Autodesk立体电影制作的业务与技术
立体电影的复兴时代已经到来。 在经济需求与技术可能性不断趋同的推波助澜下，越来越多的电影公司开始发行立体3D(S3D) 格式的动画与实拍电影。
立体视法或立体图像利用人类双眼视觉的特点来创造深度感，使物体出现在电影屏幕的前面或后面。该技术为左右眼呈现两个略有不同的图像，然后由人脑自动把它们融合到一个视图中。图像中细微的左右差异创造了深度感，通过控制这种深度感从而发挥创意优势。这就是立体电影制作艺术的意义所在。
本白皮书分析了 S3D 业务案例、行业的现状以及那些打算制作令人信服的立体电影的人员所面临的技术和创意难题。另外也为读者提供了立体影像和感知方面的背景信息，以加深他们对立体视法的科学原理的理解。希望这些S3D 科学与技术方面的知识能够帮助读者创造高效、引人入胜的电影娱乐内容。
业务案例
显然，S3D 制作具有创造收入和鼓舞票房的强大潜力。由于立体3D影片的上座率和平均票价更高。如果以 S3D 格式放映，就每个放映场次和每个影院而言，动画电影（例如《未来小子》）平均可以获得两到三倍的票房收入。同时，立体3D电影对制作公司和发行商还有额外的好处。随着 HDTV 和环绕声进入越来越多的家庭（在美国为 25%），S3D 成为了一种吸引观众走出家门回到电影院的手段。Screen Digest 最近的一份报告指出，根据过去的放映情况，一个放映公司每放映一次 S3D 电影可以额外创造大约 10,000 美元的收入，到第三次放映就可以实现赢利了。
虽然目前还没有发行足够的 S3D 影片来巩固 S3D 业务，也没有足够的影院支持宽荧幕放映或同时放映，但是这种情况正在迅速改变。S3D 制作不仅推动了数字电影投影技术的应用，而且 S3D 的强劲势头也帮助这些相同的显示技术迅速进入越来越多的影院。立体投影技术只比标准数字投影系统贵了一点点，对于其发展给予了有力的支撑。同样，越来越多的电影制作公司开始计划推出其即将发行的影片的立体版本，也推动了影院采用新的立体投影技术。
而且，新的能被接受的价格的立体像机架和其它工具正在开发之中，将使预算有限的独立制作人可以进行 S3D 制作。但是，目前大部分 S3D 制作只是 CG 动画电影的立体版本，因为这种媒体自身条件非常适合创造精彩的立体特效。不过，拟订的实拍立体电影的数量很大，表明了电影制作公司对该格式的支持。一些正在制作的实拍 S3D 电影包括《降世神通》、《恐怖万圣节》和《非常凶姐》的改编版 (Stewardesses 4D)。
Disney 等电影制作公司对 S3D 格式表现出了特别浓厚的兴趣。Disney 不仅制作了迄今为数最多的 S3D 动画影片，而且公司还在考察以 S3D 本地格式制作电影的可能性。最近，Disney 专门使用 S3D 格式拍摄、制作并发行了《米莉演唱会纪实》。这部汉娜·蒙塔娜影片在超级杯周末上映，尽管时机不好，但每次放映的平均总收入超过了45,000 美元。不过，同在该周末上映的另一部 S3D 电影《U2 3D》就没有这么好运了。数量有限的 S3D 功能影院，加上汉娜·蒙塔娜的竞争，使这部影片未能达到预期的效果。
在本白皮书撰写时，估计有 20 个 S3D 项目正在制作中，包括《降世神通》(James Cameron)、《铳梦》(James Cameron)、《怪兽大战外星人》(DreamWorks) 和《丁丁历险记》（Peter Jackson 和 Steven Spielberg 的三部影片）。电影制作人员明显发现，使用深度作为故事情节的一部分（从设计到开发、制作）为他们提供了开发全新创作体验的机会。
背景：立体影像、感知和现实世界
立体影像是指大脑从立体视觉中感知深度和立体效果的能力。但是，它并不容易完成，而且人类与生俱来的对二维图像以及从传统平面显示上的单眼提示推导出深度感的熟悉使之更加困难。这些提示包括光与影、相对大小、空中透视、运动视差（因在视野中附近物体比较远物体移动更多所造成的一种视觉提示）以及（最重要的）遮蔽（物体在其它物体之上或之后）和透视。所有这些效果在立体影像中也具有关键作用。
