韓曉

摘 要：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為影視包裝增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的關(guān)鍵手段，對(duì)其的應(yīng)用決定了影視包裝增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的制作質(zhì)量和產(chǎn)出效率。本文從增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)建應(yīng)用來對(duì)影視包裝中增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行分析，旨在為業(yè)界人士提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：影視包裝；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；模型交換；節(jié)點(diǎn)制作模式

影視包裝中增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，其根本是一種將現(xiàn)有真實(shí)環(huán)境和虛擬元素進(jìn)行信息拼接、集成的新型技術(shù)。將該技術(shù)應(yīng)用于影視包裝中，結(jié)合節(jié)目?jī)?nèi)容，烘托環(huán)境氣氛，打造出了傳統(tǒng)影視技術(shù)難以呈現(xiàn)的炫美視覺效果。加強(qiáng)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究對(duì)影視發(fā)展具有積極意義。

一、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Augmented Reality，簡(jiǎn)稱AR），作為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的變種形式，其根本是一種將現(xiàn)有真實(shí)環(huán)境和虛擬元素進(jìn)行信息拼接、集成的新型技術(shù)。是把原本在現(xiàn)實(shí)環(huán)境的時(shí)空域范圍內(nèi)很難體驗(yàn)到的實(shí)體信息（目前是以視覺和聲音信息為主，根據(jù)體驗(yàn)的不斷增強(qiáng)將加入觸覺、味覺等多元化信息），通過計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)進(jìn)行疊加，將虛擬的信息實(shí)時(shí)地應(yīng)用到真實(shí)環(huán)境下，從而達(dá)到基于現(xiàn)實(shí)但超越現(xiàn)實(shí)的全新感官體驗(yàn)。其重要的分支-虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR）是環(huán)境仿真技術(shù)的一個(gè)重要方向，其根本是利用仿真、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口、人工智能、傳感及網(wǎng)絡(luò)等綜合技術(shù)集合予以實(shí)現(xiàn)，這是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術(shù)前沿學(xué)科和研究領(lǐng)域。已經(jīng)在眾多的電視節(jié)目中得倒廣泛應(yīng)用。

簡(jiǎn)言之，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是實(shí)時(shí)地將虛擬三維物體疊加到真實(shí)的環(huán)境下，最終實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)畫面和空間的并行存在。相較于其他虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和實(shí)現(xiàn)，影視包裝將技術(shù)聚焦在疊覆（superimposed）及合成（composited）上。從實(shí)現(xiàn)效果上，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要面向的是增補(bǔ)現(xiàn)實(shí)環(huán)境的信息，而非單純地覆蓋整體現(xiàn)實(shí)環(huán)境，其最終結(jié)果是在理想情況下，將虛擬元素?zé)o縫地同現(xiàn)實(shí)環(huán)境在相同的時(shí)空域，根據(jù)統(tǒng)一的上下文環(huán)境實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)且“恰當(dāng)”的共存，通過增補(bǔ)準(zhǔn)確地傳遞給受眾所要傳遞的信息。

二、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在影視包裝中的使用

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在影視包裝中的應(yīng)用，具體體現(xiàn)在影視包裝增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)上，相較于其他模式的制作系統(tǒng)，其優(yōu)勢(shì)繼承現(xiàn)有的影視包裝制作環(huán)境，并在保留現(xiàn)有影視包裝業(yè)務(wù)特征的基礎(chǔ)上，進(jìn)行感官延續(xù)和體驗(yàn)擴(kuò)展，從而在業(yè)務(wù)層面實(shí)現(xiàn)繼承和拓展現(xiàn)有包裝業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，探索和挖掘新型包裝業(yè)務(wù)?；诖颂卣?，影視包裝的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)從功能實(shí)現(xiàn)維度上包含虛擬現(xiàn)實(shí)制作端、虛擬現(xiàn)實(shí)中間件、虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)布端三個(gè)組成部分。下面本文將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)論述：

1.界面設(shè)計(jì)

