/
Автор: Райт С.
Теги: компьютерная графика компьютерные технологии кино цифровые устройства кинематограф
ISBN: 978-5-477-00621-2
Год: 2009
Текст
Стив Райт
I СЕКРЕТЫ ПРОФЕССИОНАЛОВ
Цифровой
композитинг
2-е издание
видео
кино и
Выделение масок
Удаление цветной окантовки
Наложение слоев
Управление гаммой
Профессиональные советы и хитрости
Киноформаты
\ Лог-изображения
о
о
Успех
Цифровой
композигимг
ВИ NT
’ ГЙЗЧ PRESS
Focal
KtlMflbMTEFHuOSE
Стив Райт
Цифровой композитинг
в кино и видео
Секреты профессионалов
Steve Wright
Digital Compositing
for Film and Video
Focal
Press
Стив Райт
Цифровой композитинг
в кино и видео
Секреты профессионалов
NT Press
Москва
УДК 004.92
ББК 32.973.26-018.2
Р18
Подписано в печать 21.04.09. Формат 70x100/ 16. Гарнитура «Миньон». Печать офсетная.
Усл. печ. л. 36,4- Тираж 2 000 экз. Заказ № 4259.
Райт С.
Р18 Цифровой композитинг в кино и видео / Райт Стив; пер. с англ. Медведникова М.М. -
изд. 2-е, доп. и перераб. - М.: НТ Пресс, 2009. - 448 с.: ил. - (Секреты профессионалов).
ISBN 978-5-477-00621-2
Перед Вами наиболее полное руководство по теории и практике цифрового компо-
зитинга. Подробные инструкции и множество иллюстраций помогут читателям освоить
тонкости выделения и очистки масок, удаления цветной окантовки, работы с узлами
композитинга, смешения изображений. На практических примерах Вы детально изучи-
те методику согласования уровней освещенности, характеристик камеры и движения
при наложении слоев, а также познакомитесь с эффектами щелевых трюков, взятых из
старого кино, и способами борьбы с бэндингом.
Прилагаемый DVD-диск содержит оригинальные файлы цветных иллюстраций, ис-
пользуемых в данной книге.
УДК 004.92
ББК 32.973.26-018.2
Copyright ® 2007 by Steve Wright. All rights reserved.
No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system or transmitted in any form or by any
means electronic, mechanical, photocopying, recording or otherwise without the prior written permission of the pub-
lisher.
Russian language edition published by NT Press. Copyright © 2009. All rights reserved.
Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме
и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельца авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но, поскольку вероятность технических
ошибок все равно остается, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приво-
димых сведений. В связи с этим издательство не несет ответственности за возможный ущерб любого вида, свя-
занный с применением содержащихся здесь сведений.
Все торговые знаки, упомянутые в настоящем издании, зарегистрированы. Случайное неправильное ис-
пользование или пропуск торгового знака или названия его законного владельца не должно рассматриваться как
нарушение прав собственности.
ISBN 0-240-80760-Х (англ.)
ISBN 978-5-477-00621-2 (рус.)
Copyright © 2006 by Steve Wright
© Перевод на русский язык, издание на русском языке,
оформление, НТ Пресс, 2009
Оглавление
Часть I • Как создать хорошую композицию
Глава 1 • Введение
1.1. Как устроена эта книга...................................16
1.2. Используемые инструменты.................................18
1.2.1. Нарезка.............................................18
1.2.2. Блок-схемы..........................................21
1.2.3. Цветовые кривые.....................................22
1.2.4. Согласование форматов данных........................25
Глава 2 • Выделение масок
2.1. Маски яркости (Luma-key matte)...........................26
2.1.1. Принцип действия маски яркости......................27
2.1.2. Создание собственного яркостного изображения....................29
2.1.3. Создание маски яркости..........................................32
2.2. Цветовые маски (Chromakey matte).........................35
2.2.1. Принцип действия цветовой маски.....................35
2.2.2. Создание пользовательской цветовой маски............37
2.3. Маски по разности (Difference Matte).....................39
2.3.1. Принцип действия маски по разности..................40
2.3.2. Создание пользовательской маски по разности.........42
2.4. Маски выпуклостей (Bump matte)...........................44
2.5. Инструменты выделения масок (Keyers).....................46
2.6. Маски разности цветов (Color difference matte)...........47
2.6.1. Выделение маски разности цветов.....................48
2.6.2. Настройка плотности сырой маски (Scaling raw matte).57
2.6.3. Очистка маски разности цветов (Refining color difference matte).60
2.6.4. Съемка на зеленом экране с плохим освещением........67
2.6.5. Настройка уровня фона...............................76
2.6.6. Коррекция фона......................................79
Глава 3 • Очистка масок
3.1. Мониторинг маски.........................................84
3.2. «Мусорные» маски (Garbage matte).........................85
6
Оглавление
3.3. Фильтр маски.................................................88
3.3.1. Подавление шума (Noise suppression).....................89
3.3.2. Сглаживание краев (Softer edges)........................90
3.3.3. Регулировка операции размытия...........................91
3.3.4. Размытие выделенных областей............................94
3.4. Подгонка размера маски.......................................94
3.4.1. Сокращение маски
с помощью операций размытия и масштабирования..................95
3.4.2. Растяжение маски с помощью операций размытия
и масштаби рования.............................................96
Глава 4 • Удаление цветной окантовки
4.1. Операция удаления цветной окантовки (Despill)................99
4.2. Дефекты, возникающие при удалении цветной окантовки............101
4.3. Алгоритмы удаления цветной окантовки.....................102
4.3.1. Ограничение зеленого канала красным....................102
4.3.2. (Эграничение зеленого канала синим.....................107
4.3.3. Ограничение зеленого канала средним значением красного
и синего......................................................109
4.3.4. Ограничение зеленого канала другими формулами..........110
4.4. Очистка изображений после удаления окантовки
(Refining despill)...............................................113
4.4.1. Сдвиг каналов (Channel shifting).......................113
4.4.2. Настройка плотности карты окантовки (Spill map scaling)...113
4.4.3. Смешение операций удаления окантовки (Mixing despills).113
4.4.4. Удаление окантовки на разных участках (Matting despills)..114
4.4.5. Устранение зернистости из синего канала (Blue degraining).114
4.5. Операции устранения цветной окантовки (Unspill operations).....114
4.5.1. О настройке операции...................................114
4.5.2. Настройка фонового цвета - Grading the backing color...116
Глава 5 • Создание композиции
5.1. Операция наложения (Compositing operation)..................118
5.1.1. Что происходит внутри операции наложения...............119
5.1.2. Создание полупрозрачной композиции.....................122
5.2. Метод обработанного переднего плана
(Processed foreground method)....................................124
5.2.1. Создание обработанного переднего плана.................124
5.2.2. Наложение обработанного переднего плана................126
5.2.3. Некоторые трудности....................................127
Оглавление
7
5.3. Наложение с примешиванием (Add-mix composite).......... 129
5.3.1. Когда используется этот метод.......................129
5.3.2. Создание композиции методом наложения с примешиванием....131
5.4. Очистка композиции (Refining composite)..................132
5.4.1. Смешение краев (Edge blending)......................133
5.4.2. Коррекция освещенности (Light wap)..................134
5.4.3. Мягкое/жесткое наложение (Soft comp/Hard comp)......137
5.4.4. Интеграция слоев (Layer integration)................139
5.5. Наложение CGI-изображений................................139
5.5.1. Предварительно умноженные CGI-изображения...........140
5.5.2. Операция обратного умножения (Unpremultiplied operation).141
5.5.3. Срезание бликов при обратном умножении
(Unpremultiply highlight clipping).........................145
Глава 6 • Операции смешения (Blend operations)
6.1. Операции смешения в программах композитинга............. 149
6.1.1. Операция экранирующего засвечивания (Screen) .......150
6.1.2. Утяжеленный screen (weighted screen)................152
6.1.3. Умножение (Multiply).............................. 154
6.1.4. Максимум............................................157
6.1.5. Минимум.............................................158
6.2. Методы смешения в Adobe Photoshop
(Photoshop blending modes)....................................159
6.2.1. Простые методы смешения.............................160
6.2.2. Сложные методы смешения.............................161
6.3. Щелевые трюки (Slot gags)................................164
Часть II • В поисках реализма
Глава 7 • Освещение
7.1. Природа цвета.................................................170
7.1.1. Видимый свет........................................170
7.1.2. Цвет света..........................................171
7.1.3. Эффекты фильтров....................................175
7.1.4. Цвет объектов.......................................176
7.2. Поведение света...............................................178
7.2.1. Обратный квадратичный закон.........................179
7.2.2. Диффузное отражение.................................180
7.2.3. Зеркальное отражение................................182
7.2.4. Взаимодействие света................................183
8
Оглавление
7.2.5. Рассеяние..........................................183
7.3. Согласование светового пространства (Matching light space)..185
7.3.2. Согласование цветов (Color matching)...............197
7.3.3. Направление света (Light direction)................202
7.3.4. Качество источников света..........................203
7.3.5. Взаимодействие света...............................204
7.3.6. Тени (Shadows).....................................204
7.3.7. Атмосферная дымка..................................209
7.3.8. Нелинейные градиенты в цветокоррекции..............211
7.3.9. Добавление сияния..................................213
7.3.10. Список вопросов для самоконтроля..................214
Глава 8 • Камера
8.1. Согласование фокуса (Matching focus)........................216
8.1.1. Расфокусировка изображения с помощью размытия......217
8.1.2. Как имитировать расфокусировку.........................219
8.1.3. Протяжка фокуса (Focus pull)............................ 221
8.1.4. Увеличение резкости (Sharpening).......................222
8.2. Глубина резкости (Dept of field)........................226
8.3. Линзовые эффекты (Lens flare)...............................228
8.3.1. Создание и применение линзовых эффектов............228
8.3.2. Анимация линзовых эффектов....................... 229
8.3.3. Замена каналов (Channel swapping)..................230
8.4. Вуалированное сияние (Veiling glare)....................231
8.5. Зернистость (Grain).....................................232
8.5.1. Природа зернистости................................233
8.5.2. Создание зернистой структуры.......................234
8.5.3. Согласование зернистой структуры двух слоев........240
8.5.4. Добавление зернистой структуры в не содержащие ее слои.241
8.6. Список вопросов для самоконтроля........................241
Глава 9 • Движение
9.1. Геометрические трансформации............................243
9.1.1. Двухмерные трансформации...........................243
9.1.2. Трехмерные трансформации......................... 252
9.1.3. Фильтрация (Filtering).............................254
9.1.4. Совмещение изображений (Lining up images)..........257
9.2. Отслеживание движения (Motion tracking).................263
9.2.1. Операция трекинга..................................263
9.2.2. Применение данных трекинга.........................268
Оглавление
9
9.2.3. Стабилизация (Stabilizing).........................270
9.2.4. Трехмерный трекинг (3D motion tracking)............273
9.2.5. Советы, трюки и методы........................... 276
9.3. Искривления и морфинг (Warps and morphs)................281
9.3.1. Искривления........................................282
9.3.2. Морфинг............................................284
9.3.3. Советы, трюки и методы.............................285
Часть III • Это следует знать
Глава 10 • Гамма
10.1. Что такое гамма?.......................................289
10.2. Как изменение гаммы влияет на изображения..............291
10.3. Три гаммы системы отображения..........................293
10.3.1. Гамма монитора....................................293
10.3.2. Коррекция гаммы монитора..........................295
10.3.3. Таблица соответствия монитора (Monitor LUT).......296
10.3.4. Сквозная гамма (End-to-end gamma)..................298
10.4. Измерение сквозной гаммы...............................299
10.5. Эффект неяркого окружения (Dim surround effect)........301
10.5.1. Неяркое окружение для ТВ (Dim surround for TV)....302
10.5.2. Темное окружение для кино (Dark surround for film).302
10.6. Гамма видео............................................303
10.7. Гамма кино.............................................305
10.8. Настройка гаммы монитора...............................305
10.8.1. Мониторы ПК.......................................305
10.8.2. Мониторы Мас......................................306
10.8.3. Мониторы Silicon Graphics.........................306
10.8.4. Плоскопанельные дисплеи...........................307
10.9. Согласование характеристик двух мониторов..............307
Глава 11 • Видео
11.1. Перенос видео на рабочую станцию и обратно.............308
11.2. Принципы работы видео..................................310
11.2.1. Конструкция кадра.................................311
11.2.2. Различия между системами NTSC и PAL...............320
11.2.3. Типы видео........................................323
11.2.4. Форматы видео.....................................325
11.3. HD видео...............................................327
11.3.1. Соотношение сторон картинки.......................327
10
Оглавление
