蓄势待发的数字电影

admin 发表于 2017年09月18日

蓄势待发的数字电影

Alvy Ray Smith

角色、场景甚至整部电影都已被数字化设计，但演员们关注的问题是，动画设计者能否在电脑制造的电影中创造出栩栩如生的明星。

几年前，当电影明星Richard Dreyfuss为我和我的同事颁发一项技术成果奖时，他调侃地笑看着我们，说道“我们彼此是相互依赖、不可或缺的。不要忘记《玩具总动员》这部影片的制作者们。我们都将一起迈进21世纪一一我希望如此！”观众席上有的演员笑了起来，有的则显得很不安。

Dreyfuss难以掩饰对某些计算机科学家不断提出的主张的担忧。这些科学家认为，随着像《玩具总动员》中出现的那种电脑模拟演员日益人性化，终将有一天会取代真正的人类演员。狂热分子将会用一个模拟演员来替代Dreyfuss，这个模拟演员可以走路、说话、打手势、思考和表现情感，完全可以做的像Dreyfuss一样、而且不需要支付像给Dreyfuss那样的巨额片酬。

不过有一点好莱坞可以放心，那就是演员不会在日益扩大的数字娱乐世界中被电脑模拟出的演员所取代，至少在近期不会。但是完全由电脑制作的电影已经出现并正在改变着演员的地位。

1995年上映的《玩具总动员》是第一部完全用电脑制作的电影，不需要任何生活中的真实片段，随后又出现了三部同样不需摄影机拍摄的电影：《蚁哥传奇》、《虫虫的世界》、《玩具总动员2》。除了第一部《蚁哥传奇》是太平洋数据影像公司为梦工厂所制作的外，其余两部都是由Pixar动画制作公司为迪斯尼所制作。尽管它们都很使人着迷，然而看上去仍旧只是极好的卡通片，是三维卡迪所制造的一个“真实”的世界。但卡通片毕竟只是卡通片，最最终的挑战是，只要你愿意，就可以创造一个数字化的、足以以假乱真的Richard Dreyfuss或者Julia Roberts，即一个数字化的Dreyfuss或一个数字化的Roberts。

假设我们电影制作者不需要一个演员就可以塑造出一个令人信服的人物形象，这就需要我们能跨越有争议的人工智能计算、虚拟现实和人造生命一一即对任何事物的数字化"实现"。我们能知道如何区分表演艺术和演员的表演。在可以预见的未来，演员将面临这样的选择:到底是由他们自己来表演还是由可靠的、可以做动作、表白、说话和思考的由电脑模拟的化身来表演。

然而演员们所处的演艺环境随着虚拟的"真实世界"可信度的迅速提高正在日益数字化，电影《泰坦尼克号》通过使用三维电脑图像在银幕上讲述了一个用任何其他方法都无法描述的故事。电脑使得电影制作者可以展示遇难者从巨大的、倾覆的泰坦尼克号上掉入海中所划出的轨迹，而这个局面如果在真正的海上拍摄，那是非常危险的；如在摄影棚内用水池和微缩模型拍摄，那是做作的或代价昂贵的。在今年的海上灾难片——《完美风暴》中，Light & Magic公司的电影制作者设计了强烈的、高达30多米的海浪风暴，这些都无法在真实的、咆哮的大海上或用其它任何方式来拍摄。

尽管电影制作者的技术非常成功，但电脑制作的电影能否在票房收入上取得成功却是另外一个不同的问题。那些使得《泰坦尼克号》获得如此巨大成功的青春少女，他们涌入电影院并不是为了看那些特技画面。丰富的情感和人物个性是人们喜欢这部电影的最主要原因。

当今有一些电脑图像的制作只是单纯的为了电脑图像。因为电影观众喜欢他们所看到的特技电脑图像，而电影制片商们出于商业利益就会因此去制作更多的电脑图像。但是，当电脑制作技术成熟之后，我们将重新回到我们的基本出发点，即用电脑通过高度复杂的方法来塑造好的人物、讲述好的故事。那时，观众将不会察觉到（与现实）有什么不同。

