本教材面向影视技术相关专业方向的学生、影视行业从业人员，以及对影视制作与影视技术发展有着浓厚兴趣的爱好者们，立足于电影技术的历史、现状以及未来的发展趋势，结合当前的新兴科技，重点介绍影视制作领域最新的技术方向与未来发展趋势电影虚拟化制作。

;北京电影学院本科规划教材是北京电影学院的整体规划教材，;北京电影学院影视技术系专业系列教材为该系列教材的子系列，得到了学校的重点支持。编者根据近年来电影制作的**发展，结合本专业的培养目标以及行业实际需求编写了本教材。 《电影虚拟化制作》围绕电虚拟化制作的产生与发展历史，对应用的关键技术、理论和实践应用案例，进行了详细介绍。《电影虚拟化制作》讲解了电影虚拟化制作产生的契机与发展状况、电影虚拟化制作的各项关键技术及其核心技术原理，电影虚拟化制作技术的整体发展与应用情况，结合目前电影虚拟化制作的发展现状，对该项技术的未来发展进行了展望。 《电影虚拟化制作》可作为影视技术系专业本科生的专业课程教材，也可以作为影视制作相关专业教师、研究生与本科生的参考书。

赵建军，北京电影学院影视技术系教师，担任数字特效技术和电影虚拟化制作等课程教学。一直专注于虚拟现实技术在影视中的应用，尤其是电影虚拟化制作方面的教学与实践，近年来围绕该问题取得了一系列的研究成果，目前已在《计算机学报》、《计算机研究与发展》、《系统仿真学报》等重要学术期刊发表和录用论文11篇，申请相关发明专利4项。

第1章 电影虚拟化制作基础 / 11.1 电影虚拟化制作概念 / 11.2 电影技术的发展 / 21.3 数字电影特效的革新 / 41.4 电影虚拟化制作的产生与发展 / 41.4.1 电影虚拟化制作的产生 / 41.4.2 电影虚拟化制作的发展 / 51.5 思考练习题 / 6第2章 数字电影特效技术 / 72.1 电影特效概念 / 72.2 传统电影特效发展历程 / 72.2.1 传统电影特效的出现 / 82.2.2 传统电影特效的发展与革新 / 82.2.3 传统电影特效概述 / 102.3 数字电影特效发展历程 / 112.3.1 特效的数字化革命 / 112.3.2 数字特效技术流程 / 172.4 电影特效的发展趋势 / 212.5 思考练习题 / 22第3章 虚拟现实技术 / 233.1 虚拟现实概述 / 233.1.1 虚拟现实的定义 / 233.1.2 虚拟现实的性质 / 233.2 虚拟现实发展历程 / 243.2.1 技术诞生期（19501960年） / 243.2.2 技术发展期（19701980年） / 263.2.3 技术消沉期（19902000年） / 263.2.4 技术启蒙期（20002018年） / 273.2.5 稳步发展期（2019年至今） / 273.3 虚拟现实系统 / 283.3.1 虚拟现实系统概述 / 283.3.2 虚拟现实系统类型 / 283.3.3 虚拟环境表现形式 / 293.4 虚拟现实技术与电影制作 / 303.4.1 新颖的观影方式 / 303.4.2 虚拟预演与电影虚拟化制作 / 313.5 思考练习题 / 32第4章 渲染技术 / 334.1 离线渲染技术 / 334.1.1 光栅化渲染 / 334.1.2 光线追踪 / 354.2 实时渲染技术 / 364.2.1 渲染方程 / 374.2.2 实时阴影 / 374.2.3 实时环境光照 / 434.2.4 实时全局光照 / 454.2.5 PBR材质渲染模型 / 504.2.6 实时光线追踪 / 524.3 电影虚拟化制作中的渲染方式 / 544.3.1 离轴渲染 / 544.3.2 基于复杂表面模型的渲染 / 544.3.3 多机同步渲染 / 554.4 思考练习题 / 56第5章 实时合成技术 / 575.1 实时合成技术分类 / 575.1.1 蓝/绿幕实时抠像合成 / 575.1.2 摄影机内视效拍摄 / 585.1.3 XR实时合成 / 585.2 