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关于3D立体影像技术和市场浅析

导读: 由于工作关系,接触了立体影像各环节的相关技术,深感立体影像市场正扑面而来,姑且将自己粗浅的认知和感受整理成文,供业界同仁交流。

作者:xiaokang

        二十年前,到游乐园观看立体电影,觉得有趣;十年前,在好莱坞环球影城看立体电影,觉得震撼;今年,在NAB看立体作品展播,觉得真实,感慨——这才是真实的世界! 此刻,觉得所有的平面影像失去了生动真实的魅力。

  由于工作关系,接触了立体影像各环节的相关技术,深感立体影像市场正扑面而来,姑且将自己粗浅的认知和感受整理成文,供业界同仁交流。

何为“立体印象”?

  有一个细节往往被大家忽略,就是人左右眼看到的影像其实并不完全相同,尤其是在观察近距离场景时,左右眼看到的画面有较大像差,这是因为人两眼之间大约有6厘米的间距。可以通过一个简单的实验来感受这一细节,端起一个杯子仔细观察,左右眼看到的其实是杯子不同的侧面和不同的背景,两个不同的实像通过视网膜进入大脑,于是人就获得了空间的“立体印象”。

  这种“立体印象”让我们产生了真实的视觉印象和身临其境的现场感受。为了记录并模拟重现这种视觉体验,Stereoscopic 3D 三维立体影像技术应运而生。

        立体影像的技术轮廓

  立体影像技术发源已有几十年的历史,早期的立体电影侧重给人以空间的视觉冲击力,但由于传统的工艺成本高、手段复杂、视觉观感并不太好,以至于不能形成市场规模。而今的立体影像技术逐渐成熟,逼真生动的空间影像给人君临现场的感受,推广成本也大幅降低,市场前景看好。

  为重现人眼的视觉习惯,立体电影采用双机进行拍摄,摄影机之间有一定的物理间距,在放映时观众佩戴眼镜将两路图像分离,左右眼分别看到左右摄影机拍摄的画面,从而获得立体观感。

  摄影机会采用不同焦距的光学镜头进行拍摄,和人眼有所区别,在用长镜头拍摄远距离场景时,需要适当增加两摄影机之间的间距,而采用广角镜头拍摄时,需要适当缩小间距,以获得符合视觉习惯的立体观感。

        立体节目的拍摄,可以采用传统的电影摄影机或HD摄像机拍摄,也可以采用计算机图形动画技术产生两路虚拟图像。

  立体节目的主要播放场地一般为电影院、游乐园,而今随着各种型号立体电视显示终端的推出,立体电视广播成为人们关注的话题,立体DVD等设备也将面世,IPTV立体广播也逐渐启动,甚至一些消费产品,类似于立体MP4播放器(又被称为“眼镜立体影院”“立体随身看”)之类的产品也纷纷面世。立体节目的播放,可以通过胶片或数字放映机完成,而未来立体节目会通过IPTV或电视广播进入家庭。 

  立体节目的观看大多还需佩戴眼镜,眼睛主要有低成本的色差眼镜和偏振眼镜。目前,不需要佩戴眼镜也可获得立体观感的电视显示终端也已经进入市场。

  总之,立体影像的主要技术轮廓是:用双机进行拍摄,将两路画面在播放时分离,分别进入人的左右眼,让观众产生“立体印象”。

  近年来,数字化技术的快速发展使立体影像技术的推广应用很快成为市场热点。

        立体影像市场为何成为热点?

  立体影像市场涉及的产业规模巨大,从电影院、游乐园、电视广播到电视接收终端,甚至包括立体DVD、立体MP4“随身看立体影院”以及各种成本的眼镜等等,是一巨大的产业链。立体节目的制作又涉及影视拍摄、CG创作、后期制作、存储、传播、接收、重放等各个环节。到今天,立体节目制作的全套生产流程已经完全打通,且各种价位的观看和传播模式逐渐具备,可以形成立体的消费市场。

  对于观众而言,立体画面所带来的视觉冲击力和真实观感较HD节目更容易获得认可,尤其是年轻一代的消费者更积极愿意为这一新技术的应用“买单”。国外有专家预测:立体影像带来的冲击会比从单声道到立体声的转换还要大,市场的成长会比HDTV的推广还要快。

  技术革新往往是推动市场成长的重要力量,数字化革命带来的一系列关键技术的推广应用使今天的立体影像市场达到了“沸点”。

  HDTV无疑是立体影像快速发育的“催化剂”,传统基于胶片电影的拍摄、制作、放映流程需要昂贵的投入,限制了立体影像应用的广泛性。通过多年的发展,如今的HD格式已经呈现立体消费市场,价格从高到低能满足各个层面客户的需求。采用HDTV来拍摄立体影像,不但大大降低了成本,还能使拍摄达到所见所得的直观立体效果。
 
  近五年来,中国乃至全球数字影院的建设数量在快速的突飞猛进,采用数字投影机可以非常方便地进行数字立体节目的播放,无论是采用单机或双机放映,无论是采用“主动立体”或“被动立体”模式,无论是采用偏振光原理或光谱分离技术,今天的数字放映系统能呈现色彩艳丽、画面清晰、同步准确的立体影像节目。如今科视、巴可、索尼、松下、NEC等公司都纷纷推出支持3D的投影设备,而对于原有非3D投影系统的改造也非常简单。

