原创《立体动画的双眼成像原理》
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摘 要：本文通过对立体动画的视间距成像原理、会聚立体成像原理、视差立体成像原理三方面介绍了立体动画视觉成像,并对其在立体动画电影中的应用与影响做了论述,希望对立体动画制作者给予相应的借鉴.
关键词：立体动画；立体电影；立体成像原理
双眼立体成像通俗是指,人们通过左右双眼所看到的画面形成有空间景深的立体图像.立体动画电影中,如两幅画面的视间距、会聚和视差的调整等客观因素都会引起空间上的立体感,进而形成观众的双眼立体视觉.
一、立体动画的视间距立体成像原理
我们把轴间距、瞳间距、孔间距等称之为视间距,也就是人类双眼瞳孔间平均64毫米的距离.在立体动画制作过程中,借助了立体摄影原理形成了立体动画的视间距原理.利用视间距模拟出人的双眼去制作动画的立体景深,制作不懂层次景物左右偏移模拟立体摄影机的轴间距,这是立体动画空间景深制作最重要的环节,也决定了立体动画的景深空间.
如（图1左）所示,如果把立体摄影机的轴间距拉大,银幕前的观众所看到的景深立体空间就会被加深；反之,如果把立体摄影机的轴间距推近,则银幕前所呈现的景深立体空间就会变浅.总的来讲,视间距参数的变化所决定立体动画画面的视觉效果是艺术与技术结合的产物,会影响到动画片的立体效果、镜头运动、画面景别的应用.
在设置立体动画的虚拟摄相机参数设置时,视间距一般会以50毫米的视间距为准则.在立体电影拍摄时,立体动画摄影师会根据自己总结的经验,把视间距设定为镜头中最近的画面元素到立体摄影机1/30-1/40之间的距离就可以被广大观众接受,这个区间值是模拟了观众两眼瞳孔之间的平均距离所得出的.假设,被摄景物在摄像机的2米以外的位置,合理的视间距应该被设置为50毫米左右.因此,大多三维软件中立体摄像机视间距参数就选用了5厘米作为默认值,用户只要对会聚等参数做一些微调以后,就可以形成安全、富有景深空间效果的立体图像.
二、立体动画的会聚立体成像原理
在日常生活中,人们在观察位置较近的物体时眼球会向着中间会聚,在观察位置较远的物体时眼球向两边相反方向分离.也就是说会聚是因为人类眼球的转动而产生的视觉现象,在设置大多动画制作软件的虚拟摄像机参数时,如（图1右）所示,如果调节虚拟立体摄影机的垂直轴线使其相互平行,则被拍摄到的景物在立体画面中绝对是在银幕之外（即负视差）；如果调节虚拟立体摄影机的垂直轴线使其向中间稍微转动,则呈现的立体景物就会部分在银幕之内形成入屏（正视差）效果,另外还会有一部分在银幕之外形成出屏（负视差）效果；如果继续把虚拟立体摄影机的垂直轴线夹角加大,会聚点被放在角色身上,所形成的立体画面就会出现卡通角色在银幕（零视差）位置,背景画面则在银幕之内的效果.
三、立体动画的视差立体成像原理
视差（parallax）简单来说就是人们的立体错觉,是指人类两眼看到同一个物体时,呈现的画面在视觉上形成的位移与细微差别的现象,这种能够产生有空间感的立体效果的现象被称之为视差.立体动画的空间形成中,视差是视间距和会聚的共同作用所形成的产物.立体画面的制作过程就是利用视差原理,在图像中找出相应的深度信息来进行立体画面的匹配,制作出两个视点不同的图像,最后被观众的大脑接收并处理形成立体观感.立体动画的视差按照其所处银幕的空间位置,可把它分为正视差、负视差和零视差三种类型如（图2）所示.
立体动画的正视差是指,人们在观影时发现景物与角色在银幕之内的现象,即镜头的景深层次被“推入”到银幕里面的现象.观众欣赏到的立体画面为正视差镜头时,他们两眼的视线轴正好处于平行状态,瞳孔正好在眼球中间位置,这样才能获得最舒服的观影体验,这也是整部立体动画最常用的立体效果
立体动画的负视差是指,观众在观影时所看到的景物在银幕的前方会聚的现象,即人们在观影时所看到景物与角色在银幕之外出现的效果.由于人类大脑接受负视差画面信息时双眼要向中间会聚,造成了其舒适感要低于正视差,所以一部立体效果好的动画电影不会有太多的负视差镜头画面.如果出现很强的负视差画面这一定是剧情的特别安排,给观众耳目一新的立体视觉体验需求.
零视差是指,观众在观影时所看到的景物在银幕位置会聚,也就是人们看到的景物正好处于银幕位置,俗称零屏幕.此时立体动画场景中的画面元素视差为零,空间中景物水平位置无左右偏移现象.最简单来讲,早先普通电影完全是零视差电影.
在制作立体动画电影时,左右双眼画面产生的差异不能太过夸张,例如要避免出现视线不行视线轴夹角过大的现象,观众不能快速地把差异过大的图像信息在大脑中处理成立体景深图像.所以,在立体动画的视差设置时要充分考虑银幕的宽度,合理安排视差在银幕中的分布.
在立体动画电影的制作中,场景的空间景深在制作之前需要被设置好,要使其遵循人眼的立体成像原理.动画导演与立体制作总监要对整部动画电影进行画面空间景深层次的详细评估,合理地设置正视差和负视差的景深左右偏移区间,控制好每个动画镜头之间的视差值,把观众在观看立体动画的眼疲劳降到最低而不至于损失立体空间.微观来讲,立体成像决定了人们在影院里90分钟观影舒适度；宏观来讲,立体成像决定着一部立体动画电影票房收入高低.
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