Матовые поверхности используются в фотографии и при создании фильмов со спецэффектами для объединения двух или более элементов изображения в одно окончательное изображение. Обычно подложки используются для объединения изображения переднего плана (например, актеров на съемочной площадке) с фоновым изображением (например, живописным видом или звездным полем с планетами). В данном случае матовый — это фоновая окраска. В кино и на сцене маты могут представлять собой физически огромные участки нарисованного холста, изображающие большие живописные просторы пейзажей .
В пленке принцип матовой пленки требует маскировки определенных участков пленочной эмульсии, чтобы выборочно контролировать, какие области экспонируются. Однако многие сложные сцены со спецэффектами включают в себя десятки отдельных элементов изображения, что требует очень сложного использования подложек и наложения подложек друг на друга. В качестве примера простой маски режиссер может изобразить группу актеров перед магазином, с огромным городом и небом, видимыми над крышей магазина. Было бы два образа — актеры на съемочной площадке и образ города — которые нужно было объединить в третий. Для этого потребуются две маски/матовые маски. Один будет маскировать все, что находится над крышей магазина, а другой — все, что находится под ней. Используя эти маски/подложки при копировании этих изображений на третье, изображения можно комбинировать, не создавая призрачных двойных экспозиций. В кино это пример статичной подложки , где форма маски не меняется от кадра к кадру. Для других снимков могут потребоваться меняющиеся подложки, чтобы замаскировать формы движущихся объектов, таких как люди или космические корабли. Они известны как путешествующие маты . Передвижные маты дают большую свободу композиции и движения, но их сложнее реализовать.
Методы композиции , известные как хроматическая манипуляция , при которой из записи удаляются все области определенного цвета (в просторечии известные как «синий экран» или «зеленый экран» в честь наиболее популярных используемых цветов), вероятно, являются самыми известными и наиболее широко используемыми современными методами создания путешествий. матовые, хотя в прошлом также использовались ротоскопирование и множественные проходы управления движением . Компьютерные изображения , статические или анимированные, также часто визуализируются с прозрачным фоном и накладываются в цифровом виде поверх современных кинозаписей, используя тот же принцип, что и подложка — цифровая маска изображения .
Матирование — очень старая техника, восходящая к братьям Люмьер . Первоначально матовый кадр был создан кинематографистами, закрывавшими фон фильма вырезками из карточек. Когда снималась часть сцены с живыми актерами (передний план), фоновая часть фильма не была экспонирована. Затем над секцией живых выступлений будет помещен другой вырез. Фильм перематывают, и создатели фильма снимают свою новую предысторию. Эта техника была известна как матовая камера и в конце 1880-х годов считалась скорее новинкой, чем серьезным спецэффектом. [1] Хороший ранний американский пример можно увидеть в фильме «Великое ограбление поезда» (1903), где он используется для размещения поезда за окном в кассе, а затем для размещения движущегося фона возле багажного вагона на «декорации» поезда. Примерно в это же время использовался еще один метод, известный как стеклянная дробь. Снимок из стекла был сделан путем рисования деталей на куске стекла, которые затем были объединены с кадрами живых выступлений, чтобы создать впечатление тщательно продуманных декораций. Первые выстрелы из стекла принадлежат Эдгару Роджерсу. [1]
Первой крупной разработкой матового кадра стала компания Norman Dawn ASC в начале 1900-х годов . Доун органично вплел кадры из стекла во многие свои фильмы: например, в «Разрушающиеся миссии Калифорнии» в фильме «Миссии Калифорнии » [2] и использовал кадры из стекла, чтобы произвести революцию в матовой подложке в камере. Теперь, вместо того, чтобы переносить кадры живых выступлений в реальное место, кинематографисты, как и раньше, снимали живое действие с вырезанными карточками на месте, затем перематывали пленку и переносили ее на камеру, предназначенную для минимизации вибраций. Тогда создатели фильма вместо живого фона снимали стеклянный кадр. Полученный композит получился довольно качественным, поскольку матовая линия — место перехода от живого действия к нарисованному фону — была гораздо менее дерганой. Кроме того, новая матовая пленка в камере была гораздо более экономичной, поскольку стекло не нужно было готовить в день съемки живого действия. Недостатком этого метода было то, что, поскольку пленка экспонировалась дважды, всегда существовал риск случайно переэкспонировать пленку и испортить отснятый ранее материал. [ нужна цитата ]
