電影虛擬化製作

第1章 電影虛擬化製作基礎 / 1
1.1 電影虛擬化製作概念 / 1
1.2 電影技術的發展 / 2
1.3 數字電影特效的革新 / 4
1.4 電影虛擬化製作的產生與發展 / 4
1.4.1 電影虛擬化製作的產生 / 4
1.4.2 電影虛擬化製作的發展 / 5
1.5 思考練習題 / 6

第2章 數位電影特效技術 / 7
2.1 電影特效概念 / 7
2.2 傳統電影特效發展歷程 / 7
2.2.1 傳統電影特效的出現 / 8
2.2.2 傳統電影特效的發展與革新 / 8
2.2.3 傳統電影特效概述 / 10
2.3 數位電影特效發展歷程 / 11
2.3.1 特效的數位化革命 / 11
2.3.2 數位特效技術流程 / 17
2.4 電影特效的發展趨勢 / 21
2.5 思考練習題 / 22

第3章 虛擬實境技術 / 23
3.1 虛擬實境概述 / 23
3.1.1 虛擬實境的定義 / 23
3.1.2 虛擬實境的性質 / 23
3.2 虛擬實境發展歷程 / 24
3.2.1 技術誕生期（1950—1960年） / 24
3.2.2 技術發展期（1970—1980年） / 26
3.2.3 技術消沉期（1990—2000年） / 26
3.2.4 技術啟蒙期（2000—2018年） / 27
3.2.5 穩步發展期（2019年至今） / 27
3.3 虛擬實境系統 / 28
3.3.1 虛擬實境系統概述 / 28
3.3.2 虛擬實境系統類型 / 28
3.3.3 虛擬環境表現形式 / 29
3.4 虛擬實境技術與電影製作 / 30
3.4.1 新穎的觀影方式 / 30
3.4.2 虛擬預演與電影虛擬化製作 / 31
3.5 思考練習題 / 32

第4章 渲染技術 / 33
4.1 離線渲染技術 / 33
4.1.1 光柵化渲染 / 33
4.1.2 光線追蹤 / 35
4.2 即時渲染技術 / 36
4.2.1 渲染方程 / 37
4.2.2 即時陰影 / 37
4.2.3 即時環境光照 / 43
4.2.4 即時全域光照 / 45
4.2.5 PBR材質渲染模型 / 50
4.2.6 即時光線追蹤 / 52
4.3 電影虛擬化製作中的渲染方式 / 54
4.3.1 離軸渲染 / 54
4.3.2 基於複雜表面模型的渲染 / 54
4.3.3 多機同步渲染 / 55
4.4 思考練習題 / 56

第5章 即時合成技術 / 57
5.1 即時合成技術分類 / 57
5.1.1 藍/綠幕即時摳像合成 / 57
5.1.2 攝影機內視效拍攝 / 58
5.1.3 XR即時合成 / 58
5.2 即時合成關鍵技術 / 59
5.2.1 攝影機跟蹤技術 / 59
5.2.2 即時渲染技術 / 60
5.2.3 LED顯示技術 / 60
5.2.4 擴展現實影像製作技術 / 60
5.3 藍/綠幕即時摳像合成 / 60
5.3.1 即時合成步驟 / 61
5.3.2 常見問題及解決方法 / 63
5.3.3 常用工具 / 64
5.4 攝影機內視效拍攝 / 65
5.4.1 即時合成步驟 / 65
5.4.2 常見問題及解決方案 / 67
5.5 XR即時合成 / 68
5.5.1 即時合成步驟 / 68
5.5.2 常見問題及解決方案 / 69
5.6 思考練習題 / 69

第6章 投影與顯示技術 / 70
6.1 投影顯示技術 / 70
6.1.1 CRT投影 / 70
6.1.2 LCD投影 / 70
6.1.3 DLP（DMD）投影 / 71
6.1.4 數字電影放映機光源 / 72
6.2 直接顯示技術 / 72
6.2.1 自發光 / 73
6.2.2 非自發光 / 74
6.3 LED顯示技術 / 75
6.3.1 LED顯示技術原理及發展概述 / 76
6.3.2 LED顯示技術的應用歷史 / 76
6.3.3 LED發光原理和關鍵特性 / 78
6.4 思考練習題 / 82

第7章 動作捕捉與表演捕捉技術 / 83
7.1 動作捕捉技術 / 83
7.1.1 動作捕捉技術概述 / 83
7.1.2 動作捕捉技術分類 / 84
7.1.3 動作捕捉技術流程 / 88
7.2 表演捕捉技術 / 92
7.2.1 表演捕捉概述 / 92
7.2.2 面部捕捉技術 / 92
7.2.3 手部捕捉技術 / 96
7.3 思考練習題 / 98

第8章 攝影機跟蹤技術 / 99
8.1 攝影機跟蹤技術概述 / 99
8.1.1 攝影機跟蹤技術定義 / 99
8.1.2 攝影機跟蹤技術發展 / 100
8.1.3 對電影虛擬化製作的意義 / 100
8.2 攝影機跟蹤技術原理 / 100
8.2.1 真實攝影機的模擬 / 100
8.2.2 攝影機內參 / 102
8.2.3 攝影機外參 / 102
8.3 攝影機跟蹤技術流程 / 104
8.3.1 標定 / 105
8.3.2 註冊 / 106
8.3.3 跟蹤 / 107
8.4 思考練習題 / 112

第9章 照明控制技術 / 113
9.1 用於照明控制的光源 / 113
9.1.1 光台 / 113
9.1.2 LED光源 / 114
9.2 燈光控制 / 115
9.2.1 燈光控制協議 / 115
9.2.2 燈光控制方式 / 117
9.3 數控照明 / 121
9.3.1 數控照明設備 / 121
9.3.2 數控照明應用 / 123
9.4 未來與展望 / 124
9.5 思考練習題 / 125

