刘成锁 杜新彦

(1.河北师范大学美术与设计学院,河北石家庄 050024)(2.河北师范大学新闻中心,河北石家庄 050024)

1 球幕电影及其放映面临的问题

近年来,随着我国经济的高速发展,全国各地天文馆、科技馆、大型娱乐设施中的球幕影厅越来越多地出现在我们身边,球幕影厅中放映的球幕电影(穹幕电影)因其沉浸感突出的放映效果而成为受到大众欢迎的特殊电影类型,正在发挥着日益重要的科学普及、娱乐休闲作用。

球幕电影图像是投射在半球形银幕上的曲面影像,影像的水平视角360度,垂直视角180度,球幕电影放映时,观众被直径几米至数十米的巨大半球形影像包裹,因观众肉眼视野范围内看不到影像的边界,同时双耳被多声道的环绕声场包围,从而产生极强的视听沉浸体验感。

球幕电影曲面呈像的特殊性决定了它的放映场所必然是半球形影厅,普通影厅的矩形银幕无法正确显示球幕电影的影像内容。而球幕影厅高昂的建造成本,限制了球幕影院的普及,从而影响了优秀球幕电影内容的传播范围。在经济欠发达地区,这种现象尤为明显,由于缺乏实体球幕影厅放映设施,许多观众从未有过球幕电影的观影体验。在特殊情况下,于常规实体放映手段之外,如何将优质球幕电影内容通过数字媒体手段进行更为广泛的社会传播,让更多的观众足不出户,通过新媒体手段在球幕影院之外体验球幕电影的魅力,成为现代影像工作者面临的一个课题。

针对上述问题,本文提出了使用VR 全景视频手段展现球幕电影内容,实现球幕电影内容跨媒介虚拟放映的解决方案,此处所指“虚拟放映”,是指利用全景影像技术在个人VR 终端的虚拟空间中播放原本需要在现实世界实体球幕影厅放映的球幕影片内容,借助VR 沉浸式媒体技术手段,实现球幕电影在球幕影厅之外的智能手机VR 眼镜、HMD头戴式显示设备、个人计算机等显示媒介上的更大规模社会传播。

实现球幕电影的VR 全景视频虚拟放映,需要解决图像变换、网络传播、跨媒介VR 播放三个主要问题,这需要从球幕影像和VR 全景影像的技术标准谈起。

2 球幕电影影像与VR全景视频影像

当前数字球幕电影的世界通用影像格式为Dome Master,2005 年IPS (国际天文馆协会)的球幕电影放映文件规范中将Dome Master定义为等距方位鱼眼图像 (equidistant azimuthal fisheye),Dome Master属于球面方位投影的一种,中文也称为等距方位投影或等距天顶投影,该格式规定球幕电影影像为宽高比1∶1的正圆形影像,圆形图像的四边与正方形边框正交相切。在地平式球幕影厅中,Dome Master 图像的圆心位置为放映影像的天顶位置,图像的下方为放映影像的前方,图像的左侧为放映影像的左侧,图像的右侧为放映影像的右侧,而图像的上方则为放映影像的后方,图像水平视角360度,垂直视角180度,如图1所示。

图1 球幕电影Dome Master图像

VR 全景视频,也称360°video,目前VR 全景视频图像的通用格式为等距柱状投影图像(equirectangular projection),它是全球形影像的经纬映射图像,VR 全景视频图像的宽高比为2∶1,图像的左右两个垂直边缘可以无缝衔接在一起,图像的上边为球形图像的北极点,图像的下边为球形图像的南极点,图像水平视角360 度,垂直视角360度,如图2所示。

图2 全景视频的等距柱状投影

从观众的观影体验上分析,球幕影像与全景视频两者都是包裹观众视野的曲面沉浸式影像,区别在于常规球幕影像是半球形影像,而VR 全景视频为全球形影像,球幕影像尺寸是VR 全景视频影像尺寸的1/2面积,这种内在的关联为两者之间的转换提供了契机。