Матовый снимок в камере использовался до тех пор, пока в 1920-х годах качество пленки не начало расти. За это время была разработана новая технология, известная как метод двойной камеры. Это было похоже на матовый снимок, сделанный в камере, но в качестве резервной копии использовался один основной позитив. Таким образом, если что-то потеряется, мастер останется нетронутым. Примерно в 1925 году был разработан еще один метод изготовления штейна. Одним из недостатков старых матов было то, что матовая линия была неподвижной. Прямого контакта между живым действием и матовым фоном быть не могло. Путешествующий мат изменил ситуацию. Передвижная подложка напоминала встроенную в камеру или двухкомпонентную подложку, за исключением того, что линия подложки менялась в каждом кадре. Кинематографисты могли бы использовать технику, похожую на метод двойной упаковки, чтобы сделать часть живого действия матовой, что позволит им перемещать актеров по фону и сцене, полностью интегрируя их. «Багдадский вор» (1940) стал большим шагом вперед в области путешествующего матового материала и первым крупным внедрением техники синего экрана , изобретенной Ларри Батлером, когда в том же году он получил премию «Оскар» за лучшие визуальные эффекты , хотя этот процесс все еще был очень срочным. интенсивная, и каждый кадр приходилось обрабатывать вручную. Ставить дважды, всегда был риск случайно передержать пленку и испортить отснятый ранее материал. [ нужна цитата ]
Компьютеры начали помогать этому процессу в конце 20 века. В 1960-х годах Петр Влахос усовершенствовал использование камер управления движением в синем экране и получил за этот процесс премию Оскар. В 1980-е годы были изобретены первые цифровые маты и процессы синего экрана, а также первые компьютеризированные системы нелинейного монтажа видео. Альфа-композитинг , при котором цифровые изображения можно было сделать частично прозрачными так же, как анимационный элемент в его естественном состоянии, был изобретен в конце 1970-х годов и был интегрирован с процессом синего экрана в 1980-х годах. Цифровое планирование фильма «Империя наносит ответный удар» началось в 1980 году, за который Ричард Эдлунд получил премию «Оскар» за работу по созданию оптического принтера для аэрофотосъемки для объединения матов, хотя этот процесс все еще был аналоговым. Первый полностью цифровой матовый снимок был создан художником Крисом Эвансом в 1985 году для «Молодого Шерлока Холмса» для сцены, состоящей из компьютерной графики (CG) анимации рыцаря, прыгающего из витража. Эванс сначала нарисовал окно акриловыми красками, затем отсканировал картину в систему Pixar LucasFilm для дальнейших цифровых манипуляций. Компьютерная анимация идеально сочеталась с цифровой подложкой, чего не могла достичь традиционная мэт-пэйнтинг. [3]
По состоянию на 2020 год [обновлять]почти все современные матовые изображения выполняются с помощью цифрового редактирования видео, а метод композиции, известный как хромакей — электронное обобщение синего экрана — теперь возможен даже на домашних компьютерах.
Матовый снимок в камере, также известный как «Процесс рассвета» [4], создается путем установки куска стекла перед камерой. Черная краска наносится на стекло, где будет заменяться фон. Актеры потом снимаются с минимальными декорациями. Режиссер снимает несколько минут дополнительного материала, который будет использоваться в качестве тест-полосок. Затем художник по матовой живописи проявляет тестовую полосу (с затемненными участками кадра) и проецирует рамку «матового» кадра на стекло, установленное на мольберте. Этот тестовый видеоролик используется в качестве эталона для рисования фона или декораций, которые будут матированы на новом куске стекла. Часть стекла, где происходит живое действие, окрашена в черный цвет, затем экспонируется большая часть тестовых кадров для настройки и подтверждения соответствия цветов и выравнивания краев. Затем критические части матовой сцены живого действия (с нужными действиями и актерами) соединяются для выжигания окрашенных элементов в черные области. Гладкая черная краска, нанесенная на стекло, блокирует свет от той части пленки, которую оно покрывает, предотвращая возникновение двойной экспозиции в скрытых сценах живых выступлений. При съемке дважды всегда существовал риск случайно переэкспонировать пленку и испортить отснятый ранее материал. . [ нужна цитата ]
Чтобы начать съемку двухкомпонентной матовой пленки, снимается часть живого действия. Пленка загружается и проецируется на кусок стекла, окрашенный сначала в черный, а затем в белый цвет. Художник по матированию решает, где будет матовая линия, и обводит ее на стекле, а затем рисует фон или пейзаж, который нужно добавить. Как только картина закончена, художник по матовой живописи соскребает краску с живых частей стекла. [5] Оригинальный материал и чистая катушка загружаются в комплект поштучно с оригинальной резьбой так, чтобы она проходила через затвор перед чистой пленкой. Стекло подсвечивается сзади, так что при запуске обоих барабанов на чистый фильм переносится только живое действие. Затем катушку с оригинальными отснятыми материалами убирают и за стекло кладут кусок черной ткани. Стекло освещается спереди, новая катушка перематывается и снова запускается. Черная ткань предотвращает повторное экспонирование уже экспонированного материала; В живое действие добавлены фоновые декорации. Ставясь дважды, всегда был риск случайно передержать фильм и испортить отснятый ранее материал. [ нужна цитата ]
Ротоскоп представлял собой устройство, использовавшееся для проецирования фильма (а именно, видеозаписей с живыми актерами) на холст, который служил ориентиром для художников.
