增强现实技术在影视包装中的使用

韩晓

摘 要：增强现实技术作为影视包装增强现实技术中的关键手段，对其的应用决定了影视包装增强现实产品的制作质量和产出效率。本文从增强现实系统的构建应用来对影视包装中增强现实技术的具体应用进行分析，旨在为业界人士提供一定的参考。

关键词：影视包装；虚拟现实技术；模型交换；节点制作模式

影视包装中增强现实技术的应用，其根本是一种将现有真实环境和虚拟元素进行信息拼接、集成的新型技术。将该技术应用于影视包装中，结合节目内容，烘托环境气氛，打造出了传统影视技术难以呈现的炫美视觉效果。加强对该项技术的研究对影视发展具有积极意义。

一、增强现实技术概述

增强现实技术（Augmented Reality，简称AR），作为虚拟现实系统的变种形式，其根本是一种将现有真实环境和虚拟元素进行信息拼接、集成的新型技术。是把原本在现实环境的时空域范围内很难体验到的实体信息（目前是以视觉和声音信息为主，根据体验的不断增强将加入触觉、味觉等多元化信息），通过计算机模拟仿真技术进行叠加，将虚拟的信息实时地应用到真实环境下，从而达到基于现实但超越现实的全新感官体验。其重要的分支-虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）是环境仿真技术的一个重要方向，其根本是利用仿真、计算机图形学、人机接口、人工智能、传感及网络等综合技术集合予以实现，这是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。已经在众多的电视节目中得倒广泛应用。

简言之，增强现实技术是实时地将虚拟三维物体叠加到真实的环境下，最终实现在同一个画面和空间的并行存在。相较于其他虚拟现实技术和实现，影视包装将技术聚焦在叠覆（superimposed）及合成（composited）上。从实现效果上，增强现实技术主要面向的是增补现实环境的信息，而非单纯地覆盖整体现实环境，其最终结果是在理想情况下，将虚拟元素无缝地同现实环境在相同的时空域，根据统一的上下文环境实现实时且“恰当”的共存，通过增补准确地传递给受众所要传递的信息。

二、增强现实技术在影视包装中的使用

增强现实技术在影视包装中的应用，具体体现在影视包装增强现实系统上，相较于其他模式的制作系统，其优势继承现有的影视包装制作环境，并在保留现有影视包装业务特征的基础上，进行感官延续和体验扩展，从而在业务层面实现继承和拓展现有包装业务的基础上，探索和挖掘新型包装业务。基于此特征，影视包装的增强现实系统从功能实现维度上包含虚拟现实制作端、虚拟现实中间件、虚拟现实发布端三个组成部分。下面本文将对此进行详细论述：

1.界面设计

界面设计单元的效率决定了整体虚拟现实产品的产出速度，影视包装的增强现实制作系统采用基于时间线的方式进行界面的设计和实现。界面设计单元主要是将菜单、UI、HUD以及可动画纹理的图形层面以及视频编码标准化输出的视频窗口层面在整体工程中实现一体化设计，这样不但能够使设计师们将注意力集中在“虚拟和设计”这个视角中，而且实现了整体包装的风格化应用理念，从而同时保证了增强现实产品的图形质量，以及用户界面元素和互动三维体验。在图形优化处理方面，界面设计单元的矢量渲染机制通畅将多线程功能与最新硬件和图形处理特性结合在一起，使其在不增加设计师工作量的基础上实现最快的硬件加速矢量图形。此外，界面设计单元还采用先进的批处理和排序协议的最优化算法，用以极大地减少绘制图元数量和CPU和GPU协同工作负荷。