电脑模拟能够走的多远?我们能在银幕上创造出可信的人物形象吗?塑造一个完全模拟化的人需要解决种种给人留下深刻印象的问题。例如，如何表达知觉和情感(如果二者真如爱荷华大学神经学家Antonio Damasio所怀疑的那样，是彼此分离的)。身体的微小差别和举动只是问题的开始，更不用说哲学上的问题，像如何使一个虚拟的人懂得“瞎了”的概念。我们可能会有会创造出一个Marilyn Monroe(通常最受喜爱的一个例子)时，因为她像我一样，具有生物构造，而且最终可以用物理术语来加以说明(至少比现在能够说明的状况要多得多)。但是，达到这样的理解能力在目前依旧还只停留在语言描述上。没人能够预测将来是否出现虚拟女演员，或是否她会比真正的女演员在扮演多种角色时更加便宜。我们可能会陷入一些基本的逻辑陷阱，像数学家们在解决Godel不完全理论时所遇到的一样。

自己控制自己

我们的一些同事有的幻想一种不可思议的“基督复临”，有的则鼓吹世界将由机器所统治。与他们不同的是，我主张我们在设计电脑动画时应该合理的贴近现实生活，构造一种将人和机器艺术和技术最好融合的世界。

在一部传统的电影中．演员的表演被摄影机拍成上英里长的胶卷，这些胶卷被编辑成可在电影院中以24帧／秒播放的电影胶盘。在传统的胶片动画电影中，像经典之作《Fantasia》和《Pinoccbio》，动画设计者用铅笔每隔三帧左右在纸上画一幅有人物的图片，而充当“中间角色”的画家便填充剩下的帧。每一幅图片都用墨水画在透明的胶片上，并用鲜艳而不透明的颜料填充轮廓线内侧。同时，画家为图片加上背景，有时会把背景画的非常精致，如果这幅背景恰好会用于很多的帧。人物图片和背景图片会在存储器中叠加，每一种不同的组合会被传统的电影摄影机拍成一个单独的帧。摄影机会超前一帧，在整个拍摄过程这种情况会重复数千次。

现代意义上的数字化胶片动画始于1990年．当时美国迪斯尼公司利用Pixar的动画开发系统制作了电影《The Rescuers Down Under》，和随后一炮打响轰动影坛的《狮子王》。在这种技术中，铅笔画和每幅铅笔画之间的画由画家事先画好，而其它的所有工作则由电脑来完成。由电脑控制的摄影机拍摄完成整部电影这种技术的最大优点是将细节数字化。这是个在制作动画电影时不为人所注意的优点——成下上万的细节描述都由电脑按轨迹描述完成——这无疑是一个飞跃性的进步，它可以节省大量的时间和精力。

数字化胶片动画目前依旧是停留在二维的视觉效果上。黏土动画制作则努力创造出一个具有三维空间的世界，并在最近刚刚开始用于制作长篇电影，如在今年夏天获得成功的影片《小鸡快跑》。这种动画电影中每一帧中出现的物体都被制作了黏土模型，动画设计者电脑动画中每帧将小鸡的腿移动一点，这样在放映时就出现能够行走的小鸡。然而，黏土动画看上去永远不会显得栩栩如生，因为黏土模型毕竟是黏土做的模。三维电脑图形动画(有时简称为三维动画)试图在拍摄中不通过画图、制作模型或真人演员来创造一个逼真的世界。用几何术语说，就是为每一个角色、物体和背景及它们的背影、亮度和运动状态都制作一个特殊的软件模型使每一幅图画的物体都有复杂的、有底纹的表面。所有的人物、道具、场所和可视的效果以及特定的声音和声音效果，也都由电脑进行数字化的制作、编辑和合成。现在，对话和音乐通常还是由真人录音制作，但这些也终将由功能强大的电脑完成。当电影制作完成后，制好的帧被存储在电脑硬盘中，并被转换成传统的电影胶片以便在影院中用放映机播放。若影院的放映机变成数字化放映机后(见《胶盘中的数字电影史》)。影院只需通过卫星简单下载数字电影或播放数字激光光盘。