11.3.2. Размер изображения......................................328
11.3.3. Режимы сканирования.....................................328
11.3.4. Частота кадров..........................................329
11.3.5. Принятые обозначения....................................329
11.3.6. ВелИкий и могучий 24р...................................329
11.3.7. Анаморфное видео........................................330
11.4. ТелекинопреобразоватеЛь (Telecine)...........................331
11.4.1. Чередование 3 :2 (3 :2 Pulldown)........................331
11.4.2. Приводочная перфорация (Pin registered).................333
11.4.3. Рекомендации заказчику..................................333
11.5. Работа с видео...............................................335
11.5.1. Выделение масок из видео с частотой дискретизации 4:2:2.335
11.5.2. Деинтерлейсинг..........................................337
11.5.3. Удаление чередования 3 : 2 (3 :2 Pullup)................341
11.5.4. Неквадратные пикселы.................................. 342
11.5.5. Интерлейсное мерцание...................................345
11.6. Применение видео в кинопроизводстве..........................346
11.6.1. Наиболее подходящие видеоформаты........................346
11.6.2. Видео, изначально снятое на видеоленту..................347
11.6.3. Видео, изначально снятое на кинопленку..................348
11.6.4. Размер и соотношение сторон кадра.......................348
11.7. Применение кино в видеопроизводстве..........................350
11.8. Применение CGI-изображений в видеопроизводстве............351
Глава 12 • Кино
12.1. Обработка кинопленки.........................................352
12.2. Термины и определения........................................354
12.2.1. Переходы между единицами измерения......................354
12.2.2. Апертуры................................................354
12.2.3. Компоновка (Composition)................................355
12.2.4. Соотношение сторон (Aspect ratio).......................357
12.2.5. Разрешение изображения (Image resolution)...............358
12.3. Форматы кино.................................................358
12.3.1. Полное кадровое окно (Full aperture)....................359
12.3.2. Стандартное кадровое окно (Academy aperture)............361
12.3.3. Синемаскоп (Cinemascope)................................363
12.3.4. Формат «3 perf».........................................366
12.3.5. VistaVision.............................................367
12.3.6. Форматы 65 мм/70 мм.....................................368
12.3.7. Imax....................................................369
Оглавление
11
12.4. Киносканеры..............................................370
12.5. Кинорекордеры............................................372
12.5.1. Принцип работы кинорекордера.......................373
12.5.2. Сравнение лазерных и ЭЛТ-кинорекордеров............374
12.5.3. Калибровка рабочей станции по кинорекордеру........374
12.6. Цифровые интермедиаты (Digital Intermediate).............377
12.6.1. DI-процесс.........................................377
12.6.2. Преимущества DI-процесса...........................379
12.6.3. Цифровые интермедиаты и компьютерные эффекты.......380
Глава 13 • Логарифмический формат против линейного
13.1. Динамический диапазон окружающего мира...................382
13.2. Поведение кинопленки.....................................384
13.2.1. Кривые отклика кинопленки (Film response curves)...385
13.2.2. Экспозиция (Exposure)..............................386
13.2.3. Сказка о шариках...................................387
13.2.4. Возвращаясь к кинопленке...........................388
13.2.5. Непрозрачность (Opacity)...........................388
13.3. Представление данных в логарифмическом формате...........389
13.3.1. Три зоны кинопленки................................392
13.3.2. Три контрольных точки (Tree reference points)......393
13.3.3. Пере- и недоэкспонирование.........................394
13.4. Оцифровка пленки.........................................395
13.4.1. Недостатки линейного представления данных..........395
13.4.2. Преимущества логарифмического представления данных.401
13.5. Битовая глубина..........................................405
13.5.1. Что такое битовая глубина?.........................405
13.5.2. Непонятные 10-битные файлы формата DPX.............408
13.5.3. Изменение битовой глубины..........................409
13.5.4. Формат с плавающей запятой.........................409
13.6. Паразитная полосатость (Banding).........................411
13.6.1. Предотвращение появления бэндинга на изображении...411
13.6.2. Устранение бэндинга в изображении..................414
13.6.3. Бэндинг на дисплее.................................415
Глава 14 • Изображения в логарифмическом формате
14.1. Преобразование логарифмических изображений...............417
14.1.1. Параметры преобразования...........................417
14.1.2. Преобразование логарифмических изображений в линейные.421
14.1.3. Преобразование линейных изображений в логарифмические.426
12 Оглавление
14.2. Работа с логарифмическими изображениями...............428
14.2.1. Просмотр логарифмических изображений Cineon.......429
14.2.2. Коррекция цвета, цветоустановка...................430
14.2.3. Наложение логарифмических изображений
(Compositing log images)..................................431
14.2.4. Использование операции наложения
для совмещения линейных и логарифмических изображений.....434
14.2.5. Операция screen...................................435
14.2.6. Matte painting.................................. 437
14.2.7. CGI-изображения...................................439
14.2.8. Трансформации и операции размытия............... 442
Приложение А
Маска разности цветов Adobe After Effects (Color difference matte)... 444
Часть I
Как создать
хорошую композицию
Глава 1 • Введение
Глава 2 • Выделение масок
Глава 3 • Очистка масок
Глава 4 • Удаление цветной окантовки
Глава 5 • Создание композиции
Глава 6 • Операции смешения (Blend operations)
Введение
Конечной художественной целью цифрового композитинга является соеди-
нение изображений из множества различных источников таким образом, что-
бы они казались снятыми в одно время, при одинаковом освещении и одной
камерой. Для достижения этой цели важно четко понимать технологию ис-
пользуемых процессов, поскольку многие препятствия, встречающиеся на
этом пути, по сути не являются художественными. Они связаны с чисто тех-
ническими вопросами, которые далеко не все очевидны для непрофессиона-
ла, однако создают проблемы в процессе работы.
Разработчики программ для композитинга старались как можно лучше
спрятать всю технологию в создаваемых программных инструмента^, чтобы их
могли использовать художники, и по большей части им это удалось. Однако же
никакие навыки художественного оформления не помогут выделить качест-
венную маску из некачественного синего экрана или получить гладкий трекинг
из дрожащего изображения, вызванного сильной зернистостью исходного ма-
териала. Проблемы такого рода требуют понимания основополагающих прин-
ципов цифровых операций, которые используются для создания кадров, а так-
же знания набора методов и различных подходов для решения проблемы.
Хороший специалист по компьютерным эффектам должен владеть тремя
отдельными областями знаний: художественное мастерство, инструментарий
и техника. Художественное мастерство позволяет добиться лучшей фотореа-
листичности, благодаря в первую очёредь чувству стиля. Знание инструмен-
тария просто дает возможность работать с конкретным пакетом программ
композитинга. Третья составляющая, техника, совершенствуется с опытов
В конце концов, вы становитесь бывалым ветераном, не понаслышке знаю-
щим о большинстве проблем композитинга и отлично умеющим их решать.
Начинающие пользователи, однако, поначалу постоянно сталкиваются с
трудностями, и поиск одного хорошего решения среди многих и многих пло-
хих зачастую отнимает немало времени. В этой книге собран многолетний
практический опыт, который, несомненно, будет им полезен.
Так как все без исключения художники компьютерной графики - умные
люди, будучи в первую очередь все же художниками, они уделяют больше вни-
мания изобразительному искусству, а не математике. Между тем, без нее порой
оказывается невозможно понять, что же происходит за экраном. Первое, что я
попытался сделать в настоящей книге - так это избежать применения матема-
16
Часть! • Как создать хорошую композицию
тики где только можно. Там же, где без нее никак не обойтись, я постарался
преподнести ее как можно более образно, чтобы облегчить понимание худож-
никам - ведь они, как известно, думают образами. Я надеюсь, что эти легкие
экскурсы в математику будут для вас относительно безболезненными.
1.1. Как устроена эта книга
Способ организации этой книги имеет в своей основе деление не на техники
и методы, а на задачи, которые с их помощью выполняются. При первом под-
ходе все темы, связанные, например, с операцией размытия, могут быть
сгруппированы в одну главу. Но размытие применяется во многих ситуаци-
ях - очистка масок, размытие движения, операции дефокусировки и т.п. Вы-
полнение каждой из этих задач подразумевает использование размытия, но
попытки собрать всю информацию об этой процедуре в одном месте явно
уступают второму подходу, когда задачей является, например, очистка маски.
Конечно, разброс сведений об одном методе по нескольким главам вызывает
определенные неудобства, когда требуется найти по нему полную информа-
цию. В этом случае на помощь приходит четко структурированный предмет-
ный указатель.
Часть I - Как создать хорошую композицию
Первая часть книги организована в порядке, соответствующем рабочему
процессу: выделение матте, выполнение операции удаления цветной окан-
товки и наложение слоев.
Глава 2-0 выделении масок. Существует много различных видов масок
для множества различных ситуаций. Сфера применения масок по разности
цветов весьма обширна, эта маска является одной из самых важных и лежит в
основе композитинга на синем экране. *
Глава 3 - Методы очистки масок. Независимо от способа, которым была
выделена маска, она обычно требует некоторой доработки: сводить на нет
края маски, осуществлять растяжение или сжатие периметра, либо подгонку
переходов по краям.
Глава 4 - Крайне важные операции удаления цветной окантовки. Как они
работают и какие могут привносить артефакты. Дается несколько подходов к
созданию пользовательских операций удаления окантовки, позволяющих
устранить обесцвечивание.
Глава 5 - Как работают композитинговые операции. Что происходит
внутри узла композитинга и как работать с предумноженными и непредум-
ноженными изображениями с альфа-каналом. Особое внимание уделяется
Глава 1 • Введение
17
наложению предумноженных четырехканальных компьютерных (CGI) изо-
бражений.
Глава 6 - Операции смешения изображений. Помимо наложения, суще-
ствует еще бессчетное количество способов сочетания изображений. Без ис-
пользования масок два изображения можно объединить множеством матема-
тических операций, каждая из которых приводит к своему неповторимому
результату.
Часть II - В поисках реализма
После получения технически совершенной композиции можно присту-
пать к цветовой коррекции слоев, чтобы сделать их неотличимыми по уров-
ню освещенности, к согласованию характеристик камеры, а затем согласова-
нию движения.
Глава 7 - Согласование уровней освещенности наложенных слоев. Пред-
лагаются некоторые базовые сведения о природе цвета и поведении света, а
затем рассказывается, как добиться того, чтобы разные слои выглядели слов-
но бы снятыми при одинаковом освещении. В главу включен список для са-
моконтроля, по которому можно проверить качество готовой композиции.
Глава 8 - Согласование характеристик камеры при наложении слоев. На
внешний вид слоя влияют камера, линза и кинопленка. Они должны быть
подобраны таким образом, чтобы различные слои выглядели снятыми одной
камерой.
Глава 9 - Согласование движения при наложеннии слоев. Приводится
детальный анализ отслеживания движения и эффектов геометрических пре-
образований, а также фильтров для изображений на их основе. Объясняется,
как сделать размытие движения более реалистичным, и предлагается ряд
процедур быстрого подбора изображений.
•
Часть III - Это следует знать
Теперь процесс композитинга завершен, и можно перейти к обсуждению
вопросов, не связанных с ним, но влияющих на результаты работы в целом.
Глава 10 - Этот причудливый мир гаммы. Сюда входят не только коман-
ды гаммы для регулировки яркости изображений, но также описывается, как
гамма работает в изображениях, мониторе и на пленке, и рассматривается ее
влияние на отображение картинки.
Глава 11 - С чем едят видео. О сложности видеоизображений и почему
они такие, какие они есть. Рассматриваются операции удаления преобразова-
ния 3:2, устранение чересстрочной развертки и работа с неквадратными пик-
селами, а также способы внедрения видео в кинофильм. Тема охватывает ви-
18
Часть! • Как создать хорошую Композицию
део как стандартного разрешения (SD - Standard Definition), так и высокого
(HD- High Definition).
Глава 12 - Кино и его форматы. Даются определения различных апертур
для кино, объясняется их назначение и приводятся способы смешивания изо-
бражений. Также здесь можно узнать о работе с киноформатами Cinemascope
(Синемаскоп) и Imax, об использовании киносканеров и кинопроекторов, а
также получить общее представление о процессе Digital Intermediate.
Глава 13 -Логарифмические данные против линейных. Как происходит
запись изображений на пленку и что вообще такое лог-данные в кино. Поче-
му логарифмический способ является лучшим цифровым представлением
для кино и что случится с изображениями, если каким-то образом он будет
заменен на линейный.
Глава 14 - Работа с лог-изображениями. Как с минимальными потерями
преобразовать лог-изображения в линейные и обратно для кадров Cineon.
Для храбрецов, работающих с лог-изображениями, и для тех, кто хочет попы-
таться, объясняются процедуры создания компьютерных эффектов в лога-
рифмическом пространстве.
