世界上最最最早的擦威亚、换脸和海洋模拟是如何实现的？
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前段时间上映的《速度与激情9》大家都去看了吗？以防剧透，这里就不多说剧情了，不过看到豆瓣5.5分的评分，相信大家也都懂，比起前几部确实离谱了一些，不过飙车和各种特技的场景看起来还是很爽的，无论是人还是车都为大家呈现了很多燃爆的场面。
大家也都知道，对于这种好莱坞大片，百分之八九十的人一定都是冲着特效和特技去看的，就拿《速度与激情》这个系列来说，如今都拍到了第九部了，那一定是留下了许多令人印象深刻的高难度场景，为了这些场景，吊威亚就不用说了，在第七部的拍摄的途中，由于主演的意外离开，制作团队为了继续拍摄甚至还使用了换脸技术。
其实在现在电影的拍摄制作过程中，吊威亚和换脸都已经见怪不怪了，在后期中擦除威亚和人脸替换也是非常常见的工作。可是在当年遇到这些问题，并用技术解决掉，那是相当困难的。那么，在早期技术还不发达的年代，电影中第一个使用换脸技术的镜头是什么？第一部使用数字威亚擦除技术的电影镜头又是哪个？又是哪部电影第一个用流体模拟的？今天就来为大家介绍一下吧~
数字人脸替换技术
首先就是数字人脸替换技术。我们在之前的文章中分享过不少关于换脸的文章，比如如何在TIKTOK上伪装成汤姆克鲁斯，又比如在纪录片中如何通过AI换脸技术保护受害者，国内最近这几年也是出现了不少的换脸软件。通过各种现代科技，现在要是想在社交媒体上，电影电视剧中换个脸，那可真的是轻轻松松。
就拿电影来说吧，如今借助各种数字视觉效果，我们不仅可以非常轻松地用主演的脸来替换特技演员的脸，如果有需要的话，我们还可以改变面部表情，甚至可以完全替换演员。
但是你知道吗，其实现在的这些技术都是源于90年代初开创的数字技术的不断兴起而逐渐诞生的，在当时“人脸替换”就已经作为一个VFX概念而出现，那么在早期这些技术还没有出现的时候，电影中是如何实现换脸的呢？今天就为大家来介绍一下早期电影中的换脸技术吧~
#1
《终结者2：审判日》
不知道在1991年上映的《终结者2：审判日》有多少人看过，这部电影由大名鼎鼎的卡梅隆执导，讲述了一个从未来回到九十年代的机器人T-800，他的任务是保护长大后会成为领袖的约翰康能和他的母亲。而比他先进的T-1000也不露声色地追杀过来，两位正邪机器人为相同的目标展开了一场生死搏斗的故事。也是在这部电影中，出现了可能是第一个使用换脸技术的镜头。
电影中有这么一个镜头，就是施瓦辛格饰演的终结者角色骑着摩托车跳进洛杉矶运河的场景，其实这个镜头现场是一个由特技演员在钢丝绳上的特技表演。在电影的原始版本中，尽管这个镜头中的威亚已经通过PDI进行了数字擦除，可还是能很明显的看到特技演员清晰的面部。
后来在《终结者2》重新发行的两个版本中，特技演员的脸被施瓦辛格的脸所替换，大家可以通过下面这个视频来看一下对比：
#2
《侏罗纪公园》
1993年上映的《侏罗纪公园》相信看过的人一定不少，这部电影由斯皮尔伯格执导，为我们呈现了一个令人震撼的恐龙世界，同时也凭借这些对于那个时候来说十分惊人的视觉特效，斩获了很多奖项。在这部电影中也有用到换脸技术。可以看一下下面这个视频：
我们从画面中可以看到，演员们在天花板上方的空间里逃亡的途中，一块铁网突然被恐龙破坏，演员在差点就要掉下去的时候被拉了回来。这个差点掉下去的镜头就使用到了换脸技术，首先由特技演员进行表演，然后通过工业光魔的数字面部替代技术，将角色的脸与之进行替换，就有了最终在电影里看到的效果。
如何做到的？首先拍摄一些表演素材，不仅要拍摄女演员本身，还要拍摄她上下挥舞的场景，然后对这些素材进行数字化转描，最后再将角色的脸遮盖到这位特技演员的脸上就OK了。我们可以看看下面的幕后花絮，换脸的部分在后面一点：
数字威亚擦除技术
上面这部电影不知道有多少人认识，毕竟年代确实有点久远了，这是来自1986年的一部名叫《天降神兵》的漫威电影，虽然看起来让人难以相信，但这部电影确实是在隐形视效中的一次巨大的飞跃。
大家都知道，在现在的许多的特效大片里，消除威亚的痕迹一项非常常见的视觉效果工作。尽管技术随着时间不断发展，已经有了很多种方法和很多软件可供大家选择，但这毕竟是一件细心活，仍然需要对细节进行非常细致的关注，不然穿帮镜头第二天就会在全网满天飞了~
