)的形成促進(jìn)了好萊塢電影發(fā)展的技術(shù)革命,科幻電影進(jìn)入了一個多元化和全球化的時代,大制作高投入的電影開始占據(jù)市場,科幻電影題材也逐漸開始涉及更多的社會和文化問題,如環(huán)境危機(jī)、人性探索、身份認(rèn)同等[2]??苹秒娪耙钥茖W(xué)技術(shù)和想象力為基礎(chǔ),常常探討人類與自然、社會、文化、歷史和未來的關(guān)系,《阿凡達(dá)》《黑客帝國》等大量利用CG 特效制作的視聽化奇觀具有里程碑意義。在科幻電影中,有一個經(jīng)常出現(xiàn)的主題是“虛”與“實”的對立和交融,即電影中所呈現(xiàn)的虛擬世界和現(xiàn)實世界的區(qū)分和聯(lián)系。虛擬本身是為了再現(xiàn)真實,兩者間始終存在著邊界感。
迄今為止,絕大部分科幻影片都是使用CG 特效進(jìn)行虛擬影像場景的創(chuàng)造。有些科幻電影通過創(chuàng)造一個完全不同于現(xiàn)實的虛擬世界,來展示人類的想象,同時也來挑戰(zhàn)觀眾對于真實的定義和判斷。例如,《黑客帝國》(TheMatrix)中,人類被機(jī)器控制,生活在一個由計算機(jī)程序模擬的虛擬現(xiàn)實中,而主角尼奧(Neo)則是被選中的救世主,他要從虛擬世界中覺醒,進(jìn)入真實的世界,領(lǐng)導(dǎo)人類反抗機(jī)器的戰(zhàn)爭。該片借用了柏拉圖的“洞穴寓言”,來探討人類對于真實的認(rèn)知和追求,以及科技對于人類命運(yùn)的影響。
上映于2014年的《星際穿越》是由克里斯托弗·諾蘭執(zhí)導(dǎo)的科幻電影,影片獲得第87屆奧斯卡金像獎的五項提名,在視覺效果和音樂方面獲得了廣泛的贊譽(yù),其中一個重要的原因是諾蘭導(dǎo)演采用了大量的實景化拍攝手段,使得影片的畫面更具震撼力,利用為數(shù)不多的CG 特效呈現(xiàn)出宏大科幻敘事需求。
虛擬電影的實景化拍攝是利用先進(jìn)數(shù)字技術(shù)、微縮模型、LED 大屏等,將虛擬的場景和角色與真實的環(huán)境和演員相結(jié)合的電影制作方式,提高了電影的真實感和沉浸感。虛擬電影的實景化拍攝主要包括以下幾個步驟。
在視覺預(yù)演階段,導(dǎo)演和制作團(tuán)隊需要設(shè)計好電影的故事、風(fēng)格、場景和角色,以及確定需要使用虛擬技術(shù)的部分。然后利用專業(yè)軟件,如Unreal Engine或Unity,創(chuàng)建出虛擬的場景和角色模型,并進(jìn)行動畫、燈光、材質(zhì)等設(shè)置。在影片《星際穿越》中出現(xiàn)的兩艘宇宙飛船分別是“徘徊者號”和“永恒號”,是由軟件建模后進(jìn)行實體模型制作,拍攝時制作了真實的艙體、儀表、椅子等道具,以及模擬重力和空間環(huán)境的機(jī)械裝置,而不是采用電腦特效合成。這樣做的目的既是為了讓演員能夠更好地融入角色,也為了讓攝影師能夠更自由地拍攝。兩艘飛船模型按照1∶4的比例制作,高度分別為3米和4米,重量分別為1.5噸和2噸。建模外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)根據(jù)科學(xué)原理和數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計,精細(xì)且復(fù)雜,實體模型上安裝了燈光和音響系統(tǒng),以模擬飛船的運(yùn)行狀態(tài)。
