球幕电影的意思

篇一：球幕电影制作中问题

球幕电影制作中问题（一）

大型数字球幕电影数字制作中的关键问题及进展

一．背景及意义

球幕电影是出现于20 世纪70 年代的一种特种电影类型。这种电影的观众厅为圆顶式结构，银幕呈半球形，观众被包围其中，视银幕如同苍穹。由于放映的视域范围可达180°，可自观众面前延至身后，且伴有立体声环音，使观众如置身其间。按照视觉理论，人的视域范围一旦超过150°，就会产生身临其境的错觉，因此，这种电影类型的沉浸效果非常强烈，并且可脱离立体眼镜和头盔，产生立体视觉。传统的球幕电影采用70mm 胶片和鱼眼镜头进行拍摄和放映，最典型的如加拿大IMAX 公司开发的OmniMAX 球幕技术。与之对应的数字球幕电影，包括两个不同层面的含义：数字制作和数字放映。

近几年，直径10 米以上、采用数字放映方式的大型数字球幕电影（Fulldome digital movie, 以下简称Fulldome，又称Large-scale immersive digital movie）开始出现，直径超过20 米的巨型Fulldome 很快也将成为趋势。据统计，目前国内已建成和正在建设的Fulldome 剧院已有三十余家。

基于计算机图形学的Fulldome 制作技术是最近几年兴起的一个新领域，它与传统的拍摄制作方式相比，可以制作出人类无法达到的过去世界、未来世界、微观世界、外太空世界等一切人类未知或无法拍摄到的世界，其表现潜力几乎不受限制。早期Fulldome电影用在太空剧场，最初用数字天象仪来放映天象影片，随着天象影片形式的丰富和影片题材的扩展，基于计算机图形学的Fulldome 制作技术应运而生。

球幕电影制作中问题（二）

二．存在的主要问题

目前Fulldome 制作技术主要用于要求相对较低的天象题材影片。如果要进一步面向包括文物、生物、人物角色在内的更广泛题材影片，就必须面对真实感、分辨率、影片制作周期和变形处理等指标，实现对传统的鱼眼拍摄制作方式的超越。以下是对上述指标的分析：

1. 三维数字制作的真实感，取决于三维数字化的精度、纹理的精度、色彩的准确度和光照处理。不管数字化的对象在现实中是否存在原型，在影视级的目标下，都必须满足客观性的要求：存在原型的，数字化的结果要求准确、要求忠实于原型，如文物；找不到原型的，也应符合科学性，如古生物，应依据化石和生物专家、考古专家的研究成果。

2. 片放映清晰度的决定因素包括：影片的输出分辨率和设备、场地的因素。其中，三维数字制作影片的输出分辨率取决于三维物体的几何精度、三维物体的纹理分辨率、三维

物体与镜头距离等因素；设备、场地因素包括屏幕尺寸（在Fulldome 电影里通常使用球幕直径）、观众到屏幕的距离、单个投影机的设备分辨率和投影机的个数（通道数）等。

3. 片制作周期主要包括两大部分：三维数字化的周期（又分为几何建模、纹理图像处理、纹理映射、动作建模、场景空间搭建、摄像机镜头摄制、灯光处理等），影片绘制的周期（又分为三维绘制和后期特效制作）。

4. 在传统的鱼眼拍摄制作方法下，影片画面的变形问题不存在，因为拍摄和放映都使用鱼眼镜头；而数字制作，必须面临从矩形画面映射到球幕的过程，并需要解决该过程所导致的变形。

球幕电影制作中问题（三）

三．国内外研究现状

加拿大IMAX 公司研发了一套DMR (Digital Re-Mastering) 技术，可用于将普通35mm 胶片转制成IMAX 格式的70mm 胶片，这个工作使三维数字制作的影片转为IMAX 巨幕电影成为可能，但费用非常昂贵，需要近三百万美元；更重要的是，对于将三维数字制作的影片转换成OmniMAX 球幕电影，IMAX 目前还没有提供解决方案。