在这种电脑制作(无须摄影机)的电影里，动画设计者创造了虚拟人，即先构造骨架，然后在上面覆盖肌肉和皮肤，并使虚拟人像真人一样的行动。至今为止，制作虚拟人最复杂的尝试出现在今年8月的电影《透明人》中。这部电影的一大特色就是片中的Kevin Bacon是一个由索尼图像工作室所创造的完全数字化的虚拟人(虽然没有皮肤)。

尽管《透明人》这部影片取得了骄人的成绩，但要想创造一个以假乱真的Keyin Bacon还要花上20年的时问，目前至少还需要一个真人演员作为虚拟人的原型。为了达到这些影视效果，Bacon必须穿上绿色的紧身衣以便让动画设计者能把他的动作拍摄下来然后映射到电脑生成的模上。更重要的是，他将“透明人”的性格在表演中体现了出来。这样就强烈地暗示了演员和动画设计者、人和机器电影制作的影片中的角色：真人演员的表演是对人类现实加以重现，甚至是对他们自身的重现。

我确信动画设计者和演员的表演能力可以融合在一起，因为我们已经这样做了如《玩具总动员》和《玩具总动员2》中的牛仔Woocly就不光是由汤姆·汉克斯来配音，而且任不同场合的动作都和汤姆·汉克斯做的一样。当汤姆·汉克斯读Woody的台词时，他整个人都“进入了角色”；当惊讶时，他的眼睛会张的很大；当失理时他会耸耸肩膀，Pixar录下了汉克斯的这些动作，并为动画设计的人员创造Woody时提供灵感。在某种程度上，Woody成了一个电脑制作的汤姆·汉克斯，但依旧是其自身的角色特征，因为动画设计者把他们自己的表演才干也融入了这个角色之中。

这里就为演员们提供了一条新的迷人的大道。实际上，当Pixar的首席美术主管John Lasseter在挑选新的动画设计者时，他说他并不是寻找那些有绘画能力或有电脑模拟能力者，当然更不是有编辑经验者，而是寻找有表演能力的人。从这个观念上讲，动画设计者只是有某种特殊能力的演员。只要他能够让观众相信那个由彩色多边形组成的人有跳动的心、能够发脾气和智斗小狼即可。

这并不是什么陌生的观念。当一个演员在舞台上或银幕上时.他就可以看成是他自身的动画设计者。他使得我们相信，我们所看到的那个身体、声音和思想都是另外完全不同的人。汉克斯的情况就是这样，从《阿波罗13号》影片中的宇航员Jim Lovell到笨拙的Forrest Gump。

所有曾在网上联机玩过Doom、Quake Ultima或其它类似的网上联机视频游珑的人都曾用动画化身来代替自己。人们很乐意这样做，并常常会选择相反性别的化身。有些人会选择动物或物体作为自己的化身。这种替代者的品质因为因特网上有限的带宽和微处理器的限制而受到很大的影响，但重要的是人们已经普遍开始自我表现。对于无须摄影机制作的电影，想象一下演员操纵着自己一流的化身，想象一下Kevin Bacon操纵着一个逼真的化身的情况。

什么会烦恼呢?因为电脑生成的Kevin Bacon能够从悬崖纵身跳入大海，或切断自身大脑的神经，而不会受到伤害或有丝毫的退捕。

达到8千万个多边形

已经出现了一些称为动画制作者的演员，他们用电脑来重现人们生活的世界，塑造新的人物形象。但与传统摄像机所拍摄的电影相比却失去了真实性，这是一个非常巨大的挑战。怎样去面对这一挑战呢?

