魏 玲（抚顺职业技术学院，辽宁抚顺，113122）

基于Nuke的深度图像合成

魏 玲
（抚顺职业技术学院，辽宁抚顺，113122）

深度图像比一般的RGBA图像能够存储更多的数据信息，并且能直接反映物体表面的三维特征，且不受光照、阴影和色度等因素的影响。本文主要介绍了深度图像以及深度图像合成的概念，然后讲述了在3ds Max中使用VRay3.0渲染器设置并渲染出Deep EXR图像，在Nuke中进行深度合成的实例。

深度图像；三维特征；3ds Max；Deep EXR图像

1 什么是深度图像

在3D计算机图形学中，深度图像指从观察的视角看去，图像所包含信息与场景物体表面距离相关的一种图像或一个图像通道。假设图像深度值的变化方向（即摄像机拍摄方向）与所需要描述的三维场景的视场方向Z方向相同的话，那么就能够很容易地描述整个三维场景，因此，深度图像也称为距离图像。与彩色图像相比，深度图像能直接反映物体表面的三维特征，且不受光照、阴影和色度等因素的影响。在局部空间范围内当不需要颜色域信息时，深度图像可以代替双目成像。

1.1根据深度图像的定义，可以得到深度图有如下两个性质

1.1.1颜色无关性。该性质表明深度图像与彩色图像不同，不会有光照、阴影、以及环境变化的干扰。

1.1.2灰度值变化方向与视场Z方向相同。该性质表明，利用深度图像可以在一定范围内重建3D空间区域，并且可以在一定程度上解决物体遮挡或同一物体各部分重叠的问题。利用该特性，即使2个物体有遮挡部分，物体前后关系在深度图中产生的距离差别，即灰度值的分层性，也可以用某个阈值将遮挡物体或者同一物体的不同部分分割开来，这是可见光图像无法做到的。

深度图像比一般的RGBA图像存储更多的数据，基于每个像素上有不透明不同层度的深度信息。深度图像合成不仅仅是处理大气雾或者云烟等的合成解决方案，尽管现在一般图像的合成流程已经很成熟，但是深度图像合成将来是趋势。

2 什么是深度图像合成

深度图像合成是一种新的渲染合成数字图像的方法。在以前的图像数据里面存储的是颜色，不透明，而现在新加了Deep，这就允许在图像深度上使用多重采样来实现图像色彩的最终合成，使用这项技术可以避免与其他素材合成时出现的错误的抗锯齿效果。在以前的合成方法中，使用Z-Blurring跟Color-Correcting的时候，这些错误十分明显的，现在得以了改进。深度图像合成拥有以下优点：

●优化了合成流程，不管深度图像使用何种格式，有一点是肯定的那就是它会将深度信息渲染集成到了RGBA上面。这样的图像格式（就像EXR格式）必将优化合成流程。

●深度图像更加方便或者说更加自如的使用深度信息来调节图像（比如使用深度信息控制雾效果，调节远处物体的饱和度低些，近处物体的饱和度高些等等基于深度的模拟大气效应的效果）。

●使用深度合成就不用再考虑物体遮挡了，因为有了深度信息，而且还有不同程度的透明度，这就不必渲染输出遮罩层了。

●The Foundry公司开发的Nuke中的Deep 系列节点是基于论文研究Deep Image Compositing的结果，既然深度图像合成理论基础已经很成熟，而且实践上也有很多公司的宝贵经验，那么深度图像合成将来会有更多的优势。

●深度图像合成最大的好处就是以更快的速度完成更高质量的产品。

3 图像合成软件Nuke

Nuke是一个获得学院奖（Academy Award）的数码影视后期制作合成软件，为艺术家们提供了创造具有高质素的相片效果的图像的方法。Nuke无需专门的硬件平台，但却能为艺术家提供组合和操作扫描的照片、视频板以及计算机生成的影视动画图像的灵活、有效、节约和全功能的影视后期制作工具。在数码领域，Nuke已被用于近百部电影、影视动画片和数以百计的商业和音乐电视的影视后期制作。Nuke具有先进的将最终视觉效果与电影电视的其余部分无缝结合的能力，无论所需应用的视觉效果是什么风格或者有多复杂。

4 深度图像合成实例

下面将介绍一个如何在3ds Max中使用VRay3.0设置并渲染出Deep图像并在Nuke中深度合成的实例。

步骤1：在3ds Max中使用VRay渲染器来渲染一个渲染Deep EXR图像。当场景待渲染时，确保3ds Max中渲染器设置成Vary。

步骤2： 设置渲染采样器为Adaptive（自适应）或者Adaptive Subdivision（自适应子部分）以保证渲染出一张深度图像exr文件。

步骤3：在Frame Buffer（帧缓存器）区域中设置为VRay raw image file（图像文件）输出类型，并且在弹出窗口中勾选Deep EXR，如图1所示。

