数字放映与胶片放映效果相媲美！ASC测试片StEM2《使命》技术解析

作者 | 电影科技动态

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2004年，为推动胶片电影向数字电影转换，美国摄影师协会（American Society of Cinematographers, ASC）和数字电影倡导组织（Digital Cinema Initiative, DCI）用35毫米和65毫米胶片拍摄制作了StEM（Standard Evaluation Material）标准评估素材短片《婚礼》，并转制为2K与4K数字版本，以验证数字放映能够与胶片放映效果相媲美。

该片内容为一场户外婚礼，时长12分钟，发布格式包括2K/4K、RGB/XYZ、画幅比2.39和1.78的 tiff序列帧，多年来广泛应用于行业数字电影图像编解码、放映显示等一系列技术测试中。

▲StEM《婚礼》截图

在新兴视听技术、新一代信息通信技术和智能科学技术的有力驱动下，电影拍摄制作技术和放映显示技术持续进步，常规技术格式电影生产播映体系加快向高新技术格式电影生产播映体系发展升级。

在此背景下，StEM《婚礼》已无法满足高分辨率（HR）、高动态范围（HDR）、广色域（WCG）、多文件格式等测试需求。因此，ASC联合图像技术专家、调色师、设备商等于2022年5月发布了时长17分钟的新版测试片StEM2《使命》（The Mission）。

▲StEM2《使命》拍摄现场

（图片来源：ASC官网）

该片场景设计综合考虑高新技术格式电影技术指标特点，融合运用最新电影拍摄制作技术手段，充分展现高新技术格式电影的视觉效果和技术品质，广泛适用于各类显示设备和系统的评估测试，涵盖投影显示和直接显示等专业影院放映系统以及影视制作软硬件系统、专业级和消费级显示设备、图像处理工具、网络流媒体系统等。

满足高新技术格式电影解码放映测试需求

为测试放映显示设备对高新技术格式电影的解码显示能力，StEM2重点针对图像分辨率、动态范围、色域、图像压缩编码算法和图像处理能力设计了画面表现，以适应更高的技术指标测试。

图像高分辨率（HR）

StEM2提供包括HD（1920×1080）、UHD（3840×2160）、4K（4096×1716）和8K（7680×4320）在内的多个分辨率版本，适用于电影电视放映显示设备测试。

高动态范围（HDR）和广色域（WCG）

StEM2故事情节由昏暗洞穴逐步发展至炙热沙漠，利用具有强烈明暗反差的两种场景充分展现高光及暗部细节。特别是在洞口场景，同一画面内洞外的高亮天空与洞内的昏暗岩壁形成鲜明对比，只有通过品质极佳的高动态范围技术才能获得良好的画面表现，因此本片加入了HDR测试格式。

此外，StEM2还提供多个亮度版本，以满足各类显示设备测试需求。

▲StEM2《使命》截图

StEM2设计制作了色彩斑斓的视效元素如操作界面、激光焊枪、荧光药水等，为HDR提供测试画面的同时，也提供了更广色域的极限色彩，将本片色域扩展至ITU-R BT.2020。

▲蓝色三角形为ITU-R BT.2020色域范围

特别考虑到ITU-R BT.2020绿色区域的颜色范围相对于DCI P3色域有极大扩展，因此药水颜色选用了一种极限荧光绿，用于衡量放映显示系统对于非自然极限反射光色彩的精准表现。

▲StEM2《使命》截图

高效图像压缩编码算法和图像处理能力

StEM2选用了烟雾、火焰、灰尘、高速移动、抖动场景和复杂视效，如果显示设备的图像处理能力欠佳，将表现出条带、马赛克、模糊等现象，同时显示系统刷新率等也会对高速运动场景产生影响。

广泛应用新技术凸显测试片技术表现力

除了满足高新技术格式电影的解码放映测试需求外，在该片拍摄制作过程中，摄制团队大量应用行业先进拍摄制作技术，包括多元化拍摄设备、LED虚拟摄制、ACES色彩管理、技术预演、云端制作、流体/粒子CG特效等。

作为对当前最新电影摄制技术应用的一次试验与示范，摄制团队希望借由此片向行业展现先进技术的优势与可用性，进一步推动电影摄制技术的发展和革新。

多元化拍摄设备和ACES色彩管理

StEM2在同一场景的不同镜头穿插使用不同品牌的摄影机和镜头，尽可能囊括市场主流专业品牌设备，包括阿莱（ARRI）、Blackmagic Design、佳能（CANON）、索尼（SONY）、库克（Cooke）、蔡司（Zeiss）、富士能（FUJINON）等。

此外，还采用了我国大疆（DJI）无人机拍摄航拍镜头，并将各摄影机拍摄的素材文件名作为烧录信息，用户根据文件后缀即可辨别出该场景使用的摄影机品牌，以反映不同品牌拍摄设备的性能品质。

▲StEM2《使命》片尾字幕截图

另一方面，由于采用多种摄制设备与技术方案，色彩管理是该片制作最大的技术挑战之一，制作团队全片使用学院颜色编码系统（Academy Color Encoding System, ACES），以实现实拍画面和视效镜头在色彩风格与特性上的一致性。

不同人物肤色准确还原

StEM2选用不同肤色演员拍摄，以展示不同光照条件、显色指数等对不同人物肤色的还原程度。人物肤色，尤其是面部肤色，并非纯粹一致的单个颜色，而是复杂的混合色群。短片通过拍摄不同肤色的演员，最大限度地反映摄制放映系统中设备与流程各节点对肤色表现的一致性。

