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《环太平洋》机器人与CG场景制作
发布时间：2018-11-17 19:57:24
编者按：好莱坞怪才导演吉尔莫•德尔•托罗带着他充满日式动漫风格，为我们营造了一个机器人打怪兽的视觉盛宴——《环太平洋》。片中有超过四分之一的特效镜头是由中国的特效团队完成的，他们就是Base FX。很多影评人都称赞此片在CG制作方面有划时代的意义，称该片的电脑特技终于在光影上完成了对传统摄影的超越。那么本片Base FX都制作了哪些镜头？与工业光魔都有哪些深入合作？他们将碰到哪些制作难题？本期将为您揭秘《环太平洋》特效镜头制作过程。
合成总监简介：
Ah Dee
Ah Dee现任Base FX合成总监，在Base工作3年多。合作过的主要客户包括ILM、HBO、Lion Gate和Universal等。参与制作过的影片包括《环太平洋》、《I am number 4》、《超级 8》、《碟中谍4》、《环形使者》、《海滨帝国》、《特种部队2》和《王者之剑》等。
《环太平洋》特效镜头制作解析
制作概述：独立完成250多个镜头
Base FX在《环太平洋》主要是负责阿拉斯加、香港基地内部多个CG场景和机器人的制作。工作内容包括跟踪、动画、特效、环境、模型、材质、灯光、合成和擦除。主要的场次包括阿拉基加基地的控制室，男主角第一次参观香港基地时的场景，最终战斗前黑人指挥官在基地的演说，机器人维修站和Gipsy在香港基地测试起动而差点暴走等场景，另外还有机器人驾驶室的擦除工作等。
《环太平洋》的总工作量是Base FX目前参与制作工业光魔项目中镜头数最多也最为复杂的一个，独立完成的镜头数超过250个，高质量的擦除镜头超过90个，本项目共历经12个月的制作时间。任务类型包括大量的三维和数字背景处理，其中机器人维修站我们还负责了大部份的场景设计和资产建设（包括Gipsy的内部构造），另外我们也制作了Gipsy在香港基地测试起动时的动画和特效。
联手工业光魔：项目制作流程
在确定Base FX会参与《环太平洋》项目之后，我们的项目经理、制片和视效总监就开始跟工业光魔的相关项目负责人进行沟通和交流，并讨论各场次镜头的工作需求，讨论内容包括各场次的画面效果、工作时程和交货日期、制作时所使用的软硬件和文件格式规定、工业光魔的技术支持和各场次的资产及档案工程文件的提供。而公司内部在确认了相关的信息后便马上着手于工作内容的分析、分类，包括各部门工作量的时间评估和工作流程测试及规定、人力资源的分配运用、软硬件方面的需求评估、拟定各场次的初步制作方案和挑选需要先进行制作测试的镜头等。
由于《环太平洋》的制作质量要求非常高，很多镜头除了有严格的制作规定外，也同时需要艺术家发挥高度的创意才能完成，所以大多数镜头的最终通过版本都是经过多次沟通后的才产生的结果。基本上我们每天早上都会跟工业光魔的总监进行视频会议，通过同步观看软件来检查我们前天发送过去的作品并同时给予我方反馈。这些作品虽然不都是最终合成的版本，但只要是某一阶段的工作完成，我们就会先审查该阶段的结果。像跟踪组在完成某镜头的跟踪工作后，只要经内部通过，我们就会发送给工业光魔的总监检查，等他们正式通过之后，该镜头的跟踪文件才会提交给其他部门使用。这种按不同阶段做审查的方式，可以大量避免镜头的效果到合成后才发现有问题而需要重新制作的困扰，同时工业光魔也能够很清楚我们每一个镜头的制作进度，这对于整个项目的时程掌控和推动都有着非常关键的作用。
