虚实跨越
——科幻电影的实景拍摄与虚拟摄制

李泉沂

昆明理工大学艺术与传媒学院,云南昆明 650504

科幻电影中大量场景的描绘是对未来科技的展望与想象,因此计算机图形学 (Computer Graphics,CG)成为科幻电影中大量使用的技术,其运用使得电影艺术的视觉效果更加旖丽。而《星际穿越》的导演克里斯托弗·诺兰热忠于使用传统胶片进行拍摄,坚守传统电影阵线的他,在执导这部科幻电影时尽量避免使用绿幕,将大部分资金投入在道具、实景化拍摄技术、实地取景上。当然,后期制作团队也使用了大量的优质特效技术,两者结合,为观者展现了最接近真实的科幻场景。

1 虚拟还是现实: 科幻电影“虚”与“实”的边界

百余年前的早期电影发展阶段,已经出现对未来科学的幻想和展望。从想象的世界出发,选择科幻题材,实现对虚拟影像的创作和探讨。最早的科幻电影实景化创作可追溯到1902年乔治·梅里爱的《月球旅行记》,导演开始将电影视为制造幻象的工具,在当时的科技水平下,梅里爱主要利用舞台特效、幻灯片、胶片重叠等手段在虚幻的叙事空间中创作想象的故事。随着影片长度的渐长,使之能有更多空间妥善运用淡出 (Fade-out)、叠化 (Dissolve)、双重曝光 (Double Exposures)等技巧[1]。从此,“特效”的概念形成。

20世纪50～60 年代科幻电影进入繁荣期,20世纪80年代美国成为科幻电影的主要生产国,出现了《禁忌星球》《2001太空漫游》《星球大战》等经典作品。同时,欧洲和日本也有不少富有创意和风格的科幻电影,如法国新浪潮时期的作品《阿尔法城》、日本动画《阿基拉》等。

21世纪以来,数字时代下CG 技术的形成促进了好莱坞电影发展的技术革命,科幻电影进入了一个多元化和全球化的时代,大制作高投入的电影开始占据市场,科幻电影题材也逐渐开始涉及更多的社会和文化问题,如环境危机、人性探索、身份认同等[2]。科幻电影以科学技术和想象力为基础,常常探讨人类与自然、社会、文化、历史和未来的关系,《阿凡达》《黑客帝国》等大量利用CG 特效制作的视听化奇观具有里程碑意义。在科幻电影中,有一个经常出现的主题是“虚”与“实”的对立和交融,即电影中所呈现的虚拟世界和现实世界的区分和联系。虚拟本身是为了再现真实,两者间始终存在着边界感。

迄今为止,绝大部分科幻影片都是使用CG 特效进行虚拟影像场景的创造。有些科幻电影通过创造一个完全不同于现实的虚拟世界,来展示人类的想象,同时也来挑战观众对于真实的定义和判断。例如,《黑客帝国》(TheMatrix)中,人类被机器控制,生活在一个由计算机程序模拟的虚拟现实中,而主角尼奥(Neo)则是被选中的救世主,他要从虚拟世界中觉醒,进入真实的世界,领导人类反抗机器的战争。该片借用了柏拉图的“洞穴寓言”,来探讨人类对于真实的认知和追求,以及科技对于人类命运的影响。

上映于2014年的《星际穿越》是由克里斯托弗·诺兰执导的科幻电影,影片获得第87届奥斯卡金像奖的五项提名,在视觉效果和音乐方面获得了广泛的赞誉,其中一个重要的原因是诺兰导演采用了大量的实景化拍摄手段,使得影片的画面更具震撼力,利用为数不多的CG 特效呈现出宏大科幻叙事需求。

2 满足科幻视听的实景制作

虚拟电影的实景化拍摄是利用先进数字技术、微缩模型、LED 大屏等,将虚拟的场景和角色与真实的环境和演员相结合的电影制作方式,提高了电影的真实感和沉浸感。虚拟电影的实景化拍摄主要包括以下几个步骤。