1.2. Используемые инструменты
В данной книге для анализа изображений, демонстрации процедур и измене-
ния значений пикселов часто используются нарезка, блок-схемы и цветовые
кривые. Весьма сложно было бы понять изложенный материал, не имея пред-
ставления об этих инструментах, поэтому настоящий раздел посвящен опи-
санию каждого из них с целью выработки единой терминологии, подходящей
для большинства программ. Если в вашей программе отсутствует нарезка
(slice tool), то это понятие будет для вас новым, но я уверен, что вы быстро
поймете ее ценность как инструмента, позволяющего заглянуть внутрь изо-
бражения и понять, что там происходит. Кто знает, может быть, вам захочет-
ся поставить на уши весь инженерно-технический отдел после того, как вы
оцените Все возможности этого инструмента. Несмотря на то, что блок-схемы
практически заняли место стандартного интерфейса для программ компози-
тинга, из-за различий в терминологии или отсутствия этого инструмента в
некоторых пакетах здесь дается лишь краткий обзор их использования. Что
касается цветовых кривых, которые имеются во всех программах, для них бу-
дет предложено новое, весьма интересное применение.
1.2.1. НАРЕЗКА
Нарезка - очень ценный инструмент анализа изображений и довольно широ-
ко применяется в этой книге для иллюстрации действий с пикселами. Отнюдь
Глава 1 • Введение
19
не все пакеты программ содержат этот замечательный инструмент, поэтому
будет совсем не лишним рассказать о его применении и полезных свойствах.
Этот измерительный инструмент словно разрезает изображение по прямой.
Для начала использования нарезки нужно провести прямую линию по-
перек нужной области на рисунке (белая диагональная линия на рис. 1.1).
Второй шаг - это построение графика по значениям пикселов на этой линии
(рис. 1.2). Для простоты возьмем сначала черно-белое изображение, а затем
посмотрим, как работает нарезка с более сложными трехканальными RGB-
изображениями.
Рис. 1.1 • Линия разреза
на изображении
Рис. 1.2 • График нарезки
изображения
На графике (рис. 1.2) слева направо отложены значения пикселов на ли-
нии разреза, начиная с левого конца. В этом примере все участки изображе-
ния, пересекаемые линией, пронумерованы - это облегчает их соотнесение с
графиком. Участок 1 - это фоновый участок синего экрана, которому на гра-
фике соответствует яркость пикселов примерно 0,25. Участок 2 - это темные
волосы, поэтому график в этой области резко уходит вниз ниже значения 0,1.
Участок 3 соответствует резкому скачку в месте пересечения подбородка, а
участок 4 - длинному отрезку умеренной яркости в области свитера. И, нако-
нец, участок 5 опять представляет собой синий экран. Что интересно, несмот-
ря на то, что участки 1 и 5 оба принадлежат синему фону, график на участке 5
поднимается немного выше, чем на участке 1, из чего можно сделать вывод,
что в правой части изображения синий экран немного ярче.
Рассмотрев использование нарезки для одноканального черно-белого
изображения, мы теперь можем для сравнения выполнить аналогичную
процедуру для того же изображения, но в полноцветном варианте (рис.1.3).
В этом случае на цветной график наносятся значения пикселов по всем трем
каналам (рис. 1.4). На фоновых участках синего экрана синяя составляющая
20
Часть I • Как создать хорошую композицию
численно значительно превышает как красную, так и зеленую, чего и следо-
вало ожидать для хорошо экспонированного фона. По графику также легко
определить уровни яркости и соотношения цветов для волос и оттенков
кожи. Можно даже заметить, что для красного свитера имеет место некото-
рое смещение в сторону синей составляющей. По этим графикам, показы-
вающим абсолютные уровни всех цветовых составляющих на данном сече-
нии изображения, можно также определить их уровни относительно друг
друга. Без этого было бы крайне сложно понять действие таких операций,
как выделение масок, удаление цветной окантовки и многих других задач
композитинга.
Еще одним крайне важным применением нарезки является построение
графика цветового перехода, как показано крупным планом на рисунках 1.5
и 1.6.
Рис. 1.5 • Линия разреза, Рис. 1.6 • График
пересекающая область цветового перехода значений RGB для цветового перехода
Глава 1 • Введение
21
Здесь короткая линия разреза начинается на красном свитере и перехо-
дит на синий экран. На графике можно посмотреть и проанализировать те-
кущие переходные значения пикселов между двумя участками. При необхо-
димости детализации можно провести линию слайса через меньшее количе-
ство пикселов, тогда полученный график будет иметь более крупный мас-
штаб.
График нарезки гораздо более информативен, чем инструмент разовой
пробы, поскольку отображает значения пикселов для целых областей изо-
бражения. Например, линия разреза, проведенная через всю область синего
экрана, позволит выявить на графике участки с неравномерной освещенно-
стью, а также определить вид и степень ее спада, после чего для устранения
этих эффектов можно будет подобрать соответствующие методы исправле-
ния. Среди полезных свойств этого инструмента следует также отметить оп-
ределение значений пикселов для протяженных областей на стандартных
изображениях (например, небо). Кроме того, значения RGB, нанесенные на
график, вне всякого сомнения, более удобны, чем просто цифры, выдаваемые
простым пиксельным инструментом, скажем, пипетки.
1.2.2. БЛОК-СХЕМЫ
Повсеместное использование в книге блок-схем для отображения последова-
тельности действий, приводящих к нужному результату, объясняется их яс-
ностью и универсальностью. Большинство основных пакетов программ ком-
позитинга используют блок-схемный графический пользовательский интер-
фейс (Graphical User Interface - GUI) для логического представления потока
данных композитинга. Блок-схемы могут быть полезными даже для пользо-
вателей, не имеющих такого интерфейса (например, пользователи Adobe
Photoshop), благодаря своему четкому способу отражения последЪвательно-
сти операций, который может быть перенесен в любой пакет, в том числе в
такой, где используется командная строка. Даже пользователь, который впер-
вые видит блок-схему, способен интуитивно определить не только операции,
которые следует выполнить, но также их особый порядок, в том числе раз-
личные разветвления и сочетания.
На рис. 1.7 показан пример общей блок-схемы, которая читается слева
направо. Каждый квадрат называется «узел» и представляет определенные
операции обработки изображения, такие как размытие или коррекция цвета.
На блок-схеме на рис. 1.7 первый узел слева с надписью «изображение» может
представлять собой первичную операцию открытия файла с изображением
либо просто исходное состояние этого изображения, к которому присоеди-
няются дальнейшие операции. Узел «оп 1» (операция 1) - это первая выпол-
няемая операция, после которой обработка изображения разветвляется и пе-
22
Часть I • Как создать хорошую композицию
реходит к узлам «оп 2» и «оп 3». Затем результат из «оп 3» объединяется с «оп
1» с образованием двух исходных изображений для последнего узла «оп 4».
Цифровой композитинг по существу является примером одной из ком-
пьютерных дисциплин, которая называется «программирование потоков дан-
ных». Главное достоинство блок-схемы - непосредственное графическое
представление «потока» данных (изображений) от одной операции к другой,
образующее «программу» (сценарий композитинга), которая приводит к дос-
тижению желаемого результата: в данном случае это будет замечательная
композиция. Четкость и интуитивная понятность блок-схем делают их неза-
менимыми в цифровом композитинге для взаимодействия человека с компь-
ютером.
Рис. 1.7 • Пример общей блок-схемы
В программе Photoshop не используются блок-схемы. Однако они служат свое-
образной калькой, следуя которой мы выполняем последовательности опера-
ций по достижению заданной цели и в Photoshop тоже. Таким образом, пред-
лагаемые блок-схемы можно использовать при создании слоев для каждой
операции в качестве путеводителя.
1.2.3. ЦВЕТОВЫЕ КРИВЫЕ
Цветовая кривая - еще одно средство, часто используемое в этой книге для
настройки цветовых значений черно-белых и RGB изображений. Помимо ис-
пользования по своему исходному назначению - в качестве инструмента кор-
рекции цвета, кривые имеют еще миллион других применений - это настрой-
ка масок, изменение характеристик кромки, привязка и многое другое. Все
эти задачи описываются в данной книге. В некоторых пакетах программ цве-
товые кривые Могут называться узлом (нодой) справочной таблицы (Look-Up
Table - LUT) или даже какими-то другими именами. Так или иначе, они при-
сутствуют практически во всех существующих пакетах по композитингу, и
Photoshop также не является исключением. В этой книге значения пикселов
выражаются в форме чисел с плавающей запятой от 0 до 1, что соответствует
способу записи в большинстве программ.
В двух словах задача цветовой кривой состоит в соотнесении значений
пикселов исходного изображения с набором новых значений полученного
Глава 1 • Введение
23
изображения. Значения пикселов исходного изображения откладываются
вдоль нижнего края диаграммы, помеченного как «вход» на рис. 1.8, а новые
значения - вдоль правого края, помеченного как «выход». График на рис. 1.8
представляет собой кривую идентичности, это значит, что значения на входе
совпадают со значениями на выходе, то есть с изображением не происходит
никаких изменений. Входное значение 0,5, на которое указывает стрелка, со-
ответствует выходному значению, также равному 0,5. Цветовая кривая на рис.
1.9, однако, является «кривой» в буквальном смысле - здесь входному значе-
нию 0,5 соответствует выходное значение 0,8.
Рис. 1.8 • Кривая
идентичности
входного значения
Рис. 1.9 • Соотнесение
с новым выходным значением
В этом конкретном случае промежуточные тона любого изображения, к
которому применяется данная операция, будут осветлены. Цветовой кривой
можно придать любую форму, какая только вам придет в голову, и именно
это свойство обусловливает ее огромную гибкость и многочисленные приме-
нения.
Здесь приведены примеры только нескольких из них. На рис. 1.10 пока-
заны две цветовые кривые, одна из которых увеличивает значения пикселов,
а другая уменьшает. Для кривой увеличения входное значение пиксела, рав-
ное 0,6, превращается в выходное значение 1, при этом масштабный коэффи-
циент составляет 1,00,6 = 1,67 для всех значений пикселов. Другими слова-
ми, эта кривая выполняет ту же операцию, что и узел «масштаб RGB», кото-
рому задано значение 1,67. Заметьте, что она точно так же, как и этот узел,
обрезает все входные данные, превышающие значение 0,6. На кривой умень-
шения входному значению 1 соответствует выходное значение 0,6, то есть все
значения пикселов умножаются на коэффициент 0,6. Подобные операции
масштабирования (скалирования), разумеется, предполагают, что цветовая
24
Часть! • Как создать хорошую композицию
кривая является прямой линией. На рис. 1.11 показано использование кривой
для привязки изображения (clanping), позволяющей предотвратить превы-
шение установленного значения яркости. Поскольку эта кривая является
кривой идентичности вплоть до значения 0,7, все пикселы между 0 и 0,7 не
претерпевают никаких изменений. А всем пикселам, превышающим это зна-
чение, присваивается выходное значение 0,7.
Рассмотрим теперь более сложные случаи. На рис. 1.12 показано приме-
нение цветовой кривой для создания узкополосного фильтра. Входные зна-
чения пикселов в промежутке от 0,4 до 0,6 превращаются в выходные значе-
ния, равные 1, а все остальные входные значения обнуляются. Рис. 1.13 изо-
бражает «экзотическую» кривую - сложную нелинейную цветовую кривую.
В этом примере она увеличивает контрастность изображения, не обрезая его
в белых и черных областях, как это сделала бы обычная операция изменения
контрастности.
див—и
Рис. 1.10 • Увеличение
и уменьшение значений
I1
.9
.8
1.7
.6
.5
.4
.3
.2
.1
0 .1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 .8 .9 1
« и;
Ш м ж
Рис. 1.11 • Привязка
0 .1 .2.3 .4.5 .6 .7 .8 .
1
.9
.8
.7
.6
.5
.4
.3
.2
.1
0
Рис. 1.13 • «Экзотическая» кривая
Рис. 1.12 • Узкополосный фильтр
Глава 1 • Введение
25
На рис. 1.14 показано использование цветовой кривой для трехканально-
го RGB-изображения. В данном случае красный канал уменьшен (скалирован)
на коэффициент 0,6, в зеленом канале осветлены промежуточные тона, а си-
ний канал привязан к значению 0,7. Позже мы убедимся, что возможность
индивидуальной настройки каждого из трех каналов является ключевой для
предварительной обработки изображения на синем экране и позволяет выде-
лить более качественную маску.
