施正宁
前言
当前正处于一个电影技术剧烈变革的时代，也许用不了几年时间看电影时人们就不需要再去打听这部影片是数字电影还是胶片电影了。因为你所观看的电影都是用数字技术映示的，正如现在人们一提光盘肯定就是指数字光盘，前面不再加数字两字一样。而且所有的电影从摄制到放映整个过程都用数字技术，进入一个真正意义的数字电影时代，也许并非遥不可及之事了。
电影是以活动影像技术为基础的艺术,随着技术的进展, 百余年来电影曾经历了从无声到有声,从黑白到彩等几个里程碑式的发展。现在,随着计算机和数字影像技术的高速发展,电影又已开始逐步进入全面数字化时代。从影片前期摄制、后期制作、到拷贝发行和放映全部过程都有了数字化解决方案,并且都已进入实用。 在电影百余年的发展过程中,数字化进程大致开始于上世纪80年代,所用时间并不长,但其带来的变化和影响却是空前的。数字化使电影从媒介形态到制作方式和工艺流程都产生了与传统胶片电影根本性的区别。 一般将活动影像技术分为基于感光化学的传统电影(胶片) 技术, 基于无线电电子学的视频技术和基于计算机科学的数字技术几个方面,因此有胶片影像、视频影像和数字影像等名词之称。它们出现的时间先后有别,甚至还给人以时代差异上的感觉。不过,我认为，如果从物理(或物质)层面来探讨这些影像本身的性质, 活动影像其实就只有胶片影像和电子影像两大类,因为影像主要是光线和视觉(其中包含生理和心理方面的因素)的结合产物。视频影像和数字影像都属于电子影像,尽管数字技术带来的质的差别已远远超过了量上的。但毕竟数字只是一种传达和处理信息所用的形式和方式,影像仍然需要依赖物理的光电子器件才能够获得(除计算器生成的外)八三版射雕，才能为视觉所感受。这里所指的数字并非过去只针对模拟的狭义数字, 而是主要应包涵由数学运算产生结果的广义的数字。电影走向数字化是计算机技术飞速发展的结果,同时也是与电子影像采集和显示有关的光→电、电→光转换器件等硬件技术持续发展分不开的。
以卤化银感光胶片为基础的电影是人类社会第一种能够获取、记录和再现活动影像的技术。胶片集影像采集、记录和显现等功能于一体。理论上电影负片的解像力约为100线对/mm, 通常每个线对相当两行电视行, 35mm学院格式画幅宽度上约有2200线对,相当于4000(4K)电视线。此外电影负片的曝光宽容度大于10挡光圈。拷贝片分辨率一般约为40-5
0线对, 大约相当于2000(2K)电视线,放映时画面最高和最低亮度比接近1000。百余年来,虽然胶片电影的基本形式改变不明显, 但胶片性能，如感光度、宽容度、分辨率、彩还原等方面却在持续改进,其影像质量一直是最高的。 然而,胶片画面只能够用光学化学方式制作和处理,手段比较有限,而且经常需用多次翻制过程,使最终质量下降。此外胶片电影必须采用实物运输才能发行到各处。
晚于电影三十多年的电视,是一种电子影像技术,包括了影像摄取、处理、传输和接收显示等各个方面测绘通报,在解决了记录问题后,成为了另一种完整的活动影像技术。电视当初的设计是为了图像传输、广播以及家庭收看。由于广播时需占用无线带宽，而这是非常宝贵的公共资源,因此在满足一定收看质量条件下限制信号带宽是必须考虑的问题之一。 sqlite3加之当时的硬件技术水平和成本等因素,限制了电视图像的扫描行数等标准的制订,标准清晰度电视在演播室的图像清晰度约为400多线。 信息量更高的彩电视因为需要和黑白电视兼容,度信号带宽进一步被压缩, 彩分辨率更低。而且受彩显像管荧光粉所限, 电视域范围也比电影胶片小，电视图像与电影质量差距较大。以后高清晰度电视HDTV的发展则逐渐提高了电视图像的质量，数字高清电视问世后,质量开始近一步向电影靠近, 而且处理方式也更多样化。现在1080/24p数字高清电视的图像具有1920×1080像素,宽高比为16∶9，近似于电影
