我們的虛擬制作系列分享已經(jīng)進(jìn)行了四期，分別介紹了跟蹤、照明、Simulcam和攝影機(jī)特效四種虛擬制作技術(shù)。今天，小迪將為大家?guī)?lái)虛擬制作系列的第五期——掃描篇，以掃描倫敦Ritzy大樓為例，來(lái)看看在虛擬制作中如何利用掃描技術(shù)構(gòu)建逼真的拍攝場(chǎng)景。

兩種掃描技術(shù)

Ritzy大樓的掃描使用了兩種技術(shù)——LIDAR（激光雷達(dá)）和Photogrammetry（攝影測(cè)量）。

其中LIDAR技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)生和應(yīng)用很長(zhǎng)時(shí)間了，它通過(guò)發(fā)射和旋轉(zhuǎn)激光光束來(lái)探測(cè)目標(biāo)，并通過(guò)記錄反射回來(lái)的光束來(lái)形成點(diǎn)云和獲取數(shù)據(jù)，這可以提供一個(gè)非常精確的3D模型。

Photogrammetry技術(shù)主要用于填補(bǔ)模型中的孔洞并為模型提供精美的紋理。這項(xiàng)技術(shù)主要使用的設(shè)備是相機(jī)，當(dāng)然了，我們更傾向于使用帶有多個(gè)攝像頭的裝備，以便我們每次可以獲得更多的數(shù)據(jù)。要實(shí)際捕獲攝影測(cè)量圖像，你只要繞著要掃描的物體小步移動(dòng)并大量拍攝圖像就可以了。

為什么要掃描 Ritzy 以及完成掃描需要多長(zhǎng)時(shí)間？

Dimension的首席實(shí)時(shí)場(chǎng)景搭建師Craig Stiff參與了該項(xiàng)目的掃描工作，他在接受采訪時(shí)表示：

“虛擬制作的一個(gè)巨大優(yōu)勢(shì)是能夠立即“前往”任何拍攝地點(diǎn)并完全控制其環(huán)境條件。挑戰(zhàn)之一是如何使數(shù)字場(chǎng)景看起來(lái)足夠逼真，擁有和現(xiàn)實(shí)生活一樣的細(xì)節(jié)。通常來(lái)說(shuō)，這需要強(qiáng)大的搭建團(tuán)隊(duì)來(lái)搭建精細(xì)的道具和場(chǎng)景。而這次我們決定使用3D掃描和攝影測(cè)量技術(shù)為一個(gè)場(chǎng)地創(chuàng)建數(shù)字資產(chǎn)，看看是否可以克服這一挑戰(zhàn)。

我們選擇掃描倫敦的Ritzy大樓，以便我們可以隨時(shí)隨地在各種不同的照明條件下使用它。這個(gè)場(chǎng)地位于一條繁忙的街道上，要確保在這里拍攝是一項(xiàng)艱巨且成本高昂的任務(wù)。例如，商家將不得不停止?fàn)I業(yè)，這涉及到賠償問(wèn)題；部分街道將不得不封閉，這需要冗長(zhǎng)的準(zhǔn)備和協(xié)調(diào)工作；整個(gè)拍攝團(tuán)隊(duì)的工作人員都必須前往取景地進(jìn)行實(shí)地拍攝；來(lái)自繁忙的倫敦街道的噪音也存在著潛在的公眾干擾的可能性，而這又是拍攝時(shí)無(wú)法控制的。

為了避免這些問(wèn)題，我們決定為它創(chuàng)建用于LED屏的數(shù)字虛擬資產(chǎn)。這使得我們能夠完全控制環(huán)境，并能夠創(chuàng)造導(dǎo)演想要的任何氛圍。同時(shí)該技術(shù)還允許我們重復(fù)拍攝一天中的任何時(shí)間的場(chǎng)景，只要我們需要，就不會(huì)有不必要的聲音或干擾。

我們本可以沿著使用參考圖像手動(dòng)重建場(chǎng)景的傳統(tǒng)路線走下去，但這是一個(gè)漫長(zhǎng)而復(fù)雜的技術(shù)過(guò)程。所以，這次我們利用3D掃描和攝影測(cè)量來(lái)捕捉場(chǎng)景。

掃描過(guò)程涉及到一個(gè)三人小隊(duì)，他們攜帶一臺(tái)數(shù)碼單反相機(jī)、一臺(tái)激光雷達(dá)掃描儀和一套攝影測(cè)量設(shè)備（工作人員配備三個(gè)或更多相機(jī)）前往該地點(diǎn)。 只用了一個(gè)小時(shí)就徹底掃描了該地點(diǎn)的外部和周?chē)慕值馈?/p>

然后，我和另外兩位搭建師只花了幾周的時(shí)間就把這些數(shù)據(jù)變成了一個(gè)照片般逼真的數(shù)字版本的場(chǎng)景，這個(gè)場(chǎng)景被點(diǎn)亮并準(zhǔn)備直接投放在LED屏幕上?！?/p>

使掃描結(jié)果看起來(lái)逼真涉及到的過(guò)程都有哪些呢？

Craig Stiff根據(jù)自己的掃描經(jīng)驗(yàn)，對(duì)這一問(wèn)題給出了解答:

