制作《阿凡达》的高端软硬件系统介绍
影片《阿凡达》之所以能够受到观众如此热烈的追捧，除了营销策略大胆而得当、口碑良好的制作团队对观众有着巨大感召力以外，更重要的在于其制作、放映技术上的精益求精以及在拍摄、制作、科研方面的大量资金投入。
(一) 现实摄影系统（Reality Camera System）
影片采用卡梅隆和搭档文斯·佩斯自主研发的3D摄影机进行拍摄。早在2000年的时候，卡梅隆和佩斯就在索尼的支持下开发一套新摄影系统，这便是后来的3D虚拟影像撷取摄影系统(Fusion 3-D Camera System)，它在2003年二人合作的IMAX电影《深渊幽灵》中首次使用。随后卡梅隆又让同行帮着测试这套技术。经过在《非常小特务3D》、《立体小奇兵》、《地心游记3D》等影片中的多次使用与调整，该系统不仅适合于手持，而且与斯坦尼康、升降机、伸缩大摇臂、手推车等辅助设备很好地实现了结合。整个研发过程花费1400万美元，在完成拍摄之后将出租给其他影片剧组，以收回成本。
1. 3D摄影系统基本架构
具体到《阿凡达》，它的拍摄主要使用由8台Sony HDC-F950数字电影摄像机及8部Sony CineAlta F23数字电影摄影机组成的3D拍摄系统。系统包括8组3D摄影机，每一组由两台F950或者F23组成，分别架设于斯坦尼康、手持、在升降台以及手推车上。每组的两台摄影机的组合并不是简单的拼接，而是通过复杂的系统有机联为一体。为了充分模拟人眼的立体视觉，这种摄影机的双镜头不仅保持着2.5英寸的间隔，还能根据目标距离的远近像人眼球一样调整角度。它装配的不同滤镜会在被摄物进入镜头时移除图像的不同部分，传递给大脑一种视差错觉，最终形成3D视角。
另外，摄制组还使用了SONY的HDC-1500 RGB 4:4:4高速摄像机系统对某些需要高速拍摄的画面进行每秒60帧的拍摄。
2. 镜头、辅助设备
并充分考虑了重力、稳定以及操作的便利，发明出了“广角大摇臂系统”（techno-crane wide angle system）、“3D分光器斯坦尼康”（beamsplitter 3D Steadicam）等辅助设备。Sony HDC-F950和Sony CineAlta F23依照它们的重量，分别使用了OConnor 25-75云台和Oconnor 120云台。
摄影机为了实现多样、迅速的镜头变化，完全摒弃了定焦镜头，而采用富士能16x 6.3-101mm f/1.8镜头，同时也配合使用了富士能7-35mm短镜头（short？）。
3. 录影存储设备
摄影系统通过光纤和SONY的 HDCAM-SR 的便携式录影机SRW-1以及SONY SRW-5800超高码流高清演播室录像机连接，进行双路RGB 4:4:4的3D数字母版录制，每路码率达440Mbps（总共880Mbps），也有一部分采用了Codex 数字录影机。画面的分辨率为1920×1080 24p HD。
4. 运动控制（Motion Control）
运动控制系统是好莱坞常用的拍摄辅助设施，在近年来设备展当中也颇受欢迎。为了使镜头与摄影机配合良好，摄制组用了最新一代的“运动控制”软件，预设好镜头和摄影机的动作。轨道、圆弧线等摄影机的动作，以及镜头的推拉摇移，都经过精密计算。摄影机和辅助设备指令和镜头指令分别通过软件传达给Camnet系统和Preston FIZ系统，再由两个系统分别执行操作，配合非常默契。
视差恒定系统：为了避免镜头之间制作组发明了一种“恒定分歧算法”（Constant Divergence Algorithm），这样使两路之间视差，无论切到哪一个镜头都不会让观众产生眩晕感。#p#page_title#e#
(二) 虚拟摄影系统