那么问题来了，在早期的电影中是如何消除威亚的痕迹的呢？或者说在早期的数字VFX是如何消除威亚的痕迹，并保持后面的场景的原样的？以及他们是如何在观众没有意识到对场景进行任何处理的情况下无形地消除威亚痕迹的？
带着上面这几个问题，继续看下去吧~
#1
《天降神兵》
首先就是我们前面说过的，由威拉德·赫依克导演的《天降神兵》（Howard the Duck，1986年），这部电影讲述了地球人联合星际鸭人打败外来物种的故事，虽然很难相信，但这只鸭子确实是漫威里面的角色。同时这部电影也是第一部使用了数字威亚擦除技术的电影，我们可以一起来看一下下面这个视频：
大家觉得咋样？这个镜头除了使用工业光魔的数字威亚去除技术，实现了将鸭子与安乐椅一起从公寓中拉出来的场景，同时还使用了钢丝拉动木偶并水平支撑穿过多个墙壁和布景来实现了电影中的效果。
《天降神兵》可以说是工业光魔非常早期的一部特效电影了，在那个年代处理这种画面是非常难的。不过再难也难不倒老一辈的视效先驱者们。这里，工业光魔使用了一个名叫Layerpaint的工具，是由卢卡斯影业计算机图形学部门开发的，最初是皮克斯的一个绘图软件，通过它可以在电影胶片上的透明层上绘制光栅图形。
Layerpaint不仅是一个非常轻巧方便的绘图工具，它还有着两个非常主要的特点。
其中一个特点就是可以以较低分辨率处理高分辨率的图像。早期的时候，一次只能查看一部分的高分辨率图像，但是有了Layerpaint，不管什么分辨率都可以轻轻松松应对，即使面对整个图像或者被放大的图像，Layerpaint都可以自动的去适应和更新。
另一个特点则是分层。在Layerpaint中，有一个油漆桶工具，可以通过使用软笔刷，将一层混合到和另一层的威亚上，然后再将它擦除。不过这是一个得一帧一帧来干的细致活儿，但是对于那个年代来说已经是相当的先进和高效了。
同时每层中的图像都是可以独立地向上，向下，向左或向右滑动的，并且帧号可以在序列之间进行偏移，因此可以将威亚或者关键帧进行绘制或“克隆” ，这对于威亚穿过建筑物或其他复杂物体的前面的场景来说是很方便的。如果在一个帧上的一个门或窗户的部分上有一根威亚，那么就要找一个没有遮挡门或窗的帧，并从这个帧上画出来。
在最初版本的Layerpaint中，如果想要看到序列中的每个单独帧，用户都得一次性加载出来才行，而且每个制作完成的帧也需要手动保存，听起来是不是又枯燥又麻烦？不仅如此，还很容易出错。不过幸好后来Layerpaint中添加了一个Sequencer模块，可以为每个图层的完整帧序列指定基本名称和帧范围，以及还有一个可以在帧中前进或后退的主UI中的按钮。这可是1986年啊！
其他技术
当然了，除了数字擦威亚技术，其实还有许多其他的技术也帮了不少忙，比如工业光魔的激光扫描仪，胶片输出方法以及当时可用的通用硬件。
激光扫描的方法是比较聪明的办法，它是通过使用3个同步红、绿和蓝激光将图像写入胶片，从而加快和提高胶片录制质量。它是一种敏感装置（利用细杆末端的小镜子在水平方向上快速移动，而在垂直方向上缓慢地机械移动），通常需要调整但产生美丽的图像。
但有个最大的问题是由于激光具有很强的镜面反射性，因此它会拾取胶片每一帧中颗粒的所有细节。 如果只是看一张静止的图像没什么问题，但是对于移动的序列来说，则会产生很多的噪点，尽管在扫描模式下有一个激光扩散器可以解决这个问题，但最终还是需要一种不同的设备来扫描后续的胶片。
在《天降神兵》这部电影中，虽然运用擦威亚是一个非常短的镜头，但是就像我们在视频里看到的，这个镜头里发生了很多的事情，有很多的场景。尽管当时做得并不尽如人意，但这些擦除威亚的镜头毫无疑问为我们展示出了VFX中数字技术的可能性。
1994年这些工业光魔参与数字威亚擦除技术的人员还获得大奖，以表彰他们为VFX工作做出的努力！
#2
《回到未来2》
下面我们再来看一部对数字威亚擦除技术产生进一步突破的电影吧。
在电影《回到未来》第二部中，这个悬浮滑板的序列使用了数字威亚擦除技术，用于擦除威亚和支撑悬浮滑板的杆子，而且就像我们开头的问题一样，它完完全全保持了后面场景的原样，对于那个年代来说，真的是很神奇，下面就来告诉大家这是咋做到的。
为此，团队编写了一个名为“ Wirem”的交互式工具，这个工具被用来表示关键帧上任意数量（直）线的顶部和底部端点，并用插值代表这些威亚的运动。
