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4D数字电影技术的发展

作者：陈砚池

来源：《数字技术与应用》2011年第05期

摘要：本文将通过对4D数字技术的形式和特点、制作原理入手，来剖析如何运用三维软件来制作立体电影或动画以及在制作及欣赏中要注意的一些问题。 关键词: 4D数字 4D技术 电影技术 数字音响系统

中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1007-9416（2011）05-0089-02

随着《阿凡达》等3D立体影片的热映，3D概念已走入“寻常百姓家”，逐渐为广大观众熟悉并喜爱。在上海世博会上，方兴未艾的3D电影竟然已经“过气”，4D电影开始大行其道，为游客奉献了一场场感官盛宴，随着数字技术的发展，数字电影在人物、环境、角色配置方面的刻画栩栩如生，由于所有的设定是由计算机制作、生成、调试的，在影片制作和影片表现力及其输出上，数字电影可以按照假定的理想环境制作出比真人、真动物出演的影片的效果还到位，这一数字技术已成为当今数字电影发展的主流。目前上海世博会上，美国馆、泰国馆、气象馆、石油馆、太空馆、辽宁馆、吉林馆、广州馆等都有4D电影放映。 1、4D技术的形式和特点

近几年流行起来的4D数字电影，是依靠三维立体电影和周围环境模拟组成四维空间带给观众更加逼真的观感。它是在三维立体电影和特技影院相结合共同来完成的。随着三维软件技术在国内越来越广泛的应用，4D数字电影技术也得到了长足的发展。运用三维软件制作立体电影有着比其它软件独特的优势，由于三维场景本身就具有立体特性，与成像相关的各种参数及其脚本也很容易在软件环境中加以调节及运用等。近年来4D在3D技术的发展上非常迅猛，4D影院的表现形式也根据人们不断提高的娱乐需求有了很大的发展，目前平面银幕方式的4D影院正受到银幕是环球方式的冲击，而新型特技座椅配合动感控制平台，又使4D技术进入了一个崭新的阶段。在进入21世纪后，大直径、多画面的柱面4D影院逐渐成为主流。尤其是柱面银幕4D影院的出现，各种动感平台，旋转平台，轨道车也根据剧情进入影院，成为当今发展最为迅猛的4D影院类型。

4D数字电影除了具备立体的视觉画面外，放映现场还能模拟自然界中的闪电、烟雾、雪花、气味等现象，安在观众的座椅下的控制机关还能产生下坠、震动、喷风、喷水、扫腿等动作。这些现场特技效果和立体画面与剧情紧密结合，在视觉和身体体验上给观众带来全新的娱乐效果，犹如身临其境，给人以无限的的遐想和心灵上的享受。

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在世博会石油馆和辽宁馆播放的4D技术是目前国际上新兴的一种特种电影院形式-----动感影院，它是在传统的立体影院、4D影院基础上发展而来，相比较于其他类型影院，具有主题突出、科技含量高、效果逼真等特点和优势，其中辽宁馆的4D电影，它可以同时容纳约50名观众观看电影，欣赏时参观者还可以感受到色、香、形、味、动的全方位体验，火山喷发，地动山摇，观众的坐椅也跟着震颤起来。随着飘雪镜头出现，我们惊奇地发现，“雪花”真的落在了手背上。4D技术不仅应用到了机电控制技术、传感技术 、同步控制技术 、仿真技术 、气动装置技术 、气动控制4D动感座椅 、偏振立体显示技术，而且还运用了数码影视技术 、图像拼接技术等，这些技术为支撑4D的发展起到了非常重要的作用。 2、4D技术制作的原理

在现实生活中，人们通过眼睛观察的周围环境之所以是立体的，是因为人的两只眼睛所处的空间位置不同，可以从两个不同的视角同时获得两幅不同的场景图像，人的大脑对这两幅图像进行处理后，不仅能分辨出所观察物体的颜色、质感等光学信息，还能根据两幅图像的差异判断出物体与双眼的距离等空间信息。这样一幅立体的画面就呈现在脑海中。由于人的双眼所处空间位置的差异(这个距离一般用国际平均值6.35厘米)，致使现实环境分别在两眼中形成两幅有细微差别的图像，这两幅图像经过大脑的识别处理，人就能感知环境物与人眼的距离和环境物的状态(包括大小，颜色，材质等信息)。如下图所示：