S3D 像机为观众的眼睛呈现两个不同的图像，以创造深度感。在观看成对的立体图像中的某个物体时，观众的双眼将会移动，根据两个图像的水平差异在屏幕前或后融合。但是，大脑会始终把眼睛聚焦在屏幕上。这会造成不连贯，是我们感知 S3D 物体的基础，与我们感知现实世界的方式相反。在现实世界中，我们的眼睛连贯地聚焦和融合。观看 S3D 图像打破了这种后天的习惯性响应，是许多 S3D 引起的不适的根源。虽然大多数人可以适应聚焦与融合之间的突然差异，从而看到深度感，但有些人对它更为敏感，会迷失方向。不过，如果 S3D 材质的剪辑很差，就会在深度感方面给观众造成与我们的现实世界体验不一致的、意想不到的突然性屏幕变化，而且这种差异对所有人都非常明显。因此，为了创造令人信服的立体体验和避免不愉快的结果，了解现实世界与 S3D 感知之间的基本差异至关重要。以下概念构成了对立体视觉的基本理解，对任何专业立体电影制作都具有十分重要的意义：
视差
立体图像依赖于双眼视觉。这就是说 S3D 图像需要用双眼来看才能呈现出三维空间效果。英国科学家 Charles Wheatstone 在 1838 年发现，负责人类深度感的机制是分隔我们双眼视网膜的距离。不使用适合的眼镜（主动偏振镜、色镜或被动立体眼镜）观看立体显示的观众会看到两个不对齐的叠加图像，因此物体呈现出水平位移过大或过小的效果。左右眼图像之间的这种位移就是视差。当两个图像同时显示时，每个眼睛一个，视差就会造成视网膜像差，导致立体影像或深度感。视差与视网膜像差之间的区别十分重要。视差是物体在源位置（例如显示设备上）的（水平）位移的一种度量，而视网膜像差则是其在目标（即眼睛）上的影响。
在现实世界中，人类具有水平分开的眼睛，因此在深度感方面我们比较喜欢水平视差。但是在胶片材质中，镜头失真、失调或处理会造成垂直视差。垂直视差会导致眼睛疲劳，应予以避免或纠正。在下面几个图形中，我们将只涉及水平视差和像差，除非明确说明。
物体在场景中的深度位置（相对屏幕平面）决定它在成对立体图像中的视差量和视差类型。
当物体以与屏幕相同的深度放置时，物体就会具有零视差，而且当观众的双眼在屏幕平面上融合时，将导致两个图像直接相互重合在一起。零视差物体的显示距离与屏幕相同。
平面电影的立体转换这个过程一直十分广泛和成功地应用于许多电影，涉及迄今发行的最大数量的电影。Robert Zemeckis 的 CG 影片《极地特快》在 2D 上映前的几个月针对立体显示进行了全面重新渲染。在重做中加入了一些立体视觉布局，以适应 IMAX® 荧幕更宽的视野。从 2D 转换到 S3D 的其它影片包括《怪兽屋》和《贝奥武夫》（虽然导演 Robert Zemeckis 从一开始就知道他会制作一个立体版本）。其它部分片段转换为 S3D 的早期重要实拍 2D 电影包括 《超人归来》和《哈利波特和凤凰社》：虽然这些影片被认为在技术上不够成功，因为它们出现了一些问题，例如造成观众物理不适的重影和视差值。
目前，人们利用许多技术— 大部分源自视觉特效 (VFX) 来把 2D 转换到 3D。由于目标是在没有深度信息的地方导出深度信息，因此需要使用许多技巧。其中最常见的是在 3D 模型上重新投影原始图像和渲染一个第二只眼睛的视图；使用深度贴图、随时间改变的像机摇摄等；以及重建环境。
行业现状：S3D 像机模型
目前有三种基本的立体像机配置：平行、内倾和图像移位，三者在确定零视差设置 (ZPS) 的方式上不同。
平行和内倾
当场景中的某个特定元素的图像在左右投影图像中对齐时，他们将具有零视差，并准确显示在屏幕平面上。平行配置正常情况下会生成零视差点位于无穷位置的图像，从而为每个物体赋予负视差（整个成像场景将显示在影院空间中）。在大多数情况下，这不够理想，为了在实际制作中设置 ZPS，立体摄影师通常会向内旋转摄像头，这样它们就会在场景中的特定元素上融合，从而获得所需的 ZPS。这叫作内倾。
内倾对于场景中的物体，距离像机很近的情形十分有用，并有助于避免拉平效应。例如，如果平行像机无法足够接近来拍摄所述的物体，那么内倾就是最简便的解决办法。