3 球幕影像的VR全景视频转换制作与传播

由于球幕影像与VR 全景视频存在前文所述的内在联系,因此可以通过球形方位投影与等距柱状投影之间转换,实现两者之间的转化。下面以笔者导演的原创4K 数字球幕电影 《巡天先驱——郭守敬天文成就》的VR 全景视频转换为例介绍具体的变换方法。

考虑到操作的便捷性,我们使用用户群巨大的Adobe After Effects(下文简称AE)作为球幕电影VR 视频转换软件。

运行CC2018 以上版本的AE 软件,将图像尺寸为4096×4096像素的球幕电影PNG图像序列帧文件导入到项目窗口中,以该素材尺寸创建一个新的合成,图像出现在时间线上,如图3所示。

图3 变换前的球幕电影原始图像

为时间线上的球幕电影序列帧添加菜单栏中“效果”下的“沉浸式视频”中的 “VR 转换器”命令,输入选择“鱼眼(球幕)”,输出选择“球面投影2∶1”,重定向摄影机视图中的倾斜 (X 轴)设置为-60度左右,如图4所示。

图4 添加VR 转换器命令,设置相关参数

将重定向摄影机视图中的倾斜 (X 轴)设置为约-60度左右是为了让观众观看球幕电影VR 全景视频时,获得更加贴近在实体球幕影厅内的观影体验。现代球幕影厅半球形银幕一般采用倾斜30度的方式建造,即球幕球冠面与地平面呈30度的夹角,此外,观众座椅也一般向后倾斜30度,两个角度叠加会产生60度左右的倾角,此种模式下,观众观影时躺靠在座椅上,不需仰头便可看到半球影像接近天顶的斜上方位置。为使观众在观看球幕电影VR视频时,获得类似的体验,球幕影像转换为VR 全景视频时,设置一定的X 轴倾斜值,可保证VR 视频观众戴上头戴式显示器后,在正常坐姿平视状态下时,视线正前方看到球幕影像靠近天顶斜上方位置的内容,如图5所示。

图5 VR 全景视频X 轴倾斜角的设置

经过上面的处理,球幕鱼眼影像将被转换为等距柱状投影图像。由于球幕影像与VR 全景视频视野范围的不同,在等距柱状投影图像中会出现1/2的空白面积区域,如图6所示,棋盘格区域为图像空白透明区域。

图6 含有1/2空白区域的等距柱状投影影像

对于图像中空缺的这部分内容,可通过填补球幕影厅全景图的方式实现全景图像的补全。球幕影厅全景影像的获取可通过全景相机实地拍摄全景图像,或者使用Maya、3dsmax、C4D 等三维动画软件渲染虚拟球幕影厅全景图像方式来获得。为突出合成后的球幕电影内容,避免喧宾夺主,用于填补空白区域的球幕影厅全景图像应为影厅内景的暗调影像。

将球幕影厅全景图像添加到合成中,将其放置在球幕电影影像图层的下方。为球幕影厅图像添加菜单栏中 “效果”下的 “沉浸式视频”中的 “VR旋转球面”滤镜,调整其中的倾斜 (X 轴)参数(本案例为30度左右),使其图像上边缘的透视曲线与之前调整好的球幕电影影像下边沿吻合一致,为使上下两部分内容的交界边沿过渡自然,可对边沿添加少许羽化处理,如图7所示。

图7 调整图像的曲线透视线与球幕影像的下边沿吻合一致

渲染输出经上述步骤处理后的合成图像,便可得到宽高比2∶1的等距柱状投影全景视频,至此,球幕电影的VR 全景视频转换制作完毕。

将球幕电影图像转化为VR 全景视频后,我们可以将其上传到专业全景视频网站,实现球幕电影内容的大范围网络传播。

当前,Youtube、Vimeo、爱奇艺、优酷、Bilibili等国内外主流视频网站已支持VR 全景视频的上传与在线播放,这就为球幕电影VR 视频大范围社会传播提供了更为方便快捷的方式。在这些网站之外,还有一类专门的全景视频网站,如Uto VR、橙子VR、720云等,这些网站提供了专门的全景视频上传、分享、观看功能。平台审核通过后,便可将该视频通过微信、微博、QQ 等新媒体手段分享,进行广泛传播。

