制作《阿凡達(dá)》的高端軟硬件系統(tǒng)介紹
影片《阿凡達(dá)》之所以能夠受到觀眾如此熱烈的追捧，除了營(yíng)銷(xiāo)策略大膽而得當(dāng)、口碑良好的制作團(tuán)隊(duì)對(duì)觀眾有著巨大感召力以外，更重要的在于其制作、放映技術(shù)上的精益求精以及在拍攝、制作、科研方面的大量資金投入。
(一) 現(xiàn)實(shí)攝影系統(tǒng)（Reality Camera System）
影片采用卡梅隆和搭檔文斯·佩斯自主研發(fā)的3D攝影機(jī)進(jìn)行拍攝。早在2000年的時(shí)候，卡梅隆和佩斯就在索尼的支持下開(kāi)發(fā)一套新攝影系統(tǒng)，這便是后來(lái)的3D虛擬影像擷取攝影系統(tǒng)(Fusion 3-D Camera System)，它在2003年二人合作的IMAX電影《深淵幽靈》中首次使用。隨后卡梅隆又讓同行幫著測(cè)試這套技術(shù)。經(jīng)過(guò)在《非常小特務(wù)3D》、《立體小奇兵》、《地心游記3D》等影片中的多次使用與調(diào)整，該系統(tǒng)不僅適合于手持，而且與斯坦尼康、升降機(jī)、伸縮大搖臂、手推車(chē)等輔助設(shè)備很好地實(shí)現(xiàn)了結(jié)合。整個(gè)研發(fā)過(guò)程花費(fèi)1400萬(wàn)美元，在完成拍攝之后將出租給其他影片劇組，以收回成本。
1. 3D攝影系統(tǒng)基本架構(gòu)
具體到《阿凡達(dá)》，它的拍攝主要使用由8臺(tái)Sony HDC-F950數(shù)字電影攝像機(jī)及8部Sony CineAlta F23數(shù)字電影攝影機(jī)組成的3D拍攝系統(tǒng)。系統(tǒng)包括8組3D攝影機(jī)，每一組由兩臺(tái)F950或者F23組成，分別架設(shè)于斯坦尼康、手持、在升降臺(tái)以及手推車(chē)上。每組的兩臺(tái)攝影機(jī)的組合并不是簡(jiǎn)單的拼接，而是通過(guò)復(fù)雜的系統(tǒng)有機(jī)聯(lián)為一體。為了充分模擬人眼的立體視覺(jué)，這種攝影機(jī)的雙鏡頭不僅保持著2.5英寸的間隔，還能根據(jù)目標(biāo)距離的遠(yuǎn)近像人眼球一樣調(diào)整角度。它裝配的不同濾鏡會(huì)在被攝物進(jìn)入鏡頭時(shí)移除圖像的不同部分，傳遞給大腦一種視差錯(cuò)覺(jué)，最終形成3D視角。
另外，攝制組還使用了SONY的HDC-1500 RGB 4:4:4高速攝像機(jī)系統(tǒng)對(duì)某些需要高速拍攝的畫(huà)面進(jìn)行每秒60幀的拍攝。
2. 鏡頭、輔助設(shè)備
并充分考慮了重力、穩(wěn)定以及操作的便利，發(fā)明出了“廣角大搖臂系統(tǒng)”（techno-crane wide angle system）、“3D分光器斯坦尼康”（beamsplitter 3D Steadicam）等輔助設(shè)備。Sony HDC-F950和Sony CineAlta F23依照它們的重量，分別使用了OConnor 25-75云臺(tái)和Oconnor 120云臺(tái)。
攝影機(jī)為了實(shí)現(xiàn)多樣、迅速的鏡頭變化，完全摒棄了定焦鏡頭，而采用富士能16x 6.3-101mm f/1.8鏡頭，同時(shí)也配合使用了富士能7-35mm短鏡頭（short？）。
3. 錄影存儲(chǔ)設(shè)備
攝影系統(tǒng)通過(guò)光纖和SONY的 HDCAM-SR 的便攜式錄影機(jī)SRW-1以及SONY SRW-5800超高碼流高清演播室錄像機(jī)連接，進(jìn)行雙路RGB 4:4:4的3D數(shù)字母版錄制，每路碼率達(dá)440Mbps（總共880Mbps），也有一部分采用了Codex 數(shù)字錄影機(jī)。畫(huà)面的分辨率為1920×1080 24p HD。
4. 運(yùn)動(dòng)控制（Motion Control）