实时合成关键技术 / 595.2.1 摄影机跟踪技术 / 595.2.2 实时渲染技术 / 605.2.3 LED显示技术 / 605.2.4 扩展现实影像制作技术 / 605.3 蓝/绿幕实时抠像合成 / 605.3.1 实时合成步骤 / 615.3.2 常见问题及解决方法 / 635.3.3 常用工具 / 645.4 摄影机内视效拍摄 / 655.4.1 实时合成步骤 / 655.4.2 常见问题及解决方案 / 675.5 XR实时合成 / 685.5.1 实时合成步骤 / 685.5.2 常见问题及解决方案 / 695.6 思考练习题 / 69第6章 投影与显示技术 / 706.1 投影显示技术 / 706.1.1 CRT投影 / 706.1.2 LCD投影 / 706.1.3 DLP（DMD）投影 / 716.1.4 数字电影放映机光源 / 726.2 直接显示技术 / 726.2.1 自发光 / 736.2.2 非自发光 / 746.3 LED显示技术 / 756.3.1 LED显示技术原理及发展概述 / 766.3.2 LED显示技术的应用历史 / 766.3.3 LED发光原理和关键特性 / 786.4 思考练习题 / 82第7章 动作捕捉与表演捕捉技术 / 837.1 动作捕捉技术 / 837.1.1 动作捕捉技术概述 / 837.1.2 动作捕捉技术分类 / 847.1.3 动作捕捉技术流程 / 887.2 表演捕捉技术 / 927.2.1 表演捕捉概述 / 927.2.2 面部捕捉技术 / 927.2.3 手部捕捉技术 / 967.3 思考练习题 / 98第8章 摄影机跟踪技术 / 998.1 摄影机跟踪技术概述 / 998.1.1 摄影机跟踪技术定义 / 998.1.2 摄影机跟踪技术发展 / 1008.1.3 对电影虚拟化制作的意义 / 1008.2 摄影机跟踪技术原理 / 1008.2.1 真实摄影机的模拟 / 1008.2.2 摄影机内参 / 1028.2.3 摄影机外参 / 1028.3 摄影机跟踪技术流程 / 1048.3.1 标定 / 1058.3.2 注册 / 1068.3.3 跟踪 / 1078.4 思考练习题 / 112第9章 照明控制技术 / 1139.1 用于照明控制的光源 / 1139.1.1 光台 / 1139.1.2 LED光源 / 1149.2 灯光控制 / 1159.2.1 灯光控制协议 / 1159.2.2 灯光控制方式 / 1179.3 数控照明 / 1219.3.1 数控照明设备 / 1219.3.2 数控照明应用 / 1239.4 未来与展望 / 1249.5 思考练习题 / 125第10章 电影虚拟化制作中的虚拟现实技术 / 12610.1 虚拟现实建模技术 / 12610.1.1 虚拟现实建模技术概述 / 12610.1.2 虚拟现实建模技术与电影虚拟化制作 / 12810.2 虚拟现实全景技术 / 12910.2.1 虚拟现实全景技术概述 / 12910.2.2 虚拟现实全景技术与电影虚拟化制作 / 12910.3 虚拟现实显示技术 / 13010.3.1 虚拟现实显示技术概述 / 13010.3.2 虚拟现实显示设备 / 13010.3.3 虚拟现实显示技术限制 / 13510.3.4 虚拟现实显示技术与电影虚拟化制作 / 13510.4 虚拟现实跟踪技术 / 13610.4.1 虚拟现实跟踪技术概述 / 13610.4.2 虚拟现实跟踪技术与电影虚拟化制作 / 14010.5 人机交互技术 / 14110.5.1 人机交互技术概述 / 14210.5.2 人机交互设备 / 14210.5.3 人机交互技术与电影虚拟化制作 / 14610.6 虚拟现实声音技术 / 14610.6.1 虚拟现实声音技术概述 / 14610.6.2 虚拟声音技术与电影虚拟化制作 / 14710.7 思考练习题 / 147第11章 