现在，正在进行的数字化革命遵守著名的摩尔定律而飞速发展着。虽然，摩尔定律一般表述成集成芯片上的晶体管的密度按指数规律增长。但让我们用一种不常用的方法来描述这一现象：即电脑设备的性能每五年就要增10倍。电子器件的设计者们相信在未来的十多年内摩尔定律仍然适用在量子力学进一步发展之前，电脑设备的性能还将有一百倍的增长空间。

摩尔定律的内容现在变化为每四年电脑设备的性能增长由10倍变为6倍，据此推断，1995年制造《玩具总动员》中每帧图片所用的多边形数量为300万到1700万，而在1999年的《玩具总动员2》中应该用到1800万到1亿2000万。一个多边形是用以处理的最小几何单位。数字电影制造者通过构造其表面，将圆球、圆柱和圆锥粘和在一起来设计每个物体和角色。我们常用极小的多边形来很好的近似构造弯曲表面，因此，多边形的数目常用来度量物体的几何复杂性。当我们还在Lucasfilm公司时，我的同事们Loren Carpenter、Ed Catmull和Rob Cook就提出了将每帧图片用8000万个多边形作为保证数字电影真实性的下限。电影工业界把这一估计引用了多年，故常说：真实从8000万个多边形起步”。

电影每秒放映24帧，其真实性的下界为每秒处理19亿个多边形。电视和录像每秒播放30帧，每秒需处理24亿个多边形。目前，最高级的电脑每秒仅能处理几百万个多边形。实时产生真实的数字电影还将是一个奇迹。但电影业仍为将能达到真实的数字电影而兴奋不已。还有多远的路要走呢?请看下面的例子：处理一帧图像，玩具总动员平均需要7个小时的计算，《玩具总动员2》也需要几个小时，对某些最复杂的图像帧的处理则需要50多个小时。

当《玩具总动员2》完成时，仅比《玩具总动员》复杂了一倍。每帧图片仅有400万到3900个多边形。每四年6倍的增长速度将给一帧图像的描绘时间带来怎样的增长呢?Pixar的Schreiter运用最先进的硬件对这两部电影的某些帧进行了重新秒回、比较描绘的时间差异，新的电影比旧的电影多花613倍的时间，将全部帧进行比较，平均比率接近5:1。

即使每帧8000万个多边形，我们也不能说已经很逼真了。现实在复杂情况下真实性会遭到破坏：越走近看，看起来越复杂。但我们大多数将这种可视的复杂性接受为真实，将我们的目标定为真实的现实主义是一个错误。电影是不真实的。对白是接合在一起的。灯光是人工的所谓的现实主义就是真实的表演。电影的表演是完全超现实的。正如我们常说的，真实性是复杂性的方便度量。

我的同事曾计算一幅有8000万个多边形的图片验证人们在图中看到什么。假设你看到的场景被分为一组很小的正方形。每个正方形在电脑中用一个光点表示，称为像素。在《玩具总动员》和《玩具总动员2》中每帧图片有140万个像素，在《虫虫的世界》中每帧图片有l80万个像素，在《Monster》中每帧将有200万个像素。一个像素和一种颜色表示场景中所有照射在投影区中一个小方形的光线的平均值，光束能将表面分为大约四个等级，每级包含8个多边形，因此，每个光束像素有32个多边形，或者说帧分辨率为每l00万个像素有3200万个多边形。我们以每帧250个像素为例，那么，每帧将有8000万个多边形。

新的现实

我们以上的推理在很大程度是依据经验来讨论的。实际情况是，每帧图片所需的多边形会根据图像的分辨率变化。所以需要从观众的角度，而不足是帧的多边形数来获得最大真实性的评估。据此，多边形计数或仟何几何复杂性来度量真实性都违背了这点。几何复杂性并不等于逼真——它仅占逼真程度评估的l0％，逼真程度评估的其它组成是什么呢?