第10章 電影虛擬化製作中的虛擬實境技術 / 126
10.1 虛擬實境建模技術 / 126
10.1.1 虛擬實境建模技術概述 / 126
10.1.2 虛擬實境建模技術與電影虛擬化製作 / 128
10.2 虛擬實境全景技術 / 129
10.2.1 虛擬實境全景技術概述 / 129
10.2.2 虛擬實境全景技術與電影虛擬化製作 / 129
10.3 虛擬實境顯示技術 / 130
10.3.1 虛擬實境顯示技術概述 / 130
10.3.2 虛擬實境顯示裝置 / 130
10.3.3 虛擬實境顯示技術 / 135
10.3.4 虛擬實境顯示技術與電影虛擬化製作 / 135
10.4 虛擬實境跟蹤技術 / 136
10.4.1 虛擬實境跟蹤技術概述 / 136
10.4.2 虛擬實境跟蹤技術與電影虛擬化製作 / 140
10.5 人機交互技術 / 141
10.5.1 人機交互技術概述 / 142
10.5.2 人機交互設備 / 142
10.5.3 人機交互技術與電影虛擬化製作 / 146
10.6 虛擬實境聲音技術 / 146
10.6.1 虛擬實境聲音技術概述 / 146
10.6.2 虛擬聲音技術與電影虛擬化製作 / 147
10.7 思考練習題 / 147

第11章 電影虛擬化製作中的信號處理技術 / 148
11.1 電影虛擬化製作信號流程概述 / 148
11.2 電影虛擬化製作中涉及的信號傳輸介面與協議 / 149
11.2.1 網路介面與協定 / 149
11.2.2 視訊訊號介面與協定 / 151
11.2.3 同步信號介面與協定 / 152
11.3 用於即時交互預演的信號處理手段 / 153
11.3.1 攝影機信號的獲取與傳輸 / 153
11.3.2 現場信號的處理與錄製 / 155
11.3.3 信號的分發與管理 / 156
11.4 用於LED虛擬化製作的信號處理手段 / 158
11.5 思考練習題 / 158

第12章 電影虛擬化製作理論與應用概述 / 159
12.1 電影虛擬化製作的概念 / 159
12.2 電影虛擬化製作的發展 / 160
12.2.1 數位技術的發展 / 160
12.2.2 預演技術的發展 / 161
12.2.3 電影虛擬化製作的發展 / 163
12.3 電影虛擬化製作中的虛擬預演分類 / 164
12.3.1 前期階段 / 165
12.3.2 現場拍攝/製作階段 / 166
12.3.3 後期階段 / 167
12.4 電影虛擬化製作中的虛擬預演製作 / 167
12.4.1 常見預演軟體 / 167
12.4.2 常見預演硬體設備 / 174
12.5 電影虛擬化製作的典型流程 / 175
12.5.1 電影虛擬化製作的即時交互預演 / 175
12.5.2 基於LED背景牆的電影虛擬化製作 / 176
12.6 思考練習題 / 177

第13章 電影虛擬化製作的即時交互預演 / 178
13.1 即時交互預演的產生與發展 / 178
13.1.1 即時交互預演的概念 / 178
13.1.2 即時交互預演的發展與特徵 / 179
13.1.3 即時交互預演的現存問題 / 180
13.2 即時交互預演的框架與技術 / 181
13.2.1 交互元素與對話模式 / 181
13.2.2 即時交互預演遵循的原則 / 182
13.2.3 即時交互預演的基礎框架 / 183
13.2.4 即時交互預演中的即時技術 / 186
13.3 即時交互預演的應用總結與發展展望 / 187
13.3.1 技術應用實例 / 187
13.3.2 技術優勢及對產業的影響 / 194
13.3.3 應用中的局限性與討論 / 198
13.3.4 發展趨勢與展望 / 199
13.4 思考練習題 / 200

第14章 基於LED背景牆的電影虛擬化製作 / 201
14.1 LED虛擬化製作的產生與發展 / 201
14.1.1 即時交互預演中的藍/綠幕拍攝 / 201
14.1.2 LED光源在影視照明效果光中的應用 / 202
14.1.3 LED虛擬化製作 / 204
14.2 LED虛擬化製作的框架與技術 / 205
14.2.1 LED背景牆顯示技術 / 206
14.2.2 渲染技術 / 207
14.2.3 跟蹤技術 / 209
14.2.4 照明技術 / 210
14.2.5 人機交互技術 / 212
14.3 LED虛擬化製作的應用總結與發展展望 / 213
14.3.1 技術應用實例 / 213
14.3.2 技術優勢及對產業的影響 / 218
14.3.3 應用中的局限性與討論 / 219
14.3.4 發展趨勢與展望 / 220
14.4 思考練習題 / 221

第15章 電影虛擬化製作技術發展現狀及展望 / 222
15.1 發展現狀 / 222
15.2 未來展望 / 224
15.3 思考練習題 / 226
附錄1 中英文術語對照及釋義 / 227
附錄2 書中出現的影視、書籍、遊戲作品清單 / 246

趙建軍，北京電影學院影視技術系教師，擔任數位特效技術和電影虛擬化製作等課程教學。一直專注於虛擬實境技術在影視中的應用，尤其是電影虛擬化製作方面的教學與實踐，近年來圍繞該問題取得了一系列的研究成果，目前已在《電腦學報》、《電腦研究與發展》、《系統模擬學報》等重要學術期刊發表和錄用論文11篇，申請相關發明專利4項。