数字电影应用的新领域

演讲者：王建雄  总工程师
华龙电影数字制作有限公司

绚丽的画面，震撼的音效、紧张刺激的故事情节，观众已经在影院中感受到了电影的魅力。但是电影作为一种艺术，它的表现能力是丰富的，展现形式也是多样的。常规电影有普通平面电影和巨幅面电影，即IMAX、特种电影包含立体电影、柱形银幕、环形银幕、球形银幕，分立的多块银幕，加装动感坐椅等等各种形式都是电影展示的舞台，在科技馆、博物馆、展览馆等公益场所以科普教育为主和主题公园、风景区等旅游景点的商业娱乐目的均有良好的体现。
为了适应各种特殊场所，传统胶片的放映设备需要经过彻底的改装，大量机械和电子的装备，相对困难的调试方法，繁琐并且长时间的影片更换程序都限制了电影特种放映的应用范围。另外节目拍摄设备同样需要比较高成本的改装，设备庞大的体积和重量，相对短的连续拍摄时间等因素很大程度上限制了特种电影的拍摄范围。
另外现在已有的胶片环幕、球幕影院，由于可供播放的节目相对稀少，加上制作成本居高不下，大部分面临着节目陈旧，图像质量下降，对观众的吸引力减弱，可以用经营惨淡来形容。
但是这些特种放映形式本身具有宽广的视角，更强的临场感，更大的信息量，比平面电影更加能够吸引观众。
随着数字技术的发展，高分辨率的节目制作，高清晰度的播放设备以及数字化特种电影拍摄已经成为可能。

一、节目制作环节
首先获得解决的是节目制作环节，这类影片大量采用三维动画技术与合成的应用，创造出各种奇幻的画面视觉效果，节目题材可以比较方便的随着各种形式的放映场所进行独立加工制作。
例如环幕影片（图1）：

 
图1：环幕影片（局部）

数字环幕影片可以根据需要生成为立体影片。
球幕影片（图2）：

 
  图2：球幕影片场景

图3：球幕渲染相机摆放示意

这种类型设置的优点有：
（1）、分区域渲染，降低单个相机的绝对渲染分辨率，有效解决渲染复杂场景大图时容易出现的内存溢出问题；
（2）、可以在已经渲染完的图片基础上，进行相机角度的随意调整，而不需要重新渲染；
不足的地方有：
（1）、增加了场景的渲染时间；
（2）、在边缘部分会出现拉伸现象（图4）；

图4：多机渲染产生的变形现象

（3）、需要对这些图片文件进行二次整合处理，损失画质；
（4）、图片文件数量剧增，增加管理难度；
2、单相机设定法
在单个相机的镜头上直接处理，从场景到最终的鱼眼效果一气呵成，优点为：
（1）、场景一次渲染完成，可以减少渲染工作量
（2）、生成文件数量大大减少，减小了文件管理和文件转换的工作量
（3）、解决图片边缘变形的问题

不足的地方是，大场景大尺寸渲染时，对计算机的要求比较高，需要快速和大内存的设备。
数字环幕的节目制作原理类似，但需要做更细致的画面划分与合成工作。
我们完成的绵阳博物馆的特种电影项目极具挑战性。这个环幕电影将场馆中人眼可见的部分都设计成屏幕，极力做到让人完全置身在画面中。为了做到这一点，整个环境使用了45 个投影机，将四面八方投上画面。

这是一个前所未有的投射环境，节目的制作更是一个挑战。播放环境需要体现所有空间的内容，节目需要全三维制作完成，并且空间中的内容需要面面俱到，全开放的放映区域，没有给我们提供躲避空间。我们制做的节目，需要分解为45个画面通道，对应设置45个摄像机，每个摄像机输出1K的画面，这对我们的画面质量要求非常高，渲染量非常大，制作难度因此大大增加。

经过三个月高负荷工作，和项目组成员的共同努力下，完成了地面发射场、太阳系和宇宙漫游的所有工作。
整个节目大部分内容是全三维的制作的，45个通道，每个通道6000格，270000格的最终生成量。

 
模拟现场45通道环境的拼接画面，实际有效像素数量水平方向上已经远远超过10K的解析程度。

二、节目播放环节
计算机驱动投影机替代传统胶片改装的放映系统已经日渐成熟，尤其图形卡的图像处理功能有了突飞猛进的发展，数字播放与传统胶片放映机最大的区别点在于投影设备的镜头不同，一般胶片放映机的镜头光轴可以调节的余地不大，所以造成胶片放映机的光轴一般要垂直于银幕，在环幕播放的时候银幕之间必须留有空隙以安装放映机。而数字投影机的光轴一般是偏置的，或者调解范围很大，所以在环幕播放的时候可以做到无缝的拼接。另外数字投影机体积一般比较小巧，容易在场馆中安装。比胶片放映机拖带循环片箱要节省不少的空间和维护时间。
数字播放已经跨越了必须使用专用硬件设备作边缘融合、几何变形的阶段，强大的OPENGL函数和运算性能已经能够使图卡完成几何变形的矫正、多台投影机之间的边缘融合以及颜色的统一工作。节目的质量也超越了过去的普通视频分辨率，单机就能够支持2K分辨率低压缩高质量的连续画面的播放。
我们研发的数字播放系统除了解决以上问题以外，还做到了数百台设备的同步播放，节目的播放许可管理以及内容的加密等等问题，同时采用了先进的现场调节方式，摆脱了节目内容的制作对播放场所物理尺寸的依赖，不同尺寸的环幕、球幕影院可以播放同一套影片。使节目的交流、更新有了可*的保证。

三、数字拍摄环节
有了数字节目的制作和相应的播放环节，实地拍摄也能够进行相应的数字化改造。立体拍摄与环幕拍摄都能够在原有胶片设备的基础上通过数字化改造完成，并且在同步问题和拍摄内容的现场监看环节更容易得到解决，设备的重量大大减轻，连续拍摄的时间远远超过胶片摄影机。而数字化节目的制作时间同样比胶片节约时间，这样在节目的制备上有了更全面、完善的选择。我们完成了数字环幕拍摄设备的设计，已经进入到加工制作阶段，相信几个月后就能够欣赏到精彩的数字环幕节目。

国际上也对3D电影产生了极高的热情。各大数字影院放映机生产厂商围绕DCI制定的数字影院3D播放标准生产的数字放映机以及支持3D节目播放的数字影院服务器在高端应用中崭露头角，各种新型的三维成像方法改善了立体电影的观看效果和舒适度。
以上各环节中数字设备对特种电影均进行了良好的改造，这些优点勾勒出了数字特种电影光明的前景。