电影虚拟化制作中的信号处理技术 / 14811.1 电影虚拟化制作信号流程概述 / 14811.2 电影虚拟化制作中涉及的信号传输接口与 协议 / 14911.2.1 网络接口与协议 / 14911.2.2 视频信号接口与协议 / 15111.2.3 同步信号接口与协议 / 15211.3 用于实时交互预演的信号处理手段 / 15311.3.1 摄影机信号的获取与传输 / 15311.3.2 现场信号的处理与录制 / 15511.3.3 信号的分发与管理 / 15611.4 用于LED虚拟化制作的信号处理手段 / 15811.5 思考练习题 / 158第12章 电影虚拟化制作理论与应用概述 / 15912.1 电影虚拟化制作的概念 / 15912.2 电影虚拟化制作的发展 / 16012.2.1 数字技术的发展 / 16012.2.2 预演技术的发展 / 16112.2.3 电影虚拟化制作的发展 / 16312.3 电影虚拟化制作中的虚拟预演分类 / 16412.3.1 前期阶段 / 16512.3.2 现场拍摄/制作阶段 / 16612.3.3 后期阶段 / 16712.4 电影虚拟化制作中的虚拟预演制作 / 16712.4.1 常见预演软件 / 16712.4.2 常见预演硬件设备 / 17412.5 电影虚拟化制作的典型流程 / 17512.5.1 电影虚拟化制作的实时交互预演 / 17512.5.2 基于LED背景墙的电影虚拟化制作 / 17612.6 思考练习题 / 177第13章 电影虚拟化制作的实时交互预演 / 17813.1 实时交互预演的产生与发展 / 17813.1.1 实时交互预演的概念 / 17813.1.2 实时交互预演的发展与特征 / 17913.1.3 实时交互预演的现存问题 / 18013.2 实时交互预演的框架与技术 / 18113.2.1 交互元素与交互方式 / 18113.2.2 实时交互预演遵循的原则 / 18213.2.3 实时交互预演的基础框架 / 18313.2.4 实时交互预演中的实时技术 / 18613.3 实时交互预演的应用总结与发展展望 / 18713.3.1 技术应用实例 / 18713.3.2 技术优势及对产业的影响 / 19413.3.3 应用中的局限性与讨论 / 19813.3.4 发展趋势与展望 / 19913.4 思考练习题 / 200第14章 基于LED背景墙的电影虚拟化制作 / 20114.1 LED虚拟化制作的产生与发展 / 20114.1.1 实时交互预演中的蓝/绿幕拍摄 / 20114.1.2 LED光源在影视照明效果光中的应用 / 20214.1.3 LED虚拟化制作 / 20414.2 LED虚拟化制作的框架与技术 / 20514.2.1 LED背景墙显示技术 / 20614.2.2 渲染技术 / 20714.2.3 跟踪技术 / 20914.2.4 照明技术 / 21014.2.5 人机交互技术 / 21214.3 LED虚拟化制作的应用总结与发展展望 / 21314.3.1 技术应用实例 / 21314.3.2 技术优势及对产业的影响 / 21814.3.3 应用中的局限性与讨论 / 21914.3.4 发展趋势与展望 / 22014.4 思考练习题 / 221第15章 电影虚拟化制作技术发展现状及展望 / 22215.1 发展现状 / 22215.2 未来展望 / 22415.3 思考练习题 / 226附录1 中英文术语对照及释义 / 227附录2 书中出现的影视、书籍、游戏作品列表 / 246

