運(yùn)動(dòng)模糊的原理以及在Mentalray與Nuke中的實(shí)踐

為什么實(shí)際拍攝的素材看起來(lái)鏡頭運(yùn)動(dòng)很流暢，計(jì)算機(jī)合成進(jìn)去的三維物體卻感覺(jué)閃爍不連貫?zāi)�？原理很�?jiǎn)單，三維物體在渲染的時(shí)候沒(méi)有開(kāi)啟“運(yùn)動(dòng)模糊”效果。對(duì)于行業(yè)老鳥(niǎo)來(lái)說(shuō)，回答這樣的問(wèn)題幾乎不用思考�！斑\(yùn)動(dòng)模糊（Motion Blur）” 這個(gè)詞，最初是用來(lái)描述人眼在觀察快速運(yùn)動(dòng)的物體的時(shí)候，無(wú)法獲取清晰視覺(jué)的一種現(xiàn)象（圖1）。運(yùn)動(dòng)模糊現(xiàn)象廣泛存在現(xiàn)實(shí)生活的各個(gè)方面，只要是有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，只要是你在“看”。運(yùn)動(dòng)模糊發(fā)生的如此尋常，甚至普通人幾乎注意不到它的存在。但是對(duì)于影視動(dòng)畫(huà)制作從業(yè)人員來(lái)說(shuō)，運(yùn)動(dòng)模糊效果能讓影片離真實(shí)世界更進(jìn)一步，但是通常實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)模糊效果往往是以增加大量的渲染時(shí)間和合成難度為代價(jià)。對(duì)于運(yùn)動(dòng)模糊，加還是不加？要速度還是要真實(shí)？怎么樣能夠花費(fèi)盡可能少的時(shí)間去得到理想的運(yùn)動(dòng)模糊效果？本文將從運(yùn)動(dòng)模糊的原理入手，進(jìn)而探討在計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)中模擬運(yùn)動(dòng)模糊效果的方法，最后得出在影視動(dòng)畫(huà)中實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)模糊效果的快速實(shí)用解決方案。
圖1：你能看清楚畫(huà)面中偏右側(cè)正在發(fā)生什么事情嗎？
一、運(yùn)動(dòng)模糊的原理：我們的眼睛和大腦
人類的眼睛在獲取視覺(jué)圖像的時(shí)候，不像電影、電視或者游戲能夠用FPS（Frames Per Second幀速率）這個(gè)單位來(lái)衡量每秒鐘所展示的圖片數(shù)量，人眼“看”的過(guò)程是完全連續(xù)的，如果一定要用幀速率來(lái)衡量人眼的視覺(jué)能力，那么就是正無(wú)窮大的幀速率。那么既然眼睛能夠感知如此豐富的視覺(jué)信息，為什么我們無(wú)法看清快速運(yùn)動(dòng)的物體？原因在于我們大腦對(duì)于視覺(jué)信息的處理能力有限，人腦處理所見(jiàn)景物的時(shí)間大約為150毫秒，對(duì)于這種延遲我們是感覺(jué)不到的，但是對(duì)于快速運(yùn)動(dòng)的物體來(lái)說(shuō)，150毫秒內(nèi)它可能已經(jīng)做了很大幅度的運(yùn)動(dòng)，以至于當(dāng)人腦接收到150毫秒內(nèi)視覺(jué)神經(jīng)傳遞過(guò)來(lái)的圖像數(shù)據(jù)并形成我們大腦“看”到的圖像時(shí)，快速運(yùn)動(dòng)物體的位置是模糊不清的，實(shí)際看到的是它在過(guò)去150毫秒內(nèi)所有的運(yùn)動(dòng)軌跡而已，而我們大腦“看”到的圖像才是我們通常理解上的視覺(jué)。這個(gè)理論能讓我們解釋很多和視覺(jué)有關(guān)的現(xiàn)象：比如當(dāng)你在快速移動(dòng)手指的時(shí)候，快速的睜眼閉眼能夠讓你比一直睜著眼睛看到關(guān)于手指的更清晰的圖像；又如我們通常看到的叉狀閃電現(xiàn)象，看似是“叉狀”，實(shí)際上只是高亮電流快速?gòu)奶炜諅鲗?dǎo)到地面的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中分裂了而已，因?yàn)樗俣葮O快，以至于被我們“看”成了“叉狀”（如圖2-5）。
圖2：叉狀閃電形成1
圖3：叉狀閃電形成2
圖4：叉狀閃電形成3
圖5：叉狀閃電通常視覺(jué)
二、攝影機(jī)、攝像機(jī)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)模糊的原理：快門與曝光時(shí)間
