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立體動(dòng)畫(huà)的雙眼成像原理淺析

孫明（天津科技大學(xué)30000）

本文通過(guò)對(duì)立體動(dòng)畫(huà)的視間距成像原理、會(huì)聚立體成像原理、視差立體成像原理三方面介紹了立體動(dòng)畫(huà)視覺(jué)成像，并對(duì)其在立體動(dòng)畫(huà)電影中的應(yīng)用與影響做了論述，希望對(duì)立體動(dòng)畫(huà)制作者給予相應(yīng)的借鑒。

立體動(dòng)畫(huà)；立體電影；立體成像原理

雙眼立體成像通俗是指，人們通過(guò)左右雙眼所看到的畫(huà)面形成有空間景深的立體圖像。立體動(dòng)畫(huà)電影中，如兩幅畫(huà)面的視間距、會(huì)聚和視差的調(diào)整等客觀因素都會(huì)引起空間上的立體感，進(jìn)而形成觀眾的雙眼立體視覺(jué)。

一、立體動(dòng)畫(huà)的視間距立體成像原理

我們把軸間距、瞳間距、孔間距等稱(chēng)之為視間距，也就是人類(lèi)雙眼瞳孔間平均64毫米的距離。在立體動(dòng)畫(huà)制作過(guò)程中，借助了立體攝影原理形成了立體動(dòng)畫(huà)的視間距原理。利用視間距模擬出人的雙眼去制作動(dòng)畫(huà)的立體景深，制作不懂層次景物左右偏移模擬立體攝影機(jī)的軸間距，這是立體動(dòng)畫(huà)空間景深制作最重要的環(huán)節(jié)，也決定了立體動(dòng)畫(huà)的景深空間。

如（圖1左）所示，如果把立體攝影機(jī)的軸間距拉大，銀幕前的觀眾所看到的景深立體空間就會(huì)被加深；反之，如果把立體攝影機(jī)的軸間距推近，則銀幕前所呈現(xiàn)的景深立體空間就會(huì)變淺?？偟膩?lái)講，視間距參數(shù)的變化所決定立體動(dòng)畫(huà)畫(huà)面的視覺(jué)效果是藝術(shù)與技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，會(huì)影響到動(dòng)畫(huà)片的立體效果、鏡頭運(yùn)動(dòng)、畫(huà)面景別的應(yīng)用。

在設(shè)置立體動(dòng)畫(huà)的虛擬攝相機(jī)參數(shù)設(shè)置時(shí)，視間距一般會(huì)以50毫米的視間距為準(zhǔn)則。在立體電影拍攝時(shí)，立體動(dòng)畫(huà)攝影師會(huì)根據(jù)自己總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，把視間距設(shè)定為鏡頭中最近的畫(huà)面元素到立體攝影機(jī)1/30-1/40之間的距離就可以被廣大觀眾接受，這個(gè)區(qū)間值是模擬了觀眾兩眼瞳孔之間的平均距離所得出的。假設(shè)，被攝景物在攝像機(jī)的2米以外的位置，合理的視間距應(yīng)該被設(shè)置為50毫米左右。因此，大多三維軟件中立體攝像機(jī)視間距參數(shù)就選用了5厘米作為默認(rèn)值，用戶只要對(duì)會(huì)聚等參數(shù)做一些微調(diào)以后，就可以形成安全、富有景深空間效果的立體圖像。

二、立體動(dòng)畫(huà)的會(huì)聚立體成像原理

在日常生活中，人們?cè)谟^察位置較近的物體時(shí)眼球會(huì)向著中間會(huì)聚，在觀察位置較遠(yuǎn)的物體時(shí)眼球向兩邊相反方向分離。也就是說(shuō)會(huì)聚是因?yàn)槿祟?lèi)眼球的轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的視覺(jué)現(xiàn)象，在設(shè)置大多動(dòng)畫(huà)制作軟件的虛擬攝像機(jī)參數(shù)時(shí)，如（圖1右）所示，如果調(diào)節(jié)虛擬立體攝影機(jī)的垂直軸線使其相互平行，則被拍攝到的景物在立體畫(huà)面中絕對(duì)是在銀幕之外（即負(fù)視差）；如果調(diào)節(jié)虛擬立體攝影機(jī)的垂直軸線使其向中間稍微轉(zhuǎn)動(dòng)，則呈現(xiàn)的立體景物就會(huì)部分在銀幕之內(nèi)形成入屏（正視差）效果，另外還會(huì)有一部分在銀幕之外形成出屏（負(fù)視差）效果；如果繼續(xù)把虛擬立體攝影機(jī)的垂直軸線夾角加大，會(huì)聚點(diǎn)被放在角色身上，所形成的立體畫(huà)面就會(huì)出現(xiàn)卡通角色在銀幕（零視差）位置，背景畫(huà)面則在銀幕之內(nèi)的效果。