2.1 视觉预演

在视觉预演阶段,导演和制作团队需要设计好电影的故事、风格、场景和角色,以及确定需要使用虚拟技术的部分。然后利用专业软件,如Unreal Engine或Unity,创建出虚拟的场景和角色模型,并进行动画、灯光、材质等设置。在影片《星际穿越》中出现的两艘宇宙飞船分别是“徘徊者号”和“永恒号”,是由软件建模后进行实体模型制作,拍摄时制作了真实的舱体、仪表、椅子等道具,以及模拟重力和空间环境的机械装置,而不是采用电脑特效合成。这样做的目的既是为了让演员能够更好地融入角色,也为了让摄影师能够更自由地拍摄。两艘飞船模型按照1∶4的比例制作,高度分别为3米和4米,重量分别为1.5吨和2吨。建模外观和内部结构根据科学原理和数据进行设计,精细且复杂,实体模型上安装了灯光和音响系统,以模拟飞船的运行状态。

2.2 材质与贴图

材质与贴图是指为三维模型赋予颜色、纹理、光泽等属性的过程,用来增加细节和真实感,如Substance Painter、Substance Designer、Mari、Photoshop等。在电影中演员宇航服的建模经由设计师对20世纪60年代到现代的宇航服设计演变的研究,并最终决定不加入过多的科技想象,而是基于现实存在的宇航服设计,稍加电影剧情所需的功能性改造。不仅在外形上做到贴近真实,还在内部设计了很多细节,如配备面罩内部的氧气系统、专业的手套、远距离对讲系统、肘部的推进器系统等,这些太空探险所需的真实设备由3D 建模技术完成设计后,经过美术部门和后期特效团队进行模型贴图和微调,由服装设计团队结合布料纤维对各个部件进行组合、做旧等工序,最终制作出实体,利用实景拍摄呈现出电影中的效果。

2.3 拍摄

在拍摄阶段,导演和制作团队需要在真实环境中,运用带有传感器和摄像头的设备,如LED 背景墙、VR 头盔、动作捕捉系统等,实时地将虚拟场景和角色投影到现场,并与演员进行互动。导演可以即时地看到最终效果,并进行调整和指导。以影片中的太空戏拍摄为例,根据需求将前期建模的飞船、太空环境制作出微缩模型。影片中实体模型的制作量可谓是“巨大”的,为了追求更加逼真的效果,导演诺兰将飞船模型与实际制作的太空LED 背景板结合,舍弃后期增加绿幕特效的方案,使得剧组在拍摄过程中可以自然捕捉飞船行进过程中的光线环境,这样无论是导演还是演员,在实景化拍摄时,对效果都能反应得更加真实和直接。

2.4 灯光与渲染

灯光与渲染是指模拟光线在三维场景中的传播和反射的过程,可以用来增加氛围和逼真度。灯光与渲染软件有很多,常见的有Arnold、V-Ray、Redshift、Render Man等。电影中,卡冈图雅被设定为一种超大质量黑洞,它有一个巨大的旋转盘和强烈的磁场。卡冈图雅对周围的星球产生了巨大的影响,导致了时间膨胀和潮汐力等现象。黑洞的存在由爱因斯坦的广义相对论所预言,目前已经有多种观测手段证实了它们的存在。由于黑洞是一种极端的时空结构,引力场十分强大,以至于连光都无法逃逸,而常见的渲染器遵循“光沿直线传播”的物理原理,因此,影片中的渲染使用了由英国Double Negative特效公司在当时研制的新型渲染器DnGR,进行黑洞的特效制作[3]。片中涉及到的大量物理学知识,由著名的诺贝尔物理学奖获得者、理论物理学家基普·索恩担任科学顾问[4]。虫洞是影片中想象创造的,索恩帮助计算出片中所描绘的虫洞在不同角度下的形状和颜色,利用爱因斯坦场方程和光线追踪技术,创造出了一个基于现代物理学的理论猜想模型,最终在影片中呈现了新颖而惊人的视觉效果。影片中由“五维生物”搭建的虫洞中可以看到自己从另一个角度反射出来,或者看到虫洞周围扭曲变形的星空。该场景的拍摄地点在洛杉矶,剧组使用巨型的LED 屏幕,显示出由科学家提供的数学模型计算出的精确图像,为拍摄提供了真实的光源和反射,也为演员提供了可参考的视角。