国际上对Fulldome 制作技术的研究近几年才刚开始，最初用于大型天象节目的数字制作，2004 年7 月8 日在西班牙Valencia 召开的International Planetarium Society Conference (IPS) 上，第一次对Fulldome 制作国际标准进行了讨论，并设立了Fulldome Standards Summit。会上对相关各项指标提出了建议，其中在分辨率方面，建议标准提出观众观看天象的要求应达到介于“模糊感知”和“精确辨别”之间的“辩知”水平，此时相邻两象素与视点连线夹角为不低于3 弧分(Arc minutes)，因此影片分辨率应至少达到

3160×3160。2005 年召开了三次Fulldome 的国际会议，在天象题材之后，提出了Fulldome 三维数字制作技术在其他题材上的广泛应用前景和要求，其中文物题材、古生物等题材影片对分辨率的要求远高于天象题材，同时三维数字化精度的要求也远比天文题材影片更高。

在国外对文物、生物题材的Fulldome 的三维数字制作方面的工作中，美国E&S 公司（计算机图形学之父Sutherland 在1968 年创建）于2004 年底利用其最新的Digistar 3 制作出的《法老的星空》（Stars of the Pharaohs），其中三维制作的部分代表该领域的最高水平，影片输出分辨率达到了3000×3000。

我们通过与中央新影导演合作承担国家发改委和敦煌研究院委托的石窟F u l l d o m e 电影的验证性课题，在国内首次进行了F u l l d o m e 制作技术的研究，目前已经能达到6000×6000 的影片输出分辨率，并可在上海科技馆的F u l l d o m e 环境下实现无变形。该分辨率已经超过F u l l d o m e 的建议标准（3160×3160），但要用于直径20 米以上的巨型F u l l d o m e 剧院来放映文物、古生物题材的三维Fulldome 影片（如敦煌预期建成的直径22 米F u l l d o m e 剧院），还需要进一步将分辨率提高到8000×8000 以上。与此同时，E&S 公司基于德国Zeiss 专利技术的激光投影机即将投放F u

l l d o m e 投影市场，这种投影机将比传统D L P和CRT 投影技术分辨率更高、亮度和对比度更好，4台激光投影机可将设备分辨率提高到8000×8000（理论值），这为文物、生物题材三维巨型F u l l d o m e 的放映提供了设备基础。我们针对这种新投影机开发了样片，并送到位于美国盐湖城的激光投影机样机上进行放映，取得了非常好的效果。E & S 公司C E OJames R. Oyler 盛赞该片是“目前所看到过制作最好的Fulldome 电影”。 球幕电影制作中问题（四）

四．主要研究内容

大型Fulldome 技术包括影片制作、投影以及剧场建设等多方面，本研究主要面向的是相对于传统节目摄制的数字化影片制作技术，尤其是三维影像绘制技术，其主要的研究内容包括：

1. 研究影视级的三维数字化技术

前面谈到，在影视级的目标下，不管数字化的对象在现实中是否存在原型，都必须满足客观性的要求。

现有的三维数字化方法有三大类：

第一类是依*三维美工进行手工建模，这种方法显然无法满足客观性，而且工作量非常大，对美工的要求也很高。

第二类是使用3D Scanner 进行三维扫描。该方法能够准确地获取目标的三维形状，但由于现有的3D Scanner 无法有效地获取纹理、光照等其他信息，还需要手工进行贴图，因而也会引入部分主观因素；另一方面，使用该方法，部分物体的获取会受到限制；同时，该方法还会造成大量冗余数据，不利于后期处理效率的提高。

第三类是基于计算机视觉的三维数字化。目前该方法有一个很大的瓶颈：需要在拍摄时规定相机严格使用确定的基线和镜头，多数情况下，该条件无法满足，限制了基于计算机视觉三维重建技术的发展（比如对于不可移动的物体，大部分时候，实拍过程中相机会因场地而受限）。经过我们的前期工作，对采集的限制现已不复存在，相机的位置、角度、焦距、拍摄路线等不再成为拍摄时的必要条件，均可通过计算反求出，从而真正实现了严格忠实于原作（三维形状、纹理、颜色、光照），完全满足文物级要求，目前误差<0.2mm。接下来需要进一步研究的是基于计算机视觉的交互图形处理技术，其目标是（1）改进交互方式，简化人工干预；（2）提高自动化程度，减少人工干预。