材質(zhì)與貼圖是指為三維模型賦予顏色、紋理、光澤等屬性的過程,用來增加細(xì)節(jié)和真實感,如Substance Painter、Substance Designer、Mari、Photoshop等。在電影中演員宇航服的建模經(jīng)由設(shè)計師對20世紀(jì)60年代到現(xiàn)代的宇航服設(shè)計演變的研究,并最終決定不加入過多的科技想象,而是基于現(xiàn)實存在的宇航服設(shè)計,稍加電影劇情所需的功能性改造。不僅在外形上做到貼近真實,還在內(nèi)部設(shè)計了很多細(xì)節(jié),如配備面罩內(nèi)部的氧氣系統(tǒng)、專業(yè)的手套、遠(yuǎn)距離對講系統(tǒng)、肘部的推進(jìn)器系統(tǒng)等,這些太空探險所需的真實設(shè)備由3D 建模技術(shù)完成設(shè)計后,經(jīng)過美術(shù)部門和后期特效團(tuán)隊進(jìn)行模型貼圖和微調(diào),由服裝設(shè)計團(tuán)隊結(jié)合布料纖維對各個部件進(jìn)行組合、做舊等工序,最終制作出實體,利用實景拍攝呈現(xiàn)出電影中的效果。
在拍攝階段,導(dǎo)演和制作團(tuán)隊需要在真實環(huán)境中,運(yùn)用帶有傳感器和攝像頭的設(shè)備,如LED 背景墻、VR 頭盔、動作捕捉系統(tǒng)等,實時地將虛擬場景和角色投影到現(xiàn)場,并與演員進(jìn)行互動。導(dǎo)演可以即時地看到最終效果,并進(jìn)行調(diào)整和指導(dǎo)。以影片中的太空戲拍攝為例,根據(jù)需求將前期建模的飛船、太空環(huán)境制作出微縮模型。影片中實體模型的制作量可謂是“巨大”的,為了追求更加逼真的效果,導(dǎo)演諾蘭將飛船模型與實際制作的太空LED 背景板結(jié)合,舍棄后期增加綠幕特效的方案,使得劇組在拍攝過程中可以自然捕捉飛船行進(jìn)過程中的光線環(huán)境,這樣無論是導(dǎo)演還是演員,在實景化拍攝時,對效果都能反應(yīng)得更加真實和直接。
燈光與渲染是指模擬光線在三維場景中的傳播和反射的過程,可以用來增加氛圍和逼真度。燈光與渲染軟件有很多,常見的有Arnold、V-Ray、Redshift、Render Man等。電影中,卡岡圖雅被設(shè)定為一種超大質(zhì)量黑洞,它有一個巨大的旋轉(zhuǎn)盤和強(qiáng)烈的磁場??▽鶊D雅對周圍的星球產(chǎn)生了巨大的影響,導(dǎo)致了時間膨脹和潮汐力等現(xiàn)象。黑洞的存在由愛因斯坦的廣義相對論所預(yù)言,目前已經(jīng)有多種觀測手段證實了它們的存在。由于黑洞是一種極端的時空結(jié)構(gòu),引力場十分強(qiáng)大,以至于連光都無法逃逸,而常見的渲染器遵循“光沿直線傳播”的物理原理,因此,影片中的渲染使用了由英國Double Negative特效公司在當(dāng)時研制的新型渲染器DnGR,進(jìn)行黑洞的特效制作[3]。片中涉及到的大量物理學(xué)知識,由著名的諾貝爾物理學(xué)獎獲得者、理論物理學(xué)家基普·索恩擔(dān)任科學(xué)顧問[4]。蟲洞是影片中想象創(chuàng)造的,索恩幫助計算出片中所描繪的蟲洞在不同角度下的形狀和顏色,利用愛因斯坦場方程和光線追蹤技術(shù),創(chuàng)造出了一個基于現(xiàn)代物理學(xué)的理論猜想模型,最終在影片中呈現(xiàn)了新穎而驚人的視覺效果。影片中由“五維生物”搭建的蟲洞中可以看到自己從另一個角度反射出來,或者看到蟲洞周圍扭曲變形的星空。該場景的拍攝地點在洛杉磯,劇組使用巨型的LED 屏幕,顯示出由科學(xué)家提供的數(shù)學(xué)模型計算出的精確圖像,為拍攝提供了真實的光源和反射,也為演員提供了可參考的視角。
在“玉米地追逐”這場戲中,主角庫柏一家三口駕車奔馳在茂盛的玉米地中,攔截一架低空飛行的印度無人機(jī)。導(dǎo)演在一片真實的玉米地取景,運(yùn)用了運(yùn)動長鏡頭敘事:以連貫的視覺感受觀照動態(tài)活動中的事物,這一段緊張刺激的追逐鏡頭配上氣勢漸強(qiáng)的配樂,加強(qiáng)了整個鏡頭的緊張感,形成一種強(qiáng)化情緒的效果,也增強(qiáng)了畫面語言的真實性。在拍攝這一場戲時,運(yùn)用IMAX攝影機(jī)拍攝高速運(yùn)動的卡車和演員成為拍攝的難點,劇組專門設(shè)計了一組吊艙平臺系統(tǒng)放置攝影機(jī),即便卡車以接近70英里/小時的速度開過玉米地,攝影機(jī)也能按照導(dǎo)演的要求清晰捕捉畫面。在前期利用縮尺模型光效研究作為指導(dǎo),美術(shù)設(shè)計師克羅利建造了影片中的農(nóng)舍,“陽光能整天直射在屋子前面,在它后面降落”,影片的主要攝影師范·霍特瑪說。庫柏女兒的臥室為攝影師提供了變化多端的日光效果。燈光師們在農(nóng)舍和玉米田之間鋪設(shè)電纜,當(dāng)白天內(nèi)景需要除自然光之外的光線時,使用燈泡從窗戶打光?!白匀还馔ㄟ^在燈光前加4×4英尺的框架和1/2或1/8的CTO 來增強(qiáng), 同時還用1/4加綠的HMI燈模仿自然光從植物和樹上反彈的效果”。[5]