2.场景实现

场景实现单元负责将三维制作场景转换为虚拟应用场景，并且在此基础上进行环境体验的视觉展现编辑调整。场景转换过程是以关卡（Level）为整体单位转换为虚拟现实场景，并且之后的动作绑定以及事件处理均基于关卡为全局逻辑进行设置。在影视包装增强现实制作系统结构中，虚拟现实制作端与三维制作环境采用FBX格式文件作为增强现实的模型制作交换标准。FBX（Filmbox，扩展名为*.fbx）格式，是一款用于跨平台的免费三维创作与交换格式，通过FBX，用户能访问大多数三维供应商的三维通用文件。FBX文件格式支持所有主要的三维数据元素以及二维、音频和视频媒体元素，目前已经成为广泛使用的数字资产入库和交换标准。FBX作为模型交换标准。FBX是一个多叉树节点式结构进行模型信息存储的格式，整体结构由一个根节点（Root Node）和数个子项树（Tree ofChildren）组成，所有节点连接模式为双向迭代模式，即子节点可以索引到父节点，反之亦然。FBX记录包含场景（Scene）、模型网格（Mesh）、三维纹理（Texture）、材质（material）、摄像机（Camera）、灯光（Light）、骨骼（Skeleton）、动画（Animation），所有的节点均继承自FbxNode对象。FBX应用于增强现实制作和研发，应对制作维度，其提供对于虚拟引擎的无缝导入，包含Maya，3DsMax等主流三维制作软件都支持FBX文件输出。相对于虚拟现实引擎，则可以直接被Stingray，Unity，Unreal主流虚拟引擎应用。

3.动作绑定

动作绑定单元是解决场景中角色动画的关键环节一一动画骨骼绑定，虚拟现实制作系统单元的动作绑定采用人类角色反向动力学（HumanIK，HIK）系统。IK是反向动力学（Inverse kinematic）的简称，就是一种子节点驱动父节点运动的动画制作方法，即IK通过先确定子骨骼的位置，然后反求推导出其所在骨骼链上n级父骨骼位置，从而确定整条骨骼链的方法。虽然称为“人类角色”，但HIK系统也针对四足、多足以及机械角色，且HIK强化目标的重心是目标重定功能。所谓“目标重定”功能，是指将自定义的骨架结构映射现有骨架模板，HIK映射模板所需的全部十五个节点。这样即可标识角色骨架的主要元素。如果未为这15个必需节点提供特征，则无法在运行时使用HIK控制角色。在“角色控制”（CharacterControls）中，只有成功映射所有这些必需节点后才能保存或锁定特征。

4.事件处理

事件处理单元是进行虚拟制作与传统制作本质区别的工作一一交互事件的定义。交互事件是指在进行虚拟应用时听觉，视觉，触觉被触发时所产生的动作以及动作触发的状态，交互事件按照触发类型划分为以下类型：视觉交互事件、听觉交互事件、操作交互事件。影视包装的交互事件是围绕着视觉展开，即听觉和操作均基于视觉效果进行设计，实现扩展视觉效果、丰富信息内容的目标，虚拟制作的核心是设计符合人机工学的多维事件行为。节点制作模式的本质是任何一个节点都由三部分构成：输入、输出、中间计算。一般情况下，一个节点会从另一个节点取得数据作为自身计算的依据，然后在内部进行计算，最后将计算结果按要求交给下一个节点。最终由每一个节点根据业务设计成为一个逻辑拓扑结构进行计算。整个计算过程会分成一些次级的基础单元，这些基础单元在逻辑上相互关联，在控制上相互独立，每个单元根据输入会完成一个计算步奏，形成一个相对独立的任务，然后将计算结果交给下一个计算单元进行进一步处理。节点就是这种计算单元。节点有输入属性和输出属性，能完成相对独立的计算功能。

5.音频制作

音频制作单元在整体制作系统中除进行标准的音效制作外，主要进行交互式音乐的制作。所谓交互式音乐又称动态音乐，这是根据用户体验互动行为而对应产生的音频或音效。在虚拟产品应用过程中，交互式音乐主要实现环境渲染和画面带入的效果。

音频制作单元分为两个部分：实时声音引擎、前端创作工具。实时声音引擎的实现是基于转换分段和音高调制两个部分，在增强现实制作过程中首先将实时声音引擎的转速按照交互需求进行转速区间设定，而且定义每个转速的均差，并依据均差进行音频循环样本。最后将样本参数化处理，即在增强虚拟现实产品中实时传递参数，判断转速区间，决定音高调制比例。事件处理单元采用工作流节点模式作为一个可视化编辑模式在影视包装的事件处理单元被广泛应用。

三、结语

通过对虚拟现实制作系统核心单元进行探索性的设计和构建，希望影视包装制作系统在不改变现有制作体系的前提下，充分利用现有资源，以期实现现有制作环境应对增强虚拟现实技术的有效利用。

参考文献：

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[2]杨悦.动画在电视包装中的技与艺[D].海南大学，2013.

[3]王晶.电视节目包装研究[D].南昌大学，2013.

[4]李红伟.数字动画在电视包装中的应用[J].包装世界，2015，05：28-29.

（作者单位：山东艺术学院）