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「空间、时间、帧及影片—探寻时空特效的可能性」

 4年前  •   摄影摄像教程  •     •   134  •   0

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本文链接:>空间、时间、帧及影片—探寻时空特效的可能性http://lovebusu.com/20153931


作者:马克·J·P·沃尔夫(Mark J. P. Wolf)

随着数字特效技术的发展,人们似乎开始重新关注物理摄影技巧,以及虚拟摄像机对物理摄像机的发展和两者的结合使用,然而,若缺少系统的研究方法,我们可能会忽视许多可能性。本文试图用一种系统的研究方法,探讨摄像机的空间和时间变动。

想有计划且快速地发现新的特效,需有意而为之。例如,来看爱德华·麦布里奇(Eadweard Muybridge)的连续摄影实验。1877年,麦布里奇做了一个著名实验,为记录马在奔跑中的动作,他将十几台静物照相机一字排开,并在快门上固定了绊索。但试想一下,若麦布里奇将相机排成半圆形,把所有的绊索绑在一起,在同一时间启动所有的相机呢?(见图1)

图1. 麦布里奇式镜位(相机线性排列,跟随移动物体)与时间定格式镜位(相机环形排列,跟踪静态动作)

这样一来,绊索就同时启动了所有相机,因为它们面对的目标相同,就能拍出同一时间、不同角度的马的影像。若麦布里奇能连续放映这些图像,就能将时间定格特效的发现提前一个世纪。事实上,在做某些移动研究时,麦布里奇曾将相机进行过环形排列,但他并未把拍出的照片制成动画,或是探究静止时间拍摄的可能性。

 

既然在麦布里奇的年代都可能做出时间定格特效,为什么这项技术直到一个世纪以后才被发现?人们还有可能发现并运用其他哪些特效?发现新特效的一种方式是对时空特效进行系统研究。

借由相机在空间和时间移动中可能的排列组合,就能从中发现时间静止特效的存在(见图2)。

图二. 拍摄时空组合的可能性

 

第一个变量是摄影机的移动,无论是现场的还是非现场的。在空间中运用,我们就有动态摄像镜头和静态摄像镜头。在时间中运用,我们就有了动画和静物照,或简而言之就是镜头和画面,一个镜头由一连串画面组成。组合空间和时间的变量就出现了四种动画的可能。

 

若摄像机一段时间内连续在空间中移动,就会产生动态镜头;也就是说,动态摄像镜头记录的是连续时间内的一连串图像。若摄像机在一段时间内保持不动,比如将其固定在三脚架上,就会产生摄像镜头。若摄像机既不随时间也不随空间移动,就会拍出单张静态照片,重复几次就会出现定格镜头。但如果摄像机在同一时间移动于任意位置会怎样呢?换言之,如果拍出的一组画面展现是同一时间、不同角度物体的样子会怎样?时间定格特效拍摄填补了网格中其他部分被填满后留下的空白。

 

以上我们只考虑了拍出动画效果(即一系列画面)的可能性,但在影片当中有两个时间的概念:一是画面拍摄的时间,二是观众看到这些画面的时间。因此,同时考虑镜头和画面的时空可能性,我们就能扩充网格的内容(见图3)。

图3.  镜头和画面的时空可能性

 

加进第三个变量之后,我们就将可能性翻了一番。把四种时空组合运用于独立静物摄影,我们就得到瞬时的静物摄影(摄像机在时间和空间内都处于静止状态)、长时间曝光的静物摄影(摄像机在一段时间内保持不动)、瞬时动态模糊静物摄影(摄像机在同一时间移动于任意位置)和长时间曝光的动态模糊静物摄影(摄像机一段时间内连续在空中移动)。我们注意到,这里有两种动态模糊:一种是由于摄像机的移动造成整个画面的动态模糊(我们称之为整体动态模糊);另一种是由于拍摄物体自身的移动,而非摄像机的移动所造成画面内物体的动态模糊(我们称之为局部动态模糊)。虽然一般情况下,动态模糊只是摄像机空间移动或长时间曝光的后果,但其实只要拍摄物体移动够快,任意一种拍摄方法都可以产生动态模糊。

 

      

 

