摄像机反求技术及其软件浅析

许云鹏

【摘 要】在视觉艺术创作活动中，实拍与利用计算机技术进行视觉设计相结合来呈现画面已经越来越普遍，无论是电影、电视节目、宣传片，还是一些个人拍的自娱自乐的小视频，都越来越多地运用到摄像机反求技术。本文对摄像机反求技术及其软件应用进行分析研究。

【关键词】摄像机   反求技术   软件程序

摄像机反求在影视后期合成中有着非常重要的作用，就是通过分析连续画面的特点，求得跟踪点，然后再分析跟踪点，根据透视原理，用软件计算出摄像机的运动形式、焦距以及空间信息等，目的是让三维和实拍素材能有一个完美的融合。

比如，我们在地面上放置一个模型，如果在拍摄时摄像机保持静止不动，则不需要进行摄像机反求，直接合成上去就可以了。但如果摄像机有运动，则视频画面是不断发生变化的，而模型的空间位置却未发生变化，画面就会很不真实不好看，所以，我们必须要让模型也跟着摄像机的运动一起动起来，并且跟背景画面相应地结合到一起。摄像机反求就是通过软件对实拍的画面进行分析，推算出跟踪点，再利用算出的跟踪点的一些特征，在三维软件中来推算出摄像机真实的运动轨迹，以及相应的空间信息、镜头参数等，再利用合成软件进行合成。

常用的摄像机反求软件有AE、C4D、Mocha、PFtrack、BOUJOU、Nuke、Syntheyes、3DEqualizer等。

在进行摄像机反求之前，我们应当对跟踪的目标有一个全面的认识。首先，要对素材进行分析，摄像机是固定在三角架上的，还是运动的？它的焦距有没有变化？它的质量如何，有没有变形，需不需要稳定？这些都要明确。其次，要在素材中添加什么元素，是换天、换地、换建筑，还是加雪雾火爆炸等特效，在什么位置都要清楚。这样在进行跟踪的时候，哪些地方是重点，哪些地方需要手动添加跟踪点，方能做到心中有数。在现场拍摄时一定要注意两点：一是快门不能太低，否则会导致运动模糊。二是光圈不能太大，光圈过大会导致浅景深，加大追踪难度，并不利于加追踪元素。同时还要保证合适的光照、保证低噪点，并贴一些跟踪点，便于后期跟踪。

一般合成软件中的跟踪都是2D跟踪，得到某一处的跟踪数据从而进行画面的替换、场景的修复等工作，而这几款软件也是通过2D跟踪但是得到的却是摄像机的信息，比如位置、运动方向，从而输出到3D软件中能够进行三维元素的添加。当然，既然这些软件进行的也是2D跟踪，自然也可以将这些数据输出到合成软件中进行使用。每个软件程序处理复杂计算的方式都略有不同。有些软件会自动完成大部分过程，而另一些软件会给操作者更多的控制权。本人对常用的一些摄像机反求软件的使用体会是：

AE，内置的跟踪是最常用的，也是相对简单的，只需要将素材导入AE，在跟踪器中选择跟踪摄像机便可以求出很多跟踪点，适用于一些相对简单的场景，做一些简单的字体跟踪或者图形跟踪，比较节省时间。但对于一些稍微复杂的场景，AE内置的跟踪功能就无法驾驭了。

Mocha Pro，是一款优秀的面追踪软件，因为有AE内置插件，所以可以直接在AE中打开，如果经常使用AE，这点是非常方便的。同时因为它是一个2.5D软件，并不是真正的3D摄像机反求软件，所以常用于屏幕追踪替换以及人像、物体的抠像。

Cinema4D，新版本内置的运动跟踪可以应付大多数的跟踪画面，并且有“遮罩约束”这样方便的工具。此外，对于镜头畸变，C4D有很好的解决方案，同时因为软件本身是优秀的三维软件，可以很方便地做一些三维与实拍相结合的画面，不需要额外购买其他摄像机反求软件，并且简化了工作流程。

BOUJOU，这款软件被称为世界上第一个商业性的全自动商业摄像机跟踪系统，以跟踪精度高，操作简单而著称。在以前，非常多的电影以及影视后期制作公司利用它来进行后期的3D跟踪，这款软件可调节的参数并不多，使用过程中感觉跟踪精度比AE与C4D高。但对中文支持不好，需要全部在英文路径下操作。

Nuke，几乎国内外包括好莱坞的影视剧都是以Nuke作为主流的软件，在影视后期领域，Nuke是作为一个合成师必须掌握的。軟件本身配有内置的3D跟踪器和2.5D平面跟踪器，Nuke的3D跟踪器也可以作为After Effects插件使用，与AE一样，因为其本身为强大的节点软件，可以跟踪合成一并完成。本身有点追踪、平面追踪，但只能跟踪单个物体，无法做复合跟踪。比方说A是前景物体，B是背景，C是摄像机，那么Nuke是无法同时将A与C跟踪反求出来的。

Syntheyes，后起之秀，操作简单，而且解算能力很强，有一些独特的功能如网络构建、特殊绿屏分析、3D稳定、camera holds等，与PFtrack一起广泛应用于影视行业，也是非常好用的跟踪反求软件。

PFtrack，是功能非常强大的摄像机跟踪软件，它有两个比较突出的特点，一是它使用node-based工作流程，非常适合这种后期特效类镜头，二是它的geometry tracking也是一大突出特色，对于头部以及面部跟踪有着独特的优势。但要手动调整的参数比较多，运算时间相对长，操作比较复杂。同时它的各方面能力比较均衡，可以做点追踪、几何体跟踪、运动捕捉等，精度很高。

3DEqualizer，可以做点跟踪、摄像机跟踪、运动捕捉，可以说它是非常全面的，虽然操作相对比较繁琐，但其追踪内核非常优秀，只要思路正确，可以得到精度极高的追踪数据，也是目前很多电影的首选。

无论什么软件，在跟踪过程中，都要尽量做到以下几个方面：

1.不要添加过多的跟踪点。2.时刻盯紧跟踪点。3.注意跟踪点在画面边缘的状态。4.适当地调整跟踪器的大小。5.使用原始分辨率来进行跟踪。

纵观整个后期流程中，摄像机反求只是第一步，还有对空间坐标系的修正，重建场景，重建灯光系统，合理的分层渲染，最后是AE或者Nuke的合成，添加景深、运动模糊等，但所有的这一切，都是建立在跟踪点是否准确的基础上的。

有时跟踪出的最终结果，也就是所谓的“摄像机解决方案”，对于场景来说是不正确的，为了解决这个问题，需要花费几个小时甚至几天来逐帧地解决，而这时换其他软件有时却可以更快地提供更好的解决方案。所以，对于进行摄像机反求来说，没有一个软件是完美的，也不是每一个软件都适用于所有画面。所以在后期制作过程中不要局限于某一个软件，而是要对每一个软件有一定的了解，熟悉它们的特性，在进行反求的时候，根据画面特点，不断地反复尝试，用不同的反求软件来解决特定类型的跟踪。