通过这个工具，用户可以一步一步地回放背景上的线条，以检查准确性和排列。每根威亚也有一个“厚度”值，它可以告诉用户移除过程的部分每根威亚有多少像素宽。对于细一点的来说，大约都是在2-4左右，但是对于一些镜头来说，就比如我们在视频里看到的，演员站在一个悬浮板上，其实这个悬浮板是由一根足够结实的黑色粗杆连接在摄像机的车上的，它足以支撑演员的体重，此时威亚的宽度则更接近30或40像素。
同时它还会读取序列中的每个输入图像，然后针对这个图像中的每个扫描线，它会确定哪些威亚会穿过这个扫描线以及在哪个像素列，然后“smoosh”颜色值，从左侧的wirewidth/2像素到右侧的wirewidth/2像素，以替换该行上的威亚像素。如果一根威亚的宽度为4像素，颜色值为“40”2像素（左侧）和“50”2像素（右侧），它将在威亚宽度为4像素的范围内，填充值从40平滑增加到50。由于计算机图像像素实际上由红、绿、蓝三种颜色分量的3个独立值组成，因此必须对每行的每根威亚重复此插值和平滑操作3次。当两条威亚重叠或交叉时，必须做额外的数学运算，还可以选择在插值中添加一点随机颜色偏移，以模拟胶片颗粒的外观。
#3
No Strings Attached
再为大家介绍个早期的威亚擦除工具。
No Strings Attached（NSA）是一款用于SGI系统的8/16位的绘画软件，它最初是一种“自动化”的威亚/划痕清除工具，但是开发团队经过研究后发现它自动产生出来的结果并不是很令人满意，所以就在里面添加了一堆绘画工具，包括一个非常新颖的克隆工具，随之No Strings Attached就变成了一个通用的“修复”工具了，并被许多保险公司购买，以防胶片被损坏。
No Strings Attached极大地简化了从视频或胶片图像中去除胶片门划痕、威亚、污垢和其他伪影的密集的劳动过程。NSA可以自动跟踪和绘制出线和划痕等线性伪影，以显著的精度替换纹理。它还包含一个内置的paintbox，带有软笔刷、油漆描记器和用于手动修补的宏。许多手工绘制操作都可以基于自动伪影检测实现自动化。同时NSA的每像素高达64位，非常适合电影或电视后期制作。
海洋模拟技术
最后再为大家小小的拓展一下吧，介绍一下早期使用的海洋模拟技术。
#1
《深渊》
首先是一部叫做《深渊》的电影，这部电影在1989上映，不知道看过的人多不多，跟上面介绍过的《终结者2：审判日》一样，也是由卡神导演的，讲述了一架美国核子潜艇的队员在雷达荧幕上发现一件不明物体，潜艇突然被撞击，沉没于一个无底深渊，由巴德为首的钻油工人奉命前往拯救潜艇队员的故事。也是在这部电影中，出现了第一个关于海洋的特效镜头，先带大家一起看一下：
同样的，工业光魔团队也参与了这些特效镜头的制作，他们先制作了一些潮汐海浪的序列，然后在各种各样的效果和技术下完成了这个镜头。
#2
《未来水世界》
第二部电影是在1995年上映的《未来水世界》，听名字就一定能感觉到有很多关于水的特效。这部电影由凯文·雷诺兹执导，讲述了地球两极冰川大量消融，地球成了一片汪洋，人们只能在水上生存的故事。
大家知道Cinesite吧，这是美国的一家影视特效公司，他们参与了这部电影的制作，并使用了一个名叫Arete RenderWorld的科学模拟软件，来生成了多个海洋表面。
为了电影《未来水世界》的制作，Cinesite公司购买了一台8CPU的机器专门用来运行这个软件，这个机器对于当时那个年代来说，可以说是怪物一般的存在了，大家还为它取名为“stocks”。
大家都知道有时候从水面是可以看到天空的，RenderWorld这个软件也是可以生成这些效果的，但是当时制作团队并不想使用这些效果，因为他们需要各种各样的天空，所以他们制作一个没有天空的特殊版本，并将这些可执行文件取名为了“waternosky”。有意思的是waternosky的发音有点像俄语，当时还有人怀疑是用了俄罗斯的技术。
好了，以上就是关于早期电影里的数字人脸替换技术和数字威亚擦除技术的全部内容，当然也为大家小小的拓展了一下早期的海洋模拟镜头，没想到在上个世纪80年代、90年代的时候这些技术就已经开始慢慢出现，到如今也在各种特效大片中被使用，看到不同年代电影中的对比，还是感叹技术的发展啊
—全文完—
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