攝影機(jī)、攝像機(jī)工作原理上是類似的，都是在給定的快門時(shí)間內(nèi)對(duì)感光元件（膠片、膠卷、CCD等）進(jìn)行曝光處理。以相機(jī)為例：在曝光的時(shí)間內(nèi)感光元件將這段時(shí)間內(nèi)的場(chǎng)景變化全數(shù)記錄在一張圖像上，如果場(chǎng)景中有快速運(yùn)動(dòng)的物體，那么記錄下來(lái)的畫(huà)面中該物體的影像就是它在曝光時(shí)間(取決于快門速度)內(nèi)所有位置的完整組合(圖6-8)。在這樣的圖片中，任何沿著相機(jī)相對(duì)方向運(yùn)動(dòng)的物體將會(huì)看起來(lái)模糊或被晃動(dòng)。這種模糊可能發(fā)生在拍攝移動(dòng)中的物體或拍攝靜態(tài)場(chǎng)景而相機(jī)移動(dòng)時(shí)。影片或電視的影像中看起來(lái)很自然，是因?yàn)槿四X也以同樣的方式處理圖像。攝影機(jī)就是被設(shè)計(jì)成模擬人腦處理圖像的方法去記錄圖像而已（圖9）。
圖6：模擬攝影機(jī)（攝像機(jī)）拍攝快速運(yùn)動(dòng)物體的情景1
圖7：模擬攝影機(jī)（攝像機(jī)）拍攝快速運(yùn)動(dòng)物體的情景2
圖8：模擬攝影機(jī)（攝像機(jī)）拍攝快速運(yùn)動(dòng)物體的情景3
圖9：攝像機(jī)跟隨拍攝移動(dòng)中的汽車，景物的相對(duì)運(yùn)動(dòng)被記錄成運(yùn)動(dòng)模糊的圖像
如前文所示，攝影機(jī)、攝像機(jī)的設(shè)計(jì)原理上就是為了盡可能地迎合人類的視覺(jué)習(xí)慣，因此我們?cè)谟^看電影的時(shí)候，并不會(huì)去留意畫(huà)面中為什么慢速運(yùn)動(dòng)的物體看起來(lái)清晰，而快速運(yùn)動(dòng)的物體看起來(lái)模糊。我們所感受到的就是——原本二十四幀每秒的圖像序列看起來(lái)真實(shí)而流暢。如果沒(méi)有運(yùn)動(dòng)模糊效果，人們反而會(huì)覺(jué)得閃爍而不適應(yīng)。
三、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)中的運(yùn)動(dòng)模糊
計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)在近20年的時(shí)間里得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，在這里筆者所指的“計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)”不僅僅是類似《玩具總動(dòng)員》《冰河世紀(jì)》的純卡通動(dòng)畫(huà)，還包括實(shí)拍與計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)結(jié)合的作品比如早期的《侏羅紀(jì)公園》，近年來(lái)具有技術(shù)里程碑性質(zhì)的《變形金剛》、《阿凡達(dá)》等。在院線級(jí)的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)作品中，用于模擬真實(shí)視覺(jué)的運(yùn)動(dòng)模糊效果幾乎是作為一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)而存在著（圖10-12），因此對(duì)于計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)從業(yè)人員來(lái)說(shuō)，為畫(huà)面添加運(yùn)動(dòng)模糊效果是提升作品整體質(zhì)量的重要手段。
圖10：《冰河世紀(jì)3》中的運(yùn)動(dòng)模糊
圖11：《變形金剛2》中的運(yùn)動(dòng)模糊
圖12：《阿凡達(dá)》中的運(yùn)動(dòng)模糊
那么在三維影視制作中，運(yùn)動(dòng)模糊有哪些實(shí)現(xiàn)方法？我們?nèi)绾胃鶕?jù)不同的情況選擇快速而有效的運(yùn)動(dòng)模糊應(yīng)用方案呢？在下一個(gè)帖子中筆者將會(huì)為大家?guī)��?lái)下半部分——《運(yùn)動(dòng)模糊的原理以及在影視制作中的實(shí)踐（下）——應(yīng)用方案篇》。

您好，想問(wèn)一下你，像變形金剛里面的效果，用的什么渲染器啊？mentalray嗎？還是VRay啊，，謝謝。。。