另外，为了跟工业光魔有更好的交流，Base FX在《环太平洋》制作期间曾多次邀请工业光魔的总监来北京进行直接的沟通和指导，成员包括他们的视效总监、环境组总监和合成组总监。基本上，这种面对面的工作模式除了能更直接提供给我们大量的技术支持、制作方向和项目时程的管理之外，更重要的是增加了双方的了解和互信，对于《环太平洋》这类需要维持一年合作关系的项目而言，了解和互信是必不可缺的，这使Base FX和工业光魔不再是简单的客户关系，而是成为可以相互理解的合作伙伴。也正因为对我们的流程和各艺术家能力的了解，在面对一些困难的场次和镜头时，工业光魔的总监都能清楚的知道我们需要的是哪一方面的帮助也相对的给予我们更大的发挥空间，这对工作进度的推展能形成更快速的共识，在解决制作问题上能更精准的找出答案。
机器人维修站的制作
以机器人维修站的场次为例，整个场次从一开始的设计到合成结束都是由Base FX来完成的。这个场次的几个镜头，最终通过合成的版本要达到200多版，单从工作量来说，就可以说明其制作难度和工作光魔对镜头制作的要求程度。其中最主要的问题在于空间感的营造：包括如何利用前景实拍素材和多层次的CG背景来制造出互动关系并从中产生出合理的距离感、让机器人拥有巨大的感觉并最终呈现出整个画面的美感和真实感。在制作方面我们原来被通过的Layout版本在到达灯光合成后，出现了空间感和距离感不足的情况，这情况的发生是因为在Layout中所使用的灰模机器人和前景人物虽然在比例上是对的，可是整个镜头的氛围还无法从中体现，所以并不容易在这个阶段作出最佳的判断。而为了要达到最好的效果（虽然时程紧迫），工业光魔的总监决定让我们回到Layout部门作出修改，在跟我们的总监和组长进行讨论过后，得出了新的构图想法，灯光调整方法并制定出新的制作时间表。
在Layout方面我们把机器人往后推并提高来保持巨大感，环境组在场景和机器人的周遭以及中景的部分增加更多的建筑结构和维修用的大型器具，使画面有了更多的细节、呈现出更多层次的深度感。在灯光方面，增加更多有互动性的光源，像旋转的警示灯和慢慢移动的工作灯，还有利用灯光透过烟雾而产生的体积光，从而表现出在空间中存在的空气感。而在整体的灯光设定上我们也做了更多的研究工作，试想一下一个25层楼高的机器人基本上不可能有任何一盏灯光能够完全覆盖，因此我们的灯光师也重新把每一个灯光的照射和衰退范围作了更合理的调整，利用灯光可照视的范围勾勒出器机人的巨大感觉。除此之外，我们还利用维修时会产生的火花、闪光、烟雾和工作人员来加强画面的互动感和真实感。最后在合成师对整个镜头的色彩布局和明暗安排进行多次修正和平衡后才最终制作出呈现在观众眼前的画面。
香港基地镜头制作
以男主角第一次参观香港基地时的场景为例，这是我们双方共同制作的场次。从资产方面来说，工业光魔提供了基本的模型、贴图和灯光设定，跟踪方面我们也获得每一个镜头在现场拍摄时摄像机所使用的参数，为了使我们更了解整个场次的镜位和镜头范围内能看到区域，他们还提供了演员的走位路线图。有了这些文件和信息，我们便开始跟踪的制作和场景的摆设，当这阶段的工作通过后，接下来就是场景的完善和灯光测试。我们会跟据镜头的前景人物素材和CG背景的关系，还有前后镜头的连接性，为场景加入更多的细节及不同的中远景元素，这些中远景元素都是很重要的，因为基地的空间很大，这些中远景素材可以提供更多的层次来衬托出巨大感和构成前后景的关联性。除此之外我们还会加入实拍素材的工作人员、烟雾和火花，目的是要让画面更丰富、有更多互动感和更像是一个繁忙的工厂。当这些元素都确定以后，灯光在这时候会分析前景素材的光源方向并在原来的灯光设定上加入更多的光源来进行匹配，接着合成会整理所有素材做最终的整合，由于导演和工业光魔对镜头质量的要求很高，所以合成期间我们有很多的镜头都需要数字背景组帮忙增加场景中各对象的质感和细致度。而为了能更好的匹配大家所制作的不同镜头，我们会不定期收到工业光魔发送过来的剪辑或他们镜头的参考图，这让我们的合成师可以更准确地了解到故事的发展和整体气氛的掌握。值得一提的是，因为我们制作镜头的时程比较早也比较快，而且效果也得到了工业光魔总监的赞赏，所以香港基地的镜头很多是工业光魔去匹配我们的镜头效果，这对我们制作团队是个很大的肯定。
