Paper Reading : Camera Control in Computer Graphics

Marc Christie一篇总结性的paper,2008年的,时间比较早了,应当结合当下的发展做一些supplement

Abstract

  1. 观察者对于3D世界的感知经验是依赖于虚拟拍摄技术的发展的,更细致一些。相机的位置,朝向,以及相机根据场景内容,动作做出的移动都是存在技巧的,相机的控制,包括视角的选取,路径的规划以及剪辑等功能。
  2. 作者根据现有的CG任务,总结出了相机控制一些内在的共通性,并且针对交互和全自动的场景,基于约束的和基于优化的解决方法,进行了全面的分析。

Intro
和Abstract的内容基本类似

Motivation
不同任务的分析:

传统模型
在三维空间中描述相机,需要两个部分,第一个是位置,第二个是朝向(通常总称为位姿pose),而相机移动的描述则往往通过直接编辑和插值的结合来实现。
常用的工具提供静态/动态的物体来限制相机的朝向,一般要求相机实现目标跟踪,比如生成一个路径来跟随物体移动。此外,在渲染图片的基础上利用外部sensor来辅助相机移动变得越来越流行。
实际过程中,以上的相机模型很难用来描述一个现实场景中摄像师的行动,很少有工具考虑去做一些语义的理解来预测相机的行动,但另一方面,虚拟场景中的相机摄影是基于现实场景中的拍摄经验,如经典的over-the-shoulder这样的包含丰富语义信息的镜头。这之中的矛盾,为工具设计提供了比较明确的需求:更高层次的理解,而不是基于关键帧和速度图的控制。

游戏
游戏是相机控制技术应用的集中地,一个经典的问题就是,如何同时跟踪多个物体并且避免被环境遮挡。
在游戏中,相机控制的重视程度远不如视觉真实性,但实际上,相机是连接人与虚拟世界的桥梁,相机的控制是十分重要的。近年来,具有电影级别画质的游戏越来越多,对相机的要求也在变高,用拍电影的手法来控制相机,是一个值得思考的问题。
游戏和电影一个比较大的区别就是,你无法预知玩家会如何移动,你需要对各种各样的情况做出合理的反应,一些路径平滑的技术和对特征捕捉的技术都在发展。
游戏中相机的使用可以归结为三种情况:
第一人称:这里由于相机一定是朝向面向方向,也无需考虑遮挡等问题
第三人称:一般在人后一定距离,需要考虑在特定场景下被环境遮挡的问题,比如靠墙
死亡回放:选视角,自动编辑

多模态系统
这个部分重点在于一些语义的理解,比如一些方位词in front of,left,范围词big,wide等等

相机控制中的核心问题
交互类相机控制:
要求用户有精确的控制,同时控制7个自由度(位置3,欧拉角3,内参1)对于用户来说是一个非常有挑战性的工作,因此该类应用的设计必须采用映射的方式,通过简单的参数进行复杂的控制

全自动相机控制:
这是一个PSPACE-hard问题,然后,物体从3D场景到2D屏幕的映射并不是线性的,这个非线性性导致,从二维的屏幕反演出三维的变化非常困难。

最后,还需要去理解屏幕上的内容,自动的相机需要具有协助用户建设模型和理解虚拟世界的能力,将时空,因果从物体或者事件中表现在相机上

电影艺术中的相机控制
电影艺术包含大量问题,如相机放置,镜头组成,光线设计和场景,还要学会理解导演的要求
对于科幻片,纪录片等,相机、光照、场景都是高度相关的

相机位置,同样是拍摄两个物体,不同的视角有着完全不同的效果和语言,如[Ari76]里两个人对话时,相机就有多达9种可能的放置位置(不同位置代表的特点paper种有说明),而这两个人不同的状态也需要考虑,面对面,背对背等等

镜头组成,镜头有多种,近景,中距离,全景,长镜头等等,但决定屏幕中内容的,还需要相机的精准位置。它的根本目的,是达到注意力中心的表达,通过相机朝向,来表现拍摄者的意图,[Mas65]这篇paper里总结出了一些规律

特别的,对于对话场景,相机的位置是有迹可循的。举例来说,Arijon的三角原理,大致是讲对于一个人时,和他的视角有关,两个演员时,和他们头之间的连线有关。相机放置

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