Уолт Дисней широко использовал эту технику в «Белоснежке и семи гномах» , чтобы сделать движения человеческих персонажей более реалистичными. Бюджет фильма значительно превысил бюджет из-за сложности анимации. [6]
У этой техники было несколько других применений, например, в «Космической одиссее 2001 года», где художники вручную трассировали и рисовали альфа-подложку для каждого кадра. Ротоскопирование также использовалось для достижения впечатляющей для того времени плавной анимации в Prince of Persia . К сожалению, эта техника требует очень много времени, и попытаться запечатлеть полупрозрачность с помощью этой техники было сложно. Сегодня существует цифровой вариант ротоскопирования, при этом программное обеспечение помогает пользователям избежать утомительной работы; например, интерполяция подложек между несколькими кадрами. [7]
Часто желательно извлечь две или более подложек из одного изображения. Этот процесс, получивший название «матирование» или «вытягивание подложки», чаще всего используется для разделения элементов переднего плана и фона изображения, и эти изображения часто представляют собой отдельные кадры видеофайла. В случае видео методы матирования могут использовать временные отношения в качестве дополнительной информации. Методы композиции — это относительно простой способ создания подложки: например, передний план из сцены с зелеными цветами можно наложить на произвольную фоновую сцену. Попытка матировать изображение, не использующее эту технику, значительно сложнее. Для решения этой проблемы было разработано несколько алгоритмов. [7]
В идеале этот алгоритм матирования должен разделить входной видеопоток I rgb на три выходных потока: полноцветный поток только переднего плана αF rgb с предварительно умноженным альфа-каналом ( альфа-композитинг ), полноцветный фоновый поток B rgb и одноканальный поток с частичным охватом пикселей потока переднего плана. Этот идеальный алгоритм может принимать любое произвольное видео в качестве входных данных, включая видео, в которых передний план и фон являются динамическими, фон имеет несколько глубин, существуют перекрытия между фоном и передним планом, имеют один и тот же цвет и не имеют текстуры, а также другие различные функции, такие как алгоритмы традиционно сталкиваются с некоторыми трудностями. К сожалению, достижение этого алгоритма невозможно из-за потери информации, которая происходит при переводе реальной сцены в двухмерное видео. [7] Смит и Блинн формально доказали это в 1996 году. [8]
Матирование также имеет некоторые другие фундаментальные ограничения. Этот процесс не может восстановить части фона, закрытые передним планом, и любое приближение будет ограничено. Кроме того, передний план и фон изображения по-прежнему влияют друг на друга из-за отбрасывания теней и отражения света между ними. При компоновке изображения или видео из подложек различного происхождения недостающие или лишние тени и другие детали света могут испортить впечатление от нового изображения. [ нужна цитата ]
Сам процесс матирования представляет собой сложную для решения проблему. Он исследуется с 1950-х годов, и тем не менее его самое популярное применение — кинопроизводство — прибегает к классическому, но ограниченному методу композиции. В частности, они используют своего рода глобальную цветовую модель. Этот метод основан на предположении о глобальном цвете; например, что весь фон зеленый. (Кстати, именно поэтому синоптики иногда имеют невидимые связи — цвет связи аналогичен цвету фона, что заставляет алгоритм классифицировать связь как часть фонового потока.) Теоретически можно использовать любой цвет. , но наиболее распространены зеленый и синий. Яркостное матирование (также называемое матированием черного экрана) — это еще один вариант глобальной цветовой модели. В отличие от цвета, предполагается, что фон темнее заданного пользователем значения. [ нужна цитата ]
Другой подход — использование локальной цветовой модели. Эта модель предполагает, что фон представляет собой статическое, ранее известное изображение, поэтому в данном случае задается фоновый поток. Простую подложку можно получить, сравнив реальный видеопоток с известным фоновым потоком. Требования к освещению и ракурсу камеры очень строгие, в отличие от глобальных цветовых моделей, но ограничений на возможные цвета в потоке переднего плана нет. [ нужна цитата ]
Также существуют инструменты машинного обучения , которые могут извлекать маты с помощью пользователя. Часто эти инструменты требуют итерации со стороны пользователя — алгоритм предоставляет результат на основе обучающего набора, а пользователь корректирует набор до тех пор, пока алгоритм не предоставит желаемый результат. Примером этого является использование созданной вручную грубой подложки с сегментацией обрезки , называемой так потому, что она разделяет изображение на три области: известный фон, известный передний план и неизвестную область. В этом случае алгоритм пытается пометить неизвестную область на основе ввода пользователя, и пользователь может перебирать несколько тримапов для получения лучших результатов. Knockout, плагин для Adobe Photoshop , является реализацией этого процесса. [ нужна цитата ]