1. 虚拟摄影棚（Virtual Producation Studio）
《阿凡达》影片中40%的画面是实景拍摄、后期视觉特效的产物，60%的画面是通过动作捕捉之后进行CG合成而来的。
《阿凡达》的摄影棚位于洛杉矶西部的Playa Vista园区，占地280000平方英尺（合26012.851平方米）。摄影棚的工作区布置有3排工位，20多名技术人员分成3排坐在电脑显示器：前排是视频专家，中间是巨人工作室（Giant Studios）公司的动作捕捉技术人员和Lightstorm Entertainment公司的即时CG操作人员，最后是视觉特效总监和维塔数码公司的脸部表情捕捉专家。
2. 动作捕捉系统（Motion Capture）：营造超现实场景
此工作流程主要是为了拍摄潘多拉星球上的场景。为影片特制的表演捕捉舞台被其命名为“容积”（the Volume），规模远胜于常规表演捕捉舞台6倍。这是真人表演同CG画面的合成观察平台，其本身仅仅是一块没有任何摆设的有限空间，但通过显示器观看，则能提供各式虚拟场景存在。
演员们穿着嵌满金属圆片的动作捕捉服装，在空间中表演，布满在摄影棚顶部的140个红外摄像机通过追踪现场LED灯打出的近红外光谱的反射，记录下演员360度全方面动作信息，给导演带来更多的视角选择。
所有捕捉到的数据都将存入“数字资产管理系统”（digital asset management system），以便在动作捕捉过程技术后的特效环节使用。
3. 虚拟摄影机实现实时监看效果：协同工作摄影机（Simulcam）
以往的传统的动作捕捉都是先将演员的表演动作捕捉抓取后加入到数据库，然后再同虚拟场景进行搭配，在现场无法监看效果。影片的虚拟制作总监格伦·德瑞为此开发出一种虚拟摄影机，让卡梅隆在拍摄时看到的不是空洞的舞台，而是将在电影中出现的3D世界。
协同工作摄影机本身并没有镜头，只有一个LCD显示屏和用来记录演员的定位和朝向的标记器。定位信息随后被导入到特效转换器中处理，这个转换器在第一时间将包括演员和潘多拉景物的对应CG图像反馈到LCD屏幕上。它能够让制作人时刻观察到现场镜头中的虚拟场景，以保证最后效果，比如：当身穿表演捕捉服的真人演员进行表演时，工作人员在虚拟摄像机中看到的是拥有10英尺高蓝色皮肤的纳威人在潘多拉星球上的场面。
4. 面部表演捕捉还原系统：表情的细致刻画
为了从演员们的脸部采集到更多的数据，卡梅隆和来自新西兰的维塔数字的动画指导里奇·巴恩汉姆制造了一套面部表演捕捉还原系统（Facial Performance Replacement），主要由脸部捕捉头戴设备（Facial Capture Head Rig）以及辅助设备组成。头戴装置的核心是一个离演员面部只有几英寸距离的微缩高清摄像头，它能用广角镜头记录下演员面部最微妙的表情变化以及细微眼球活动，将演员95%的面部动作数据输入数据库以丰富CG虚拟角色（主要指纳美人）的动作表演，这比上一代在面部贴感应点的方法更真实。
同样，该系统为对白的更改也增添了便利。在传统电影制作中，后期如果遇到有台词更改、面部动作重设的需求时，一般都会使用ADR系统（额外对话采集系统）进行修改，但是很容易造成僵硬和失真。《阿凡达》中后期更改对白是通过已有的表演数据生成新对白的面部表情即可。
5. 影片编辑
卡梅隆在拍摄现场采用AVID剪辑2D影片，并用全3D的放映系统“Pod”进行监看。同时还有另一台现代（Hyundai） 46寸被动式眼镜的监视器。编辑工作采用的是Avid Media Composer 2.8.4和Nitris DS，剪辑组将每日拍摄的左右眼两路视频分开剪辑，并使用AVID Isis作为媒资存储系统，全部离线素材采用DNx36高清编码方式。剪辑小组工作进行到中途时，AVID发布了最新的3.5版本，可以支持3D制作，但是工作组没有冒险升级系统，而是按照原来的方法进行下去。 在音频方面，《阿凡达》的制作团队利用最新版本的Sibelius和Pro Tools完成全部的作曲和录制工作，使用M-Audio的音频接口和耳机进行音频拾取和监听，使用两台Icon调音台级联工作进行混音工作。#p#page_title#e#