運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是好萊塢常用的拍攝輔助設(shè)施，在近年來(lái)設(shè)備展當(dāng)中也頗受歡迎。為了使鏡頭與攝影機(jī)配合良好，攝制組用了最新一代的“運(yùn)動(dòng)控制”軟件，預(yù)設(shè)好鏡頭和攝影機(jī)的動(dòng)作。軌道、圓弧線等攝影機(jī)的動(dòng)作，以及鏡頭的推拉搖移，都經(jīng)過(guò)精密計(jì)算。攝影機(jī)和輔助設(shè)備指令和鏡頭指令分別通過(guò)軟件傳達(dá)給Camnet系統(tǒng)和Preston FIZ系統(tǒng)，再由兩個(gè)系統(tǒng)分別執(zhí)行操作，配合非常默契。
視差恒定系統(tǒng)：為了避免鏡頭之間制作組發(fā)明了一種“恒定分歧算法”（Constant Divergence Algorithm），這樣使兩路之間視差，無(wú)論切到哪一個(gè)鏡頭都不會(huì)讓觀眾產(chǎn)生眩暈感。#p#page_title#e#
(二) 虛擬攝影系統(tǒng)
1. 虛擬攝影棚（Virtual Producation Studio）
《阿凡達(dá)》影片中40%的畫(huà)面是實(shí)景拍攝、后期視覺(jué)特效的產(chǎn)物，60%的畫(huà)面是通過(guò)動(dòng)作捕捉之后進(jìn)行CG合成而來(lái)的。
《阿凡達(dá)》的攝影棚位于洛杉磯西部的Playa Vista園區(qū)，占地280000平方英尺（合26012.851平方米）。攝影棚的工作區(qū)布置有3排工位，20多名技術(shù)人員分成3排坐在電腦顯示器：前排是視頻專家，中間是巨人工作室（Giant Studios）公司的動(dòng)作捕捉技術(shù)人員和Lightstorm Entertainment公司的即時(shí)CG操作人員，最后是視覺(jué)特效總監(jiān)和維塔數(shù)碼公司的臉部表情捕捉專家。
2. 動(dòng)作捕捉系統(tǒng)（Motion Capture）：營(yíng)造超現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景
此工作流程主要是為了拍攝潘多拉星球上的場(chǎng)景。為影片特制的表演捕捉舞臺(tái)被其命名為“容積”（the Volume），規(guī)模遠(yuǎn)勝于常規(guī)表演捕捉舞臺(tái)6倍。這是真人表演同CG畫(huà)面的合成觀察平臺(tái)，其本身僅僅是一塊沒(méi)有任何擺設(shè)的有限空間，但通過(guò)顯示器觀看，則能提供各式虛擬場(chǎng)景存在。
演員們穿著嵌滿金屬圓片的動(dòng)作捕捉服裝，在空間中表演，布滿在攝影棚頂部的140個(gè)紅外攝像機(jī)通過(guò)追蹤現(xiàn)場(chǎng)LED燈打出的近紅外光譜的反射，記錄下演員360度全方面動(dòng)作信息，給導(dǎo)演帶來(lái)更多的視角選擇。
所有捕捉到的數(shù)據(jù)都將存入“數(shù)字資產(chǎn)管理系統(tǒng)”（digital asset management system），以便在動(dòng)作捕捉過(guò)程技術(shù)后的特效環(huán)節(jié)使用。
3. 虛擬攝影機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)看效果：協(xié)同工作攝影機(jī)（Simulcam）
以往的傳統(tǒng)的動(dòng)作捕捉都是先將演員的表演動(dòng)作捕捉抓取后加入到數(shù)據(jù)庫(kù)，然后再同虛擬場(chǎng)景進(jìn)行搭配，在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法監(jiān)看效果。影片的虛擬制作總監(jiān)格倫·德瑞為此開(kāi)發(fā)出一種虛擬攝影機(jī)，讓卡梅隆在拍攝時(shí)看到的不是空洞的舞臺(tái)，而是將在電影中出現(xiàn)的3D世界。