形状和投影是逼真度评估中最重要的要素。形状是一个四维的概念，包括对象的几何特征和运动形状。《玩具总动员2》中的林荫道比玩具总动员更真实，这时因为树叶有轻微的摆动，这就使得比对静止对象进行准确几何描述更加可信。在投影中，照明是极具挑战性的任务。直接的物理学计算非常困难在自然界中，它们是并行和实时的，但电脑还能做到这一点。

总的说来，当摩尔定律将以数小时计的处理时问降为以秒计时，逼真度的其它90％中的投影部分将是容易解决的，但观众又会提供准确性的要求。如就近看棕色发，它并非完全棕色，其中夹杂其它颜色的斑点。社会上对怪物的描述是：似人非人。电脑图形制作者们选择简化人物——使其更像卡通人物——而不是将其构想为怪物或使其为具有倾向性的怪物，如《透明人》中就是这样。或去寻求一种动物的表演，如在《Stuart Little》的老鼠。长期担任电脑图景解说员的Barbara Robertson解释道，在一部以人为主的影片中，老鼠获得最佳人造演员头衔是充分考虑到其复杂性和表演能力。或许，电影艺术将会为化身和动画制作者设一个奖项。

解决这些问题需要新的工具，这些工具为复杂细致的表演建模，但不会陷入非常复杂的境地。物理学的模型会有助我们。一旦一些复杂的运动和形式的物理模型转化为便于处理的电脑程序。例如，动画制作者不用描绘弹簧的振动运动，他可利用弹簧的工作模型程序来生成画面。

运动捕获也有帮助，止如《透明人》中那样。给人穿上紧身衣服，拍摄他从跳水板上扭身跳下的镜头。利用这些图片来引导动画设计人员这样看来很好，但并没有被完全理解。如果你仅对人的动作一点一点地采样，就会发现并不完全正确。动画设计者利用传统的挤压、拉伸和夸张恂手法进行补偿。如今，我们需要一种软件用来为三维运动捕获模型自动进行以上处理。

一种基于图像描绘的技术将使我们更为准确地度量图形的逼真程度。目前，电脑制图常采用两种方法：几何法和采样法，几何法利用多边形近似，而采样法将物体数字化为一组像素。两种方法的结合都是基于图像描绘的方法在这种方法中，摄影师从不同的角度对物体摄像。每帧图片都要数字化。通过仔细的计算，电脑利用三角形来定位每个着色像素在三维空间中的位置，由此构造出物体本身，至少是物体表面的三维模型。这进一步将电脑最基本的图形元素一一-二维像素一一转换为三维像素。

当控制角色的像素数目从数百《玩具总动员》中的Woody增长到数千《玩具总动员2》中的AL。数目直达到可以使人们信以为真所需的数百万像索，我们就需要强有力并易于操作的工具。

我们正处于娱乐业革命的进程中，动画演员的水平正在接近真人演出的水平。好莱坞准备好了吗?可能还没有。当8月份盛传Andrew Noccol 导演将在他的下一部影片中选用电脑制造的女主角而不是Al Pacino时，演员协会(SAG)提出了抗议，称这将使一位演员失去工作。即使目前的技术水平还没有一位像真人--样的动画角色，但这种抗议表明，未来发生这种重大变化的阻力很大。SAG不应为此抗议。而应考虑怎样善待所有幕后的天才们，而不仅仅考虑有名的演员。我认为，动画设计者们也是演员，并属于SAG。

演员和其动画化身是两个不同的范畴，数字电影制作者们并不从事演出。演出天才们将是一个整体。Richard Dreyfuss将会放松地来注视他的永不衰老的银屏化身。无摄像的电影需要他的化身。他将开始和他的知识产权律师讨论关于保护他的化身的问题。并考虑是否为他和他的化身要求增加工资?本质问题在于真人演员和调整到无摄像电影演出模式的演员的接合部分。现在，动画制作演员们正在开拓这一领域。从最初的概念设想到完成第一部完全的电脑制造电影。花费了20年。或许在下一个20年、将电影艺术家和技术人员给我们带来完全可信的无摄像电影。

张利锋、岳光荣/译向俊/校

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