  在电视领域,PHILIPS、索尼、三星、三菱,甚至国内的TCL等企业都在大力推广平板液晶立体显示终端,在机场、酒吧、电器城随处可见不需要戴眼镜就可获得立体观感的视频显示终端。一旦立体显示终端进入家庭,立体影像节目的受众就会进入广大的电视观众,这是一个巨大的市场。当然,立体影像的电视广播或许还需要一些时间,但观众可能会先看到高清立体DVD。
 
  IPTV的发展在国外发达国家受到极大的关注,在美国,基于5至8Mbps码流的高清视频图像通过电信网络进入千家万户,接收端成本不高,利用一台普通电脑和投影就可以获得非常高的画质。AT&T的口号是: IPTV不仅仅是电视,而且是更好的电视。

  IPTV的立体广播如何实现?为此,我们先来研究一下立体影像眼镜的构成。

  为了把两层重叠的左右眼画面分开,主要有以下方法:1,色差分离。将左右眼画面分别加蓝、加红(左蓝右红),利用补色原理,观看时用色差眼镜(左红右蓝)可以将画面颜色还原并将两画面分离,分别进入左右眼。2,偏振分离。左右眼画面无论是通过主动或被动的方式成为两束交叉的偏振光,利用偏振眼镜将两画面分离,分别进入左右眼。

  偏振分离眼镜成本稍高,但可获得非常好的视觉效果,色彩还原真实艳丽,适合在数字电影院或部分立体电视机前观看。而色差分离眼镜成本非常低,便于普及。
 
  IPTV立体广播可以通过色差方式将左右眼画面加色后叠加成一层图像,然后以单层图像的码流在网上传输,电脑接收端看到的是一层有色差叠加的复合图像,这时,利用很便宜的色差眼镜就可以将画面分成两层,产生立体观感。由此看来,IPTV立体广播的成本没有变化,而且非常容易进入千家万户。由此,我们可以相信,立体电视节目进入家庭不一定依赖电视台的立体广播。

        新技术带来新的电影市场前景

  全新的立体影像拍摄、制作技术解决了传统立体电影的诸多瑕疵,色彩艳丽、细节清晰、立体感强,让人看到的是一个完美真实身临其境的现场画面,而不是早期立体电影刻意营造空间感又有诸多缺憾的画面。

  近年来,美国洛杉矶PACE、FOTOKEN等公司制作的一系列立体影片受到观众的追捧。立体影像技术也受到好莱坞许多著名导演的青睐,曾执导电影《泰坦尼克》的著名导演詹姆士.卡梅隆近期拍摄了许多深海主体的立体电影,最近又在新西兰拍摄立体大片《天龙化身》。

  观众花费很多时间到影院,能看到的不只是电影情节,更有完美的画质、大屏观感展现的丰富的细节和身临现场的立体感受,因此,新的技术给电影市场创造了票房收入的大幅增长。
 
  计算机三维动画创作在立体影像制作上比较简单,只需要在已经设计好的场景里增加另一虚拟摄影机位,同时渲染出两组图像序列即可,准确性高、立体感强,成为推动立体影像的又一力量。据悉,好莱坞“梦工厂”动画公司近日宣布,从2009年开始,其旗下推出的所有动画片都将同时制作“数字立体版本”,迪斯尼的《玩具总动员》三部曲、《爱丽丝梦游仙镜》以及派拉蒙公司的《蓝精灵》也都即将推出立体版本。

         HD与立体影像共同创造更真实的视像

  高清作为提高画面质量和细节观感的理想格式却一直未能迅速打开市场局面。早期的困难主要是因为推广成本太高,而今,却是消费者关注不够热。如果电视屏幕不足够大,观看距离较远,则高清的画面效果会被淡化,观众未必会为了这点视觉差距“买单”。

  而针对立体影像节目来说,如果清晰度不够高,则不能产生真实感。如果节目瑕疵太多,则严重影响立体观感,容易产生视觉疲劳,从而不被大众接受。

 
  如果说HD对市场的冲击还不够强的话,立体影像与HD的结合将创造更加真实的视像,给观众产生完全不同于标清电视的视觉冲击力。也正是基于这一逻辑,在美国,立体影像被运用于音乐会或体育比赛等活动的高清现场转播。比如2007年拉斯维加斯NBA扣蓝大赛,立体高清转播获得了巨大的市场反响。
 
电影与电视节目形态的“角色互换”

  多少年来,人们形成了电视电影节目形态的固定印象。电影节目制作成本高,制作周期长,多为剧情片;而电视侧重于诸多实况转播,节目时效性强。

  随着高清电视广播及数字影院的大力推广,节目在拍摄、制作、存储、播放方面的分辨度技术指标均趋同,似乎只能这么定义:在家里用高清电视机观看的叫电视,在电影院观看的叫电影。