協(xié)同工作攝影機(jī)本身并沒(méi)有鏡頭，只有一個(gè)LCD顯示屏和用來(lái)記錄演員的定位和朝向的標(biāo)記器。定位信息隨后被導(dǎo)入到特效轉(zhuǎn)換器中處理，這個(gè)轉(zhuǎn)換器在第一時(shí)間將包括演員和潘多拉景物的對(duì)應(yīng)CG圖像反饋到LCD屏幕上。它能夠讓制作人時(shí)刻觀察到現(xiàn)場(chǎng)鏡頭中的虛擬場(chǎng)景，以保證最后效果，比如：當(dāng)身穿表演捕捉服的真人演員進(jìn)行表演時(shí)，工作人員在虛擬攝像機(jī)中看到的是擁有10英尺高藍(lán)色皮膚的納威人在潘多拉星球上的場(chǎng)面。
4. 面部表演捕捉還原系統(tǒng)：表情的細(xì)致刻畫(huà)
為了從演員們的臉部采集到更多的數(shù)據(jù)，卡梅隆和來(lái)自新西蘭的維塔數(shù)字的動(dòng)畫(huà)指導(dǎo)里奇·巴恩漢姆制造了一套面部表演捕捉還原系統(tǒng)（Facial Performance Replacement），主要由臉部捕捉頭戴設(shè)備（Facial Capture Head Rig）以及輔助設(shè)備組成。頭戴裝置的核心是一個(gè)離演員面部只有幾英寸距離的微縮高清攝像頭，它能用廣角鏡頭記錄下演員面部最微妙的表情變化以及細(xì)微眼球活動(dòng)，將演員95%的面部動(dòng)作數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫(kù)以豐富CG虛擬角色（主要指納美人）的動(dòng)作表演，這比上一代在面部貼感應(yīng)點(diǎn)的方法更真實(shí)。
同樣，該系統(tǒng)為對(duì)白的更改也增添了便利。在傳統(tǒng)電影制作中，后期如果遇到有臺(tái)詞更改、面部動(dòng)作重設(shè)的需求時(shí)，一般都會(huì)使用ADR系統(tǒng)（額外對(duì)話采集系統(tǒng)）進(jìn)行修改，但是很容易造成僵硬和失真?！栋⒎策_(dá)》中后期更改對(duì)白是通過(guò)已有的表演數(shù)據(jù)生成新對(duì)白的面部表情即可。
5. 影片編輯
卡梅隆在拍攝現(xiàn)場(chǎng)采用AVID剪輯2D影片，并用全3D的放映系統(tǒng)“Pod”進(jìn)行監(jiān)看。同時(shí)還有另一臺(tái)現(xiàn)代（Hyundai） 46寸被動(dòng)式眼鏡的監(jiān)視器。編輯工作采用的是Avid Media Composer 2.8.4和Nitris DS，剪輯組將每日拍攝的左右眼兩路視頻分開(kāi)剪輯，并使用AVID Isis作為媒資存儲(chǔ)系統(tǒng)，全部離線素材采用DNx36高清編碼方式。剪輯小組工作進(jìn)行到中途時(shí)，AVID發(fā)布了最新的3.5版本，可以支持3D制作，但是工作組沒(méi)有冒險(xiǎn)升級(jí)系統(tǒng)，而是按照原來(lái)的方法進(jìn)行下去。 在音頻方面，《阿凡達(dá)》的制作團(tuán)隊(duì)利用最新版本的Sibelius和Pro Tools完成全部的作曲和錄制工作，使用M-Audio的音頻接口和耳機(jī)進(jìn)行音頻拾取和監(jiān)聽(tīng)，使用兩臺(tái)Icon調(diào)音臺(tái)級(jí)聯(lián)工作進(jìn)行混音工作。#p#page_title#e#
(三) 特效制作
1、 數(shù)據(jù)中心
《阿凡達(dá)》的主要的特效制作公司為位于新西蘭的WETA Digital公司，其老板是《魔戒》三部曲的導(dǎo)演彼得·杰克遜。維塔數(shù)字的任務(wù)是在非常風(fēng)格化的數(shù)字設(shè)置下打造出諸多連續(xù)鏡頭，其中包含多達(dá)800個(gè)完全由計(jì)算機(jī)生成的人物。
WETA Digital公司是由構(gòu)建物理模型的WETA工作室和進(jìn)行實(shí)際運(yùn)算的WETA數(shù)據(jù)中心兩部分組成。其中，WETA工作室的數(shù)字藝術(shù)家們負(fù)責(zé)使用Maya和皮克斯的Renderman等軟件把導(dǎo)演腦中所想變成三維圖形。