在“玉米地追逐”这场戏中,主角库柏一家三口驾车奔驰在茂盛的玉米地中,拦截一架低空飞行的印度无人机。导演在一片真实的玉米地取景,运用了运动长镜头叙事:以连贯的视觉感受观照动态活动中的事物,这一段紧张刺激的追逐镜头配上气势渐强的配乐,加强了整个镜头的紧张感,形成一种强化情绪的效果,也增强了画面语言的真实性。在拍摄这一场戏时,运用IMAX摄影机拍摄高速运动的卡车和演员成为拍摄的难点,剧组专门设计了一组吊舱平台系统放置摄影机,即便卡车以接近70英里/小时的速度开过玉米地,摄影机也能按照导演的要求清晰捕捉画面。在前期利用缩尺模型光效研究作为指导,美术设计师克罗利建造了影片中的农舍,“阳光能整天直射在屋子前面,在它后面降落”,影片的主要摄影师范·霍特玛说。库柏女儿的卧室为摄影师提供了变化多端的日光效果。灯光师们在农舍和玉米田之间铺设电缆,当白天内景需要除自然光之外的光线时,使用灯泡从窗户打光。“自然光通过在灯光前加4×4英尺的框架和1/2或1/8的CTO 来增强, 同时还用1/4加绿的HMI灯模仿自然光从植物和树上反弹的效果”。[5]

为了呈现最真实的视觉环境质感,诺兰播种了一片500英亩的玉米地,并且建造了一座农场。为了让玉米在短期内长到预想的效果,制作团队费了很大心思,能获得如此强烈的视觉体验不仅是灯光和渲染的效果,诺兰的实景化摄制也十分重要。

2.5 后期制作

在后期阶段,导演和制作团队需要对拍摄的素材进行剪辑、调色、音效等处理,以及添加一些特殊效果,如爆炸、火焰、雨雪等,最后将所有的素材合成为一部完整的电影。该片中出现的机器人TARS 和CASE,也是由实体模型制作的。为了呈现机器人的灵活性,除去具有独立意义的运动如水上奔跑、登陆飞船的动作由后期CG特效完成,机器人的实体模型由演员使用操作杆实操,可以根据演员的运动姿态和轨迹变换形态或移动位置,最后再由后期团队抹去演员和操纵杆。机器人的设计灵感来自于美国国家航空航天局(NASA)的探测器以及导演诺兰小时候玩过的积木游戏,其外观由铝制板材组成,表面涂有黑色油漆,内部结构则包含了电动马达、齿轮、液压系统等部件,以实现机器人的各种运动功能。

影片中出现了三个异星球,分别是“水星”“冰雪星”和“云海星”。“水星”是一个被巨大海浪覆盖的行星,海浪高达1.5公里,周期为1小时,设定依据计算星球靠近虫洞和黑洞所产生的潮汐力。在展示外太空的环境场景时,诺兰依旧避免使用绿幕,而选择实拍取景。“永冻星球”的场景拍摄地点在冰岛的冰川上,冰岛多元化的复杂地形无疑为展现神秘莫测的外星球环境提供了最贴切的选择。这是他继《蝙蝠侠:侠影之谜》十年后,再次来到这片风景独特的土地。为了选择合适的冰川,导演带领剧组成员徒步行走,在寒冷刺骨的雨雪中亲身查看一个个冰川的环境、大小,最终确定叙事场景的选择。

