鐵達尼號（泰坦尼克號）是怎麽從2D轉成3D的？

       4月10號，3D版泰坦尼克號已在全國上映。不管你是否已經看過這部影片，應該都會對2D電影轉換為3D電影的技術有所好奇吧。

       簡單來說，2D-3D轉換技術需要將2D影像的各部分嵌入3D的計算機圖形（CG）空間中。要制作出比較協調的自然3D影像，需要數百名工作人員手 工進行的大規模調整工作。即便工作量巨大，但一方面可避免購置價格高昂的3D器材，另一方面又可對經典老片進行修補和加工，免去了容顏老去的演員們風采不 再、後起小生風韻不足的尷尬，所以2D-3D轉換技術獲得大批3D電影導演的青睞。即使是直接3D拍攝的電影，也不可避免要用到2D-3D轉換技術，比如 《阿凡達》。

       卡梅隆曾經說過：“在3D轉換技術中，最難實現的一點是怎樣將其‘以對的方式’來進行轉換。”導演需要對每一個 場景要營造出怎樣的立體視覺效果做出決斷，需要確定觀眾與不同場景物體的“親密接觸”程度，這些對觀眾的3D觀影體驗有著至關重要的影響。比如說，怪獸和 子彈需要從屏幕裏呼嘯而出，讓觀眾全身後縮哇呀大叫。而屬於背景的場景，則需要“嵌”進屏幕裏去，這就需要依靠3D圖形學的渲染技術來制造出透視感和距離 感。幾乎對於影片中的每一幀每一幅圖片都要增加這種“前凸後翹”的效果，但是不同場景下所采用的技術又大相徑庭，甚至只是拍攝的角度變化了一點，就會帶來 轉換技術上的全盤變動。

       而其中主要關注的問題有下面三點：

1. 利用視差形成景深

       制作3D效果時，關鍵一步是要做出景深。其基本技術原理是人眼觀察物體時所形成的視差（parallax）。簡單來說，視差就是從有一定距離的兩個 點上觀察同一個目標所產生的方向差異。從目標看兩個點之間的夾角，叫做這兩個點的視差，兩點之間的距離稱作基線。只要知道視差角度和基線長度，就可以計算 出目標和觀測者之間的距離。人類正是通過這種方式，感知到觀察物體的深度信息。同時，自然界中也有些動物會利用運動視差，依靠自身移動來獲得不同的觀點。 比如，鴿子的兩眼視場沒有重疊，因此沒有立體視覺，但是它們上下擺動頭部以獲得深度。該方式如圖所示，隨著觀測點從一側移至另一側，遠方物體的移動比近處物體緩慢。

       這兩種視差處理方式都可以在3D電影拍攝或者轉換的技術加以借鑒。

       然而，僅僅明確這一點還不夠，實際上的3D電影拍攝可不僅僅是擺出來兩台立體攝像機就足夠了。

       首先，導演必須對場景布局做到足夠的“胸有成竹”，明確在電影放映的時候，哪些物體“呼之欲出”，那些場景要“推之千裏”，以此來確定攝像機的光軸 方式、距離差和角度差。可以想象，拍攝團隊中必定有這樣的劇務，拍攝期間手持一沓草稿紙，畫出比上圖複雜更多的計算圖，以時刻校準兩台攝像機的拍攝位置。

       在將2D電影轉為3D電影，由於原拍攝過程中可能存在剪輯和角度切換，所以首先需要對於每一幀的畫面都恢復原拍攝視       角，繼而確定3D虛擬立體攝像機的位置，一部90分鐘左右的電影長達十萬多幀圖像，計算量和工作量都十分繁復。

       其次，轉換過程中，要考慮針對於到正負視差的不同處理技術。

       正視差是指，兩眼視線相交於屏幕後方，即所形成的3D效果時“嵌”到屏幕裏的。此時可以簡單地認為，兩視線基本平行，利用人類兩眼的平均瞳距為 6.4厘米，則在3D屏幕上，左右兩幅圖像應該會有約為6.4厘米的位移差。不過，研究表明，多數人腦並不擅長將兩幅差異超過2.5%的圖像融合為一體， 所以對於屏幕寬度小於2.5米的屏幕而言，如果不對兩幅圖像的位移差加以限制，則很可能無法實現立體成像的效果。所以，根據屏幕寬度的不同，要對正視差的 圖像進行不同方式處理。

       負視差是指，兩眼觀察時所形成的視線會在屏幕前相交。也就是，感受到的這個物體應該是跑出屏幕靠近觀眾的。人腦對這種圖像的處理限制，要甚於正視 差。如果負視差的出現次數過多，深度頻率切換過快，一定會引起觀影者的不適應。同時，真正好的3D轉換效果，必定要考慮到影廳不同位置擁有相同觀影體驗， 無論前排還是後排，都會有同樣的負視差效果。

       其實，如果直接拍攝一部3D電影，場景可以被事先安排，拍攝角度的變化，視察的變換就不會有頻繁的切換，同一畫面中的場景遵守相同的深度規則，符合 人眼觀察物體和人腦處理觀察所得的方式。然而，將一部電影轉換為3D就完全不一樣了，很可能在同一場景中為了實現不同物品的深度效果，會帶來沖突的信息。 如果這種沖突處理不當，就會引起觀影者的極大不適應，為影片效果大打折扣。

2. 為電影畫面增加深度信息

       在3D電影制作之前，導演需要擁有一個“深度預算”，即為負視差和正視差的範圍。控制在深度視差範圍內將確保眼疲勞控制到最低限度，這關乎在某時觀 看2-3小時的電影而非幾分鐘的節目人眼的舒適度。該範圍要求日益嚴格。例如，英國天空電視 台最近對大部分素材規定了2%正視差和1%負視差（以幀寬度的 百分比來計量它）的深度預算，短期沖擊效應分別不超過4%和2.5%。

