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，除了營銷策略大膽而得當(dāng)、口碑良好的制作團(tuán)隊對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攝影機進(jìn)行拍攝。早在2000年的時候，卡梅隆和佩斯就在索尼的支持下開發(fā)一套新攝影系統(tǒng)，這便是后來的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試這套技術(shù)。經(jīng)過在《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、伸縮大搖臂、手推車等輔助設(shè)備很好地實現(xiàn)了結(jié)合。整個研發(fā)過程花費1400萬美元，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Sony HDC-F950數(shù)字電影攝像機及8部Sony CineAlta F23數(shù)字電影攝影機組成的3D拍攝系統(tǒng)。系統(tǒng)包括8組3D攝影機，每一組由兩臺F950或者F23組成，分別架設(shè)于斯坦尼康、手持、在升降臺以及手推車上。每組的兩臺攝影機的組合并不是簡單的拼接，而是通過復(fù)雜的系統(tǒng)有機聯(lián)為一體。為了充分模擬人眼的立體視覺，這種攝影機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在被攝物進(jìn)入鏡頭時移除圖像的不同部分，傳遞給大腦一種視差錯覺，最終形成3D視角。
另外，攝制組還使用了SONY的HDC-1500 RGB 4:4:4高速攝像機系統(tǒng)對某些需要高速拍攝的畫面進(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云臺和Oconnor 120云臺。
攝影機為了實現(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，同時也配合使用了富士能7-35mm短鏡頭（short？）。
3. 錄影存儲設(shè)備
攝影系統(tǒng)通過光纖和SONY的 HDCAM-SR 的便攜式錄影機SRW-1以及SONY SRW-5800超高碼流高清演播室錄像機連接，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。畫面的分辨率為1920×1080 24p HD。
4. 運動控制（Motion Control）
運動控制系統(tǒng)是好萊塢常用的拍攝輔助設(shè)施，在近年來設(shè)備展當(dāng)中也頗受歡迎。為了使鏡頭與攝影機配合良好，攝制組用了最新一代的“運動控制”軟件，預(yù)設(shè)好鏡頭和攝影機的動作。軌道、圓弧線等攝影機的動作，以及鏡頭的推拉搖移，都經(jīng)過精密計算。攝影機和輔助設(shè)備指令和鏡頭指令分別通過軟件傳達(dá)給Camnet系統(tǒng)和Preston FIZ系統(tǒng)，再由兩個系統(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，無論切到哪一個鏡頭都不會讓觀眾產(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%的畫面是實景拍攝、后期視覺特效的產(chǎn)物，60%的畫面是通過動作捕捉之后進(jìn)行CG合成而來的。
《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）公司的動作捕捉技術(shù)人員和Lightstorm Entertainment公司的即時CG操作人員，最后是視覺特效總監(jiān)和維塔數(shù)碼公司的臉部表情捕捉專家。
2. 動作捕捉系統(tǒng)（Motion Capture）：營造超現(xiàn)實場景
此工作流程主要是為了拍攝潘多拉星球上的場景。為影片特制的表演捕捉舞臺被其命名為“容積”（the Volume），規(guī)模遠(yuǎn)勝于常規(guī)表演捕捉舞臺6倍。這是真人表演同CG畫面的合成觀察平臺，其本身僅僅是一塊沒有任何擺設(shè)的有限空間，但通過顯示器觀看，則能提供各式虛擬場景存在。
演員們穿著嵌滿金屬圓片的動作捕捉服裝，在空間中表演，布滿在攝影棚頂部的140個紅外攝像機通過追蹤現(xiàn)場LED燈打出的近紅外光譜的反射，記錄下演員360度全方面動作信息，給導(dǎo)演帶來更多的視角選擇。
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），以便在動作捕捉過程技術(shù)后的特效環(huán)節(jié)使用。
3. 虛擬攝影機實現(xiàn)實時監(jiān)看效果：協(xié)同工作攝影機（Simulcam）
以往的傳統(tǒng)的動作捕捉都是先將演員的表演動作捕捉抓取后加入到數(shù)據(jù)庫，然后再同虛擬場景進(jìn)行搭配，在現(xiàn)場無法監(jiān)看效果。影片的虛擬制作總監(jiān)格倫·德瑞為此開發(fā)出一種虛擬攝影機，讓卡梅隆在拍攝時看到的不是空洞的舞臺，而是將在電影中出現(xiàn)的3D世界。
協(xié)同工作攝影機本身并沒有鏡頭，只有一個LCD顯示屏和用來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，這個轉(zhuǎn)換器在第一時間將包括演員和潘多拉景物的對應(yīng)CG圖像反饋到LCD屏幕上。它能夠讓制作人時刻觀察到現(xiàn)場鏡頭中的虛擬場景，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，工作人員在虛擬攝像機中看到的是擁有10英尺高藍(lán)色皮膚的納威人在潘多拉星球上的場面。