Рис. 1.14 • Цветовая кривая для RGB-изображения
1.2.4. СОГЛАСОВАНИЕ ФОРМАТОВ ДАННЫХ
Большинство современных программ композитинга может работать с раз-
личными форматами данных, например с 8-битными или 16-битными целы-
ми числами или числами с плавающей запятой. Это может вызвать затрудне-
ния при попытке привести конкретный пример в тексте, поскольку яркий
цвет в 8-битной системе может иметь кодовое значение 220, а в 16-битной -
значение 56 320. Чтобы избежать загромождения текста перечислением всех
возможных вариантов для каждого примера, в данной книге принято исполь-
зование данных в формате чисел с плавающей запятой. Это значит, что нуле-
вое значение в 8-битной и 16-битной системах соответствует нулю в системе с
плавающей запятой, но максимальные кодовые значения в 8-битной и в 16-
битной системах, равные 255 и 65 535, соответствуют значению 1 в системе с
плавающей запятой. Значение 0,5 в этой системе отвечает значению 128 в 8-
битной и значению 32768 в 16-битной системах, и т. д.
2 Выделение
масок
Первым шагом при создании любой композиции является выделение маски. Не-
смотря на то что у вас может быть один или два отличных инструмента для ке-
инга, таких, например, как Ultimatte или Keylight, существует множество ситуа-
ций, когда они работают некорректно либо неприменимы вовсе. В этой главе
описывается несколько альтернативных методов создания масок; одни приме-
няются для синего экрана, другие - для произвольного фона. Цель данной главы
состоит в том, чтобы рассмотреть как можно больше разных методов создания
масок для наложения либо выделения элемента, иными словами - вооружиться
методами до зубов. Не существует такой процедуры выделения маски, которая
подходила бы к любой ситуации, поэтому чем больше различных подходов име-
ется в запасе, тем больше шансов быстро и качественно создать нужную маску.
В последующих главах будут рассмотрены способы очистки масок, методы уда-
ления цветной окантовки и собственно операция наложения.
Важно помнить о том, что выделение маски из изображения, даже из
очень качественного синего экрана, по сути является ловким обманом - его
нельзя обосновать математически. Оно может быть определено как изна-
чально некорректный процесс, который просто работает должным образом
при определенных обстоятельствах, и поэтому не следует удивляться, если
что-то вдруг пойдет не так - а это случается не так уж редко. Технически мас-
ку можно определить как «непрозрачную карту» интересующего нас объекта
на переднем плане изображения. Предполагается, что она корректно отража-
ет полупрозрачные участки в переходных областях на кромках, а также все
остальные участки с частичной прозрачностью. В разделе, посвященном мас-
кам по разности цветов, мы узнаем, почему даже самая лучшая маска на си-
нем экране - всего лишь грубое приближение этой формулировки. Поскольку
процесс выделения маски, как уже было сказано, по сути некорректен, для
повышения его эффективности необходимо четко понимать принципы его
работы, чтобы иметь возможность разработать действенные приемы по уст-
ранению неизбежных неполадок в процессе. Я надеюсь, что изложенные в
этой главе техники предоставят вам широкий спектр подходов для уверенной
навигации по пересеченной местности вашего творчества.
2.1. Маски яркости (Luma-key matte)
Первое место в хит-параде выделения масок неизменно занимают популяр-
ные маски яркости (luma-key) . Их название происходит из мира видео и те-
Глава 2 • Выделение масок
27
левидения, где видеосигнал изначально разделяется на яркость и цветность.
Яркостная часть видео как правило используется для создании маски (матте,
ключа, рирпроекции, говоря языком видео), чтобы выделить некий объект
для последующей обработки. В цифровом композитинге аналогичный про-
цесс называется маской яркости (luminance matte) ; однако в большинстве
программных пакетов этот узел называется узлом (нодой) яркостной рирпро-
екции (luma-key). Так или иначе, независимо от названия он работает одина-
ково в обеих сферах. Для создания маски используется некоторая доля ярко-
сти изображения. Эта маска (матте, рирпроекция) впоследствии может быть
использована различными способами для выделения нужных объектов и
применения к ним необходимых действий.
Достоинствами маски яркости можно назвать простоту ее создания и
гибкость в применении, обусловленную тем, что выделяемый объект часто
темнее или светлее остальной части рисунка. В этом разделе описывается ра-
бота масок яркости, их сильные и слабые стороны, а также способы создания
собственных вариантов для решения конкретных проблем.
2.1.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МАСКИ ЯРКОСТИ
Маска яркости берет за основу RGB-изображение и вычисляет для него вари-
ант, учитывающий только яркость, который представляет собой монохром-
ное (одноканальное черно-белое, имеется в виду серая шкала) изображение.
Задается пороговое значение, и всем пикселам, значения которых больше или
равны ему, присваивается 100% белый цвет, а пикселам с более низкими зна-
чениями - черный. Конечно, при этом получается маска с очень резкими гра-
ницами, которая не подходит для большинства ситуаций, и поэтому некото-
рые инструменты яркостных масок (luma-keyer) предлагают вторичный поро-
говый параметр для сглаживания краев маски.
В качестве наглядного примера можно представить такое изображение
лежащим плашмя на столе, а пикселы - возвышающимися над этой плоско-
стью в виде гор. Высота каждой «горы» соответствует яркости пиксела. Яркие
пикселы образуют высокие горные пики, пикселы промежуточной яркости -
невысокие холмы, а темные пикселы - равнины, как показано на рис. 2.1. Это
трехмерное представление двумерных изображений позволяет взглянуть на
RGB-изображения с другого ракурса, который довольно часто будет приме-
няться в этой книге.
Теперь представьте пороговое значение яркости как секущую плоскость,
которая срезает верхушки гор (рис. 2.2). Белые участки - это области пересе-
чения секущей плоскости и пиков, они и образуют итоговую маску яркости.
Это сравнение позволяет сделать ряд интересных наблюдений. Первое и
самое очевидное - секущая плоскость обрезает несколько разных пиков, а не
28
Часть! • Как создать хорошую композицию
какой-то один, который нам нужен. Это значит, что маска яркости будет со-
держать ненужные области рисунка. Возникает необходимость метода, при
помощи которого можно выделить один требуемый элемент. Второе наблю-
дение состоит в том, что отсекаемые плоскостью участки будут увеличиваться
при уменьшении порогового значения и уменьшаться при его увеличении,
при этом маска будет соответственно растягиваться или сжиматься.
Рис. 2.1 • Визуализация
монохромного изображения
в виде «гор» по уровням яркости
Рис. 2.2 • Секущая плоскость
обрезает самые высокие
(самые яркие) пики
Существует два подхода к решению проблемы захвата лишних областей.
Первый состоит в создании маски для удаления «мусора» из интересующей
нас области, так называемой мусорной или грубой маски (garbage matte). Это
действительно грубый, но эффективный метод, если на создание такой маски
не требуется много времени. Второй подход предусматривает изменение вы-
соты пиков таким образом, чтобы нужный нам пик стал самым высоким.
Этот метод рассматривается в разделе 2.1.2 «Создание собственного яркост-
ного изображения».
Простая бинаризация изображения (разделение его только на белые и
черные пикселы) с использованием единственного порогового значения при-
водит в результате к маске с очень резкими границами, в то время как боль-
шинство приложений требуют плавных, мягких границ. Эта проблема реша-
ется введением второго порогового значения в параметры инструмента. Одно
значение является внутренним, ему соответствует плотность 100%, а второе -
внешним, с плотностью 0%, с плавным переходом между ними. На рис. 2.3
показано поперечное сечение одного из пиков, где внутренний и внешний
параметры образуют маску с плавными границами.
Все, что превышает внутреннее пороговое значение, становится полно-
стью белым. Все, что находится ниже внешнего порогового значения, стано-
вится полностью черным. Пикселы между двумя этими значениями прини-
Глава 2 • Выделение масок
29
мают различные оттенки серого, в результате чего получается маска с плав-
ными границами, показанная на вставке выше сечения пика (рис. 2.3).
Рис. 2.3 • Внутренний и внешний пороги
для маски с плавными границами
2.1.2. СОЗДАНИЕ СОБСТВЕННОГО ЯРКОСТНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ
Есть два нюанса, которые следует знать о яркостных изображениях, создан-
ных инструментом маски яркости. Во-первых, существует большое количест-
во способов расчета таких изображений, и некоторые из них могут выделить
нужный элемент лучше, чем данный способ. Во-вторых, это изображение
может оказаться вовсе не яркостным изображением. Вполне вероятно, что
инструмент яркости сможет принять за исходные не только RGB, но и моно-
хромные изображения. Этот факт дает серьезное преимущество - для кеинга
можно использовать монохромное изображение, в котором выделение нуж-
ного элемента будет более качественным. Если монохромные изображения не
принимаются, создадим свою собственную маску яркости.
Варианты уравнения яркости. Идея яркостного изображения заключа-
ется в преобразовании трехканального цветного изображения в монохромное
таким образом, чтобы видимая яркость цветного соответствовала видимой
яркости монохромного. Обычно эта задача более сложная, чем кажется с пер-
вого взгляда. Первый способ, который приходит с голову - взять одну треть
каждого из трех каналов и сложить их - не работает, поскольку чувствитель-
ность глаза по отношению к трем основным каналам различна. Глаз наиболее
чувствителен к зеленому, поэтому этот цвет кажется намного ярче, чем крас-
ный или синий при тех же значениях.
На рис. 2.4 показано, как по-разному реагирует глаз на яркость трех ос-
новных цветов. Для примера взят набор из трех цветовых сигналов, состоя-
30
Часть! • Как создать хорошую композицию
щих на 80% из одного основного цвета и на 10% из остальных двух. Сигнал,
названный красным, имеет значения RGB 0,8 0,1 0,1, а после преобразования
цвета в яркость получается значение серого 0,30. Зеленый сигнал имеет абсо-
лютно такие же значения RGB (за исключением, разумеется, того, что теперь
зеленый является преобладающим цветом), однако его значение серого равно
0,51 - гораздо ярче, чем у красного. Синий сигнал едва ли вообще дает какую-
либо яркость - всего лишь каких-то 0,18.
Рис. 2.4 • Преобразование цвета в яркость
Важный момент: при создании яркостной версии следует использовать
правильные пропорции значений красного, зеленого и синего, которые точно
отвечают чувствительности глаза, в противном случае полученное изображе-
ние будет выглядеть неправильным. Простое усреднение по одной третьей
части всех цветов приведет, например, к тому, что голубое небо будет выгля-
деть слишком ярким вследствие завышения яркости синего цвета. Зеленый
лес, напротив, будет казаться чересчур темным, так как яркость зеленого бу-
дет занижена. Существует стандартное уравнение, объединяющее правиль-
ные соотношения значений RGB для создания яркостных изображения на
цветном мониторе:
Яркость = 0,30R + 0,59G + 0,11В. (2.1)
Это означает, что каждый пиксел состоит на 30% из красного, на 59% из
зеленого и на 11% из синего. Имейте в виду, что точные пропорции могут
слегка отличаться в зависимости от цветовой области, в которой вы работае-
те, поэтому они не обязательно будут точно соответствовать значениям, ис-
пользуемым в инструменте яркости. И, конечно, эти проценты будут другими
для среды, отличной от цветного монитора. Если в вашей программе есть узел
(нода) математической обработки канала, то вы можете сами создавать собст-
венные яркостные изображения при помощи уравнения 2.1.
Глава 2 • Выделение масок
31
Однако нашей целью сейчас не является создание изображения, коррект-
но воспринимаемого глазом. Наша цель - получить яркостное изображение, в
котором требуемый элемент наиболее качественно выделяется из окружаю-
щего фона. Вооружившись этой информацией, можно обдумать возможные
способы его создания. Некоторые инструменты-кееры (речь идет все о том же
luma-keyer) позволяют изменять соотношения яркости. Испробуйте различ-
ные параметры и добейтесь, чтобы нужный элемент максимально выделялся
на фоне остальной части изображения. Если ваш яркостный кеер не позволя-
ет настраивать уравнение яркости, скормите ему яркостное изображение,
созданное каким-либо другим методом, например монохромным узлом (но-
дой), в котором можно настраивать цветовые соотношения.
«Вы тоже можете создавать свои яркостные изображения. Для этого создается
пользовательское черно-белое (серая шкала) изображение при помощи сред-
ства Channel mixer. Выберите последовательно команды Image > Adjustments >
Channel Mixer, отметьте флажком поле Monochrome в нижней части диалого-
вого окна (для выходного канала задается значение «Gray»), а затем введите
требуемые значения цветов и создайте нужное изображение.
Рис. 2.5 • Блок-схема создания пользовательского
яркостного изображения
Рис. 2.6 • Изменение значений RGB на цветовой кривой
Если монохромный узел (нода) в вашей программе не позволяет изменять со-
отношения значений RGB, тогда для создания яркостного изображения можно
воспользоваться другим способом - с помощью узла (ноды) цветовой кривой.