(三) 特效制作
1、 数据中心
《阿凡达》的主要的特效制作公司为位于新西兰的WETA Digital公司，其老板是《魔戒》三部曲的导演彼得·杰克逊。维塔数字的任务是在非常风格化的数字设置下打造出诸多连续镜头，其中包含多达800个完全由计算机生成的人物。
WETA Digital公司是由构建物理模型的WETA工作室和进行实际运算的WETA数据中心两部分组成。其中，WETA工作室的数字艺术家们负责使用Maya和皮克斯的Renderman等软件把导演脑中所想变成三维图形。
而的WETA数据中心的最主要工作就是图像的渲染，参与《阿凡达》制作的处理器达到40000个。WETA数据中心采用的是HP BL2x220c刀片服务器。负责人乔·维尔每天站立在被称为“渲染墙”的计算机集群前。群集系统是皮克斯出品的，采用 “阿尔弗雷德”多任务阶梯式架构，把一个大任务分成数千个独立的小单元来处理。每当有CPU完成任务空闲，就会被随机分配新的任务。在高峰时段，《阿凡达》每天要处理10000多个任务，也就是大约1300-1400万个小单元，每秒7-8GB要处理的数据，有时要24小时运行。为保持机房平稳运转，WETA数据中心装配了强制水冷设备，并提升地板以增强散热。
2、 光线追踪引擎
WETA研发部门联合NVIDIA研究院展开合作，开发了光线追踪软件解决方案PantaRay全新预计算引擎，以处理《阿凡达》复杂镜头所需的数以十亿计的多边形。该引擎大大加速了CG制作和渲染过程，能够在更短的时间内渲染更复杂的场景，同时花费更少的成本、使用更少的处理器。因此，艺术家便能够更快地迭代，也便于反复修改，最终取得更高画质的逼真效果。
3、 多个特效团队协同工作
在制作过程中由于工作过于繁多，为了赶工作进度，卢卡斯的工业光魔（ILM，全称Industrial light and magic）、迈克尔•贝旗下的Digital Domain公司也应邀参与进来。
工业光魔、威塔数字两家公司大多情况下是分别制作不同的场景，但有时两家公司也会合作某一场景的不同部分。二者虽然分别位于旧金山和新西兰，但两家公司都严格依照导演卡梅隆具体模板来执行制作，同时不断进行必要沟通以避免进行重复劳动，维持影片风格的统一。
(四) 数字中间片
美国西海岸的后期制作巨头Modern VideoFilm负责《阿凡达》的收尾工作。整个制作流程使用了三台Quantel Pablo 3D立体影像制作系统，完成了3D DI母版制作和立体影像效果的矫正、调节与修饰，以及影片的立体影像对白字幕制作，素材采用的是1920×1080分辨率。
《阿凡达》在世界范围内以三种画幅比发行，每一画幅比又包含2D和3D版本，为了完成影片巨大的多版本制作工作量，Modern VideoFilm建立了一套后期制作生产流程——所有的镜头首采集进中央核心存储系统后读取到Quantel Pablo系统，利用其“所见即所得”的实时立体制作工具对每个镜头画面的立体效果进行修饰和调整；之后进行立体母版套片编辑和精细实时编辑；再完成母版的调色和细节的修缮；最后完成立体影像对白字幕制作。而3D立体影像字幕是件非常复杂的工作，字幕必须摆在一个不与影片中的3D内容相冲突的位置。
(五) IMAX版本生成
《阿凡达》IMAX版本是通过IMAX公司的IMAX DMR技术在后期重新生成。