数字环境制作
数字环境的确是这次任务中最大的挑战，因为这是一个可以同时容纳8台机器人的大型基地，这意味着需要大量的灯光设置和不同的元素来把空间填满。如何平衡画面，让场景的层次看起来丰富而不杂乱，灯光在处理不同的区域时需要表现出各区域不同的灯光效果又要有统一的感觉，这需要我们的美术人员发挥大量的创意和整合能力才能做到。合成在镜头最终整合方面扮演了很重要的角色，为了做出实拍镜头的感觉，我们找了很多建筑工地和体育馆的图片参考来研究不同灯光在镜头上的真实效果，还有不同程度的虚焦样式等。另外镜头本身会产生的Lens Flare效果也是我们重点的研究对像。所以我个人觉得，团队在《环太平洋》最大的突破应该是艺术上对光影的掌控和更成熟的实拍镜头效果处理。记得在一次Dailies（Base的看片室）的过程中工业光魔的总监说到，导演把我们制作的基地场景给--世界之王--James Cameron看，对方对于我们的最终成果表示激赏，直说很难分辨出哪些是实拍的场景哪些是CG的部分，我想这足以证明Base FX在这方面的确取得了很大的成功。
灯光与渲染
《环太平洋》项目是公司到现在为止灯光渲染难度最大的一个项目。
首先从资产方面来说，单Gipsy一个资产的贴图总数量就有2500多张，同时贴图尺寸基本上都是8K甚至有些贴图达到了16K一张，这对渲染是而言一个极大的负担。因为场景中很多时候会同时看到两个或以上的机器人。如果以Gipsy维修场来说，在只有一个机器人的情况下，我们在还没有优化场景前的渲染时间基本上一帧在30到40小时左右，在优化后基本上能保持在20小时一帧，当然别的镜头我们都会根据镜头尽可能的去优化场景模型或者贴图质量（保证细节前提下），以便保证渲染时间同时保证及时提交合成而不耽搁客户要求的进度。
灯光方面的工作，团队在《环太平洋》的任务基本中都是基地内部场景，所以我们要面对的室内光复杂的灯光要求， 同时整个场景非常巨大有很大不同的工作区域，所以对于灯光方面也是一个不小的挑战，如果光的效果控制不好，很易容会让人感觉到整个画面并没有实际想表示的那么大或者会让画面感觉杂乱。因为场景里实在有太多的灯光，所以这需要灯光师在制作时，除了要按照导演参考还原整个场景的灯光效果外，还要考虑到每个灯光的在场景中的属性以及开关这些灯光的目的。在整个场景中会有照亮场景的大灯或者用于提醒的警示灯以及用于照射的探射灯等，这些灯光在还原的时候就必须要考虑到在现实世界中不同类形的灯光会产生何种效果和灯光在画面里面衰减度的合理性。当然单纯还原灯光效果是不够的，我们还需要使用灯光在画面上的营造出层次感和利用灯光构图把不同的区域或机器人构勒出来，比如Gipsy在维修场的镜头，我们在打光的时候会基本上把光源重点放到Gipsy身上，这可以帮助观众把视觉焦点放到Gipsy上面。另外我们在制作镜头的时，有时候会在基本场景中增加一些其他的灯光，目的是提高画面效果保持灯光和前景素材的关联性。
绿幕镜头CG背景替换
基本上我们拿到的拍摄素材，绿幕的部分都拍得很好，都有足够的亮度和彩度，唯一的难点在于我们要更换的CG背景大多比原来的绿幕要暗了许多，这会导致两个问题的产生。第一，原来前景上的虚焦部分和运动模糊会被绿幕的颜色吃掉很多细节，这些部分镜头，我们都需要在合成里面重新建造。第二，在抠像的过程中会出现大量的亮边，所以我们的合成师都需要对边沿做出不同的颜色调整来匹配CG背景的亮度。这些工作量都是在一开始的时候并不能完全设想到的，所以这方面的问题的确给我们在初期的进度上带来了不少压力，后来为了让高阶合成师能更专注在画面的气氛营造上，我们启用了更多的初阶合成师来帮忙处理这方面的工作。这种分工的方式的确让我们在进度的推动上获得了很正面的效果，另外初阶合成师也可以从高阶合成师的身上，学习到更多的合成技术和了解到工业光魔在制作上的要求。