 
  随着高清DVD和HDTV广播的普及,相信越来越多的人宁愿在家里观看电影情节片,以获得时间上的自由度,而越来越多的高清立体转播,包括体育比赛、演唱会、综艺选秀等节目却被切换到数字影院。对于这类节目,在影院观看可体验大屏观感和震撼音响,能获得画面质量及细节的完美体验,而立体影像技术的引入,能让人产生亲临现场的真实感受,使人仿佛置身奥运开幕现场或明星演唱会的近距离坐席。由于数字影院建设已经快速普及,数字影院成了高清立体广播可以依赖的前沿阵地,而这种类型的实况转播也一定会使电影院获得更高的票房收入。

  此刻,你会发现,电影与电视节目形态的传统定义被颠覆了。

  HD格式被认为是连接电影电视的纽带,立体影像的推广则带来电影电视节目形态的融合。

  在这快速裂变的市场面前,我们将面临——

        立体影像“节目真空”

  推动市场的不单是技术,最重要的还是节目内容,而至今,我们几乎找不到专门的立体影像节目制作设备。随着市场的快速发展,立体影像市场面临“节目真空”。

  依照传统的立体节目制作工艺, 拍完的素材利用常规后期制作系统分别进行左、右眼画面的分离制作,所见不所得,同步编辑误差、画面瑕疵等错误经常发生而且不易被发现与纠正,最终只是让观众感到视觉疲劳和观感不佳,其原因在于:第一,最容易出现的问题是左右眼编辑误差,在拍摄运动物体时,一两帧的误差也会导致观众视觉紊乱和疲劳;第二,因为摄像机在拍摄时有一定的角度,产生两眼画面亮度、色度、白平衡的差异,左右眼画面颜色一旦不一致,观众看上去就会产生不舒服的感觉;第三,在单独的左右眼工作模式下,未必能看到只被一个摄影机拍摄下来的瑕疵(例如:脏点,镜头眩光等问题),这样就产生了干扰效应,误导眼睛;第四,无法准确判断和调整立体观感,难以准确地预知边缘误差,拿捏不好观众的视觉感受。

  新一代立体电影的热潮需要更高的制作效率和更自然的立体效果,在这样的市场背景下,英国Quantel公司在2007年IBC展会上推出全球第一套立体影像后期制作系统,采用了双路画面实时操作方式,可以实时看到左右眼画面,也可以戴上眼睛实时看到最终放映的立体影像,便于对两个画面的同步、色彩、曝光、景深等进行匹配,便于修饰闪烁、畸变等各种立体瑕疵,便于调整两个画面之间的视觉夹角(夹角决定纵深感和立体感)等等。这一重大的技术突破马上引起了业界的强烈关注并被马上投入到好莱坞最新立体电影的制作及诸多高清立体节目的后期制作中。由于采用了Quantel的立体影像后期制作系统,导演终于可以在制作过程中看到了自己的立体作品从而创作出一系列完美的立体大片。

   Quantel的立体影像后期制作系统包括以下主要功能:
  ·立体的剪辑——左右眼画面的同步匹配
  ·立体的调色配光——左右眼画面的色彩、曝光、景深匹配
  ·立体的合成特效——闪烁、畸变等各种立体瑕疵的修饰
  ·立体效果的调整——夹角的调整

  Quantel之所以能实现实时的立体电影后期制作,不仅因为开发了立体影像制作所需要的相关软件功能,还因为Quantel独特的硬件处理引擎、高速总线结构和帧魔法等技术。立体电影制作需要同时处理两路的电影画面数据,而且还有双路实时重放的能力,帧魔法的使用比较有效地提升了数据读取和处理速度。

  立体影像的在线制作系统需要一套全功能的工具来解决同步编辑、校色、特效、画面修复等问题,Quantel立体影像系统的成功还在于它在一套系统里包含了电影图像处理方面的完整工具集。而其他一般的图像系统需要好几台不同设备才能完成以上效果,还要在不同的设备间拷贝或传输数据,根本无法实现“所见所得”的实时立体影像制作。
 
  索尼在今年NAB上推出的SRW-5800是一款具有HDCAM-SR格式记录和重放能力的演播室编辑录像机,它具备880 Mbps录制功能,可支持4:2:2 1080 50P/60P、4:4:4 1080 HQ录制,尤其是双视频流(3D)录制模式,可以通过HD-SDI双链路(Dual Link) 端口,与Quantel立体影像制作系统连接,实现了立体影像的同步采集与记录。一盘磁带同时记录高清格式左右眼立体图像。

  至此,立体影像HD数字化制作流程已彻底打通,不论你用何种高清摄像机,可以将左右眼立体画面记录在一盘磁带上,左右眼画面可以同步上载到Quantel立体影像制作系统,精确完成立体影像的后期制作,然后同步记录到一盘磁带上,可以方便地进行立体节目的储存和传递,也可以方便地进行立体节目重放。

  立体影像给我们带来的冲击将决不亚于从单声道到立体声的转变,甚至是另一场革命,和从黑白画面到彩色画面所带给我们的视觉冲击一样的技术革命。科技的进步将不断改变我们的生活感受。


 

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