2009年，詹姆斯.卡梅隆（James Cameron）导演的电影《阿凡达》上映并取得了巨大成功。伴随着影片的上映，其拍摄制作过程中采用的新兴技术手段;电影虚拟化制作（Movie Virtual Production）也开始为世人所知，它是多种新兴技术交汇融合的产物，也是一个包容开放的技术框架。它通过计算机技术辅助内容创作，强调制作过程的可视化、非线性、交互性、智能化，致力于在电影制作的全流程中打破部门、环节与技术壁垒，打破虚拟与真实的界限，从制作到呈现都实现数字化与可视化。当前，电影虚拟化制作技术不断迭代和发展，全方位融合各个领域的最新技术，为行业发展和产业升级提供了革命性的技术手段，成为影视行业研究与产业应用的热点。从;电影虚拟化制作这一概念诞生开始，北京电影学院影视技术系就组织研究团队进行专项研究，围绕电影虚拟化制作关键技术、电影虚拟化制作流程、电影虚拟化制作的示范应用，进行了深入研究和应用实践。在完成相关研究的过程中，我们形成了一系列研究成果，项目团队共发表论文20余篇，相关技术内容申请发明专利10余项，授权软件著作权4项，相关研究成果;基于LED背景墙的电影虚拟化制作系统获2022年中国电影电视技术学会科技进步二等奖。集成研发的电影虚拟化制作系统和相关技术也在行业中成功应用，从2014年开始便在多部商业大片中推广应用这一技术，并在实践中不断完善，在新技术发展过程中不断迭代提高。影视技术系在完成相关研究的基础上，已将这些研究成果用于本科生和研究生的专业课程教学当中，分别作为课程的理论教学内容和实践环节内容。电影虚拟化制作研究的相关成果，服务于北京电影学院影视技术系和校内相关院系的教学与实践，大量测试片和学生作业也应用了这一技术，学生也充分学习和实践新兴技术，了解最新的电影创作手段。电影虚拟化制作技术已经在电影制作中发挥了重要作用，受到国内外影视从业者的重视。然而，目前国内介绍这一技术的相关书籍和教材却很少，数字电影技术与制作的相关书籍大多数还是按照;前期筹备、拍摄、后期制作、发行放映的线性制作流程进行讲解，或是针对专门的数字电影特效技术及相关软件进行介绍。针对电影虚拟化制作技术的讲解主要见诸相关领域论文或专著的部分章节，尚未形成专门教材。为了改变这一状况，北京电影学院影视技术系身负使命，在十多年来对电影虚拟化制作的研究和应用的基础上，组织专门团队撰写了这部教材。本教材面向影视技术相关专业方向的学生、影视行业从业人员，以及对影视制作与影视技术发展有着浓厚兴趣的爱好者，立足于电影技术的历史、现状以及未来的发展趋势，结合当前的新兴科技，重点介绍影视制作领域最新的技术方向与未来发展趋势电影虚拟化制作。全文围绕;电影虚拟化制作的产生与发展;电影虚拟化制作的关键技术;电影虚拟化制作的理论与应用三个部分展开，篇章结构如图1所示。化制作的光源、灯光控制方式与数控照明方案；而第10章则结合当下的虚拟现实技术，介绍了应用于电影虚拟化制作中的虚拟现实的关键技术；第11章着眼于信号处理，从流程、信号传输接口、信号处理手段等方面介绍了电影虚拟化制作的信号处理技术及其原理。第三部分理论与应用篇，包括第12章至第15章，共4章。第12章是理论与应用的概述章节，介绍了目前电影虚拟化制作技术的整体发展与应用情况，同时对当前各项电影虚拟化制作中的具体预演技术进行了归类与概念阐述，并按照典型制作流程，将目前的电影虚拟化制作划分为;电影虚拟化制作的实时交互预演（简称lsquo;实时交互预演rsquo;）与;基于LED背景墙的电影虚拟化制作（简称lsquo;LED虚拟化制作rsquo;）两个大类，并分别通过第13章和第14章进行了细致与深入的应用讲解。第15章是全书的总结，结合目前电影虚拟化制作的发展现状，对该项技术的未来发展进行了展望。本书由陈军、赵建军编写，参与编写第一部分内容的还有鲁梦河、王潇珏；参与编写第二部分内容的还有侯爵、肖翱、耿天乐、鲁梦河、李想、卢柏宏、罗瑞珍、尤子元；参与编写第三部分内容还有耿天乐；参与全文统稿修改的还有王潇珏、鲁梦河、程绪琪、耿天乐；参与图片修改和完善的有卢柏宏、鲁梦河。在此，特别感谢北京电影学院以及教学科研平台对本书的支持，正是得益于学院政策上的支持，得益于教务处在教学资源建设和教材建设中的具体支持，才使本教材能够圆满完成。由于编者能力所限，本书难免有不当之处，恳请专家和广大读者不吝指正。 编 者