Другой подход к цифровому матированию был предложен McGuire et al. Он использует два датчика изображения, расположенных вдоль одной оптической оси, и использует данные от них обоих. (Существуют различные способы добиться этого, например, использование светоделителя или попиксельных поляризационных фильтров.) Система одновременно захватывает два кадра, которые различаются примерно на половину динамического диапазона в пикселях фона, но идентичны в пикселях переднего плана. Используя различия между фоном двух изображений, McGuire et al. способны извлекать из сцены подложку переднего плана с высоким разрешением. Этот метод по-прежнему сохраняет некоторые недостатки методов композитинга, а именно: фон должен быть относительно нейтральным и однородным, но он дает несколько преимуществ, таких как точные субпиксельные результаты, лучшая поддержка естественного освещения и возможность переднего плана быть основным. цвет, который техника композитинга идентифицирует как часть фоновой подложки. Однако это означает, что намеренно замаскировать что-либо на переднем плане, покрыв его тем же цветом, что и фон, невозможно. [9]
Третий подход к цифровому матированию — использование трех видеопотоков с разным расстоянием фокусировки и глубиной резкости. Как и в предыдущем методе, все три датчика изображения имеют общую оптическую ось, хотя теперь алгоритм использует информацию о том, какая часть изображения находится в фокусе и в каком видеопотоке, для создания подложки переднего плана. С помощью этой техники и передний план, и фон могут иметь динамическое содержимое, и нет никаких ограничений на цвета или сложность фона. [10]
Все эти подходы имеют один заметный недостаток: они не могут использовать произвольные видео в качестве входных данных. В видео, в отличие от фильма, хроматический ключ требует, чтобы фон исходного видео был одноцветным. Два других метода требуют больше информации в виде синхронизированных, но немного отличающихся видео. [11]
Еще одно применение матовой пленки в кинопроизводстве — создание широкоэкранного эффекта. В этом процессе верхняя и нижняя часть стандартного кадра матируются или маскируются черными полосами, т. е. отпечаток пленки имеет толстую линию рамки . Затем кадр внутри полного кадра увеличивается, чтобы заполнить экран при проецировании в кинотеатре. [ нужна цитата ]
Таким образом, в «широкоэкранном режиме с маской» изображение с соотношением сторон 1,85:1 создается с использованием стандартного кадра 1,37:1 и матирования верхней и нижней части. Если изображение матируется в процессе съемки, его называют твердым матовым из-за его острых краев. Напротив, если весь кадр заполнен во время съемки и киномеханик должен матировать верхнюю и нижнюю часть в кинотеатре, это называется мягкой матовой пленкой , поскольку диафрагменная пластина не находится в фокальной плоскости и вызывает мягкий край. [ нужна цитата ]
В видео аналогичный эффект часто используется для показа широкоэкранных фильмов на обычном телевизионном экране с соотношением сторон 1,33:1. В этом случае процесс называется почтовым ящиком . Однако в почтовом ящике верхняя и нижняя части фактического изображения не затенены. Изображение «отодвигается» дальше на экран и, таким образом, становится, так сказать, «меньше», так что в широкоэкранном фильме зритель может видеть слева и справа от изображения то, что обычно было бы опущено, если бы Фильм показывался по телевидению в полноэкранном режиме, достигая своего рода «широкоэкранного» эффекта на квадратном экране телевизора. В леттербоксе верхняя часть изображения немного ниже обычного, нижняя выше, а неиспользуемая часть экрана закрыта черными полосами. При передаче видео перенос «мягкой матовой» пленки в формат домашнего видео с экспонированием полного кадра, при котором удаляются матовые поверхности сверху и снизу, называется «переносом с открытой подложкой». Напротив, перенос «жесткой матовой» пленки в формат домашнего видео с неповрежденной театральной матовой пленкой называется «закрытым матовым переносом». [ нужна цитата ]
«Мусорную подложку» часто рисуют вручную, иногда быстро, и используют для исключения частей изображения, которые не может удалить другой процесс, например bluescreen . Название происходит от того, что матовый удаляет « мусор » из процедурно созданного изображения. «Мусор» может включать в себя установку с моделью или сетку освещения над верхним краем синего экрана. [ нужна цитата ]
Подложки, которые действуют наоборот, заставляя включать части изображения, которые в противном случае могли бы быть удалены кеером, например, слишком много синего, отражающегося на блестящей модели («разлив синего»), часто называются «подложками удержания» и могут быть созданы с помощью одного и того же инструмента. [ нужна цитата ]