為了呈現(xiàn)最真實的視覺環(huán)境質(zhì)感,諾蘭播種了一片500英畝的玉米地,并且建造了一座農(nóng)場。為了讓玉米在短期內(nèi)長到預(yù)想的效果,制作團(tuán)隊費(fèi)了很大心思,能獲得如此強(qiáng)烈的視覺體驗不僅是燈光和渲染的效果,諾蘭的實景化攝制也十分重要。
在后期階段,導(dǎo)演和制作團(tuán)隊需要對拍攝的素材進(jìn)行剪輯、調(diào)色、音效等處理,以及添加一些特殊效果,如爆炸、火焰、雨雪等,最后將所有的素材合成為一部完整的電影。該片中出現(xiàn)的機(jī)器人TARS 和CASE,也是由實體模型制作的。為了呈現(xiàn)機(jī)器人的靈活性,除去具有獨(dú)立意義的運(yùn)動如水上奔跑、登陸飛船的動作由后期CG特效完成,機(jī)器人的實體模型由演員使用操作桿實操,可以根據(jù)演員的運(yùn)動姿態(tài)和軌跡變換形態(tài)或移動位置,最后再由后期團(tuán)隊抹去演員和操縱桿。機(jī)器人的設(shè)計靈感來自于美國國家航空航天局(NASA)的探測器以及導(dǎo)演諾蘭小時候玩過的積木游戲,其外觀由鋁制板材組成,表面涂有黑色油漆,內(nèi)部結(jié)構(gòu)則包含了電動馬達(dá)、齒輪、液壓系統(tǒng)等部件,以實現(xiàn)機(jī)器人的各種運(yùn)動功能。
影片中出現(xiàn)了三個異星球,分別是“水星”“冰雪星”和“云海星”?!八恰笔且粋€被巨大海浪覆蓋的行星,海浪高達(dá)1.5公里,周期為1小時,設(shè)定依據(jù)計算星球靠近蟲洞和黑洞所產(chǎn)生的潮汐力。在展示外太空的環(huán)境場景時,諾蘭依舊避免使用綠幕,而選擇實拍取景。“永凍星球”的場景拍攝地點在冰島的冰川上,冰島多元化的復(fù)雜地形無疑為展現(xiàn)神秘莫測的外星球環(huán)境提供了最貼切的選擇。這是他繼《蝙蝠俠:俠影之謎》十年后,再次來到這片風(fēng)景獨(dú)特的土地。為了選擇合適的冰川,導(dǎo)演帶領(lǐng)劇組成員徒步行走,在寒冷刺骨的雨雪中親身查看一個個冰川的環(huán)境、大小,最終確定敘事場景的選擇。
在諾蘭的執(zhí)導(dǎo)的實景化拍攝以及劇組團(tuán)隊的后期制作下,《星際穿越》成功地將科幻與現(xiàn)實相結(jié)合,為觀眾帶來了一次難忘的視聽體驗,也為科幻電影中虛幻場景的呈現(xiàn)提供了新的思考。在敘事空間的構(gòu)造上,實景化拍攝為虛與實的交融帶來了更加沉浸的效果。
隨著電影技術(shù)的發(fā)展,虛擬現(xiàn)實 (Virtual Reality,VR)、增強(qiáng)現(xiàn)實(Augmented Reality,AR)、混合現(xiàn)實(Mixed Reality,MR)、LED虛擬攝制等技術(shù)與電影的融合以及5G 時代的到來,創(chuàng)造出的新的可視化環(huán)境,使得電影攝制有了新的發(fā)展。近年來,影視智能化制作成為大勢所趨,云計算、人工智能、生成式對抗網(wǎng)絡(luò)(GAN)等技術(shù)在影視制作領(lǐng)域的應(yīng)用持續(xù)深化[6]。LED技術(shù)目前在拍攝階段使用較廣,以LED大屏在影視制作中的運(yùn)用為例,通過LED虛擬攝制,導(dǎo)演和演員可以在真實場景中看到虛擬場景的實時合成效果,從而進(jìn)行更靈活和精確的拍攝。