一张图像都被动态模糊了。如果用动态摄影机来拍摄的效果会比静态的摄影机(这种摄影机在帧被曝光时不会移动)更接近于一幅真实移动中的影像。为完成这个镜头的拍摄,在拍摄前应将摄影机设置为静物拍摄状态,以达到静态拍摄的效果;将摄影机的运动方向和速度设置为与虚拟摄影机的移动状态一致,使得每台摄影机同时以对应电影摄影机的180°快门的快门速度曝光(也就是1/48 秒),这种设置的效果会导致全局动态模糊,正如移动摄像机以相同的速度和曝光时间拍摄出来的效果一样,这种拍摄效果可以以一种更为极端的方法——超慢镜头拍摄,这种方法的曝光会互相覆叠,即在镜头中任何时段内同时打开多个摄影机快门来完成。用这种方法拍摄出来的影像只有局部运动模糊,相当于720度快门、1440度快门或者是任何度数,这是单镜头摄影机所无法完成的。

目前为止我们所讲的定格拍摄法是通过改变帧的线性推进来完成的,但是其他设置也可以达到同样的效果。例如将多个摄影机设置为不同模式,通过不同的定时和曝光时间得到的不同帧数可以描绘出物体减速、停止、向前或向后的运动状态,也可以得到任何程度的动态模糊,同时摄影机在空间上显得在平稳移动并完成了单个摄影机移动。

 

若分别改变每一帧在时空上的组合可能,等到结果几乎是无穷的。为了比较和描述这些镜头,我们需要一种新的图表,这种图表能够反映任何一次拍摄中的每一帧在时间与空间上的关系。借用物理学上的“相空间”图表的定义,我们可以构建一个相似的用于摄影时空方面的图表,利用笛卡尔网格,我们用纵轴表示时间,用横轴表示空间。(见图4)

图4. 摄影时空的相空间.

 

时间轴向下表示时间的推移,横轴上的箭头表示摄影机移动的速度及移动的相对距离,但这仅指大概的移动,并不代表任何在空间上的具体移动。每一帧都有一个最小宽度(空间轴上),代表了一帧中所捕捉到的空间大小,这个最小宽度由镜头的视野和这一帧数的宽度所决定。相应的,每一帧都有一个最小长度(时间轴上),由记录影像所需的曝光时间长短决定。这里我们可能会注意到一点:无论曝光时间多短,每一个影像都代表一段时长,即使静物摄影中的物体在定格拍摄时永远不会多于一张图像。由于电影拍摄通常为24帧每秒,我把用24帧每秒或更快的摄影机拍摄的影像所用的时间称为“一瞬间”,把长于24帧每秒的曝光时间称为“长时间曝光”。

 

一次典型的静态拍摄在时空轴上表现为帧垂直的移动,每一帧的曝光时间持续极短,在横轴上(空间轴)表现为胶片传输时(一个180度快门的电影摄像机,其曝光时间和每次曝光的时间间隔是显然一样的)快门关闭的时间。一次典型的动态拍摄会沿时空轴进行。此时帧在轴上表现为倾斜的,因为每一帧曝光时摄影机正处于移动状态中所导致空间动态模糊会表现在帧上。倾斜的角度表示摄影机的移动速度,也表示表现在帧的空间动态模糊量。

我们可以用这种图表法来描述几乎任何镜头的拍摄(见图5)。

图5. 不同类型镜头的时空展示

 

使用静态摄影机拍摄的延时镜头的帧数在时间轴上会有很大的间隙,而通过长时间曝光的延时镜头则依次表现为一系列被延长的帧。慢动作镜头要求摄影机的快门速度高于24帧每秒,每帧曝光时间更短。慢动作镜头在轴上表现为一系列紧密相连的、时间较短的帧。

 

我们也可以注意到标准的定格镜头和麦布里奇的连续摄影之间的区别。在定格镜头中,时间正常推移,然后随着摄影机开始随着对象在空间移动的时候,时间开始定格,所有画面都在同一时刻被拍下来,直到最后镜头重新在时间上向前推移。空间运动之所以很明显,当然是因为有多台摄像机的缘故,而不是一台动态摄像机,所以没有一帧画面出现动态模糊。(虽然如果这个对象在画面曝光的时候动了的话,被拍摄的对象成像后有可能变模糊。)在麦布里奇式的架构中,因为摄像机移动而导致的动态模糊也不会出现,因为每一台摄像机都在时间和空间上占据着唯一的角度,由此形成一种对角线模式。

这个模式也可以帮助我们设想还没拍出来的特效镜头。比如,我们可以想象这样一个镜头,里边有极慢的动作,而没有时间定格,其中虚拟镜头移动拍出来的每一帧图像都经过了长时间的曝光。(如图6)

 

图6 不同类型的慢动作镜头.