而的WETA數(shù)據(jù)中心的最主要工作就是圖像的渲染，參與《阿凡達(dá)》制作的處理器達(dá)到40000個(gè)。WETA數(shù)據(jù)中心采用的是HP BL2x220c刀片服務(wù)器。負(fù)責(zé)人喬·維爾每天站立在被稱為“渲染墻”的計(jì)算機(jī)集群前。群集系統(tǒng)是皮克斯出品的，采用 “阿爾弗雷德”多任務(wù)階梯式架構(gòu)，把一個(gè)大任務(wù)分成數(shù)千個(gè)獨(dú)立的小單元來(lái)處理。每當(dāng)有CPU完成任務(wù)空閑，就會(huì)被隨機(jī)分配新的任務(wù)。在高峰時(shí)段，《阿凡達(dá)》每天要處理10000多個(gè)任務(wù)，也就是大約1300-1400萬(wàn)個(gè)小單元，每秒7-8GB要處理的數(shù)據(jù)，有時(shí)要24小時(shí)運(yùn)行。為保持機(jī)房平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，WETA數(shù)據(jù)中心裝配了強(qiáng)制水冷設(shè)備，并提升地板以增強(qiáng)散熱。
2、 光線追蹤引擎
WETA研發(fā)部門(mén)聯(lián)合NVIDIA研究院展開(kāi)合作，開(kāi)發(fā)了光線追蹤軟件解決方案PantaRay全新預(yù)計(jì)算引擎，以處理《阿凡達(dá)》復(fù)雜鏡頭所需的數(shù)以十億計(jì)的多邊形。該引擎大大加速了CG制作和渲染過(guò)程，能夠在更短的時(shí)間內(nèi)渲染更復(fù)雜的場(chǎng)景，同時(shí)花費(fèi)更少的成本、使用更少的處理器。因此，藝術(shù)家便能夠更快地迭代，也便于反復(fù)修改，最終取得更高畫(huà)質(zhì)的逼真效果。
3、 多個(gè)特效團(tuán)隊(duì)協(xié)同工作
在制作過(guò)程中由于工作過(guò)于繁多，為了趕工作進(jìn)度，盧卡斯的工業(yè)光魔（ILM，全稱Industrial light and magic）、邁克爾•貝旗下的Digital Domain公司也應(yīng)邀參與進(jìn)來(lái)。
工業(yè)光魔、威塔數(shù)字兩家公司大多情況下是分別制作不同的場(chǎng)景，但有時(shí)兩家公司也會(huì)合作某一場(chǎng)景的不同部分。二者雖然分別位于舊金山和新西蘭，但兩家公司都嚴(yán)格依照導(dǎo)演卡梅隆具體模板來(lái)執(zhí)行制作，同時(shí)不斷進(jìn)行必要溝通以避免進(jìn)行重復(fù)勞動(dòng)，維持影片風(fēng)格的統(tǒng)一。
(四) 數(shù)字中間片
美國(guó)西海岸的后期制作巨頭Modern VideoFilm負(fù)責(zé)《阿凡達(dá)》的收尾工作。整個(gè)制作流程使用了三臺(tái)Quantel Pablo 3D立體影像制作系統(tǒng)，完成了3D DI母版制作和立體影像效果的矯正、調(diào)節(jié)與修飾，以及影片的立體影像對(duì)白字幕制作，素材采用的是1920×1080分辨率。
《阿凡達(dá)》在世界范圍內(nèi)以三種畫(huà)幅比發(fā)行，每一畫(huà)幅比又包含2D和3D版本，為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產(chǎn)流程——所有的鏡頭首采集進(jìn)中央核心存儲(chǔ)系統(tǒng)后讀取到Quantel Pablo系統(tǒng)，利用其“所見(jiàn)即所得”的實(shí)時(shí)立體制作工具對(duì)每個(gè)鏡頭畫(huà)面的立體效果進(jìn)行修飾和調(diào)整；之后進(jìn)行立體母版套片編輯和精細(xì)實(shí)時(shí)編輯；再完成母版的調(diào)色和細(xì)節(jié)的修繕；最后完成立體影像對(duì)白字幕制作。而3D立體影像字幕是件非常復(fù)雜的工作，字幕必須擺在一個(gè)不與影片中的3D內(nèi)容相沖突的位置。
(五) IMAX版本生成
《阿凡達(dá)》IMAX版本是通過(guò)IMAX公司的IMAX DMR技術(shù)在后期重新生成。