界面設(shè)計(jì)單元的效率決定了整體虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的產(chǎn)出速度，影視包裝的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)制作系統(tǒng)采用基于時(shí)間線的方式進(jìn)行界面的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。界面設(shè)計(jì)單元主要是將菜單、UI、HUD以及可動(dòng)畫紋理的圖形層面以及視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)化輸出的視頻窗口層面在整體工程中實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)，這樣不但能夠使設(shè)計(jì)師們將注意力集中在“虛擬和設(shè)計(jì)”這個(gè)視角中，而且實(shí)現(xiàn)了整體包裝的風(fēng)格化應(yīng)用理念，從而同時(shí)保證了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的圖形質(zhì)量，以及用戶界面元素和互動(dòng)三維體驗(yàn)。在圖形優(yōu)化處理方面，界面設(shè)計(jì)單元的矢量渲染機(jī)制通暢將多線程功能與最新硬件和圖形處理特性結(jié)合在一起，使其在不增加設(shè)計(jì)師工作量的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)最快的硬件加速矢量圖形。此外，界面設(shè)計(jì)單元還采用先進(jìn)的批處理和排序協(xié)議的最優(yōu)化算法，用以極大地減少繪制圖元數(shù)量和CPU和GPU協(xié)同工作負(fù)荷。

2.場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)

場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)單元負(fù)責(zé)將三維制作場(chǎng)景轉(zhuǎn)換為虛擬應(yīng)用場(chǎng)景，并且在此基礎(chǔ)上進(jìn)行環(huán)境體驗(yàn)的視覺展現(xiàn)編輯調(diào)整。場(chǎng)景轉(zhuǎn)換過程是以關(guān)卡（Level）為整體單位轉(zhuǎn)換為虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，并且之后的動(dòng)作綁定以及事件處理均基于關(guān)卡為全局邏輯進(jìn)行設(shè)置。在影視包裝增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)制作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，虛擬現(xiàn)實(shí)制作端與三維制作環(huán)境采用FBX格式文件作為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的模型制作交換標(biāo)準(zhǔn)。FBX（Filmbox，擴(kuò)展名為*.fbx）格式，是一款用于跨平臺(tái)的免費(fèi)三維創(chuàng)作與交換格式，通過FBX，用戶能訪問大多數(shù)三維供應(yīng)商的三維通用文件。FBX文件格式支持所有主要的三維數(shù)據(jù)元素以及二維、音頻和視頻媒體元素，目前已經(jīng)成為廣泛使用的數(shù)字資產(chǎn)入庫(kù)和交換標(biāo)準(zhǔn)。FBX作為模型交換標(biāo)準(zhǔn)。FBX是一個(gè)多叉樹節(jié)點(diǎn)式結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型信息存儲(chǔ)的格式，整體結(jié)構(gòu)由一個(gè)根節(jié)點(diǎn)（Root Node）和數(shù)個(gè)子項(xiàng)樹（Tree ofChildren）組成，所有節(jié)點(diǎn)連接模式為雙向迭代模式，即子節(jié)點(diǎn)可以索引到父節(jié)點(diǎn)，反之亦然。FBX記錄包含場(chǎng)景（Scene）、模型網(wǎng)格（Mesh）、三維紋理（Texture）、材質(zhì)（material）、攝像機(jī)（Camera）、燈光（Light）、骨骼（Skeleton）、動(dòng)畫（Animation），所有的節(jié)點(diǎn)均繼承自FbxNode對(duì)象。FBX應(yīng)用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)制作和研發(fā)，應(yīng)對(duì)制作維度，其提供對(duì)于虛擬引擎的無縫導(dǎo)入，包含Maya，3DsMax等主流三維制作軟件都支持FBX文件輸出。相對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)引擎，則可以直接被Stingray，Unity，Unreal主流虛擬引擎應(yīng)用。

3.動(dòng)作綁定

動(dòng)作綁定單元是解決場(chǎng)景中角色動(dòng)畫的關(guān)鍵環(huán)節(jié)一一動(dòng)畫骨骼綁定，虛擬現(xiàn)實(shí)制作系統(tǒng)單元的動(dòng)作綁定采用人類角色反向動(dòng)力學(xué)（HumanIK，HIK）系統(tǒng)。IK是反向動(dòng)力學(xué)（Inverse kinematic）的簡(jiǎn)稱，就是一種子節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)父節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫制作方法，即IK通過先確定子骨骼的位置，然后反求推導(dǎo)出其所在骨骼鏈上n級(jí)父骨骼位置，從而確定整條骨骼鏈的方法。雖然稱為“人類角色”，但HIK系統(tǒng)也針對(duì)四足、多足以及機(jī)械角色，且HIK強(qiáng)化目標(biāo)的重心是目標(biāo)重定功能。所謂“目標(biāo)重定”功能，是指將自定義的骨架結(jié)構(gòu)映射現(xiàn)有骨架模板，HIK映射模板所需的全部十五個(gè)節(jié)點(diǎn)。這樣即可標(biāo)識(shí)角色骨架的主要元素。如果未為這15個(gè)必需節(jié)點(diǎn)提供特征，則無法在運(yùn)行時(shí)使用HIK控制角色。在“角色控制”（CharacterControls）中，只有成功映射所有這些必需節(jié)點(diǎn)后才能保存或鎖定特征。