虛擬攝制通過搭建“CAVE”,即利用LED 顯示屏搭建的立體環(huán)境,模擬出仿真的環(huán)境以及光照效果,可以讓導(dǎo)演在拍攝時就能夠預(yù)覽電影后期制作完成的畫面,也可以讓演員在表演時有更多的參考和互動。近期上映的國產(chǎn)科幻電影《流浪地球2》攝制過程中運(yùn)用到的虛擬拍攝技術(shù),“基于虛擬空間設(shè)計的視覺定位,通過多點位虛擬攝影機(jī)對空間場景和動作捕捉,以及角色所生成的數(shù)據(jù),借助游戲引擎同步到物理攝影機(jī)中,讓虛擬空間場景、虛擬角色和虛擬道具經(jīng)過實時化渲染,合成為實時動態(tài)預(yù)覽畫面,直接呈現(xiàn)在導(dǎo)演的終端顯示器上?!盵7]《流浪地球2》是中國利用虛擬拍攝技術(shù)的代表性作品,前期使用的動態(tài)視覺預(yù)覽,通過計算機(jī)視覺技術(shù),利用預(yù)先拍攝的真實世界中圖像生成未拍攝視角的合成場景圖像。[8]“動態(tài)視覺預(yù)覽實際上是運(yùn)用低精度數(shù)字模型融合物理攝影機(jī)實拍和虛擬攝影機(jī)生成的混生影像,具有‘劇本可視化’的預(yù)演功能。某種意義而言,基于動態(tài)視覺預(yù)覽的虛擬拍攝過程也是試錯與尋找藝術(shù)靈感的過程。其中又涉及到虛擬空間設(shè)計和數(shù)字資產(chǎn)開發(fā)?!盵7]
實時化渲染是虛擬攝制中不可缺少的技術(shù)環(huán)節(jié),最新構(gòu)建的基于神經(jīng)輻射場(Neural Radiance Fields,NeRF)技術(shù)場景渲染算法較于先前電影制作中使用傳統(tǒng)的三維建模有較大優(yōu)勢,其算法通過光估計和場景重建,可以根據(jù)實際物體在環(huán)境中的受光情況反推出需要在畫面中呈現(xiàn)出的物體的光環(huán)境。也可以簡單便捷地從2D 視頻/圖像集中合成出嶄新視角的視頻、圖像,甚至重建出物體及場景的3D 模型,并且畫質(zhì)達(dá)到照片級的逼真度和清晰度。目前存在的缺點則是渲染速度慢,素材需求大,各方開發(fā)者正在改進(jìn)中。[9]電影虛擬攝制與NeRF 技術(shù)結(jié)合將提升畫面渲染的真實度,縮短虛擬場景的構(gòu)造時間。
AI技術(shù)的發(fā)展也將為電影攝制帶來新的變革,德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)在Siggraph會議上提出的Diff RF模型算法,即將AI智能算法擴(kuò)散模型 (Diffusion Models)與NeRF模型結(jié)合,解決從單一圖像中進(jìn)行新的視圖合成需要推斷出物體的遮擋區(qū)域同時保持語義和與之匹配的物理原理一致性的關(guān)鍵性問題。[10]總的來說,就是利用AI算法將二維圖像的特征匯總來進(jìn)行三維模型的渲染。目前還處于實驗階段,未來也許能夠成為電影中虛擬敘事空間創(chuàng)作的新工具。
MR 技術(shù)是一種將虛擬物體與真實環(huán)境相融合的技術(shù),它可以讓用戶在現(xiàn)實世界中感受到虛擬世界的存在,提供一種全新的可視化敘事空間,從而增強(qiáng)用戶的沉浸感和交互性。從受眾角度來講,MR 可視化技術(shù)使得電影可以不再囿于“影像視聽”的形式。交互電影讓觀眾參與影片劇情的推進(jìn),它讓觀眾通過選擇不同的選項或進(jìn)行不同的動作來影響影片的走向和結(jié)局,從而增強(qiáng)觀眾的代入感和創(chuàng)造性。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的支撐下,科幻電影將突破傳統(tǒng)的二維化呈現(xiàn)。