（圖1　）視間距與會(huì)聚立體成像原理圖解

三、立體動(dòng)畫(huà)的視差立體成像原理

視差（parallax）簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是人們的立體錯(cuò)覺(jué)，是指人類(lèi)兩眼看到同一個(gè)物體時(shí)，呈現(xiàn)的畫(huà)面在視覺(jué)上形成的位移與細(xì)微差別的現(xiàn)象，這種能夠產(chǎn)生有空間感的立體效果的現(xiàn)象被稱(chēng)之為視差。立體動(dòng)畫(huà)的空間形成中，視差是視間距和會(huì)聚的共同作用所形成的產(chǎn)物。立體畫(huà)面的制作過(guò)程就是利用視差原理，在圖像中找出相應(yīng)的深度信息來(lái)進(jìn)行立體畫(huà)面的匹配，制作出兩個(gè)視點(diǎn)不同的圖像，最后被觀眾的大腦接收并處理形成立體觀感。立體動(dòng)畫(huà)的視差按照其所處銀幕的空間位置，可把它分為正視差、負(fù)視差和零視差三種類(lèi)型如（圖2）所示。

（圖2?。┮暡畹念?lèi)型 （注：需佩戴紅藍(lán)眼鏡查看）

立體動(dòng)畫(huà)的正視差是指，人們?cè)谟^影時(shí)發(fā)現(xiàn)景物與角色在銀幕之內(nèi)的現(xiàn)象，即鏡頭的景深層次被“推入”到銀幕里面的現(xiàn)象。觀眾欣賞到的立體畫(huà)面為正視差鏡頭時(shí)，他們兩眼的視線軸正好處于平行狀態(tài)，瞳孔正好在眼球中間位置，這樣才能獲得最舒服的觀影體驗(yàn)，這也是整部立體動(dòng)畫(huà)最常用的立體效果

立體動(dòng)畫(huà)的負(fù)視差是指，觀眾在觀影時(shí)所看到的景物在銀幕的前方會(huì)聚的現(xiàn)象，即人們?cè)谟^影時(shí)所看到景物與角色在銀幕之外出現(xiàn)的效果。由于人類(lèi)大腦接受負(fù)視差畫(huà)面信息時(shí)雙眼要向中間會(huì)聚，造成了其舒適感要低于正視差，所以一部立體效果好的動(dòng)畫(huà)電影不會(huì)有太多的負(fù)視差鏡頭畫(huà)面。如果出現(xiàn)很強(qiáng)的負(fù)視差畫(huà)面這一定是劇情的特別安排，給觀眾耳目一新的立體視覺(jué)體驗(yàn)需求。

零視差是指，觀眾在觀影時(shí)所看到的景物在銀幕位置會(huì)聚，也就是人們看到的景物正好處于銀幕位置，俗稱(chēng)零屏幕。此時(shí)立體動(dòng)畫(huà)場(chǎng)景中的畫(huà)面元素視差為零，空間中景物水平位置無(wú)左右偏移現(xiàn)象。最簡(jiǎn)單來(lái)講，早先普通電影完全是零視差電影。

在制作立體動(dòng)畫(huà)電影時(shí)，左右雙眼畫(huà)面產(chǎn)生的差異不能太過(guò)夸張，例如要避免出現(xiàn)視線不行視線軸夾角過(guò)大的現(xiàn)象，觀眾不能快速地把差異過(guò)大的圖像信息在大腦中處理成立體景深圖像。所以，在立體動(dòng)畫(huà)的視差設(shè)置時(shí)要充分考慮銀幕的寬度，合理安排視差在銀幕中的分布。

在立體動(dòng)畫(huà)電影的制作中，場(chǎng)景的空間景深在制作之前需要被設(shè)置好，要使其遵循人眼的立體成像原理。動(dòng)畫(huà)導(dǎo)演與立體制作總監(jiān)要對(duì)整部動(dòng)畫(huà)電影進(jìn)行畫(huà)面空間景深層次的詳細(xì)評(píng)估，合理地設(shè)置正視差和負(fù)視差的景深左右偏移區(qū)間，控制好每個(gè)動(dòng)畫(huà)鏡頭之間的視差值，把觀眾在觀看立體動(dòng)畫(huà)的眼疲勞降到最低而不至于損失立體空間。微觀來(lái)講，立體成像決定了人們?cè)谟霸豪?0分鐘觀影舒適度；宏觀來(lái)講，立體成像決定著一部立體動(dòng)畫(huà)電影票房收入高低。

[1]李鐵，張海力.動(dòng)畫(huà)場(chǎng)景設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社、北京交通大學(xué)出版社，2006.

[2]許結(jié)玲.佛山木版年畫(huà)的文化內(nèi)涵解讀[J].廣西師范學(xué)院學(xué)報(bào)：哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版，2016，37（1）.

孫明（1985-10），男，甘肅省酒泉市，最高學(xué)歷：研究生，目前職稱(chēng)：助教，主要研究方向：動(dòng)畫(huà)，單位：天津科技大學(xué)。