适量的内倾是可以接受的，但是使用内倾会导致梯形失真—梯形变形和深度平面弯曲；造成图像间垂直视差的效果。有些内倾脏点可以在后期制作中纠正。但是，对于实时 S3D 事件，由于前面所述的梯形失真（梯形变形）以及实时纠正的难度，过度内倾就会成为问题。
图像移位
在不失真的情况下实现内倾效果的一种方法是在水平移动镜头或像机的图像传感器时使像机的轴保持平行，从而取得所需的零视差。虽然这对 CG 像机非常容易，当然对真实像机却相当复杂，但是数字工具使我们能够通过移动图像来生成所需的零视差设置，从而达到相同的效果，而不会出现梯形失真或深度平面弯曲缺陷。
在 CG S3D 项目和平面到 S3D 电影转换中， 通常使用多个具有不同轴间分离和/或像机配置的虚拟像机来渲染左眼和右眼图像。这是一种十分强大、复杂的创意工具，当然只能供动画或 VFX 电影使用。例如，在《贝奥武夫》的制作中，据报道每个 rig 采用了多达 8 个像机。
行业现状：标准
目前，虽然有一些建议，但没有公开发布的 S3D 标准。Disney、Fox、Paramount、Sony Pictures Entertainment、Universal 和 Warner Bros 等著名电影制作公司合资成立的 Digital Cinema Initiatives (DCI) 提出了数字电影和S3D 电影的技术建议。2007 年，他们出版一篇短文，定义了立体数字电影内容的母版制作、发行和影院播放的概要技术需求。目前，DCI 正努力把他们的 S3D 建议整合到他们的数字电影系统规范中。独立行业标准组织国际电影与电视工程师协会 (SMPTE) 也成立了 DC28-40 工作组，与电影制作公司 (DCI)、放映公司和技术提供商一起制定 S3D 的公开标准。预计他们会在 2008 年底前提出建议。SMPTE 最近还成立了一个任务组，来定义 S3D 家庭显示母版制作标准的参数。该活动将为未来的标准化工作奠定基础，并为几家已经开发了一系列专为 S3D 内容家庭使用而设计的不同产品的公司提供了一个坚实基础。
技术挑战
S3D 电影要取得成功，观众体验必须是令人信服的。技术问题会造成疲劳和眼睛紧张，并减少总体 3D 体验，使观众觉得还不如观看平面版本。人眼几乎不能容忍左右眼图像之间的色彩、几何和亮度差异，除了创造 3D 效果的水平视差差异之外，它们必须在所有方面完全相同。
今天，显示 S3D 的大多数技术难题已经被数字电影技术和单投影仪系统解决。数字电影消除了过去困扰 3D 电影观众的胶片投影的微小技术问题，例如不同步的投影以及划伤和损坏的画面，而且单投影仪系统消除了由于灯光强度和图像对齐差异而造成的问题。依然存在的挑战涉及以下因素：
在设计立体场景时需要记住的一个重要考虑因素是立体效果是观众距离的函数，当观众远离屏幕时会更为明显。远程物体似乎更远，观众空间中的物体似乎更加突出。这是因为在从更远的地方观看时，任何给定的视差值都会产生更低的视网膜像差，但是视差和像差值仍然随观众距离与屏幕变化成比例。这就是说，0.33 英寸（8.4 毫米）视差将会在 3 英尺（大约 1 米）处产生与 0.66 英寸（16.7 毫米）视差在 6 英尺（大约 2 米）处相同的像差。请参见图 5。
重影和图像串扰
由于现实世界中没有完美的分离，所有立体显示皆依赖于主动或被动虑光眼镜，因此允许一只眼睛看到针对另一只眼睛规定的图像的剩余部分。这种情况叫作图像串扰，可见的图像串扰叫作重影。重影在高对比度图像中最为明显。为了减少重影，有两个很有价值的策略，一是坚持尽可能最低的视差值以取得想要的效果，另一个是尽可能多的避免高对比度图像元素（特别是视差很高或很低的元素）。
显示挑战：屏幕大小
另一个需要考虑的问题是屏幕大小。屏幕越大，立体效果越明显，而且发散视差的风险也越高。影院格式的电影在电视上的显示效果会比较浅。除非多视图自动立体屏幕已经普及，否则众多的屏幕大小会在立体调色配光过程中造成额外的复杂性。