合成最大难点：营造复杂的空间结构
真实性、镜头对灯光的反应、巨大的空间感和繁忙的基地营造是本次《环太平洋》项目中合成最大的难点。为了要达到真实感和镜头对灯光的反应，我们需要挑选镜头中一些会直射镜头的灯，让它们随着镜头的移动中产生或消减Lens Flare的效果。当然整体的灯光部分我们也需要按照场景不同的深度作调整，有些地方为了要增加场景的空间感，我们会利用合成的方式制造体积光来增加细节和空间深度，我们也会同时利用体积光的指向性，帮助我们把想要让观众注意的地方指引出来。另外绿幕的分析也是很重要的，因为它可以告诉我们现场拍摄时背景的正确光源方向，色相和灯光的强弱，此外我们也可以从中了解到背景和前景中是否有光雾的感觉存在，最后背景的虚焦程度我们可以从绿幕上的跟踪点得到答案。为了要让背景和前景连接不要出现cut out的现像，我们很多时候会在背景和前景中加入不同程度的光雾效果，这些效果就是依据绿幕上的分析而来的。
让绿幕的空背景变成为繁忙的基地是另一个合成的重点工作，虽然跟踪组会先把需要增加的背景人物和一些实拍的特效素材摆放好，可是合成还是有很多的后续工作需要处理，像是按层次调整深度感，在地面加上反射和暗影，还有当背景人物经过不同区域时所产生的灯光变化也都需要合成师作出合理的调整。特效素材像烟雾和火花，我们也需要为它们增加互动效果，像烟雾经过探射灯的区域会产生体积光，火花经过的地方也会有被照亮的感觉。要平衡这些不同的素材，我们需要注意不同素材的深度，这代表了不同的焦距和对比度，通常我们会先把场景的部分完成再去调整人物和特效素材，这样会比较好找到相对深度的焦距和颜色参考，在调整颜色和对比度时，有没有把white point和black point处理好就成为关键的因素。我们有时候会在其他电影中看到一些比较不好的合成镜头，觉得前景和背景无法融合，这大多是没有把white point和black point跟前景素材做匹配而导致的。
为了要表现出25层楼高的巨型机器人，我们在合成的时候，必须要小心处理各方面的细节，像是高光的范围，焦距的大小。我们需要时刻提醒自己，这是跟大楼一样高的机器人，灯光在它身上的效果必须是区域性的，在边光处理上也需要利用很多不同的光源构成。为了要达到这效果，我们会在合成时对灯光的衰减度作出更细致的平衡，另外我们也会调整不同的灯光颜色和亮度来营造出区域性的改变，要能达到有不同区域性的感觉同时又不失整体感，这就是在合成上最大的挑战。总之这些工作的目的就是为了让机器人能体现出它该有的大小，而这也是合成工作上最困难的地方。
项目总结：成果与收获
首先我要为所有Base FX的员工感到骄傲，这一年的制作过程对我们而言充满了挑战和压力，从工作中我们也学到了很多制作大量高质量镜头的方法和技术。如何成功推动各阶段的时程是很重要的关键，因为这项目涉及了多个部门的合作，必须要有充份的信息、良好的对内对外沟通、克服各部门之间的制作难点和明确的工作安排才可能获得成功，而我们做到了。通过这个项目，Base FX对于高质量的镜头制作有了全新的了解和更好的掌握度。以个人而言，拥有一颗够大而且抗压力强的心脏是必需的。当你的镜头已经修改到200版以上的时候，没有足够的抗压性是不能把任务坚持下去的。最后，我必须强调这个项目中我们得到了工业光魔多方面的支持，除了总监亲临北京指导外，在制作上也给予我们很大的发挥空间，让整个团队有了更多的成长空间，这对我们接下来要进行的更大项目提供了很好的基础。
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