2. 研究基于影视级虚拟现实的实时绘制技术在计算机图形学中，绘制的真实程度与绘制的速度是一对矛盾。

目前我们已经有了实时真实感图形绘制的基础：

（1）通过从PC 底层开始，研发了一套绘制加速框架，实现了基于PC 的海量图形图像实时绘制。该框架取代操作系统的存储管理，建立了一套在多级Cache间进行动态存储和调度的机制；并通过对时间相关性和空间相关性的利用，及对用户（操作）行为模型的统计和分析，进行图形图像数据的预调度和预绘制。因此，目前可以实时处理数千倍于系统处理能力的海量图形图像数据。

（2）提出了一个光照计算模型，可实时地实现对光传输方程的近似求解，这样，既可以达到Phong 模型和Gouraud 模型的实时，又可在绝大多数情况下模拟出Global Illumination 模型才能实现的真实感光照效果，甚至在玉器的光照实时实现方面，比现有Global Illumination 的效果更好。

通过以上工作，目前对于除大场面自然灾害（如海啸、飓风）、人体头发和部分无法实时实现的后期特效外，以包括自然景观的真实再现、复杂材质的逼真光效生成、细节的精细展现（墙壁裂缝、皮肤毛孔、树叶虫眼等）、动物毛发（羽毛、绒毛）等为内容的影片绘制，除数据载入时需要数分钟时间外，载入后可达到平均帧速率25 FPS。完全满足科教、文物记录片和动漫的质量需求。接下来需要在此基础上，为数字电影创意制作团队设计一个UI 模式，该UI 模式是后续开发成三维数字电影交互创作环境的基础。一方面，数字电影创意制作团队可以通过这个UI，利用绘制内核实时地预览制作的效果；此外，大部分影片的三维绘制工作，可以直接用实时绘制内核来完成，三维绘制时间将大大缩短。

3. 研究Fulldome 成片分辨率的提高，以适应文物、生物等题材的要求对于文物和生物题材的Fulldome 电影，观众经常需要欣赏到精细的画面或者质感，也就是说，需要达到对细节“精确辨别”的程度，对数字画面具体量化的指标，是相邻两象素与视点连线夹角1.5 弧分（Arcminutes），换算成Fulldome 分辨率约为8000×8000。

前面谈到全三维影片输出分辨率的决定因素，主要有三维物体的几何精度、三维物体的纹理分辨率、三维物体与镜头距离等。数字制作电影画面的清晰度不能只看输出分辨率数值的大小，如果不满足上述因素，而强制按输出分辨率的数值进行输出，则将产生锯齿，或者如果通过图像插值来抗锯齿，也会造成画面的模糊。尤其是屏幕巨大的特种电影，在画面模糊之后，非但不能让观众产生临场感，而且还会造成头晕。

对于全三维电影，(转 载 于:wWW.smHAida.cOM 海达范文网:球幕电影的意思)三维物体与镜头的距离是一个重要问题。为了剧本和效果的需要，影片经常要把镜头与目标安排得非常近（比如特写），这对数据采集、三维数字化和绘制（尤其是实时绘制）均是巨大的挑战，是包括Fulldome 在内的数字特种电影公认的难题。我们目前已经达到了6000×6000 的分辨率，与8000×8000 的目标还有一定距离。

4. 研究适用于数字放映方式的Fulldome 抗变形技术球幕影片的磁转胶非常昂贵，而且目前国内不具备此能力，因此针对数字放映方式来研究Fulldome 成片是非常必要的。Fulldome 图像有两种类型，正交鱼眼（Orthographic Fish-Eye）图像和等距鱼眼（Equidistant Fish-Eye）图像，前者会造成天顶处的拉伸和赤道处的压缩，而后者则因为能够实现象素在球面上的平均分布，因而是更理想的类型。