4 球幕电影VR视频的跨媒介观看

球幕电影转换为VR 全景视频并发布后,终端用户可以使用智能手机、平板电脑、头戴式显示器和PC电脑观看转换后的球幕电影内容。

4.1 使用智能手机VR眼镜观看

搭配智能手机使用的VR 眼镜是当前较为普及的大众VR 影像观看设备,智能手机安装相应应用软件即可观看VR 影像。以Uto VR 为例,在手机端安装Uto VR 应用软件,访问前面分享的作品链接或者搜索作品名称,就可以观看该球幕电影了。观看过程中,可点击右下方眼镜图标切换为左右眼VR 观看模式,此种模式下,手机的陀螺仪功能启动,观众可通过转动头部来选择观看视点。

4.2 使用头戴式显示器观看

头戴式显示器安装全景视频播放器后,运行全景视频播放器,打开网络连接或本地文件即可播放全景视频文件。

以用户群较大的HTC Vive头戴式显示器为例,安装Steam VR 并运行后,运行其中的媒体播放器,选择本机的全景视频文件, “FORMAT”下选择“360°”即可观看全景视频,如图8所示。

图8 使用Steam VR 的媒体播放器播放全景视频

Steam VR 的beta版媒体播放器已支持球幕电影图像的直接播放。在媒体播放器面板中 “FORMAT”下选择 “Fisheye”时,Angle 设为180°,Direction设置为Up,可直接打开Dome Master格式的球幕影像文件观看,只是此时在VR 影像中有1/2的半球形区域是黑色的,如图9所示。

图9 使用媒体播放器播放鱼眼影像

4.3 使用电脑端观看

使用电脑端观看球幕电影时,可在电脑端安装具有全景视频播放功能的播放器 (如GoPro VR Player、Insta360player等),使用播放器打开VR全景视频文件,切换播放模式为VR 模式,实现球幕电影内容的PC 端观看。观看球幕电影过程中,用户可通过鼠标拖拽画面改变观察视点,如图10所示。

图10 球幕电影VR 视频的电脑端播放效果

通过前述处理,便实现了基于VR 全景视频的球幕电影虚拟放映,观众可在多种终端平台上欣赏精彩的球幕电影。需要指出的是,受手机、头戴显示设备显示视场角的限制,此种观看模式与在球幕影厅观影相比,尚存一定差距。首先,VR 显示设备视野在65度到90度之间,而人眼在球幕影厅内的视野可达150度左右,VR 显示设备的视野限制在一定程度上削弱了球幕电影虚拟放映的沉浸感体验; 其次, 球幕电影VR 虚拟放映是个人化的观影行为,观影过程缺少多人同时在场的实体观影氛围感;第三,在转化后的全景影像中,上半部球幕影像的亮度、色彩变化不会影响下半部剧场座椅图像,剧场内景图像较为死板,视觉观感上有一定的虚假感。

虽然存在上述问题,但在球幕影厅硬件建设制约背景下,通过VR 全景视频观看球幕电影仍不失为一种以新媒体手段传播优质球幕电影内容的有效解决方案。

5 结语

球幕电影影像与VR 全景视频具有视觉感受上的高度相似性,通过技术变换,我们可将Dome Master图像与等距柱状投影图像进行有效的转换,借助专业的全景视频网站实现球幕电影的网络传播,在手机端或头戴式显示设备上使用全景视频应用实现基于VR 全景视频技术的球幕电影虚拟放映与观看。相信在球幕电影实体放映受限的地区与时段,此方案可让大量优质球幕电影内容借助VR 全景视频手段实现更为广泛的跨媒介社会传播。未来,实体放映与虚拟放映结合的混合式影像传播,能够让更多的观众感受到球幕电影的魅力。❖