4.事件處理

事件處理單元是進(jìn)行虛擬制作與傳統(tǒng)制作本質(zhì)區(qū)別的工作一一交互事件的定義。交互事件是指在進(jìn)行虛擬應(yīng)用時(shí)聽覺，視覺，觸覺被觸發(fā)時(shí)所產(chǎn)生的動(dòng)作以及動(dòng)作觸發(fā)的狀態(tài)，交互事件按照觸發(fā)類型劃分為以下類型：視覺交互事件、聽覺交互事件、操作交互事件。影視包裝的交互事件是圍繞著視覺展開，即聽覺和操作均基于視覺效果進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展視覺效果、豐富信息內(nèi)容的目標(biāo)，虛擬制作的核心是設(shè)計(jì)符合人機(jī)工學(xué)的多維事件行為。節(jié)點(diǎn)制作模式的本質(zhì)是任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都由三部分構(gòu)成：輸入、輸出、中間計(jì)算。一般情況下，一個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)從另一個(gè)節(jié)點(diǎn)取得數(shù)據(jù)作為自身計(jì)算的依據(jù)，然后在內(nèi)部進(jìn)行計(jì)算，最后將計(jì)算結(jié)果按要求交給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。最終由每一個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)成為一個(gè)邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。整個(gè)計(jì)算過程會(huì)分成一些次級(jí)的基礎(chǔ)單元，這些基礎(chǔ)單元在邏輯上相互關(guān)聯(lián)，在控制上相互獨(dú)立，每個(gè)單元根據(jù)輸入會(huì)完成一個(gè)計(jì)算步奏，形成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的任務(wù)，然后將計(jì)算結(jié)果交給下一個(gè)計(jì)算單元進(jìn)行進(jìn)一步處理。節(jié)點(diǎn)就是這種計(jì)算單元。節(jié)點(diǎn)有輸入屬性和輸出屬性，能完成相對(duì)獨(dú)立的計(jì)算功能。

5.音頻制作

音頻制作單元在整體制作系統(tǒng)中除進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的音效制作外，主要進(jìn)行交互式音樂的制作。所謂交互式音樂又稱動(dòng)態(tài)音樂，這是根據(jù)用戶體驗(yàn)互動(dòng)行為而對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的音頻或音效。在虛擬產(chǎn)品應(yīng)用過程中，交互式音樂主要實(shí)現(xiàn)環(huán)境渲染和畫面帶入的效果。

音頻制作單元分為兩個(gè)部分：實(shí)時(shí)聲音引擎、前端創(chuàng)作工具。實(shí)時(shí)聲音引擎的實(shí)現(xiàn)是基于轉(zhuǎn)換分段和音高調(diào)制兩個(gè)部分，在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)制作過程中首先將實(shí)時(shí)聲音引擎的轉(zhuǎn)速按照交互需求進(jìn)行轉(zhuǎn)速區(qū)間設(shè)定，而且定義每個(gè)轉(zhuǎn)速的均差，并依據(jù)均差進(jìn)行音頻循環(huán)樣本。最后將樣本參數(shù)化處理，即在增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品中實(shí)時(shí)傳遞參數(shù)，判斷轉(zhuǎn)速區(qū)間，決定音高調(diào)制比例。事件處理單元采用工作流節(jié)點(diǎn)模式作為一個(gè)可視化編輯模式在影視包裝的事件處理單元被廣泛應(yīng)用。

三、結(jié)語

通過對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)制作系統(tǒng)核心單元進(jìn)行探索性的設(shè)計(jì)和構(gòu)建，希望影視包裝制作系統(tǒng)在不改變現(xiàn)有制作體系的前提下，充分利用現(xiàn)有資源，以期實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有制作環(huán)境應(yīng)對(duì)增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的有效利用。

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（作者單位：山東藝術(shù)學(xué)院）