影视特技制作中摄像机跟踪反向求解技术研究

一、摄像机轨迹反求

摄影机技术反求使用的基本原理：计算机通过所拍摄的画面图像素材中若干个清晰点的记录，得到原始景物在三维坐标中左右、上下、纵深关系，进而通过变化的场景空间关系反求计算出摄像机的运动轨迹，以及镜头焦距等参数。

摄像机跟踪反求作用：由于以前的电影创作过程中所拍摄的素材或者合成场景过大、过于复杂，无法使用蓝幕或者绿幕，但需要对影像进行处理修饰，分离出所需要的影像。而通过这种技术我们可以解决运动镜头中所拍摄素材与计算机三维模型之间的匹配问题，从而达到一种新的画面形式感。如图-1中，画面1是通过在绿幕中的固定亮点用跟踪软件反求计算出摄像机的运用轨迹；画面2与3是在三维软件中根据记录有效的跟踪点与摄像机的运动，给画面中的人物匹配数字三维场景效果。

（图-1）

摄影机技术反求所运用的条件：1、技术条件与制作成本的限制，没有使用Motion Control将摄影机的运动轨迹记录下来。2、拍摄场景比较复杂，比如，在所航拍整个城市高楼上增加某个虚拟的物体，这就不可能用Motion Control，因为它对所拍摄空间有一定的限制，也不可能用真实模型。这样的场景合成只能通过跟踪、手动抠像、摄像机反求来完成。

二、跟踪

摄像机轨迹反求的核心是跟踪技术。跟踪技术不仅用于合成，而且适用于需要局部调整影调色彩的画面。通常情况下我们对画面中边缘明确的物体进行自动跟踪，否则需要人工调整跟踪的轨迹，或者是人为的在蓝绿幕中设置一些明显的标记点。这些标记点通常在幕布上贴上一些等距的点或者等分线，标记之间通过测量保持间距相等，而且也可用不同颜色和英文字母加以区分，其目的是为了可参照调整摄影棚里的空间比例大小关系与三维场景中的比例关系相一致。

当前专门进行摄像机跟踪反求常用的软件有3d-Equalizer、boujou，并且在许多合成软件中也具备一定的跟踪功能。

三、摄影机技术反求难点与拟解决方案

技术难点：1、相对昏暗的画面，无清晰点可追寻。2、不可避免过大抖动的画面。3、针对画面中依附于人物某些道具的运动变化的跟踪。这些情况都会给拍摄条件带来一定的限制。拟解决方案：对于这些问题，我们首先思考不管环境如何都需要在场景中设置必备的清晰的标记点。通过在阴暗的区域增加荧光灯，这样既不影响环境，在画面中也有清晰点可寻；大幅度抖动画面我们可以通过分类多次跟踪标记点的方式进行解决；下面我们通过案例来分析在第3点条件下的解决方案：

图-2中，给运动镜头中人物增加机械臂与武器。在此测试的制作过程前我们先思考几点：1、人物是运动的，镜头的景别角度也是有变化，通常这给我们画面合成匹配带来一定的困难；2、如何设置添加标记点。

（图-2）

首先设定跟踪标记点，摄像机的运动轨迹可以通过场景中可清晰的固定点或者自身在某些地点设定，如图-3，红色箭头指定的是场景中人为地设置一些明显的跟踪标记点，黄色箭头指定的是人物的跟踪点，标记点的颜色设置要突出明显，在此案例中由于人物的着装是黑色，所以我们在其衣服上设定白色的标记点；对于地面我们放置几个黑色的标记点。人物身体上标记点的位置通常是关节位置，可以通过人物身体部分至少三个控制点计算出其身体位置变化，从而定义其身体所增加虚拟部件的空间关系。如图-4。

（图-3）

（图-4）

针对人物身上所贴一系列关节点，同时进行多角度的拍摄，导入到跟踪软件中进行精确的定位，如图-5三个不同视角同时进行人物右肩部位点运动路径的跟踪计算，按照这种方式进行多点、多角度的准确定位；如图-6绿色圆锥点是人物身上运动点的路径捕捉记录，蓝色圆锥点是对地面点的路径捕捉，蓝色圆锥点的路径记录能计算出摄机的运动轨迹，而绿色圆锥点能计算其任务身体的变化。

（图-5）

（图-6）

将这些点的路径变化导入三维软件中，与所创建的三维模块进行精确匹配如图-7，将完成的三维模型素材导入原始素材中进行合成与校色，包括对于画面中标记点的去除，从而完成较为复杂的人物跟踪匹配合成技术。

（图-7）

在这个数字化时代人类拍摄电影已经不满足于简单形式的记录，需要将画面分离出所需要的影像，进行重新的构件来再现新的视觉影像内容。并且随着CG跟踪技术等影视创作技术的不断完善，未来的影视创作必将带来新的变革，演员的表演将在绿幕下完成，虚拟场景与人物的合成技术逐步成熟与完善，使影像的表现更为丰富与多样性。