遮幅格式。不过，电视往数字和高清方面发展，其数据量也随着信息量的增加而显著提高。 我们一般称非广播目的的电视技术为“视频技术”，因可不受广播的带宽制约，在处理时，视频数据量高些也无妨（现在，即使广播，由于采用了数字压缩技术,带宽并无太多增加）。 视频图像由行和场扫描构成,它的处理是在行和场电子扫描信号的基础上进行的, 可以进入图像的局部进行处理而且方式灵活多样。目前在电视显示器件方面,满足高清分辨率的 LCD、PDP等大尺寸平板型显示器件，和可利用更大尺寸投影银幕的DLP器件发展非常迅速,基本上已经摆脱了电视系统受显像管荧光粉域较小带来的局限,使彩还原得以改善。
数字影像主要指由计算机生成的影像(CGI), 或者用计算机数字技术处理的影像。虽然它们的显示也用与电视基本类似甚至同样的电子显示器件，不过由于不受电视制式制约, 数字影像分辨率可按需要做得更高,它的彩空间也可另行定义,质量可以更高。数字影像以像素为基本单位,处理时可以进入图像的微观部分,并且以数学运算方式实现。 因此在既复杂又变化繁多的影像制作和创作中,只要能够想得出来,就有可能做得出来。事实上,计算机数字影像、计算机动画等技术早已广泛应用在许多行业,也逐渐在电影行业中开始应用。不过影视等活动图像的数据量非常高,用于电影制作必需使用功能强大的计算机系统。幸运的是,近年
计算机系统、数据存储、高速网络、及相应的通用和专用软件发展速度惊人,已完全能够满足这方面的需要。
模糊神经网络 以下分几个方面对电影的数字化（未涉及电影的声音数字化）作一较全面的回顾：
小笠原岛
数字视觉效果
或许数字视觉效果（或特技）制作是最早将电影引入数字领域的一扇窗口。因为用传统的光学、化学、机械等结合方法制作电影特技,有许多效果无法实现,而应用计算机技术这些难题则能够迎刃而解。电影制作中第一部局部镜头采用计算机生成二维影像的影片或许是《西部世界》(1973),它的续集《未来世界》(1976)则用三维CGI的线框图生成了脸和手。
乔治·卢卡斯的科幻巨片《星球大战》(1977) 据说是第三部采用这种技术的影片。不过让这部影片更加令人赞叹的则是其中显现得非常真实的宇宙空间活动合成景象。卢卡斯于1975年建立的制作基地“工业光魔” (ILM)在这部影片制作中开始运用计算机来控制摄影机的复杂运动,一套称为决定系数Dykstraflex的设备,使摄影机能够在指令控制下精确地按多维轨迹复制运动,使多重合成景象显得非常真实。此外,它还具有背景、前景和灯光效果等多重复用的能力。这种在摄制中运用“运动控制”所获得的效果是传统活动遮片特技制作无法比拟的。
1982年,迪斯尼 科幻影片《TRON》,以及1984年《最后的星球战士》则是最初的两部大投资的实体三维CGI制作。《TRON》中有15至20分钟计算机生成的画面和实际拍摄的镜头剪接在一起。但是这些影片商业上并不成功,而且还导致多数导演对使用CGI镜头的意愿降低,因为他们感觉角形象太过于像计算机生成的了。1988年迪斯尼影片《谁陷害了兔子罗杰》的制作也是一种有代表意义的做法,画面是计算机动画角兔子罗杰与真实拍摄的景物合成的。直到1989年,ILM制作的具有复杂效果的影片《深渊》获得奥斯卡视觉效果奖,CGI才再次赢得电影界的重视。在1992年《终结者-2,审判日》中,以CGI角为中心,形象变化着的液态金属反面角终结者T-1000完全结合到整部影片的动作片段中。