Последовательность операций показана в блок-схеме на рис. 2.5. RGB-
32
Часть! • Как создать хорошую композицию
изображение [RGB image] поступает в узел (ноду) цветовой кривой [color curve],
где каждому каналу цвета назначается требуемое значение в процентах, как
показано на рис. 2.6. После следует нода, где каналы расщепляются на отдель-
ные каналы R, G и В, а затем складываются [add], как показано на схеме, с об-
разованием нового изображения с требуемыми характеристиками. Затем ре-
зультирующее изображение соединяется [add] с узлом (нодой) яркостного кее-
ра для выделения маски яркости.
Яркостное изображение рассматривается как «черно-белое» изображение.
Можно создавать собственные черно-белые изображения при помощи Channel
Mixer (Image > Adjust > Channel Mixer). Нажмите кнопку монохромное™ и вве-
дите процентные соотношения для каждого цветового канала.
Неяркосгные монохромные изображения. Существует еще один под-
ход, в котором вовсе не используются яркостные изображения. В основе про-
цесса выделения маски яркости лежит простое определение значений ярко-
сти в монохромном изображении. Оно обычно получается путем создания
яркостной версии цветного изображения, однако никто не запрещал полу-
чать одноканальные изображения другими способами. Например, можно
просто отделить зеленый канал и отправить его в люма-кеер, инструмент вы-
деления маски яркости. Возможно, синий канал обеспечит лучшее выделение
интересующего нас объекта из окружающего фона, либо можно попробовать
использовать 50% красного канала плюс 50% зеленого. Это зависит в конеч-
ном счете от цветового содержания выделяемого объекта и его окружения. К
сожалению, цветовая гамма RGB изображений слишком сложна, чтобы мож-
но было просто проанализировать ее и определить наилучший подход. Здесь,
безусловно, требуется опыт, состоящий из множества проб и ошибок. Но эти
пробы могут быть довольно быстрыми, и хорошее решение обычно удается
найти за несколько минут.
2.1.3. СОЗДАНИЕ МАСКИ ЯРКОСТИ
Допустим, ваша программа настолько примитивна, что не содержит люма-
кея или иного инструмента для выделения масок по яркости, либо вы не хо-
тите его использовать по каким-то причинам. Может быть, вам хочется про-
демонстрировать пикселам свой героизм. Отлично. Можно создать собствен-
ный инструмент люма-кея при помощи узла (ноды) цветовой кривой, кото-
рый совершенно точно есть в каждой программе. Первый шаг - создание мо-
нохромного изображения, в котором нужный элемент выделяется из окру-
жающего фона, при помощи одного из методов, описанных выше, и отправка
этого изображения в узел цветовой кривой для получения из него высоко-
контрастной маски.
Настройка цветовой кривой показана на рис. 2.7. Для примера специаль-
но взято простое изображение [исходное изображение] (слева на рисунке),
Глава 2 • Выделение масок
33
выделяемый объект в нем - белая буква «А». Цветовая кривая, обозначенная
как [грубая обрезка] - hard clip, использует одно пороговое значение, но при
этом получается грубая маска с зазубренными краями (эффект намеренно
преувеличен в демонстрационных целях).
Рис. 2.7 • Использование цветовой кривой для создания маски яркости
На цветовой кривой, обозначенной как [мягкая обрезка] - soft clip, при-
сутствует наклон, благодаря которому получается маска с плавными грани-
цами. Чем более пологий наклон линии, тем более плавная, мягкая граница
будет получена. Естественно, выделяемый объект не должен быть обязатель-
но белым. Если требуется выделить черный объект, нужно настроить цвето-
вую кривую на присвоение всем пикселам, более светлым, чем выделяемый
объект, 100% белого цвета. В результате получится черная маска на белом фо-
не; впоследствии цвета можно инвертировать при необходимости. Другой
вариант - присвоить черным пикселам 100% белый цвет, а остальные участки
сделать черными, тогда сразу получится белая маска на черном фоне.
Довольно часто, однако, выделяемый объект бывает промежуточного се-
рого цвета, как показано на рис. 2.8. В этом случае значения пикселов для этого
объекта приравниваются на цветовой кривой к 100% белому цвету, а все значе-
ния выше и ниже делаются черными. Наклонные линии на цветовой кривой
обеспечат красивые плавные границы маски. Иногда этот инструмент выделяет
самый светлый или самый темный элемент в изображении, и тогда можно ис-
пользовать простую мягкую обрезку, показанную на рис. 2.7. Но чаще всего
2- Цифровой композитинг
34
Часть1 • Как создать хорошую композицию
встречаются серые объекты, как в приведенном на рис. 2.8 примере, где прихо-
дится подавлять пикселы и светлее, и темнее выделяемого объекта.
Рис. 2.8 • Маска яркости для объекта серого цвета
На рис. 2.9 подробно показано изменение формы маски при помощи узла
цветовой кривой. Линия [центр] отмечает среднее значение яркости выде-
ляемого объекта. Отрезок [допустимое отклонение] - tolerance определяет
ширину диапазона яркости на участке маски с максимальной плотностью.
[Мягкость] - softness отражает крутизну наклона линии перехода от черного
к белому; чем она больше, тем грубее будут границы маски. Для настройки
допустимого отклонения и мягкости краев маски необходимы только четыре
контрольные точки. Начать можно с неких стартовых значений, но для за-
вершения настройки контрольных точек может потребоваться визуальное
изучение маски с целью выявить эффекты от варьирования значений шири-
ны допустимого отклонения и мягкости краев (кромок).
softness7 /tolerance
Рис. 2.9 • Настройка цветовой кривой для маски яркости
Глава 2 • Выделение масок
35
Чтобы обобщить сведения о «самодельном» процессе выделения маски
яркости, обратимся к рис. 2.10, на котором изображена блок-схема описан-
ных выше операций. RGB-изображение [RGB image] попадает в монохром-
ный узел [mono], который создает яркостные версии цветных изображений.
Если узел (нода для Apple Shake) имеет внутренние параметры, их можно ис-
пользовать для получения лучших результатов. Затем монохромное изобра-
жение передается в узел цветовой кривой [color curve], где производится его
настройка с целью получения конечной маски с высокой контрастностью.
Вместо монохромного узла для создания масок яркости можно использовать
один из каналов RGB либо сочетание двух каналов, как описано выше.
Рис. 2.10 • Блок-схема операций выделения маски яркости
2.2. Цветовые маски (Chromakey matte)
Цветовые маски - хромакей - chromakey matte - также получили свое назва-
ние из области видеообработки, где, как уже говорилось, видеосигнал разде-
ляется на две составляющие: цвет и яркость. Цветовая составляющая видео
используется для создания маски (матте, ключа, рирпроекции), для выделе-
ния некоторого объекта с целью последующей обработки. В цифровом ком-
позитинге работают те же принципы. Поскольку в основе маски по цвету ле-
жит цвет объекта, этот инструмент обычно более избирателен и, следователь-
но, более гибок, чем простая маска яркости. Маски по цвету имеют ряд огра-
ничений и условий, которые рассматриваются в этом разделе. Кроме того,
приводится несколько способов, позволяющих их «обойти», а также описы-
ваются методы создания таких масок.
2.2.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЦВЕТОВОЙ МАСКИ
Инструмент выделения маски по цвету - chromakey (хромакей) - преобразует
RGB-изображение в представление типа HSV (Hue, Saturation, Value - цвет,
насыщенность, яркость) или HSL. Почему нельзя использовать исходное
RGB-изображение? Дело в том, что кееру необходимо различать уровни на-
сыщенности, которые являются характеристикой не RGB, a HSV. Исходное
значение RGB представляет собой как бы некий цветовой «центр» хромакея.
Это, а затем и применение добавочных допусков позволяют включить в маску
определенный диапазон значений насыщенности и яркости. В хороших кее-
36
Часть I • Как создать хорошую композицию
рах также есть своего рода параметры «допустимых отклонений», позволяю-
щие получить изящные переходы с мягкими краями.
Маски по цвету является очень гибким методом по двум важным причи-
нам. Во-первых, они позволяют отследить практически любой цвет. Вовсе не
обязательно, чтобы это был, например, качественный синий фон. Во-вторых,
он учитывает естественные вариации цвета реальных поверхностей, исполь-
зуя диапазоны насыщенности и яркости - это позволяет расширить допусти-
мую область. Если присмотреться, например, к цвету кожи, то можно заме-
тить, что затененные участки не только выглядят темнее, но и имеют мень-
шую насыщенность. Поэтому, чтобы создать маску для области кожи, потре-
буется нечто большее, чем просто выделить цвет RGB, соответствующий ос-
новному тону кожи - необходимо еще учесть затененные участки с меньши-
ми насыщенностью и яркостью.
Помимо всего сказанного, следует также заметить, что хромакей нельзя
назвать маской очень высокого качества. Данный инструмент больше подхо-
дит для создания масок с резким границами, которые требуют очистки и до-
работки при помощи операций размывания, стирания и т.д. Этот метод также
не всегда качественно создает полупрозрачные области.
Один из недостатков хромакея можно компенсировать выделением несколь-
ких масок и их объединением. Иными словами, используйте операцию «мак-
симум» [max] для объединения нескольких масок [chromakey #1, chromakey #2,
chromakey #3], как показано на блок-схеме (рис. 2.11). Эти инструменты выде-
ляют маски из немного различающихся по цвету областей, а при объединении
образуется единый объект.
И, наконец, никогда не используйте хромакей для работы с синим экра-
ном, за исключением выделения грубых масок, удаляющих «мусор» - garbage
matte, для подготовки к более сложным процессам выделения. Для работы с
синим экраном хромакей ужасен в отношении краевых пикселов, где есть
Глава 2 • Выделение масок
37
тонкие переходы. Те же тонкие волосы светлых локонов, к примеру, просто
сольются с синим фоном.
Инструмент Magic Wand Tool по существу является инструментом выделения
маски по цвету для работы вручную.
2.2.2. СОЗДАНИЕ ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКОЙ ЦВЕТОВОЙ МАСКИ
Существует одна довольно интересная и удобная разновидность хромакея,
которую легко создать самостоятельно. Хотя в ее основе лежат совершенно
другие принципы, нежели в классическом варианте хромакея, когда преобра-
зуется изображение в представление HSV-типа для дальнейшей обработки,
этот тип маски также базируется на определенном цвете выделяемого объек-
та, а не только на его яркости. Поскольку данный метод позволяет выделять
маски для любого произвольного цвета, я включил его в категорию масок по
цвету. Фактически это инструмент трехмерного цветного наложения, кото-
рый использует сильно упрощенную версию принципов работы Primatte.
Как известно, любой пиксел можно расположить в цветовом пространст-
ве RGB, зная его RGB-значения. Если представить обычную трехмерную сис-
тему координат, обозначенную как RGB вместо XYZ, тогда пиксел будет рас-
полагаться где-то внутри этого RGB-куба в соответствии со значениями RGB,
которые играют здесь роль координат XYZ. Теперь возьмем картинку на зе-
леном экране (рис. 2.12) и отложим в RGB-кубе значения точек, соответст-
вующих только пикселам зеленого фона. Поскольку все эти пикселы имеют
очень близкие значения RGB, в кубе они соберутся вместе и образуют рыхлый
зеленый шарик, как показано на рис. 2.13.
Рис. 2.12 • Картинка
на зеленом экране
Рис. 2.13 • Пикселы зеленого
фона в пространстве цветового куба RGB
38
Часть! • Как создать хорошую композицию
Что если теперь выделить это маленькое созвездие зеленых пикселов?
Предположим, мы поставили точку в самом центре этого скопления, выбрав
соответствующее значение RGB, а затем измерили расстояния от этой цен-
тральной точки до всех пикселов изображения. Так как пикселы зеленого
фона расположены в непосредственной близости от центра, расстояния для
них будут равны нулю или близки к нему. Все остальные пикселы будут рас-
положены гораздо дальше, и расстояния для них будут существенно больше
нуля.
Далее, предположим, что мы создали новую версию изображения на зе-
леном фоне, на которой отображается расстояние каждого пиксела от цен-
тральной точки. Назовем эту версию картой расстояний. Пикселы, располо-
женные близко к центру, будут черными, поскольку их расстояния от точки в
центре приблизительно равны нулю. Весь зеленый фон поэтому тоже будет
черным, в то время как пикселы кожи, расположенные гораздо дальше от
центра, будут иметь некоторый оттенок серого цвета. Таким образом, мы по-
лучили черно-белое изображение исходной картинки, на котором яркость
каждого пиксела соответствует его расстоянию от значения выбранного цве-
та; пример такой карты расстояний приведен на рис. 2.14. Чем ближе пиксел
к значению RGB центральной точки, тем он более черный. Используя цвето-
вую кривую для отделения «близких» черных пикселов от «далеких» серых,
можно получить маску высокого контраста (см. рис. 2.15).