首先，可测试拍摄设备的技术性能，包括拍摄画面与真人肤色的一致性、肤色之间过渡层次细节的丰富度、高光和阴影呈现的准确度；其次，也可主观评测后期不同制作环节中肤色的还原水平；第三，测试放映显示设备肤色呈现的真实准确性。

▲StEM2《使命》截图

基于LED显示墙的虚拟摄制

本片部分场景采用基于LED显示墙的虚拟摄制技术，使用摄影机内视效（In-Camera VFX）实现所见即所得的现场合成，并针对LED虚拟摄制的技术特点，特别设计岩洞和沙漠车辆追逐两个一暗一明的代表性场景，作为LED虚拟摄制场景示范。

同时，车辆追逐场景下的快速运动背景，充分表现了LED屏对高速移动画面的表现力以及摄影机内视效对图像透视关系变化的准确跟踪能力。

▲StEM2《使命》中岩洞场景LED虚拟摄制现场

（图片来源：ASC官网）

LED虚拟摄制部分在美国伯班克（Burbank）的虚拟摄影棚摄制完成，前景采用真实岩石地面，LED虚拟背景的数字资产来自Quixel资产库（3D扫描资产库，目前已被虚幻引擎开发商Epic公司收购，用户在使用虚幻引擎时可免费调用Quixel中的数字资产）。

摄制团队还组建了一个虚拟美术部门（Virtual Art Department, VAD），专门用于制作LED虚拟摄制所需的数字资产并提供现场技术支持，由于前期数字资产准备充分，现场摄制过程十分简便快捷。

▲StEM2《使命》中车内场景LED虚拟摄制现场

（图片来源：ASC官网）

追车镜头的环境背景则由团队预先在沙漠拍摄后，再作为数字资产由LED屏幕呈现，作为车窗外的环境背景，以展现LED作为主光源的打光能力。

CG制作技术

StEM2融合应用CG制作与真人实拍，在CG制作场景中加入药水在器械中流动、以及烟雾、灰尘、火焰、爆炸等粒子特效，反映当下CG技术的发展水平。

▲StEM2《使命》截图

技术预演

StEM2在筹备阶段进行了技术预演（Tech Viz），提前为摄制环境制作3D预览，以指导实际拍摄，有效规避在拍摄现场和制作过程中可能出现的技术问题，大大提高全片摄制效率。

云端制作

StEM2采用云计算技术实现分布式远程跨域协同制作，借助亚马逊云计算服务（AWS），将样片、剪辑、渲染、母版制作等环节移至云端完成，作为技术应用示范，以鼓励和推动电影制作上云。

提供多格式多版本服务全媒体应用

得益于全流程采用ACES制作，StEM2提供了不同技术规格的DCP、QuickTime、IMF和EXR等多格式、多技术指标的测试片文件下载，以应用于专业影院放映、电脑播放、消费电子、互联网多渠道发行和视效制作等放映显示设备系统测试。

QuickTime

QuickTime文件包含画幅比1.78:1和2.39:1，图像分辨率HD（1920×1080）、UHD（3840×2160）、4K（4096×1716）和8K（7680×4320），亮度100尼特和1000尼特，编码格式ProRes422HQ、DNxHR_HQX、ProRes4444XQ和MPEG-5，色域ITU-R BT.709和ITU-R BT.2020等版本；音频均为双声道。

▲StEM2《使命》QuickTime格式下载选项

DCP

DCP文件用于专业影院放映，包含48尼特SDR（EOTF2.6，适用于普通2D放映）、108尼特HDR（EOTF PQ，适用于杜比视界）以及300尼特HDR（EOTF PQ，适用于DCI HDR放映）三种技术格式，图像分辨率均为4K，色域均为DCI P3。

▲StEM2《使命》DCP格式下载选项

IMF

IMF文件包含针对影视多渠道发行的有损SDR、有损HDR和无损HDR版本，用于数字电影的DCDM文件，该文件采用高吞吐量JPEG2000（HTJ2K）编码以及用于存档的影视文件，其中图像为ACES文件。

▲StEM2《使命》IMF格式下载选项

EXR

EXR文件属于OpenEXR图像格式，OpenEXR是一种开放的HDR光栅图像格式，用于数字内容制作软件中渲染3D模型等视效制作。StEM2提供的单独EXR文件包含2.39:1/4096×1716和1.78:1/3840×2160两种技术规格，色彩空间均为ACES AP0。

▲StEM2《使命》EXR文件下载选项

未来展望

从近二十年前的StEM《婚礼》到今年最新发布的StEM2《使命》，每一次测试片的推出不仅帮助行业测试评估放映显示系统和设备，实现高品质放映，更是对当前先进拍摄制作技术优势、水平和能力的集中展现，鼓励推动全球电影行业积极应用新技术、积极探索试验新的技术解决方案。

我国电影行业也应顺应信息化、网络化、云化、智能化发展趋势，不断探索试验新技术新系统新应用，积极推动传统电影技术与云计算、大数据、人工智能等新一代信息通信技术与智能科学技术实现深度融合，推动我国电影产业由传统视听产业加快向高新技术产业转型升级，以科技进步和产业升级有力支撑电影强国建设。

特别鸣谢StEM2视效总监David Stump和技术专家胡冰对本文的技术支持。

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