“我們使用激光雷達(dá)掃描儀來(lái)捕捉建筑物的外形。使用激光準(zhǔn)確地找到掃描儀與建筑表面的距離，從而提供非常精細(xì)的模型。然而，單獨(dú)的激光雷達(dá)掃描儀并不能提供顏色或紋理信息，而且建筑外表通常具有掃描儀無(wú)法識(shí)別的孔洞。

這就是攝影測(cè)量的用武之地了。攝影測(cè)量是一種拍攝大量照片，并使用特殊軟件來(lái)匹配照片中的點(diǎn)來(lái)構(gòu)建3D模型的方法。這兩種技術(shù)的結(jié)合，為我們提供了非常高質(zhì)量的模型和紋理。

值得注意的是，在我們?nèi)呙鑂itzy大樓的那天早上，我們很幸運(yùn)地遇到了好天氣。 一次成功的掃描需要非常柔和的照明，不能有硬陰影或高光。明亮的灰色陰天是最好的照明，而我們那天早上恰好遇到了這樣的好天氣。如果那是一個(gè)陽(yáng)光明媚的日子，我們將不得不花費(fèi)大量時(shí)間和經(jīng)歷來(lái)消除硬陰影，以便我們以后可以按照想要的方式在虛幻引擎中重新使用這個(gè)場(chǎng)景?！?/p>

與僅在實(shí)地拍攝或使用建筑物的標(biāo)準(zhǔn)3D模型相比，掃描對(duì)最終圖像的質(zhì)量和真實(shí)性有什么影響呢？

對(duì)于這一問(wèn)題，Craig Stiff也有自己的看法，他說(shuō)：

“沒(méi)有什么比能夠在真實(shí)場(chǎng)景中進(jìn)行實(shí)際拍攝更好的了。然而，由于之前提到的種種困難，甚至是無(wú)法進(jìn)行租借或根本不存在的拍攝場(chǎng)景，3D掃描可以幫助實(shí)現(xiàn)攝影機(jī)內(nèi)逼真的場(chǎng)景。

在外景拍攝時(shí)，還有一些其他的因素會(huì)使拍攝變得更加困難，例如玻璃。而在數(shù)字場(chǎng)景中，我們無(wú)需擔(dān)心反射的問(wèn)題。Ritzy大樓有個(gè)玻璃的前門(mén)，在最終鏡頭中，我們可以從中看到工作人員的倒影、燈光和街上的車(chē)流。

3D 掃描場(chǎng)景的主要好處是可以免費(fèi)獲得所有復(fù)雜的細(xì)節(jié)、模型、紋理和位置布局。大自然有使事物老化的能力，隨著時(shí)間的推移，每塊石頭看起來(lái)都不完全相同。也就是說(shuō)，如果要搭建一座虛擬的古老城堡，那么城堡上的每一塊石頭都應(yīng)該看起來(lái)不一樣。傳統(tǒng)方式處理的數(shù)字資產(chǎn)需要極大的工作量才能使老化看起來(lái)自然逼真，即使如此，你也經(jīng)常會(huì)看到重復(fù)的圖案。

在Ritzy大樓，有各種各樣的生活痕跡，地上有斑塊的涂鴉、樹(shù)葉和煙頭，還有建筑物表面的老化，擦傷、劃痕和污垢，裂縫之間生長(zhǎng)著雜草，還有建筑物上精致的雕塑和裝飾。在傳統(tǒng)制作中，所有這些細(xì)節(jié)都需要道具和場(chǎng)景搭建師花費(fèi)大量時(shí)間和精力，才能對(duì)傳統(tǒng)建模進(jìn)行重新創(chuàng)作。而通過(guò)掃描，你可以快速且免費(fèi)獲得所有自然、真實(shí)的老化和生活痕跡。所以說(shuō)這是掃描的一個(gè)真正的大紅利。

另外，如果許多搭建師正在分別處理同一個(gè)場(chǎng)景的不同部分，那么材料和照明的協(xié)調(diào)統(tǒng)一就會(huì)成為一個(gè)棘手的問(wèn)題。通過(guò)3D掃描，所有搭建師都在使用一致的數(shù)據(jù)，這意味著資產(chǎn)在場(chǎng)景中看起來(lái)都是正確的，而無(wú)需將設(shè)計(jì)師的精力花費(fèi)在場(chǎng)景的協(xié)調(diào)設(shè)置等問(wèn)題上。

數(shù)字場(chǎng)景和道具的另一個(gè)好處是，當(dāng)你使用完它們后，你不必銷(xiāo)毀它們或花費(fèi)人力、物力對(duì)它們進(jìn)行存儲(chǔ)。整條城市街道或整座山都可以裝在你口袋里的一個(gè)小小的硬盤(pán)中，在任何照明條件下都可以在需要時(shí)再次用于重拍或拍攝其他項(xiàng)目?！?/p>

結(jié)語(yǔ)

毋庸置疑，掃描在虛擬制作中發(fā)揮著尤為重要的作用。它可以使你不必到實(shí)地就可以進(jìn)行拍攝，這對(duì)拍攝繁華的取景地而言尤其方便。掃描還為你提供了一個(gè)真實(shí)、準(zhǔn)確、詳細(xì)且自然的逼真場(chǎng)景。同時(shí)，掃描、處理后的數(shù)字資產(chǎn)在虛幻引擎中擁有足夠的靈活性，能夠重拍已完成項(xiàng)目中缺失和不合適的劇情和進(jìn)行重復(fù)利用。

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