 

随着摄像机开始围绕拍摄对象移动,这个对象看起来像是在以慢动作移动,但是,由于经过长时间的曝光,拍出来之后这个对象会出现大片动态模糊,就好像它移动得很快一样。如果我们给镜头加上真正的空间摄像头移动,我们就会得到一系列小型的镜头移动,这些镜头移动共同组合,模拟帧间摄像头移动,还有在时间和空间上彼此重叠的图像。

最后,这个模式可以帮助我们设计多种专业镜头(见图7)

图7.  不同曝光时间和动态模糊量的图像序列开始循环之后,在空间和时间上前后移动

 

这是利用不同曝光时间和动态模糊的画面,甚至在重复或者循环中能再次利用自身的那些画面来实现的。(在图7中,箭头指示的是当镜头出现在屏幕上时的画面顺序,我们可以在这个顺序中看到这些画面。)实际上,任何可以在坐标上排列开的画面序列都可以制作一个成镜头。

 

由于坐标网格具有二维性,我们可以通过设想当时间维度和空间维度交换位置后会发生什么,来寻找新的可能性。比如,用在时间轴上延长了的画面来代表长时间曝光,其中单帧画面会在时间上延伸但在空间上则不会。如果我们将这个画面在空间坐标上延长,又会发生什么呢?这样做的话我们就会得到一个叫做“空间上的”长时间曝光,其中单帧画面在空间上延伸,但在时间上还是保持一个单一瞬间(如图8)。

 

图8.  时间和空间上的长时间曝光.

 

这样的画面在空间维度上出现的动态模糊,和镜头移动拍摄有相似之处,不一样的是摄像机正在记录的是一个单一的瞬间,出现的动态模糊与其说是时间或空间维度上的移动造成的,不如说是所有空间位置混合插入造成的,而且这些空间位置是由画面来表示的。由于摄像机的实际移动会使得它在时间和空间上都发生移动,所以这样的画面只可能通过多重画面的混合来插入。我们还需额外注意空间上的长时间曝光,这是为了避免混乱。到这一步,空间轴上的画面宽度就可以表明画面中展示的空间了。因此我们需要找到区分在单一画面中插入很多位置的空间长时曝光和包含一个单一节点的正常图像的方法。代顿•泰勒[2](Dayton Taylor)曾建议用节点线来代表节点的插入移动,这条线可以画在图像的中间(见图9)。这样子我们就可以通过减小画面宽度直至节点线又变成节点,来得知在节点插入之前源画面有多宽。这样一来,空间长时间曝光应包括一条节点线,它的长度也要能显示在画面中表现出来的空间动态模糊的量。

图9. 带单个节点的单帧图像(左)和带节点线的单帧图像(右)

 

空间长时曝光的概念是从互换时间和空间轴而来的。我们也看到了沿空间轴的画面倾斜(帧内抵消)能够用来显示相机移动的速度。那么,如果这种倾斜发生在时间轴上会出现什么情况?时间上的帧内抵消会导致时间上的动态失真,随着这种失真在空间上穿过图像,我们可以从倾斜的角度上看出曝光的时间。(见图10)[3]

图10.  时间和空间维度上,不同程度的动态模糊和失真

 

因此,帧内空间移位会导致空间动态模糊,因为摄影机在空间内持续移动,而帧内时间移位会导致时间动态扭曲,因为物体从帧上的移动在不同时刻都能看到。这种情况下,“扭曲”和“模糊”并不相同。模糊状态下,物体上几个不同的点由影像的单像素呈现,这些点由于曝光时出现移动而叠加在一起。而在扭曲情况,物体上的一个点是由许多延展的像素点组成,这样会导致物体成像拉伸,伸展程度由移动的速度决定(虽然被拉伸,但影像不会模糊)。如果对象移动但摄影机固定,时间动态扭曲只会局部出现。如果曝光时相机移动,时间动态扭曲会整体出现(全局动态扭曲同时包含时间和空间上的扭曲)。.