红色三角形与绿球相交的区域为左眼看到图像，而绿色三角形与绿球相交的区域则为右眼看到图像。左右眼的图像同时被大脑接收，融合，并加以识别，人就知道绿球与人的距离，绿球的大小，颜色，材质等信息，立体图像就在大脑中形成。当然，如果绿球处于运动状态，那么两眼将不断的刷新各自看到的图像，并交给大脑进行处理，人也就可以不断更新对绿球的感知信息。

由双视角成像过程，我们可以知道，是同一环境分别在左右眼形成有细微差别的图像，经过大脑的识别处理，使我们感知立体环境的存在。也就是说，为了模拟双视角成像，必须首先有左右两个相机去捕获环境影像，然后将左影像交给左眼观看，右影像交给右眼观看，最后大脑才能进行识别处理形成立体图像。这就是立体图像的呈现方式。 3、4D影院技术的构成形式

完整的4D影院技术主要有四部分组成，产生的效果把视觉，听觉，触觉合为一体，令人体验身临其境的感受。 3.1 4D动感影院的银幕

从视觉角度讲，采用180度的柱面环幕立体影像——它是指银幕保持在有相同圆心的一段弧度上，而不是一个平面（平幕）上。银幕的高宽比例为16 :9，柱面环幕3D物体运动影视范围大为扩展、开阔视野，摆脱了平面视觉束缚，使影视空间和现实空间更为接近，并且可以产

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生横越、环绕等多种运动方式，从而产生时空变换的感觉。银幕对电影欣赏经历产生几个方面的影响，最重要的是在电影画面质量方面：亮度,彩色还原和对比度，并通过潜在银幕中的瑕疵分散注意力。银幕还能对银幕后扬声器系统的声学性能产生影响。所以影院的银幕是很重要的。

3.2立体眼镜

由于目前影院级别都采用的是需要戴眼镜的立体呈现方式，所以要想有比较好立体效果都需要佩戴立体眼镜，适合于观看柱面电影的柱面偏振光眼镜（即“立体眼镜”）。使观众看到的影片左眼和右眼的图像不同，这样反映到人脑中的影像就是3D立体影像，从而创造置身其中的立体视觉空间。常规的太阳镜能减少可见光，但抵御眩光的能力极弱。偏光镜片只允许一个方向的光线通过（垂直面）而吸引所有其它方向色散的光线，通过这种方式，它可以减弱眩光。偏光与紫外线保护毫无关系，但大多数偏光镜片都含有阻挡紫外线的化学物质。 通过一种特殊的层压工艺，为眼镜增加偏光过滤器。硬树脂和高折射率塑料镜片在铸造过程中都进行了偏光处理。在聚碳酸酯镜片还处于液体状态时，就将偏光薄膜加入其中。单光、双焦和渐进镜片都有偏光过滤。部分常见的过滤颜色包括：淡灰，35－43%的可见光穿透；中度灰，有时与变色镜片和镜面镜片一起使用；深灰，14－25%的可见光穿透等。

由于偏光镜能减少眩光，所以许多高尔夫球、钓鱼和户外运动爱好者对它十分钟情。另外司机和在计算机屏幕前工作的人使用，可以减少眩光对眼睛的伤害。 3.3 4D动感座椅

动感座椅根据影片的故事情节包含由计算机控制做出五种特技效果：分别是坠落、震动、喷风、喷水、拍腿。另再配以精心设计出烟雾、雨、光电、气泡、气味、布景、人物表演等等引入4D影视，从而调动了人的所有感知系统，使人真正走进影片情节。由于在四维影视中的电影情节结合了以上的特技效果，将观众与现场感受紧密地结合在一起，所以观众在观看4D动感影片时能够获得视觉、听觉、触觉、嗅觉等全方位的感受，体验身临其境、如梦如幻的感受。形成了一种独特的表演方式，这就是当今世界十分流行的4D动感影视。通过这一系列的技术改进和革新，四维影视已经突破了传统意义中电影是光影艺术的概念，是全新的、真正的高科技产品，深受人们的喜爱。

3.4数字音响系统

4D动感影视采用高品质声音效果素材——多声道环绕声系统作为影院的音响系统。提供6.1甚至7.1声道系统从而增强环境声音效果。4D影院的多声道环绕声系统在设计和制作时充分考虑到柱面4D影院能够使3D物体产生环绕运动的特点，可以精确的对运动物体进行定位，使4D影视的声音也立体起来，形成真实的立体空间感。