在成像方法上，如果采用直接鱼眼绘制（Direct Fish-Eye Rendering）方法，生成的是正交鱼眼图像，因而不适合我们的目标，目前我们采用的是半立方体绘制（Hemi-cubic Rendering）方法，能够得到较均匀的象素分布，但需要针对不同的数字放映方式（如放映通道数目、球幕的倾斜度、球面覆盖角等），采用不同的画面裁切和边缘融合方法，否则会在球面映射的过程中产生变形，或者无法融合不同通道的边界。我们已经在上海科技馆的Fulldome 放映环境（直径13 米，6 台DLP 投影，球幕倾斜度23°）下和新研制出来的全球首台Fulldome 激光投影机（位于美国盐湖城E&S总部）上实现了影片的生成，解决了变形。更进一步，我们还需要探寻出一种与数字放映环境无关的球面映射变形解决方法。

球幕电影制作中问题（五）

五．总结与展望

本研究是在承担敦煌大型Fulldome 电影验证性课题过程中提出的，Fulldome 数字制作在国内是首次， 而且面对的是比国外挑战更大的文物、生物等题材， 和更高的要求， 同时也面临着国际标准尚待制定的机遇。在学术上、在大型影视娱乐应用前景上，本研究都有很高的价值，其中的关键问题和下一阶段的重点工作包括：

1. 对于全三维制作的科教记录片和动画片，如何在绘制结果的真实程度达到影视级的前提下，提高三维绘制的实时效率，最终为数字电影创意制作人员开发出一个辅助进行交互创作的环境。

2. 如何通过研究数据采集、三维数字化以及实时三维绘制的架构和方法，提高影片的输出分辨率，使其达到8000×8000 象素以上。这个指标对应的像素夹角为1.5 弧分，一旦满足该夹角，即可让观众在巨型Fulldome 剧场（直径超过20m）中完全达到精确辨识的目标，从而使得文物、古生物题材的巨型Fulldome数字制作成为现实。同时，这个目标也将Fulldome 的影片输出分辨率提高到国外现有水平（3160×3160）的2.5 倍。

3. 如何用计算机图形学中的小孔成像模型来有效模拟等距鱼眼（Equidistant Fish-Eye）成像模型， 从而得到象素分布均匀的等距鱼眼图像， 并探寻一个与数字放映环境无关的球面映射变形解决方法。该方法的成功， 将避免为不同标准的Fulldome 放映环境花费的专门绘制时间， 大大提高Fulldome 制作对不断涌现的Fulldome 剧场的适应性。

篇二：别样的球幕电影

别样的“球幕电影”

安远县东江源小学 六（6）班 李思雨 指导老师：唐罗娣

虽然参观中国流动科技馆已经是很久之前的事了，但我的印象依旧很深刻，就像心里的一个印记一样，永远都挥之不去，尤其令我印象颇为深刻的是一楼的“球幕电影”。

流动科技馆的参观地点定在青少年活动中心，进入“球幕电影”的时候，我的心砰砰直跳。进了门才知道，“球幕电影”是用气管子支起来的一个球形空间，进入“球幕电影”的球形空间时，我感觉周边有一股冷飕飕的气息朝我扑来，我吓了一跳，不过理智强行把我拉了进去。

进入之后同学们慌慌张张地走来走去，但还是找到了自己的座位，里面的空间不大，顶多也就10平方米的样子吧，“墙壁”都是黑黑的软软的气管子，不少同学嘻嘻哈哈的压来压去，中间有一个类似于电脑一样的机器。我们坐下来之后，又在叽叽喳喳地说这个又说那个，好像乡巴佬进城似的。老师好不容易让我们安静下来，开始播放电影。

电影其实就是放在“天花板”上的，虽然如此，但我们还是觉得很新鲜，电影因为空间的原因，也变成了一个“球形电影”，我赞叹道，原来这就是“球幕电影”啊，真是高科技。

“球幕电影”的内部构造令我们惊奇了一番之后，我们开始看电影，电影主要讲述了一个海龟成长的过程，最多也就20来分钟吧，却令我们大开眼界。

映入眼帘的先是一个沙滩，然后是密密麻麻的小海龟，它们正在努力往海边爬去，离我们最近的一只小海龟，才刚刚破壳而出，样子可爱极了。但是上边却有鸟类在虎视眈眈地盯着小海龟，它们一飞过来，我们紧张极了，生怕小海龟被抓走了，可是当发现小海龟安然无恙的时候，我们又松了一口气。