在诺兰的执导的实景化拍摄以及剧组团队的后期制作下,《星际穿越》成功地将科幻与现实相结合,为观众带来了一次难忘的视听体验,也为科幻电影中虚幻场景的呈现提供了新的思考。在叙事空间的构造上,实景化拍摄为虚与实的交融带来了更加沉浸的效果。

3 可视化技术与电影制作的有效融合

随着电影技术的发展,虚拟现实 (Virtual Reality,VR)、增强现实(Augmented Reality,AR)、混合现实(Mixed Reality,MR)、LED虚拟摄制等技术与电影的融合以及5G 时代的到来,创造出的新的可视化环境,使得电影摄制有了新的发展。近年来,影视智能化制作成为大势所趋,云计算、人工智能、生成式对抗网络(GAN)等技术在影视制作领域的应用持续深化[6]。LED技术目前在拍摄阶段使用较广,以LED大屏在影视制作中的运用为例,通过LED虚拟摄制,导演和演员可以在真实场景中看到虚拟场景的实时合成效果,从而进行更灵活和精确的拍摄。虚拟摄制通过搭建“CAVE”,即利用LED 显示屏搭建的立体环境,模拟出仿真的环境以及光照效果,可以让导演在拍摄时就能够预览电影后期制作完成的画面,也可以让演员在表演时有更多的参考和互动。近期上映的国产科幻电影《流浪地球2》摄制过程中运用到的虚拟拍摄技术,“基于虚拟空间设计的视觉定位,通过多点位虚拟摄影机对空间场景和动作捕捉,以及角色所生成的数据,借助游戏引擎同步到物理摄影机中,让虚拟空间场景、虚拟角色和虚拟道具经过实时化渲染,合成为实时动态预览画面,直接呈现在导演的终端显示器上。”[7]《流浪地球2》是中国利用虚拟拍摄技术的代表性作品,前期使用的动态视觉预览,通过计算机视觉技术,利用预先拍摄的真实世界中图像生成未拍摄视角的合成场景图像。[8]“动态视觉预览实际上是运用低精度数字模型融合物理摄影机实拍和虚拟摄影机生成的混生影像,具有‘剧本可视化’的预演功能。某种意义而言,基于动态视觉预览的虚拟拍摄过程也是试错与寻找艺术灵感的过程。其中又涉及到虚拟空间设计和数字资产开发。”[7]

实时化渲染是虚拟摄制中不可缺少的技术环节,最新构建的基于神经辐射场(Neural Radiance Fields,NeRF)技术场景渲染算法较于先前电影制作中使用传统的三维建模有较大优势,其算法通过光估计和场景重建,可以根据实际物体在环境中的受光情况反推出需要在画面中呈现出的物体的光环境。也可以简单便捷地从2D 视频/图像集中合成出崭新视角的视频、图像,甚至重建出物体及场景的3D 模型,并且画质达到照片级的逼真度和清晰度。目前存在的缺点则是渲染速度慢,素材需求大,各方开发者正在改进中。[9]电影虚拟摄制与NeRF 技术结合将提升画面渲染的真实度,缩短虚拟场景的构造时间。

AI技术的发展也将为电影摄制带来新的变革,德国慕尼黑工业大学在Siggraph会议上提出的Diff RF模型算法,即将AI智能算法扩散模型 (Diffusion Models)与NeRF模型结合,解决从单一图像中进行新的视图合成需要推断出物体的遮挡区域同时保持语义和与之匹配的物理原理一致性的关键性问题。[10]总的来说,就是利用AI算法将二维图像的特征汇总来进行三维模型的渲染。目前还处于实验阶段,未来也许能够成为电影中虚拟叙事空间创作的新工具。

MR 技术是一种将虚拟物体与真实环境相融合的技术,它可以让用户在现实世界中感受到虚拟世界的存在,提供一种全新的可视化叙事空间,从而增强用户的沉浸感和交互性。从受众角度来讲,MR 可视化技术使得电影可以不再囿于“影像视听”的形式。交互电影让观众参与影片剧情的推进,它让观众通过选择不同的选项或进行不同的动作来影响影片的走向和结局,从而增强观众的代入感和创造性。在虚拟现实技术的支撑下,科幻电影将突破传统的二维化呈现。