4. 面部表演捕捉還原系統(tǒng)：表情的細(xì)致刻畫
為了從演員們的臉部采集到更多的數(shù)據(jù)，卡梅隆和來自新西蘭的維塔數(shù)字的動畫指導(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，將演員95%的面部動作數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫以豐富CG虛擬角色（主要指納美人）的動作表演，這比上一代在面部貼感應(yīng)點的方法更真實。
同樣，該系統(tǒng)為對白的更改也增添了便利。在傳統(tǒng)電影制作中，后期如果遇到有臺詞更改、面部動作重設(shè)的需求時，一般都會使用ADR系統(tǒng)（額外對話采集系統(tǒng)）進(jìn)行修改，但是很容易造成僵硬和失真?！栋⒎策_(dá)》中后期更改對白是通過已有的表演數(shù)據(jù)生成新對白的面部表情即可。
5. 影片編輯
卡梅隆在拍攝現(xiàn)場采用AVID剪輯2D影片，并用全3D的放映系統(tǒng)“Pod”進(jìn)行監(jiān)看。同時還有另一臺現(xiàn)代（Hyundai） 46寸被動式眼鏡的監(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剪輯，并使用AVID Isis作為媒資存儲系統(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，AVID發(fā)布了最新的3.5版本，可以支持3D制作，但是工作組沒有冒險升級系統(tǒng)，而是按照原來的方法進(jìn)行下去。 在音頻方面，《阿凡達(dá)》的制作團(tuán)隊利用最新版本的Sibelius和Pro Tools完成全部的作曲和錄制工作，使用M-Audio的音頻接口和耳機進(jìn)行音頻拾取和監(jiān)聽，使用兩臺Icon調(diào)音臺級聯(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個完全由計算機生成的人物。
WETA Digital公司是由構(gòu)建物理模型的WETA工作室和進(jìn)行實際運算的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。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”的計算機集群前。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)，把一個大任務(wù)分成數(shù)千個獨立的小單元來處理。每當(dāng)有CPU完成任務(wù)空閑，就會被隨機分配新的任務(wù)。在高峰時段，《阿凡達(dá)》每天要處理10000多個任務(wù)，也就是大約1300-1400萬個小單元，每秒7-8GB要處理的數(shù)據(jù)，有時要24小時運行。為保持機房平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，WETA數(shù)據(jù)中心裝配了強制水冷設(shè)備，并提升地板以增強散熱。
2、 光線追蹤引擎
WETA研發(fā)部門聯(lián)合NVIDIA研究院展開合作，開發(fā)了光線追蹤軟件解決方案PantaRay全新預(yù)計算引擎，以處理《阿凡達(dá)》復(fù)雜鏡頭所需的數(shù)以十億計的多邊形。該引擎大大加速了CG制作和渲染過程，能夠在更短的時間內(nèi)渲染更復(fù)雜的場景，同時花費更少的成本、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，最終取得更高畫質(zhì)的逼真效果。
3、 多個特效團(tuán)隊協(xié)同工作
在制作過程中由于工作過于繁多，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。
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景，但有時兩家公司也會合作某一場景的不同部分。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執(zhí)行制作，同時不斷進(jìn)行必要溝通以避免進(jìn)行重復(fù)勞動，維持影片風(fēng)格的統(tǒng)一。
(四) 數(shù)字中間片
美國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。整個制作流程使用了三臺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)以三種畫幅比發(fā)行，每一畫幅比又包含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)中央核心存儲系統(tǒng)后讀取到Quantel Pablo系統(tǒng)，利用其“所見即所得”的實時立體制作工具對每個鏡頭畫面的立體效果進(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)實時編輯；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IMAX公司的IMAX DMR技術(shù)在后期重新生成。