Рис. 2.14 • Карта расстояний
для картинки на зеленом экране
Рис. 2.15 • Высококонтрастная версия
карты расстояний
Такую трехмерную цветовую маску можно получить для любого значения
RGB, не только для синего или зеленого экрана, и это свойство уравнивает ее
Глава 2 • Выделение масок
39
по гибкости с обычной маской по цвету. В качестве центральной точки берет-
ся значение RGB целевого цвета, после чего относительно этой точки строит-
ся карта расстояний. Если за центральную точку принимаются оттенки кожи,
кожа становится черной, а все остальные пикселы принимают значения от-
тенков серого, которые отражают их «RGB-расстояние» от новой централь-
ной точки цветового куба.
Теперь самая неприятная часть - математика. В данном случае за основу бе-
рется тригонометрическое уравнение для вычисления расстояния между двумя
точками в трехмерном пространстве. Со своих любимых уроков тригонометрии
вы, конечно же, помните, что расстояние между точкой 1 с координатами х2, у2,
Zi и точкой 2 с координатами х2, у2, z2 равно
Расстояние = квадратный корень((х!—х2)2 + (у2 -у2)2 + (z2-z2)2).
(2.2)
Применительно к нашей маске точка 1 - это значение RGB центральной
точки, а точка 2 - значение RGB каждого пиксела изображения, причем все
значения RGB нормированы от 0 до 1. Это значит, что минимальное значение
расстояния равно нулю, а максимальное - единице, что приводит к получению
черно-белого изображения со значениями пикселов в пределах от 0 до 1. Если
видоизменить данное уравнение для цветового пространства RGB, получим:
Значение серого = квадратный корень((К2- R2)2 + (Gi~G2)2 + (Bt— В2)2), (2.3)
где R1G1B1 - нормированное значение для центральной точки, т.е. цвет, ко-
торый нужно выделить, a R2G2B2 - нормированное значение для каждого
пиксела изображения. Введя это уравнение в математический узел (ноду) ли-
бо воспользовавшись другим поддерживаемым программой форматом вы-
ражения, можно создавать собственные трехмерные цветовые маски. Удач-
ной охоты!
К сожалению, Photoshop не поддерживает возможность написания пользова-
тельских математических уравнений. Вам повезло.
2.3. Маски по разности (Difference Matte)
Маска по разности - difference matte - это одна из тех вещей, которые кажут-
ся чем-то замечательным до тех пор, пока не попробуешь их в деле. Эти маски
не очень хорошо работают в большинстве случаев и имеют некачественные
кромки почти во всех случаях. Наиболее подходящее применение для них -
40
Часть! • Как создать хорошую композицию
это чаще всего создание масок для удаления «мусора» - garbage matte. Тем не
менее, маски по разности все же рассматриваются в этой книге в силу их воз-
можного использования для указанных случаев.
2.3.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МАСКИ ПО РАЗНОСТИ
Маска по разности действует по принципу обнаружения разницы между дву-
мя картинками: одна из них содержит интересующий нас объект («цель»),
который требуется выделить, а другая представляет собой чистую картинку
без этого объекта. Например, сцена с актером на ней и та же самая сцена, но
без актера. Очевидно, что необходимо снять сцену дважды либо зафиксиро-
ванной камерой, либо, если камера двигается, выполнить две съемки камерой
с контролем перемещений. В реальной жизни такое случается очень редко,
однако при определенных обстоятельствах можно создать свою чистую кар-
тинку путем склейки кусочков из разных фрагментов. Так или иначе, наличие
чистой картинки обязательно.
На рис. 2.16 в виде монохромного изображения показана «цель» (выде-
ляемый объект) вместе с фоном. С помощью этого упрощенного примера бу-
дет гораздо легче проследить за процессом, чем при использовании цветного
изображения сложного содержания. Фоном в данном случае является пятни-
стая область, а выделяемым объектом - темно-серый круг, играющий здесь
роль вышеупомянутого актера. На рис. 2.17 представлена чистая картинка.
Для создания сырой маски берется разность между картинкой с «целью» и
чистой картинкой. Для тех пикселов, где обе картинки имеют одинаковый
фон, разность равна нулю. Для пикселов внутри выделяемого объекта при-
сутствует некоторая разница по сравнению с пикселами чистой картинки.
Она может быть большой или маленькой в зависимости от содержимого изо-
бражения выделяемого объекта относительно чистой картинки.
Рис. 2.16 • Картинка
с выделяемым объектом
Рис. 2.17 • Чистая
картинка
Глава 2 • Выделение масок
41
В действительности области фона на картинке с выделяемым объектом и
на чистом изображении практически никогда не бывают идентичны. Причи-
ной тому может быть зернистость пленки, а также любые другие отклонения
в чистой картинке, например небольшое изменение в освещенности, прине-
сенный ветром лист или толчок камеры. Эти эффекты проявятся как загряз-
нения черной области фона.
На рис. 2.18 показана необработанная маска по разности, полученная при
помощи описанной операции. Заметьте, что ее нельзя назвать хорошей, на 100%
белой, чистой маской, готовой к использованию. Она неоднородна, поскольку
фоновые пикселы имеют переменные значения; пикселы переднего плана также
имеют переменные значения, поэтому их разности тоже будут меняться. Для
преобразования этой рыхлой грубой маски в монолитную маску высокой кон-
трастности, которая показана на рис. 2.19, обычно используется «бинаризация»
вокруг порогового значения. Под бинаризацией изображения понимается его
разделение на два значения, 0 и 1, по некоторому пороговому значению. Всем
пикселам, равным или превышающим пороговое значение, присваивается 100%
белый цвет, а все пикселы со значениями ниже порогового обнуляются. Конеч-
но, при таком однопороговом подходе полученная маска будет иметь резкие за-
зубренные края. Но если потратить время, то можно применить к пикселам два
пороговых параметра, которые можно настроить для выбора промежутка разно-
стей между маской и фоном с целью сглаживания края.
Рис. 2.18 • Сырая маска
по разности
Рис. 2.19 • Бинаризованная высоко-
контрастная маска по разности
Теперь не очень хорошие новости. Помните те пикселы в выделяемом объ-
екте, значения которых близки к значениям пикселов чистой картинки? Так
вот, они, а также их ближайшие соседи портят маску по разности. Почему это
происходит, легко понять, взглянув на рис. 2.20, где изображен немного более
сложный выделяемый объект. Этот объект содержит и более светлые, и более
темные пикселы по сравнению с фоном, а также пикселы, равные ему по зна-
42
Часть! • Как создать хорошую композицию
чению. В центре полученной сырой, необработанной маски (рис. 2.21) будет
черная полоса, поскольку пикселы, близкие по значению к пикселам фона, да-
ют разность, равную или близкую к нулю. Левый и правый края маски будут
более светлыми вследствие большой разности в значениях с фоном.
Рис. 2.20 • Сложный Рис. 2.21 • Сырая маска Рис. 2.22 • Высоко-
выделяемый объект по разности контрастная маска
по разности
Когда грубая маска по разности преобразуется в монолитную высококон-
трастную маску, изображенную на рис. 2.22, в ней появляется заметная «ды-
ра». Это еще один недостаток данного типа масок. Выделяемый объект до-
вольно часто содержит пикселы, близкие по значениям к пикселам фона, что
приводит к образованию подобных дыр. Обычно сырая маска по разности
требует тщательной обработки для достижения монолитности с учетом таких
мало отличающихся от фона пикселов, в результате чего получается маска с
очень резкими границами. Тем не менее, бывают ситуации, в которых маски
по разности работают достаточно хорошо, поэтому не стоит о них совсем за-
бывать.
2.3.2. СОЗДАНИЕ ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКОЙ МАСКИ ПО РАЗНОСТИ
По понятным теперь причинам многие программные пакеты не содержат
функцию маски по разности, однако ее можно создать самостоятельно. Для
этого нужно дважды выполнить операцию вычитания для картинки с «це-
лью» и чистой картинки, а затем сложить два полученных результата. Необ-
ходимость двух вычитаний объясняется тем, что значения некоторых пиксе-
лов «цели» больше, чем значения фона, а других - меньше. В «пиксельной ма-
тематике» отрицательные значения обычно не допускаются. Поэтому при
вычитании, например, 150 из 100 получится не - 50, а 0. Для маски требуется
использовать значение -50, но математическая операция приравнивает его к
нулю. Если программа не содержит оператора «абсолютного значения», по-
требуется выполнить два вычитания, чтобы получить для маски оба набора
Глава 2 • Выделение масок
43
пикселов. Итак, наша математическая операция будет выглядеть следующим
образом:
Необработанная маска по разности
= (картинка с «целью» - чистая картинка) +
(чистая картинка - картинка с «целью»). (2.4)
Пикселы «цели» [target plate], превышающие по значению фоновые пик-
селы чистой картинки [clean plate], будут получены первым вычитанием (кар-
тинка с «целью» - чистая картинка) - [subtract 1-2]. Пикселы «цели» ниже по
значению, чем фоновые пикселы чистой картинки, будут получены вторым
вычитанием (чистая картинка - картинка с «целью») - [subtract 1-2]. Затем
эти два набора пикселов складываются и образуют сырую маску. Как было
отмечено ранее, любые пикселы, равные по значению пикселам фона, про-
явятся в маске в виде дыр. Что касается фона, окружающего «цель», теорети-
чески его пикселы идентичны для двух картинок, то есть их разность равна
нулю. Теоретически.
Вы, естественно, будете применять эту операцию для трехканальных
цветных изображений, а не для монохромных, как в описанных примерах.
Для полноцветных изображений можно выполнить две операции вычитания
(subtract) и одну операцию сложения (add), показанные в уравнении 2.4, при
помощи соответствующих узлов (см. блок-схему на рис. 2.23). В результате
сложения, однако, получится трехканальное изображение, которое необхо-
димо преобразовать в одноканальное. Просто разделите три канала, сложите
их для получения монохромной маски по разности, а затем при помощи цве-
товой кривой [color curve] превратите ее в высококонтрастную маску.
Рис. 2.23 • Блок-схема создания пользовательской маски по разности
Если в вашей программе есть нода матобработки каналов, то можно провести
всю операцию целиком при помощи следующего уравнения:
Необработанная маска по разности
= (abs(Ri - R2)) + (abs(Gi - G2)) + (abs(Bj - B2)),
(2.5)
44
Часть I • Как создать хорошую композицию
где «abs» означает абсолютное значение, a R1G1B1 и R2G2B2 - значения RGB
для первой и второй картинок соответственно. Не имеет значения, какую из
картинок принять за первую, а какую - за вторую. После этого, разумеется,
эту сырую, необработанную маску следует превратить при помощи цветовой
кривой в конечную маску высокого контраста. Удачи!
оЗЙв Складывать и вычитать цветовые каналы можно при помощи команды Calcula-
tions (Image > Calculations). В режиме смешения Difference не применяются опи-
санные выше математические вычисления, поэтому с его помощью нельзя соз-
дать такую же четкую маску по разности. Однако он не настолько плохо работает,
чтобы даже не попытаться его использовать. О чем в Photoshop следует беспоко-
иться, так это об одном кадре, а вовсе не об их последовательности, поэтому
«волшебная палочка» в этом случае - ваш незаменимый помощник.
2.4. Маски выпуклостей (Bump matte)
А сейчас вашему вниманию предлагается скромный вариант, пользоваться
которым доводится, может быть, один или два раза в год. Но уж если такая
ситуация возникает, то никакой другой метод с ней не справится! Проблема
заключается в следующем: необходимо выделить маску для выпуклостей на
неровной поверхности - рифленом потолке, текстуре травы на лужайке, гру-
бой коре дерева и т.п. Требуется выделить и обработать выступающие участ-
ки, например подавить или подчеркнуть их. Маска выпуклостей (bump matte)
не содержит ничего, кроме этих неровностей, даже если они расположены на
негладкой поверхности - и в этом ее большой плюс. Маска яркости здесь ра-
ботать не будет. Из-за неодинаковой яркости многие вершины выступающих
участков темнее, чем более яркие области поверхности. Необходим метод,
позволяющий просто поднять выпуклости независимо от их абсолютной яр-
кости. Поскольку в основе маски выпуклостей лежит локальная яркость об-
ласти, непосредственно окружающей каждый выступ, и маска неизменно
учитывает по всей картинке только эту яркость.