 

想看到这种图像的效果的话,你可以想象一下拍摄城市地平线时(通过使用狭缝扫描快门)缓慢从左到右曝光,这样会在帧上呈现出从早到晚的时间动态扭曲效果。在这种照片中,(由于狭缝随时间移动)时间会以空间方位体现出来。再来想象一下整组拍摄都是这样的成像会是什么效果。[4]

 

 

 

同样值得注意的是时间动态扭曲并不总是像空间动态扭曲那样明显;如果相片里呈现的一段时间内没有物体和相机移动,也没有光线改变,那么时间动态扭曲就不会留下任何明显可见痕迹。空间动态扭曲的情况就不一样了,因为相机持续移动会经常影响成像,即使物体处于静态也有影响。虽然在两种动态扭曲(时间和空间)中,物体在空间内移动,成像都呈现出拉伸状,却依旧效果亮丽清晰,毫无动态模糊。拉伸的效果是由物体移动加上帧内从左至右、从上到下等时间偏移所造成的。现在,大幅群像摄影已经在利用这种影响来产生较不明显的效果了。在进行群像摄影过程中,用全景摄影机缓慢扫过胶片帧上的图像进行曝光,虽然整个过程只有一次曝光,但其中单人是先从帧一侧出现,然后又在另一侧出现。

 

当然,如果照片通过快门扫过胶卷底片进行曝光,被曝光的只有部分胶片帧,这样的效果很不明显。如果使用非常缓慢且精确的快门,用不同扫过、曝光底片的方式,就会得到各种不同的空间和时间动态扭曲效果。

 

再来看影片时空网格问题,我们也许会问帧是否会有可能重叠,重叠又意味着什么。如果两幅帧在网格内重叠,就意味着其中的每幅帧在同时间、同空间处于同一点。这在物理上是不可能的(图11)。

图 11.  帧时空重叠的拍摄

 

然而,用三种不同的方法或者把这几种方法组合在一起,这种拍摄是可能做到的。第一种是使用多取景镜头和动作控制相机在不同时间相同地点拍摄连续或多幅帧,然后把它们合并成同时发生的样子。这种方法最局限,因为拍摄时任何移动的物体都受动作控制。第二种方法需要将摄像机对齐呈直线,使用棱镜和反光镜来获得相同光学视野。这种光学校准技术已经应用于光学打印(投影仪)、三线彩色摄像机和克莱尔蒙特叠排式摄影机组[5]。用这种方法,多摄像机可以同时从相同视角拍摄。第三种方法是用电脑动画合成影片。由于数字效果模拟光学现象效果足够逼真,可以天衣无缝地合到实景镜头里,电脑成像和动画加上帧插值、视图变形和虚拟摄影机等技术扩大了各种操作可能性。

一旦我们让帧互相重叠,任何画到网格内、可概念化的事物都可以形象化为活动的影像。这些影片越抽象,就越难想象它们会呈现出来的样子。比如,图11右侧的照片是由连续帧组成,每帧曝光时间、相机移位不同,但相机最后停止在相同时空点。用这种标记法使人们可以系统地检验各种时空可能性,比如,把图像显示在串连图板上或者可视化成为了可能,如果不使用电脑便很难做到这些。文中所描述的标记法只涉及到了两个维度,但是三维的相机移位和设置也是可以的,同样,其他的空间维度也可以加入进来。比如,图中的方形和矩形代表沿着空间轴变窄或拉宽的单帧,它们反映了曝光时调焦的程度和速度(见图12)。

图12.时间和空间变焦摄影实例

 

图12左方的图例展示了在放大镜头中,镜头中的视野与空间随着时间的推进而缩小。到目前为止,帧四边的角度分别用来指示镜头在空间轴上的移动方向,在此也指示镜头缩放。如果想知道因摄影机移动造成的缩放对角度的影响,我们需要参照帧的中线,这里我们用虚线表示。在某些情况下,保持对象在帧的一边缩放,会抵消掉镜头移动的效果,显示在垂直的一帧上。(见图中移动镜头的空间放大)。这里我们可能会问当帧在时间轴上(而不是空间轴)的缩小会发生什么呢?这会导致我们所说的时间缩放。图12第二排图例就展现了可能出现的情况。想象一下我们在拍摄一个正在上下移动的横条,在帧的最左边,画面最窄,曝光时间最短,横条最尖,动态模糊最弱。当镜头渐向右移动,随着曝光时间增长,横条左边会渐显模糊。因此,帧的边框代表不同的时间跨度,且每个跨度间有间隔。最后,图12最右的图例展示了在镜头移动与时间缩放结合的情况。.