1993年《侏罗纪公园》中，CGI创作的恐龙天衣无缝地融入实际的动作片段中,成为电影工业的一次革命。它象征着好莱坞从逐格动画和传统光学特技向数字技术的转型。1994年《阿甘正传》中的CGI效果多种多样,其中有一些用数字技术将阿甘合成到真实历史事件中去的镜头。上世纪90年代采用数字技术的影片得到迅速发展,到本世纪初数字形式的特技制作已占绝对优势。技术已经发展到这样一种阶段,可以使用虚拟特技替身,摄影机跟踪软件也变得更为精确,使过去无法制作的日益复杂的视觉效果成为可能。在人山人海的大场面里,越来越多地通过先进的众集结仿真软件,使用计算机生成众演员了。
三维计算机动画电影结合了三维建模和运动编程,创建的角和物体活灵活现。其中动画人物有虚拟的活动骨关节,用虚拟的牵线木偶控制器操纵它们的动作与运动, 控制器的数量高达成百上千。有些影片中,仅控制脸部活动就用了七百多个控制器。1995年,一部完全用计算机生成的迪斯尼动画故事片《玩具总动员》大获成功。从此，许多动画片厂都投入这方面的制作, 迪斯尼公司也从传统动画制作转入计算机动画制作。
2005年,重拍故事片《金刚》时,设计人员用真人演员帮助确定大猩猩在镜头里的位置,并且还用他的表情为这个动物模仿人的特征。2001年,SQUARE PICTURE的科幻片《Final Fantacy: The Spirits Within》曾用计算机生成像真人的角,但结果似乎不太理想,一些评论认为可能是因为主要角面部表情有些不可思议。看来用计算机生成真人一样的角尚有一段路要走。
电影数字视觉效果制作获得的辉煌成就,首先归功于各种有关计算机软件,如Autodesk 3ds MAX、Autodesk Maya、Softimage XSI、LightWave 3D、Pixar Renderman以及其它许多优秀软件。它们版本不断升级,新软件也陆续出现,推动着电影数字视觉效果一直往前发展。
高分辨率电子中间系统
许多胶片拍摄镜头的画面需要用计算机技术加工和处理,例如: 进行影像合成、线痕(如线缆,演员的吊绳)去除、部分彩校正、改变照明、影像增强、滤光效果、影片缺陷消除和修复等。另方面，有些特殊视觉效果以及角物体的创作也越来越多依赖计算机技术制作，这些处理和制作过程获得的数据最后需再转回到胶片,以便和其它的场景剪辑在一起。
柯达公司在1988年推出了“高分辨率电子中间系统(High Resolution Electronic Intermediate System )”。这个系统的流程特征是,胶片进 (film in) 和胶片出 (film out)， 而中间过程为计算机加工处理。这需要先将原底片的画面转换成数字影像的数据以便计算机处理加工，获得的数据再转回到胶片上,作为中间底片输出。这个系统要求是透明的,即经过数字加工处理和转录后输出的中间底片在质量上应该和输入的原始影片相同, 即几乎没有可察觉的质量下降,中间底片与原底片间应能做到无缝拼接(seamless cut) 。
柯达在沟通化学影像与电子影像方面，曾做过大量研究工作。例如,将摄影曝光胶片与用扫描曝光胶片的影像质量进行测试对比,获得的结论认为用4000线扫描的影像质量与原底的影像质量大体相当,而影院35mm拷贝放映的影像质量则相当于2000扫描线,即使继续增加扫描线数, 放映质量也无明显提高。然而,用4000线底片印制的拷贝则较用2000线底片印制的拷
贝质量高。对影片数字化所需量化级数也作了许多研究,认为不应低于10比特深度,对于底片则不应低于12比特(对数) 。在影片宽容度方面,要求应当有10挡光圈左右的曝光范围。
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