Идея данного метода заключается в получении яркостной версии целево-
го изображения, на которой выступы будут максимально выделяться. После
этого создается размытая версия того же исходного изображения и вычитает-
ся из яркостной. В местах, где выступы возвышаются над размытой картин-
кой, образуется точка маски. Результат здесь получается совершенно другой,
нежели при использовании выявления кромок. Выявление кромок фактиче-
ски просто рисует круги вокруг всех выступов, в то время как маска выпукло-
стей представляет непосредственно сами выступы.
На рис. 2.24 представлена обычная неровная поверхность. Обратите вни-
мание, что левый край обладает средним уровнем яркости, к центру яркость
Глава 2 • Выделение масок
45
заметно повышается, а правый край гораздо темнее. Это неплоская поверх-
ность с разными уровнями освещенности. На рис. 2.25 показана размытая
версия исходного изображения с выступающими участками (рис. 2.24), а на
рис. 2.26 - полученная маска выпуклостей. Примечательно, что каждый вы-
ступ превратился в точку маски, несмотря на то, что поверхность была осве-
щена неравномерно. Выступы как будто «сбрили» с главной поверхности на
рис. 2.24 и уложили на плоскую поверхность.
Рис. 2.26 • Полученная
маска выпуклостей
Рис. 2.24 • Исходная
неровная поверхность
Рис. 2.25 • Размытая
неровная поверхность
Наглядное изображение операции представлено на- графике нарезки
(рис. 2.27), где линия разреза проведена горизонтально через изображение на
рис. 2.24. Из-за выступов на изображении линия разреза получается чрезмер-
но волнистой, практически зигзагообразной [bumps]. После размытия исход-
ного изображения все выступы оказываются сглаженными, однако общие
контуры поверхности сохраняются (это «размытая» линия [blurred] на рис.
2.27). Размытая поверхность фактически представляет собой усредненный
вариант исходной неровной поверхности. При вычитании размытой картин-
ки из картинки с неровностями все выступы, возвышавшиеся над размытым
вариантом, остаются в качестве маски в нижней части рис. 2.27 [bump matte].
На рис. 2.28 показано важное усовершенствование маски, где ее точки
увеличены благодаря небольшому снижению размытой картинки перед опе-
рацией вычитания. Простое вычитание маленькой постоянной величины (на-
пример, 0,05) из размытой картинки приводит к ее «снижению», при этом
оставшиеся выступы как бы поднимаются выше. Точки на полученной маске
будут больше и «выше», ярче [наращение bump matte]. Другим видом усо-
вершенствования является уменьшение и увеличение степени размытия. Чем
она больше, тем больше будут выступы в маске.
На рис. 2.29 показана блок-схема операций размытия масок. Сначала на
основе исходного изображения создается яркостная версия. Затем она раз-
мывается, после чего из нее можно вычесть небольшую константу, например
0,05, для увеличения размера выступов на карте. Если их, напротив, следует
46
Часть! • Как создать хорошую композицию
уменьшить, константу нужно не вычитать, а прибавлять. Далее настроенное
размытое изображение вычитается из яркостной версии исходной картинки.
I
Рис. 2.27 • Маска
выпуклостей
Рис. 2.28 • Увеличенная маска
выпуклостей
Рис. 2.29 • Блок-схема процедуры создания маски выпуклостей
2.5. Инструменты выделения масок (Keyers)
Современный рынок предлагает ряд высококачественных сторонних инстру-
ментов для выделения масок, таких кееров как Ultimatte, Primatte и Keylight.
Их общая черта - наличие готовых решений для работы с изображениями на
синем экране. В ноду кеера вводятся заднеплановое (foreground) и передне-
плановое (background) изображения, задаются внутренние параметры для
маски и характеристики процесса удаления окантовки, и выдается готовая
очищенная композиция. Ultimatte и Keylight работают по принципам разно-
сти цветов, a Primatte представляет собой очень сложный инструмент для
создания трехмерных масок по цвету. Так почему бы не пользоваться одним
из этих средств постоянно, не прибегая к созданию собственных масок?
Причин несколько. Иногда приходится работать с элементами, которые
данные инструменты обработать не могут, поэтому приходится помогать им,
предварительно преобразуя изображения на синем фоне, чтобы подготовить
их к более качественному выделению маски. Другую проблему представляют
Глава 2 • Выделение масок
47
случаи, когда не удается удалить цветную окантовку. При этом появляется
огромное количество дефектов областей обесцвечивания краев. Поскольку
весь процесс происходит внутри кеера, невозможно выбрать другую опера-
цию удаления окантовки для устранения проблемы. То есть если в инстру-
менте нельзя использовать эту операцию, значит кеер нельзя использовать
вообще. Придется выделить маску отдельно, затем применить какую-то дру-
гую операцию для удаления окантовки (см. главу 4), не приводящую к опи-
санным дефектам, и создать конечную композицию вручную.
Иногда встроенная цветокоррекция не справляется со своей задачей.
Другой вариант: возможности встроенной цветокоррекции не удовлетворяют
требованиям в конкретном случае. Кроме того, могут быть другие операции,
которые следует применить к переднему плану после удаления окантовки, но
до наложения. Цветовую коррекцию необработанного изображения на синем
экране не следует производить до его передачи в кеер по нескольким причи-
нам. Первая большая проблема состоит в том, что если вдруг впоследствии
цветокоррекцию потребуется изменить, придется полностью переделывать
всю настройку параметров кеера. Вторая сложность - версия с цветокоррек-
цией может исказить соотношения между каналами, а это в свою очередь
приводит к нарушению процесса выделения маски, операции удаления окан-
товки, либо и того, и другого.
Даже если выяснится, что ваш любимый инструмент не может сделать то, что
от него требуется, он все равно может быть полезен для выделения исходной
маски и последующего внешнего выполнения удаления окантовки и наложе-
ния. Практически все кееры выдают в результате работы маску, созданную ими
внутри себя тем или иным образом. Эта маска в дальнейшем может быть под-
вергнута очистке, если таковая необходима, и использована в стандартной ио-
де наложения для выполнения требуемой композиционной задачи. И хотя
такой подход может оказаться единственным возможным решением, все же
попробуйте сначала выполнить наложение в самом кеере, поскольку они
обычно делают это хорошо. Кроме того, гораздо быстрее задать параметры в
инструменте, чем создавать собственную маску по разностям цвета.
2.6. Маски разности цветов
(Color difference matte)
Маска разности цветов - color difference matte - (не путать с просто «маской
по разности») - один из лучших методов для работы с изображениями на си-
нем экране. Это связано с превосходным качеством ее кромок и корректными
характеристиками полупрозрачности. Как уже было сказано, метод Ultimatte
по существу является усовершенствованной техникой выделения маски раз-
ности цветов и наложения. В этом разделе описывается процесс создания та-
48
Часть I • Как создать хорошую композицию
ких масок. Изначально задуманная как метод выделения масок из изображе-
ний на синем экране, техника масок разности цветов часто используется так-
же для произвольных объектов, имеющих один преобладающий цвет, напри-
мер красной рубашки или голубого неба.
Важность данного раздела обусловлена двумя моментами. Во-первых, ра-
зобравшись как следует в принципе действия маски разности цветов, вы
сможете устранять неполадки, возникающие иногда в инструменте для выде-
ления масок. Во-вторых, при невозможности использования такого инстру-
мента по причине его отсутствия в программе либо из-за возникших в нем
неполадок с синим экраном всегда можно создать собственную маску разно-
сти цветов. Изложенные здесь методы можно использовать в любых пакетах
программ композитинга или даже в программе Photoshop, поскольку они ос-
нованы на выполнении ряда простых операций обработки изображения, ко-
торые доступны практически везде.
Этот раздел, посвященный маскам разности цветов, получился довольно
объемным в силу опять же двух обстоятельств. Во-первых, это, пожалуй, наи-
более заслуживающая внимания процедура выделения масок, так как качест-
во ее работы превосходит все остальные в случае работы с самым важным и
распространенным приложением - выделением масок из изображений на
синем и зеленом экране. Во-вторых, данный метод более сложен для понима-
ния по сравнению с другими методами выделения масок. Для снимков этого
типа употребляется общий термин «синий экран» независимо от действи-
тельного цвета фона, однако в большинстве примеров этого раздела исполь-
зуется зеленый экран просто из-за его большей распространенности в качест-
ве фона. Сообразительному читателю несложно будет догадаться, как те же
самые принципы применяются к двум другим основным цветам, синему и
красному. Да, помимо съемки на зеленом или синем экране, можно точно так
же снимать и на красном, получая результаты ничуть не хуже, в предположе-
нии, конечно, что объекты переднего плана не содержат того же преобла-
дающего основного цвета, что и цвет фона.
2.6.1. ВЫДЕЛЕНИЕ МАСКИ РАЗНОСТИ ЦВЕТОВ
Этот первый раздел описывает основные принципы выделения маски разно-
сти основного цвета с помощью упрощенных тестовых изображений, исполь-
зование которых позволяет избежать различных сложностей. Последующие
разделы главы посвящены решению тех проблем, которые все-таки иногда
появляются при работе с реальными объектами.
Теория. Обратимся снова к рис. 2.12, где показано изображение на зеле-
ном экране, состоящее из двух областей: объект на переднем плане, подлежа-
Глава 2 • Выделение масок
49
щий наложению, и задний фон (зеленый экран). Идея создания маски по раз-
ности цветов заключается в том, что в области зеленого фона разность между
зеленым сигналом и остальными двумя (красным и синим) относительно ве-
лика, но равна нулю (или близка к нему) для объекта на переднем плане. Эта
разница приводит к получению грубой маски с частичной плотностью (по-
рядка 0,2 или 0,4) для области фона и нулевой плотностью (или близкой к не-
му) для переднепланового объекта.
На рис. 2.30 показана сырая маска разности цветов, где хорошо видно раз-
личие в плотности (яркости) этих двух областей. Темно-серой области с час-
тичной плотностью, соответствующей зеленому экрану в исходном изобра-
жении, присваивается затем значение 1, то есть 100% белый цвет, как показа-
но на рис. 2.31. Если объект на переднем плане маски содержит несколько
ненулевых пикселов, необходимо их обнулить для получения цельного участ-
ка. В результате получается маска, в которой объекту на переднем плане соот-
ветствует сплошной черный цвет, а фону - сплошной белый. В некоторых
программах требуется инверсия цветов готовой маски, то есть присвоение
белого цвета переднему плану и черного цвета фону.
Рис. 2.30 • Сырая маска Рис. 2.31 • Готовая маска
разности цветов разности цветов
Выделение сырой маски (Pulling raw matte). Итак, первым шагом явля-
ется выделение сырой маски. Оно выполняется при помощи пары простых
математических операций над трехцветными каналами и доступно в любом
пакете, включающем такие операторы. Сначала мы рассмотрим упрощенный
вариант процесса для ознакомления с основными принципами, а затем пе-
рейдем к более реальным случаям, выявляющим полный алгоритм. И в конце
для анализа будет приведен совсем уж «грязный» реальный пример.
50
Часть I • Как создать хорошую композицию
Упрощенный пример. На рис. 2.32 показано наше упрощенное тестовое
изображение с серым кругом на зеленом экране. Зеленая часть картинки бу-
дет областью фона, поскольку содержит зеленый фоновый цвет, а серый
круг - объектом на переднем плане, который нужно выделить в виде маски
для последующего наложения. Заметьте, что границы в этом примере плав-
ные (размытые). Это важная деталь, поскольку на реальных изображениях
фактически все границы являются несколько размытыми, поэтому необхо-
димо, что методы качественно с ними работали. На видеоразрешении резкая
граница может быть всего в один пиксел шириной, но на разрешении худо-
жественных фильмов она обычно имеет ширину три или пять пикселов. По-
этому в кино и видео применяются, конечно, плавные границы. Зачастую там
используется размытие движения и глубина резкости (дефокусировка), плюс
частичное перекрытие, например тонкие детали волос и полупрозрачных
элементов. Именно благодаря плавным границам и переходам в этих случаях
невозможно использовать другие процедуры выделения масок. И именно
уникальная способность масок разности цветов работать с плавными перехо-
дами и частичной прозрачностью делает их столь важными.
На рис. 2.33 крупным планом показано то же исходное изображение с
линией разреза, график для которой построен на рис. 2.34. Линия разреза на-
чинается на сером круге и, пересекая границу перехода, заканчивается на зе-
леном экране. На график нарезки (рис. 2.34) слева направо нанесены значе-
ния пикселов, соответствующие линии разреза. Видно, что для серого крута
значения пикселов равны 0,5 0,5 0,5 (нейтральный серый цвет), поэтому все
три линии накладываются друг на друга. Затем начинается переход к области
зеленого фона, и мы видим, что значения RGB разделяются. В итоге на зеле-
ном экране они достигают значений 0,4 0,6 0,3. Значение для зеленого (0,6)
довольно высокое, для красного оно ниже (0,4), и для синего еще немного
ниже (0,3) - чего и следовало ожидать от насыщенного зеленого фона.