MR 技術(shù)與交互電影的融合是一種新興的電影創(chuàng)作和觀看方式,它可以讓觀眾在真實環(huán)境中與虛擬角色和場景進(jìn)行互動,從而創(chuàng)造出更加豐富和多樣的電影體驗。MR 技術(shù)與交互電影的融合可以有多種形式,例如觀眾可以通過穿戴MR 設(shè)備 (如頭戴顯示器或智能眼鏡)來觀看交互電影,同時可以通過語音、手勢、眼神等方式來與虛擬物體進(jìn)行交流和操作?;蚴褂肁R 應(yīng)用來將自己的手機(jī)或平板電腦變成交互電影的屏幕,可以通過觸摸、搖晃、傾斜等方式來與虛擬物體進(jìn)行交流和互動。也可以通過進(jìn)入特定的場地 (如主題公園或電影院)來參與交互電影,同時可以通過身體運(yùn)動、道具使用、角色扮演等方式來與虛擬形象進(jìn)行交流和操作。電影實景化拍攝對MR 可視化技術(shù)在電影攝制的運(yùn)用中有著重要的啟發(fā)和推動作用,能夠提供更加真實和自然的觀影感受,讓觀眾感知到自己就在電影中,而不是在“外部”看電影。
新的可視化環(huán)境為電影提供了打破“次元壁”的可能,使得傳統(tǒng)銀幕電影真正融入三維世界,從接受角度來說,它能夠提供更加個性化和多元化的觀影選擇,讓觀眾根據(jù)自己的喜好和情緒來決定電影的內(nèi)容和風(fēng)格,在享受電影的同時參與電影的創(chuàng)作,而不僅是被動地接受導(dǎo)演或編劇的“安排”??苹秒娪罢且环N不斷變化和創(chuàng)新的電影類型,它反映了人類對自身和世界的想象和思考,也激發(fā)了人類對未來的期待和探索。
MR技術(shù)與交互電影的融合也有一些挑戰(zhàn),最先要考慮的,是需要更高的技術(shù)水平和成本,保證虛擬物體與真實環(huán)境的無縫對接和高質(zhì)量呈現(xiàn),同時還需考慮觀眾的舒適度和安全性。在創(chuàng)作層面,相較于傳統(tǒng)電影,交互電影則需要幾何倍增長的內(nèi)容制作和劇本創(chuàng)作能力,以保證交互電影有足夠的故事線索和分支選項,以確保影片推進(jìn)的合理邏輯和連貫性。從觀眾接受論角度來講,影視作品或許不再是“閑暇時消遣時間的娛樂”,而需要更多思想和精力的投入。
以電影智能化制作為抓手,推動高品質(zhì)科幻電影制作。與先前的可視化環(huán)境不同,受制于科技,當(dāng)時僅有利用環(huán)繞銀幕創(chuàng)造出的視聽空間,主要通過外部設(shè)備對受眾感官的刺激來提升沉浸感,其影像交互性無法真正得到體現(xiàn)。而新可視化環(huán)境為交互電影提供了新的思路,以MR 技術(shù)與科幻電影的交叉融合為例,其優(yōu)勢在于,它不僅促使一種新的藝術(shù)形式誕生,也成為了一種文化現(xiàn)象,反映出當(dāng)代人類對于現(xiàn)實和虛擬之間的界限模糊和不確定的感受,主題上表達(dá)了對于科技發(fā)展帶來的機(jī)遇和風(fēng)險的態(tài)度,同樣激發(fā)人類對于未來可能性的想象和創(chuàng)造??苹糜耙曌髌返膶嵕盎臄z對MR 交互電影的啟發(fā)是巨大的,在表現(xiàn)形式上,科幻電影還可以利用MR 技術(shù)的特點,如全息投影、增強(qiáng)現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實等,結(jié)合增強(qiáng)現(xiàn)實電影的視聽效果和情感表達(dá)。在劇情創(chuàng)作上,此類電影也可以結(jié)合其他媒介,如游戲、動畫,來豐富電影的風(fēng)格和氛圍。在觀影方式上,此類電影能夠打破傳統(tǒng)的單向觀看模式,讓觀眾在電影制作范疇不再是完全“缺席”的狀態(tài),與虛擬物體或角色互動,甚至改變電影的走向和結(jié)局。MR 科幻電影也可以根據(jù)觀眾的個性和喜好,提供不同的觀影選項和體驗。
MR 技術(shù)與科幻電影融合是一種具有無限潛力和創(chuàng)造力的電影類型,影片《頭號玩家》《失控玩家》等科幻電影中展現(xiàn)的MR 技術(shù)使受眾感受到不同層次的現(xiàn)實,將虛擬世界與真實世界相互穿插交融將不再是單純的想象。隨著AI所構(gòu)建的虛擬場景質(zhì)量不斷進(jìn)步,科幻電影“虛”與“實”的邊界感將大大消弱,進(jìn)而有效提升觀眾所獲得的觀影沉浸感臨場感。?