电影一边放，一边会有解说员的声音响起，解说员说，海龟主要以海藻为食。生活在大西洋、太平洋和印度洋中，到陆地上产卵，孵出幼体。解说员还说，寿命最长的动物，就是海龟。

海龟有一个奇妙的龟壳，它可以保护海龟不受到伤害，也可以让海龟在水里自由自在的游来游去。但是虽说如此，海龟也有天敌，他们的天敌就是章鱼鲨鱼等肉食动物。在陆地上，海龟也有天敌，比如说豹子、蚂蚁等，人类也给海龟的繁殖带来了巨大的伤害，比如说，人类时常会在沙滩上扔掉垃圾，海龟一吃下这些垃圾，就会死亡；再有，人类在沙滩上造的人造灯让海龟误以为是白天，从而误导了他们的夜间产卵。

听到了这些，我觉得有些愤愤然，人类怎么可以乱丢垃圾呢？这样不仅对自己不好，对别人也不好，更重要的是，那些无辜的海龟也会为之而受到伤害啊！我叹道，看来我们的过度不文明已经让老天爷都有些生气了，这就是老天爷对我们的惩罚么？

看完了电影，我们又参观了其他的科技展示，虽然说同样也是令我赞叹不已，可我始终觉得，“球幕电影”带给我的知识含量才是最大的。

篇三：刺激的球幕电影

刺激的球幕电影

昨天，学校组织我们去博物馆交友，博物馆又许多好玩的机器，但令我终生难忘的，是充满神奇的球幕电影。

球幕电影，顾名思义，就是球一样的屏幕电影。我们排着整齐的队伍走进去，哇！这是一个球形的建筑物，我和旁边的同学议论纷纷，“这么倾斜的座位，会不会掉下去？”“屏幕是球状的，怎么看电影？”正当我们议论着， 灯突然被关掉，整个屋子黑了下来，我吓地倒抽了一口气。电影开始了，主人公要划船到三角洲观察动物，感觉河边的野草不时“扎”到我们…..我留意到坐在不同方向的座位，看到的不一样，电影结束了，我们恋恋不舍地离开电影院，可刚才的一幕幕情景依然印在我的脑海中。

这是我第一次看球幕电影，好神奇！好刺激！

2013年10月23日

篇四：中国球幕影院及影片名录

中国球幕影院影片名录

1. 烟台鲸鲨馆：2011年由大连一家知名多媒体数字内容服务商推出的首部国产原创具有国际高端水准的球幕动画大片《海之交响乐》

2. 中国科技馆号称全球最大的球幕影院：美国IMAX公司真人实拍球幕电影《大峡谷》《飞向太空》《阿尔卑斯》《别有洞天》《恒星探秘》《鲨鱼岛》《寻梦太平洋》

3. 上海科技馆《埃及之谜》

4. 国内的球幕IMAX影院

? 中国科学技术馆IMAX球幕影院球幕直径30米，座位数442，世界最大IMAX球幕）

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? 上海科技馆IMAX球幕影院（球幕直径23米，座位数280） 东莞黑龙江省市科学技术博物馆IMAX球幕影院（球幕直径23米，位数300） 科学技术馆IMAX球幕影院（球幕直径23米） 南京科技馆IMAX球幕影院（球幕直径21米，座位数235） 重庆市少年宫IMAX球幕影院（球幕直径18米，座位数175） 大庆市青少年科技文化活动中心IMAX球幕影院

5. 北京天文馆：日本原画大师制作的《银河铁道之夜》

6. 幸星数字娱乐：球幕动画电影《宇宙少年侦探团》

7. 方特主题公园《飞跃极限》

8. 常州淹城春秋园飞行影院《梦回春秋》

9. 成都南湖游乐公园《空间隧道701》

10. 敦煌博物馆：敦煌飞天

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