       一旦導演確定下來理想的深度預算，就可以來設計場景中的深度信息了。

       首先，需要將每幅圖想轉化為一個深度圖，如上圖所示，黑白色表示景深範圍，白色最近黑色最遠。最本原也是最粗略的判斷方法是，明亮的更近，深色的更遠。這是一些可以將2D圖片自動轉換為假3D場景慣用的手段。

       幸運的是，實拍出的電影，憑借於常識，大概可以推斷出場景中物體之間的位置關系。所以，對整體場景復原建模之後，再確定每幅畫面的拍攝角度，就可以 對深度信息了然於胸了。然而，一幅一幅手工增加深度信息，仍是一個很大的工作量。這就是為什麽泰坦尼克號3D版本需要450個人員夜以繼日地工作才行。

       其實，目前的3D制作軟件都具有非常出色的目標追蹤功能，一旦場景和模型確定之後，綁定攝像機視角，就基本不會出現物體深度信息混亂的情況。然而卡 梅隆卻不願意享受這樣的便利，他十分苛刻地要求工作人員逐幀檢查每幅圖像轉換效果，有人抱怨稱這個過程是“十分讓人心煩意亂的，就像是用指甲剪修剪草 坪”。

       一旦每幅圖像的深度值都被確定了，那麽就可以對每幅圖像制作出立體成像。有些視頻軟件也具有簡單的2D到3D轉換效果，比如說QQ影音。然而該類軟件只是從顏色上加以處理，然後對每幅畫面做一個位移差，完全是忽視了場景中物體的立體結構，無法考慮不同視角帶來的角度變化。

       複雜的轉換需要重建物體的網格模型，增加立體信息，包括曲面的曲率信息和深度信息等等。由此得到畫面上的復合深度映射，也就是說每個像素點上代表的 都是不同物體的深度值的疊加。以確保物體進出視線時，是循序漸進的。確保物體旋轉的過程中，具有平滑的過度。這些，都需要符合人類的日常視覺體驗。所以， 卡梅隆導演要求工作人員在完成雙視圖之後，必須反復檢查每一幀的立體成像效果，精益求精。

3. 3D的真實效果

       在正常的視覺過程中，我們主觀判斷一個物體的特征時所搜索到深度信息的方式，將加劇2D轉3D的難度。比如說，我們在看3D電影的時候，所感知的並不一定是導演所營造的3D效果，人腦具有玄妙複雜的信息處理能力。

       在高質量的3D電影轉換過程中，必定會考慮大腦的處理信息方式，作為輔助技巧增強影片質量。然而難度在於，人腦對於深度細節的處理又有著非常微妙的變化方式。比如說，如果兩個物體僅僅是遮擋關系，那麽立刻就可以判斷出，被遮擋的物體應該是遠離觀察者的。

       然而，如果觀察類似於下圖的這樣一個景象，我們會在腦海中構建一個透視圖，借助於常識經驗，物體會隨著距離的遠離而變小變模糊，所以觀察者判斷更大更清晰的物體離自己更近。

       對比於人類處理深度信息的這些方式，並且靈活運用這些方式的組合。如果僅僅用視差來轉換3D深度信息，簡直是弱爆了。即便是增加了處理深度信息的算 法，也無法靈活地隨機應變組合運用，甚至在同一場景中對於不同物體會帶來沖突的處理方式。這就是為什麽3D轉換目前還不能用自動的方式來進行，人腦視覺處 理信息太複雜了，我們捉摸不透它的規律，還需要迎合它的處理機制。這正是最大的難點。

4. 泰坦尼克號3D版的轉換經驗

       卡梅隆稱，之前諸多3D轉換電影的效果不盡如人意，主要原因還是因為其投入的時間和精力不足，太過於追求搶占市場先機，無法全身心投入，確保影片轉 換質量。同時，他也強調說，在此之前拍攝《阿凡達》的經驗將有助於泰坦尼克3D版本的轉換，這是其他的電影人所沒有的切身體會。

       不過，阿凡達中使用的2D-3D轉換技術又與真人電影有所不同，因為原本就存儲了物體的三維模型，所以其轉換過程只需要在計算機渲染的時候，多增加一個視點信息就足夠了。

       在泰坦尼克3D版本的轉換中，卡梅隆與著名制片人威廉·謝拉克（William Sherak）的團隊強強聯手。帶領著300名藝術家的團隊逐幀去繪制出每幅畫面的輪廓線，建立起每個物體的三維網格模型，繼而增加視點信息，得到其深度映射圖。這項工作不但需要很充分的經驗，還需要特別設計的軟件來完成，為了泰坦尼克號，全球3D影像巨頭In-Three公司專門就制作出了輔助該步驟完成的軟件。

       卡梅隆導演在之前接受IBC采訪時稱：“至少目前，不要妄想3D轉換有什麽自動的過程。這純粹是一個高度主觀並且重復性的機械性的人工勞動。必須這麽一幀一幀地抓住各幅畫面中的深度信息。”

       所以，這部電影的轉換用了超過兩年的時間，一年用來做前期的準備工作，一年用來轉換。卡梅隆稱，他心甘情願花費這樣的人力物力財力來轉變這個電影，並不僅僅是希望搭載3D電影的風潮，更重要的是希望能夠將泰坦尼克號帶回到更大的屏幕上去，為觀眾們帶來更加震撼的視覺體驗。

       這位苛刻的導演稱，即便這樣精益求精，《泰坦尼克號3D》仍不是真正的3D，只有2.8D，最好的鏡頭也只做到了2.99D。不過，他說，其他的3D電影充其量也只達到了2.4D。