MR 技术与交互电影的融合是一种新兴的电影创作和观看方式,它可以让观众在真实环境中与虚拟角色和场景进行互动,从而创造出更加丰富和多样的电影体验。MR 技术与交互电影的融合可以有多种形式,例如观众可以通过穿戴MR 设备 (如头戴显示器或智能眼镜)来观看交互电影,同时可以通过语音、手势、眼神等方式来与虚拟物体进行交流和操作。或使用AR 应用来将自己的手机或平板电脑变成交互电影的屏幕,可以通过触摸、摇晃、倾斜等方式来与虚拟物体进行交流和互动。也可以通过进入特定的场地 (如主题公园或电影院)来参与交互电影,同时可以通过身体运动、道具使用、角色扮演等方式来与虚拟形象进行交流和操作。电影实景化拍摄对MR 可视化技术在电影摄制的运用中有着重要的启发和推动作用,能够提供更加真实和自然的观影感受,让观众感知到自己就在电影中,而不是在“外部”看电影。

新的可视化环境为电影提供了打破“次元壁”的可能,使得传统银幕电影真正融入三维世界,从接受角度来说,它能够提供更加个性化和多元化的观影选择,让观众根据自己的喜好和情绪来决定电影的内容和风格,在享受电影的同时参与电影的创作,而不仅是被动地接受导演或编剧的“安排”。科幻电影正是一种不断变化和创新的电影类型,它反映了人类对自身和世界的想象和思考,也激发了人类对未来的期待和探索。

MR技术与交互电影的融合也有一些挑战,最先要考虑的,是需要更高的技术水平和成本,保证虚拟物体与真实环境的无缝对接和高质量呈现,同时还需考虑观众的舒适度和安全性。在创作层面,相较于传统电影,交互电影则需要几何倍增长的内容制作和剧本创作能力,以保证交互电影有足够的故事线索和分支选项,以确保影片推进的合理逻辑和连贯性。从观众接受论角度来讲,影视作品或许不再是“闲暇时消遣时间的娱乐”,而需要更多思想和精力的投入。

4 结语

以电影智能化制作为抓手,推动高品质科幻电影制作。与先前的可视化环境不同,受制于科技,当时仅有利用环绕银幕创造出的视听空间,主要通过外部设备对受众感官的刺激来提升沉浸感,其影像交互性无法真正得到体现。而新可视化环境为交互电影提供了新的思路,以MR 技术与科幻电影的交叉融合为例,其优势在于,它不仅促使一种新的艺术形式诞生,也成为了一种文化现象,反映出当代人类对于现实和虚拟之间的界限模糊和不确定的感受,主题上表达了对于科技发展带来的机遇和风险的态度,同样激发人类对于未来可能性的想象和创造。科幻影视作品的实景化拍摄对MR 交互电影的启发是巨大的,在表现形式上,科幻电影还可以利用MR 技术的特点,如全息投影、增强现实、虚拟现实等,结合增强现实电影的视听效果和情感表达。在剧情创作上,此类电影也可以结合其他媒介,如游戏、动画,来丰富电影的风格和氛围。在观影方式上,此类电影能够打破传统的单向观看模式,让观众在电影制作范畴不再是完全“缺席”的状态,与虚拟物体或角色互动,甚至改变电影的走向和结局。MR 科幻电影也可以根据观众的个性和喜好,提供不同的观影选项和体验。

MR 技术与科幻电影融合是一种具有无限潜力和创造力的电影类型,影片《头号玩家》《失控玩家》等科幻电影中展现的MR 技术使受众感受到不同层次的现实,将虚拟世界与真实世界相互穿插交融将不再是单纯的想象。随着AI所构建的虚拟场景质量不断进步,科幻电影“虚”与“实”的边界感将大大消弱,进而有效提升观众所获得的观影沉浸感临场感。❖