令此问题雪上加霜的是，IMAX 制作从根本上不同于 Real D 或单像机正常大小影院屏幕立体制作。IMAX 依靠镜头绝不会内倾的像机，而且显示不会呈现为观众借以观看电影的窗口，它假定屏幕会填满观众的整个视野。
制作流程挑战
过去几年中，数字技术模糊了数字电影制作许多部分之间的界限，但是没有任何其它东西象 S3D 制作这样，对线性制作流程的概念提出了挑战。制作立体视觉内容在众多方面不同于传统的平面 2D 制作。立体像机（不管是开始时使用的物理像机还是 CG 制作中使用的虚拟像机）给大多数传统电影摄影师和后期制作人员带来了各种挑战；这种挑战超越了确保将任何操作正确应用于两种媒体流（即两个像机/眼睛）的需求。
在 2D 制作中，修订周期在每个步骤都会进行，但很少要求返回流程中之前的步骤。在立体工作流程中，一切都相互依赖，有些修订会波及整个工作流程，并且可能要求修改各个步骤，最远追溯到像机布局。因此，从layout布局到剪辑直至合成和镜头最终定稿，S3D 制作流程必须解决立体加工程序。
以下是参与 S3D 内容制作的任何人员都应了解的其它常见问题列表。
前期制作传统的平面电影前期制作从故事板开始。而立体前期制作要求立体摄影师创建一个伴随故事板的景深脚本。景深脚本是一个极其宝贵的工具，用于可视化、制定有关每个场景的立体深度的决定，并作为交流创作意图的工具。使用景深脚本来设置舞台和设计场景对于生成舒适、可读的立体图像、镜头和序列具有很大的帮助作用。
制作： CG
从事立体制作的艺术家需要支持立体功能的工作站来准确可视化他们的作品。这就是说，艺术家可能不希望总是观看立体。相同方式的长时间音频混音会导致听觉疲劳，无休止地观看立体图像会导致眼睛紧张和疲劳。在双眼休息后最适合做出关键的视觉决定。在制作过程任何一个阶段做出的决定都会影响所有后续阶段的情况下尤其如此。高效的立体制作流程会在整个工作流程中考虑这个因素。
鉴于促进 S3D CG 内容制作的新一代数字工具的出现，3D VFX 技术毫无疑问将会快速发展。数字立体摄影师Bernard Mendiburu 根据由 Z 轴划像、深度压缩、有意的视网膜对抗和深度重影等组成的深度，想象出了一个新的视觉特效词汇。
制作：实拍
由于物理世界电影拍摄受物理限制的制约，因此实拍项目必须处理因没有任何两个像机完全相同所造成的问题。在实拍 S3D 制作中，对齐、镜头失真与失常、变焦节奏、镜头眩光以及球形反射方面最轻微的不一致都会造成不适或破坏立体深度感。现代专用 S3D 像机架可以保持尽可能最佳的对齐，几乎消除了像机之间的纵倾、横倾和横摆，并能确保镜头长度、焦距、变焦和光圈尽可能密切关联。时码参照进行了同步锁定，并建立了对变焦、双眼距离和镜头长度的计算机控制，同时每个像机的各自元数据得到了保存。但是，由于彩色和球形失常以及变焦节奏的影响，其中每个参数仍然可能存在小的不一致。为了达到最佳效果，这些问题需要在后期制作环境（允许在整个制作流程中根据元数据）中解决。此外，通常会出现帧之间的自然差别（例如场景中的眩光和镜反射），这些差别需要纠正。持续访问可用的元数据至关重要，并且可能会大大优化这个过程。
后期制作 一般来说，合成与特效工作要求艺术家重新思考他们所熟知的东西，因为在 2D 适用的技术在立体环境中根本行不通。这是因为甚至左右眼图像之间最细微的差别也是大脑感知深度的一个提示。如果这些细微差别丢失，深度感也会丢失。
标准 2D 粒子特效和层特效不能简单地在左边设置，在右边复制，因为两个图像正是相互之间的副本，因而会在屏幕显示为平面。至于镜头眩光，则最适合在后期过程应用，因为镜头及其位置的光学特征的最小差异都将导致眩光之间的不一致，这将使它们的渲染相互不一致，并因此破坏立体感。立体配光对于在镜头之间实现平滑的过渡以及保持立体视觉连续性（减少眼睛疲劳）至关重要。
前面所述的屏幕大小问题也给后期制作阶段带来了一个挑战。虽然经验丰富的立体摄影师可以从其工作站的小显示屏上看到的东西来判断大屏幕上的效果，但是在可与目标屏幕大小相似的屏幕上进行连续的修订过程始终是明智的。
其它问题