图1　

步骤4：在Render Elements（渲染单元）标签下，添加一个VRayObjectID的渲染元素并设置输出类型参数为Integer（no AA）。重命名你的渲染元素是非常重要的，这里使用一个名字里面含有”.”的名称，在这里面我们就用Mattes.i作为渲染元素的名称，如图2所示。

步骤5：由渲染单元VRayObjectID生成的遮罩是用来控制场景中每个节点对象的ID，由此可知，在渲染之前设置每个节点对象的ID是至关重要的。在这里，给每个茶壶以及它们对应的毛发设置一组ID。最后，也会给地面设置一个ID，这样在这里面我们就一共设置了四个ID。

步骤6：渲染场景生成EXR文件，慢慢等待。

步骤7：在Nuke中合成深度图像。为了在Nuke中能够读取Deep EXR文件我们需要使用到DeepRead。在Nuke中使用Deep EXR的时候，我们只能够去使用以Deep开头的节点，如图3所示。

图3　

步骤8：为了对中间的茶壶进行色彩校正，事先得将节点孤立出来。首先，需要倍加仔细地查看节点的ID。将通道查看器更换为“Mattes”然后调整“f-stop”的参数，直到可以看到色差。这会更加容易地放置指针的位置。然后将指针放在物体对象上，并核查它的“red channel”（红色通道）值。本例中是2.0。

步骤9：接下来，添加一个DeepExpression节点来选出中间的茶壶。添加完之后，我设置图像的RGB以及Alpha通道为下面的表达式。

Mattes.i==2 ？ rgba.red ： 0.0

Mattes.i==2 ？ rgba.green ： 0.0

Mattes.i==2 ？ rgba.blue ： 0.0

Mattes.i==2 ？ rgba.alpha ： 0.0

这里之前设置的渲染元素Mattes.i就起到了关键作用。i的数值为2，也就是你想要单独选出来的那个物体的ID，如图4所示。

图2　

步骤10：我们使用另一个DeepExpression来把中间的那个茶壶从图像中移除出去。添加完之后，我设置图像的RGB以及Alpha通道为下面的表达式。

Mattes.i！=2 ？ rgba.red ： 0.0

Mattes.i！=2 ？ rgba.green ： 0.0

Mattes.i！=2 ？ rgba.blue ： 0.0

Mattes.i！=2 ？ rgba.alpha ： 0.0

图4　

图5　

图6　

把表达式中间的i==2改为i！=2我们就完成了一次反向选择，如图5所示。步骤11：添加个DeepMerge节点，重新合并这两元素，链接到两个表达式节点输出端，如图6所示。

步骤12：对中间的茶壶进行色彩校正，在加入分离茶壶的节点“DeepExpression”之后加入了“DeeColorCorrect”节点。这样以来，色彩校正节点只能作用于中间的茶壶了，如图7所示。

5 合成中的技巧

如果想要在Nuke的3D空间中查看渲染出来的元素，添加一个DeepToPoints节点，然后添加一个Camera，这样一来就会把你的视图设为3D并且可以移动它。为了能够正确的显示出点云信息，在Nuke里面的3D相机必须跟你在渲染时候的渲染相机设置相匹配，否则出来的点云就会是扭曲的。

6 总结

使用EXR的Deep图像合成有很多的好处，例如，边缘不会出现错误、3D的深度数据有更多的信息让你来操作数字图像。它也同样存在缺点就是图像文件会变得非常大，并且合成的时候速度会变慢。

［1］ 张宗华，彭翔，胡小唐.深度图像合成的主次缝合线方法［J］.工程图学学报，2001年

［2］ ［美］ Lee Lanier.Nuke数字影视后期合成［M］.人民邮电出版社，2013.

［3］ 徐建平，朱萍，田秀霞.中文版3Ds Max2010+VRay效果图制作实例与操作［M］.中航出版传媒有限责任公司，2012.

［4］ 王芳，赵雪梅.3ds Max 2013完全自学教程［M］.中国铁道出版社，2013.

Depth image synthesis based on Nuke

Wei Ling
（Fushun Vocational Technology Institute，Liaoning Fushun，113122）

The depth image than the general RGBA images to data store more information，and can directly reflect the characteristics of the 3D object surface，and is not affected by light，shadow and color and other factors.This paper mainly introduces the depth image and the depth image synthesis concept，then describes the use of VRay3.0 render settings in 3ds Max and Deep EXR image rendering，for instance depth synthesis in Nuke.

depth image；3D feature；3ds Max；Deep EXR image

图7