 

其实还有很多变量的维度可以添加进去,比如焦距,光圈等。而且当帧的顺序在摄影布局中不明显时,它们就可以被编号。在目前讨论的所有例子中,单帧的四边分别用四条直线表示,当然这也并不是必然。直线代表匀速移动,而镜头移动可能会有加速或者减速,这样会造成在时间-空间网格中出现一条曲线。例如,之前提到被缩放的帧的边缘会变成曲线,而且缩放也会被减慢(这种情况同样可用于其它方面的渐变,如帧速率和快门速度)。每个帧都有四角区(代表帧在时空维度中的起止点)。只要帧的边界线不重叠,任何形状的线都适用于作为时间-空间网格中帧的边线。每一帧都有四个角(它们分别表示了帧在时间上和空间上的开始和结束),但是那四个角的位置和它们时间的连线可以是千变万化的。

 

尽管在这个指示系统中可用的帧和图像有待提出(即便是理论上),但很多现有的技术可以可视化它们。一个叫帧插值的虚拟拍摄技术就被用于在现有帧出现时填充动态帧。在这个过程中制片人可以在常速画面中插入慢镜头,甚至可以完全取代拍摄中破损的画面。

 

 

虚拟摄影机已经很广泛地用于模拟物理摄影机的拍摄效果,而且还能模拟物理摄影机无法拍到的效果,比如渐变缩放,渐变对焦,选择性景深和交叉摄影。当然传统光学摄影机还有很多的可能性可以挖掘,可以是摄影机应用、摄影机设计,还有结合实景拍摄镜头与物理摄影机和计算机技术进行定时和图像排序等操作。使用虚拟摄影机来模拟物理摄影机的其中一个原因是因为基于物理摄影机的镜头构思的缺省方式。正如我上面已经提到的,物理和虚拟摄影机的镜头设计还有很多可能性。但这些可能性会受制于对时空拍摄镜头设计的固有想法。

 

上文我描述的方法使得新的和现有的镜头都能按照计划清晰的表现出来,而且对于理论者和实践者都同样适用6。即使没有所需的技术来生成一个实例,拍摄镜头也可以继续发展和理论化。当光学和数码的时空特效开始被探索时,还有更多的效果可以在理论上和实践上继续发现。像上文提出的那样,一个系统化的方式去构思这样的效果将有助于诠释、对比和理论化它们,并弥补那些常被忽视的摄影技术可能性。

 

注释:

 

我想先感谢代顿·泰勒先生帮我审阅和评论这篇文章的初稿,也感谢他的建议对修改文章的帮助。

 

1. 这种设置的图片出自马塔· 布劳恩(Marta Braun)的书籍:《Marta Braun’s book Picturing Time: The Work of Etienne-Jules Marey》 (1830-1904) 245页,芝加哥: University of Chicago Press,1992。

 

2.  想了解更多泰勒先生公司的信息www.movia.com.

 

3.  感谢代顿·泰勒先生对术语“帧内补偿”(intraframe offset)的建议。

 

4.  这种类型的镜头可以用一台摄影机和重组的电脑来拍摄。要用单台摄影机来生成这种镜头,通常需要用摄影机拍下一系列的图片。然后在通过电脑制作,每一张图片都要切割成不同的像素列,每一列像素都会被系列中的一张图片抵消,直到图片中的每一列像素都来自不同的帧为止(第一列来自第一帧,第二列来自第二帧,以此类推)。就这样每张图片都会提前一帧出现,然后你会有一系列这样的图片(这样的镜头我们可以在大卫·伯恩(David Byrne)的音乐录影带“She’s Mad”中看到)。

 

5.  克莱尔蒙特叠排式摄影机组有两台35mm动态图像摄影机,而且在遮光斗里面会有分束器来允许两台摄影机共享同样的视角。以下是吉尔· 桑坦洛(Jill Santero)对克莱尔蒙特摄影机的描述:

下方的摄影机透过部分的镜子来拍摄,上方的摄影机拍摄的是另外一面镜子反射的影像。第二面镜子为取景器提供了准确定位的图像… 上方/下方的机组是一个局部镜子系统,它使得摄影效果可以被后期制作总监而不是电子后期商店的某人进行设计。下方摄影机通过一面镜子来拍摄,而上方的摄影机通过另一面镜子反射的映像来拍摄。白天拍摄夜景效果可以通过在后期结合红外线和彩色胶片来实现。片段之间不同景深的叠化是另一种的应用。

 

摘自吉尔·桑坦洛在2004年5月4日的一封电子邮件

 

6.  在修订这篇文章的期间,我发了一份副本给代顿·泰勒先生,他本人很喜欢我使用的图例系统,也使用了这个系统来完成他当时的工作,那是为力士沐浴露拍的一个电视广告。

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