二、跟踪和稳定

　　我们都知道摄影机镜头的运动，对于影视作品而言是非常重要的。固定镜头的画面很容易显得死板而泛味。想想如果要你看一部全部是固定镜头的电影，一定会非常痛苦（这样的电影不是没有）。不幸的是，镜头的运动给数字合成提出了一个难题。因为合成镜头是由几个来源不同的画面合在一起的，如何保证这些画面有完全一致的镜头运动？影视特技制作者都要面对这个问题。

　　最简单的解决方法是把摄影机固定住。所有素材都用固定镜头，自然可以解决这个问题。事实上，早期的特技电影大多这样做，即使是现在，为了方便制作，节省经费等，这种做法仍然很常见。但这是影视艺术上的倒退。因为这样做会大大降低镜头的视觉冲击力，也使特技镜头的魅力大减。70年代，乔治.卢卡斯和其他特技先驱们，在制作《星球大战》时设计了一套机械系统，它可以记录摄影机的运动方式，然后准确地重复这种运动，保证了几次拍摄都有相同的摄影机运动。这种设备称为运动控制系统。后来经过许多的改进，它与计算机结合起来，终于可以重复摄影机的机械运动，并可以控制三维软件中的虚拟摄影机来模拟这种运动。

　　这种系统在好莱坞特技影片中一直发挥着重要作用。但是这种系统也有很多缺陷：首先是它非常昂贵，因此影响了它的普及。我国一直没有这样的系统投入使用，近年来各大电视台广泛使用的虚拟演播室技术，与此有相当多的共通之处，但并不能替代它。其次，作为机械系统，它的使用相当复杂，对于摄影机的运动也有相当多的限制。

　　数字合成中的跟踪技术可以部分地解决这个问题。跟踪是这样一个过程：选择画面上的一个特征区域（有时称为跟踪点），由计算机自动地分析在一系列图像上，这个特征区随时间推进发生位置变化。跟踪得到的结果是一系列的位移数据。一般来说，软件会让使用者指定一个矩形的区域，作为特征区。这个区域应该满足这样一些条件：区域内的画面有明显的颜色或亮度差异，区域内物体形状没有明显的变化，区域内的物体不会长时间被其它物体遮盖。这样的特征区便于软件搜索查找，同时不会因为被遮挡而使软件失去其踪迹。软件还会让用户指定一个搜索区域，这个区域比特征区大，应该包含特征区在下一帧画面上出现的范围。在下一帧，软件就会在搜索区内查找特征区的位置，计算出位移量，并根据特征区的新位置，自动设置新的搜索区，以便在下一帧的查找。利用这个搜索区，可以让软件把搜索局限在一个较小的范围，而不用在整个画面上搜索。这样既提高搜索速度，又减少出错的可能。不过搜索区的范围必须设得合适，太大会降低搜索效率，太小则特征区有可能移出搜索区之外，从而使跟踪失败。

　　那么我们如何使用这些位移数据呢？最常见的用法是，把另外一个画面中的物体按照这个不断变化的位置贴到刚才跟踪的画面上。这样这个物体就会与画面同步运动，好像它们本来就在一起。这样既可以用来跟踪本身就是移动的物体（例如把一个徽标贴在画面上一辆行驶的汽车上），也可以用来跟踪移动镜头中的固定物体。我们也可以利用这些数据，例如在一座楼房上增加一个霓虹灯。我们把跟踪画面向反方向移动相应距离，就可以抵消原来镜头的运动，使特征区域在画面上保持在原来位置上，就好像摄影机固定的一样。这就叫稳定。

　　只利用一个特征区的跟踪和稳定，称为一点跟踪，是跟踪最简单的情形，因为这种跟踪只能得到位移信息。但摄影机镜头的运动方式远非如此简单：镜头的推拉和变焦会产生图像的放大缩小，镜头的转动会造成画面旋转。一点跟踪无法得到这类信息。但如果同时跟踪画面上相对位置不变的两个特征区，得到两个位置点，就可以从两点间距离的变化推知画面的放大和缩小，从两点间连线的角度变化，得到画面的旋转，所以两点跟踪比一点跟踪更进一步，通过它可以得到画面放缩和旋转的信息。镜头的运动还常会造成画面透视的变化，例如摄影机围着一台电视转，电视屏幕的透视就会改变。如果我们同时跟踪屏幕的4个点，就可以模拟这种透视变化，把一幅画面准确地贴在电视屏幕上，这就是四点跟踪。

　　当然，摄影机运动造成的画面变化远不止这些，目前较新的软件都引入了多点跟踪，它们通过对大量跟踪点的运动进行分析，可以准确地得出摄影机实际运动的轨迹，大家最熟悉的软件可能就是Maya Live了。对于二维的画面而言，要重现摄影机复杂运动造成的各种变化几乎是不可能的，但对于三维软件而言，这种摄影机轨迹可以用来控制虚拟摄影机，使三维生成的图像与实拍镜头的摄影机运动相吻合，这样就可以方便地进行合成了。

　　为了方便后期的跟踪处理，在实拍合成镜头的素材前，必须要预计镜头的运动，按照跟踪的需要布置好跟踪点。有时候画面上自然形成的高反差点可以作为很好的跟踪点，比如楼房的角点，远处墙上的显眼招帖等，有时必须自己设置跟踪点，比如在要跟踪的位置上画上颜色鲜艳的十字叉，或固定一些网球之类物体。其原则就是：首先跟踪点要与周围画面形成鲜明的反差，其次跟踪点的形状不要随镜头的运动而变化，此外还要布置足够的跟踪点。当镜头移动时，一些跟踪点会移出画外，或被遮挡，这时应有足够的其他跟踪点来保证跟踪仍可进行。设置跟踪点时还要注意，一般人工设置的跟踪点在最终合成画面上都必须去掉，如果合成时正好可以用前景物体把它盖住是最好不过了，如果不行可能就得用手工的画面修补方法把它去掉。如果是这样，设置跟踪点时还必须考虑以后便于修补，还会造成太大的麻烦。