S3D 制作流程中还有许多其它内在的挑战：在成对立体图像之间一致地控制光线水平、针对不同的眼睛分离技术进行设计（例如主动立体眼镜或偏光眼镜）、管理左右眼媒体以及在剪辑前组合它们，等等，这里就不再一一列举了。一些业界专家还认为，应当针对不同的屏幕大小（例如电视、IMAX、Real D 和其它影院放映格式）创建不同的数字母版。立体制作要想从试验阶段转向应用，把电影制作人员解放出来专注于讲故事和创意内容，就必须系统地解决这些问题。
创意挑战
从电影起源开始，电影制作人员就一直努力以最令人信服的方式讲述故事。这些先驱们寻找他们预算允许的最佳技术，作为超越极限和实现其创想的一种手段。在利用革命性技术来讲述精彩故事或叙述文化、历史事件的创新电影的推动下，声音、色彩、光线、镜头、像机、投影及其它专用设备获得了相对迅速的发展和采用。
立体电影成为一种出色的讲故事工具，比任何其它技术都经历了更长的时间。到目前为止，立体视觉一直用于在 2D 屏幕重现三维现实。不过，有大量的机会去试验超深度图像来唤起新的电影体验和激情。从艺术上说，大多数 2D 规则不需要适用。
事实上，经验表明，一些平面视觉惯例在带入立体世界时根本不适用。例如，在 2D 中创造深度印象的提示在立体中会抵消深度感。使用景深把背景丢到焦距外是用来吸引观众注意针对该背景焦内放置的任何物体的一种常用 2D 技术。而立体视觉则基于双眼模式匹配。角色身后的模糊墙壁在立体中将显示为平面。如果角色设定在屏幕平面的后面，在进行立体投影时，观众会看到他们在墙壁的后面。
电影制作是一种协作的艺术，需要强大、直观的工具来帮助创意人员讲述精彩的故事。数字显示技术、新兴数字工具与标准以及经济考虑的融合使电影制作人员能够集中精力进行创作。推动 S3D 成功的是对这种新媒体的了解、设计完善的工具以及对一种新语言的信心。
统一立体制作流程的案例
立体工作流程的每个步骤皆相互依赖的事实给那些计划进行给S3D 制作的人员提出了巨大挑战。要改善 S3D 项目的质量、效率和成功率，就必须在整个过程中保持对立体参数、针对极宽修订周期所做的容差以及由许多并行迭代步骤组成的工作流程的控制。虽然没有制作 S3D 电影的“一种正确方法”，但制作应当从开始就是立体的。景深脚本应当伴随实际剧本。故事板应在支持 CG 立体视觉的可视化预览工具包中制作。无论是什么立体格式和目标荧幕的大小，在工作流程的每个步骤（可视化预览、使用像机架拍摄的数字样片或渲染的 CG、剪辑和特效）都应当在实际影院立体荧幕上检查深度配光。特效应当在处理剩余制作工作的同一个非线性平台上设计。
总结
数字投影技术的进步以及由于其它娱乐技术的冲击造成的影院上座率的不断下滑是立体电影复兴的核心。
但是 S3D 是否已经准备就绪？根据目前正在制作的项目数量以及今天的技术与经济条件判断，S3D 显然不只是一时的狂热。但是，S3D 的普及程度将取决于技术和经济以及创意因素。S3D 可以增强电影观赏体验，如果电影制作人员愿意使用 S3D 作为讲述故事的方法，运用其自身特有的创意词汇为观众创造出身临其境的体验，S3D 项目一定会继续获得票房成功。
但是，愿意采用 S3D 的电影制作人员必须记住，许多 S3D 流程没有传统平面 2D 制作中的相同流程。事实上，这些流程的密切相互联系带来了独特的挑战；在 S3D 制作过程的任何阶段所做的修改都可能会波及整个流程。此外，即便是没有深度变量，今天的后期制作环境也是非常复杂的。因此必须使用一个统一的制作流程以将潜在问题最小化。
设计完善的集成工具为创意人员提供了对技术的控制能力，使之成为他们创作调色板中的许多色彩之一。如果制作工具能够利用它的功能，为电影制作人员提供对深度的控制作为增强其故事性的一种手段，立体 3D 图像就会取得成功。正如历史所示，如果工具链存在限制，就会限制创意过程。
Autodesk 正投资打造从整体上满足 S3D 内容制作需求的顶级工具— 从前期制作阶段到后期制作和母版制作。这些工具在设计上具有协同工作能力，而且容易集成，因此电影制作人员可以获得一个任自己支配的制作流程，为他们提供立体成像的创意工具。