Рис. 2.32 • Серый круг
на зеленом фоне
Рис. 2.33 • Линия разреза
в области перехода крупным планом
Чтобы получить первую простейшую маску разности цветов, все, что необ-
ходимо сделать - это вычесть красный канал из зеленого. Взглянув на график
Глава 2 • Выделение масок
51
нарезки на рис. 2.34, мы увидим, что для выделяемого объекта (серого круга)
все значения RGB равны, следовательно, разность красного и синего цветов
равна нулю, что соответствует черному цвету. В области зеленого фона ситуа-
ция меняется: зеленый сигнал имеет значение 0,6, красный - значение 0,4. На
этом участке при вычитании красного сигнала из зеленого получим 0,6 - 0,4 =
0,2, то есть значение, отличное от нуля. Другими словами, мы получаем черный
объект с нулевой плотностью на переднем плане и темно-серый фон с плотно-
стью 0,2 - вот самые первые грубые шаги в создании маски по разности цветов.
В математическом выражении плотность сырой маски имеет следующий вид:
сырая маска = G - R, (2.6)
что означает «плотность сырой маски равна разности зеленого и красного».
Вместо термина «яркость» здесь используется термин «плотность», поскольку
речь идет о плотности маски, а не о яркости изображения. В маске интерес
представляет именно ее плотность, то есть степень прозрачности. Абсолютно
то же самое значение пиксела, только в RGB-канале, будет называться уже
яркостью.
Рис. 2.34 • График нарезки
в месте перехода через край серого круга
На рис. 2.35 показана сырая маска, полученная вычитанием красного
цвета из зеленого, с проведенной на ней другой линией разреза. Мы называем
эту маску «сырой» - raw matte, так как она является результатом первичной
операции и требует дальнейшей обработки. Для области зеленого фона опе-
рация вычитания дает результат 0,2, соответствующий темно-серому цвету.
Для выделяемого объекта эта же операция дает ноль, ему отвечает черный
круг в центре. Одно уравнение привело к двум различным результатам вслед-
ствие разных значений пикселов в каждой области. На рис. 2.36 график на-
резки для сырой маски отображает значения пикселов, отвечающие красной
линии разреза (см. рис. 2.33).
52
Часть I • Как создать хорошую композицию
Рис. 2.35 • Сырая маска разности цветов
с линией разреза
Рис. 2.36 • График нарезки
сырой маски
Маска имеет плотность 0,2 в области фона, нулевую плотность в области
выделяемого объекта и изящный постепенный переход между ними. Именно
этот переход является той характеристикой плавных границ маски, которая
обеспечивает ее высокую эффективность.
На рис. 2.37 представлена блок-схема простой операции вычитания G - R
для маски разности цветов. Красный и зеленый каналы направляются из изо-
бражения на зеленом экране [GS] в узел вычитания [sub G-R]. Результатом
вычитания является одноканальная сырая маска, изображенная на рис. 2.35.
Рис. 2.37 • Блок-схема создания простой сырой маски
Чуть более реальный случай. Реальные изображения, естественно, со-
держат более сложные цвета, чем просто серый, поэтому рассмотрим чуть
более близкий к реальности пример выделения маски с более сложным цве-
том объекта на переднем плане. Тестовое изображение приведено на рис.
2.38, оно представляет собой синий круг на зеленом фоне с проведенной ли-
нией разреза. Соответствующий график нарезки представлен на рис. 2.39. Как
видно из этого графика, выделяемый элемент (синий круг) имеет значения
RGB 0,4 0,5 0,6, а зеленый экран - значения 0,4 0,6 0,3. Совершенно ясно, что
примитивный трюк с вычитанием красного цвета из зеленого в этом случае
не сработает, поскольку зеленый сигнал для объекта на переднем плане (сине-
го круга) больше, чем красный. Для этой области простое правило «зеленый
минус красный» даст плотность маски 0,1 - гораздо больше желаемого нуле-
вого значения.
Глава 2 • Выделение масок
53
Рис. 2.38 • Синий круг
с линией разреза
Можно попробовать вычесть синий сигнал из зеленого. Для переднепла-
нового объекта эта операция даст отрицательное значение 0,5 - 0,6 = -0,1.
Поскольку отрицательные значения пикселов не допускаются, они будут
приравнены к нулю, что довольно неплохо в нашем случае. Для области фона
операция вычитания синего цвета из зеленого даст значение 0,6 - 0,3 - 0,3,
отличное значение плотности для сырой маски, даже лучше, чем в первом
примере. Казалось бы, нужно всего лишь заменить вычитание «зеленый ми-
нус красный» на «зеленый минус синий», но проблема здесь в том, что в ре-
альном мире выделяемый объект может иметь совершенно любой цвет. В од-
ной его части может преобладать красный цвет, в другой - синий, поэтому
простое правило будет работать не во всех областях. Для выделения маски
необходимо правило, которое бы изменялось и приспосабливалось к меняю-
щимся значениям пикселов в выделяемых объектах.
Такое правило, учитывающее широкий разброс в значениях пикселов,
существует: из зеленого канала нужно вычесть тот из каналов, который боль-
ше - красный или синий. В математической записи правило выглядит так:
сырая маска = G - max(R, В),
(2.7)
что означает «плотность сырой маски равна разности зеленого канала и
максимального из пары красный-синий». Применив эту формулу к нашему
случаю (см. график на рис. 2.39), мы увидим, что переключение между пра-
вилами произойдет при переходе от выделяемого объекта к области фона.
Для объекта на переднем плане (синий круг) синий канал превышает по зна-
чению красный, поэтому для получения маски будет выполнено вычитание
синего канала из зеленого (0,5 - 0,6); полученное значение (-0,1) соответст-
вует черному цвету. Итак, пока что все нормально - мы получили отличный
я
54
Часть! • Как создать хорошую композицию
монолитный черный участок для объекта на переднем плане. Если двигать-
ся дальше вправо по линиям разреза (рис. 2.39), мы увидим, что в области
цветового перехода значения синих пикселов падают ниже соответствую-
щих красных, таким образом, каналом с максимальным значением стано-
вится красный, и в области фона плотность сырой маски рассчитывается по
формуле «зеленый минус красный» (0,6 - 0,4 = 0,2). Вот и все - алгоритм для
выделения маски, который изменяется в зависимости от значений пикселов,
готов.
На рис. 2.40 показана новая, усовершенствованная блок-схема для созда-
ния более сложной сырой маски разности цветов. Красный и синий каналы
поступают в узел максимума [max R В], где из них выбирается больший по
значению путем последовательного сравнения значений пикселов. Затем нода
вычитания [sub] вычитает это максимальное значение из зеленого канала, в
результате чего получается сырая маска. На этой стадии она все еще называ-
ется сырой, поскольку не готова к использованию. Ее текущую плотность,
которая составляет всего 0,2, необходимо поднять до полной непрозрачности
(до значения 1, соответствующего белому цвету). Только после этого маску
можно будет использовать в композиции. Однако об этом речь пойдет позже.
Данная процедура легко осуществляется в программе Adobe Photoshop, если
вы, конечно, знаете, что операция максимума там называется «осветление», а
операция минимума - «затемнение».
Рис. 2.40 • Блок-схема создания сырой маски разности цветов
В Photoshop операция максимума называется режимом смешения «Осветле-
ние». Она позволяет извлекать прекрасные маски по разности цвета так же, как
в программе композитинга.
А теперь - как все бывает на самом деле. Если взять настоящее изобра-
жение, снятое на зеленом экране, подобное приведенному на рис. 2.41, и про-
вести линию разреза через объект на переднем плане и зеленый фон (рис.
2.42), сразу же станут видны его отличия от рассмотренных ранее простых
примеров. Прежде всего это зернистая структура, которая создает эффект
разрушения краев маски, подлежащей выделению. Во-вторых, зеленый экран
освещен неравномерно, поэтому маска по разности цветов будет неоднородна
Глава 2 • Выделение масок
55
в области фона. В-третьих, цвета переднепланового объекта, отличные от фо-
нового цвета (красный и синий), пересекают линию зеленого цвета при раз-
ных значениях и в разных местах, что приводит к варьированию ширины
цветовых переходов (кромок). И, наконец, зеленый сигнал в некоторых мес-
тах выделяемого объекта может слегка превышать по значению два других
цвета, при этом в переднеплановой области маски возникают дефекты. Разу-
меется, для создания качественной маски необходимо найти решение каждо-
го из этих вопросов.
Рис. 2.41 • Реальное
изображение
Рис. 2.42 • График нарезки
для реального изображения
Глубина проникновения краев маски (Matte edge penetration). Есть еще
один момент, который следует иметь в виду: маска обычно проникает в об-
ласть выделяемого объекта не так глубоко, как должна теоретически. На рис.
2.43 представлен график нарезки по границе между объектом переднего пла-
на и зеленым фоном (выделяемый объект слева, фон справа); в нижней части
графика изображена линия разреза для полученной сырой маски. Две верти-
кальные линии А и В ограничивают участок совершаемого полного перехода
от переднего плана к фону. Начиная с линии А, значения пикселов переднего
плана начинают уменьшаться, постепенно переходя в значения пикселов зе-
леного экрана, но достигают их только на линии В.
Теоретически новый фон, на который впоследствии будет наложен этот
элемент, также начнет проявляться на линии А и достигнет своего полного
значения на линии В. Очевидно, что и кромка маски должна начинаться на
линии А и заканчиваться на линии В. Однако, как хорошо видно на рисунке,
она начинается гораздо позже - на линии С.
56
Часть I • Как создать хорошую композицию
Причина такого сокращения становится совершенно очевидной, стоит
только проанализировать значения RGB вдоль линии разреза и вспомнить
уравнение для сырой маски. Поскольку по этому уравнению из зеленого ка-
нала вычитается максимальный из двух оставшихся, а зеленый канал в дан-
ном случае вплоть до линии С не превосходит этот максимум, плотность мас-
ки будет равна нулю на всем этом участке. Насколько велико будет сокраще-
ние - зависит от конкретных значений RGB для фона и выделяемого объекта.
В случае, когда объект имеет нейтральный серый цвет, маска проникает в об-
ласть переднего плана практически полностью и не имеет сокращения. Ины-
ми словами, чем менее насыщен цвет выделяемого объекта (то есть чем он
ближе к серому), тем больше степень проникновения маски. Чтобы понять, в
чем тут дело, вернемся к рис. 2.33, где показан переход между серым объек-
том на переднем плане и зеленым фоном. Нужно просто вычислить плот-
ность маски для нескольких ключевых точек на графике, двигаясь слева на-
право, и посмотреть, что получится.
Однако когда значения RGB выделяемого объекта отличаются от ней-
тральных серых, края маски всегда несколько сокращены, как на рис. 2.43, и
размер этого сокращения легко может достигать ширины перехода, а то и
больше. Более того, степень сокращения варьируется по периметру кромки
выделяемого элемента и зависит, как уже было сказано, от текущих значений
RGB при переходе к зеленой подложке. То есть линия С на рис. 2.43 в области
цветового перехода сдвигается назад или вперед в зависимости от текущих
значений пикселов, и ее положение всегда является неправильным, кроме
случая с выделяемым объектом нейтрального серого цвета.
Несмотря на это, сокращение краев маски все же обычно не создает серь-
езных проблем (обратите внимание на подозрительные слова «обычно» и
«серьезных»). Процесс создания маски по разности цветов довольно «отказо-
Глава 2 • Выделение масок
57
устойчив». Далее в этой книге мы рассмотрим способы фильтрования грубой
маски, одной из задач которого является вытяжение внутреннего края маски
глубже в область объекта переднего плана для компенсации сокращения.
В других разделах также будет рассказано о способах передвинуть этот
край внутрь или наружу - это поможет решить многие проблемы.
2.6.2. НАСТРОЙКА ПЛОТНОСТИ СЫРОЙ МАСКИ (SCALING RAW МАТТЕ)
Когда сырая маска только извлечена, ее еще нельзя назвать готовой, так как
плотность ее пока не везде равномерна. Критерий готовности маски - 100%
белый цвет фона и 100% черный цвет области выделяемого объекта. Он дос-
тигается путем настройки плотности сырой маски в двух направлениях: уве-
личение и уменьшение. Основная идея заключается в использовании цвето-
вой кривой для придания белым областям полной прозрачности, а черным -
полной непрозрачности. Очень часто встречаются ситуации, когда для очист-
ки черного участка объекта на переднем плане требуется удалить из него не-
сколько темно-серых пикселов. Это связано с тем, что в выделяемом объекте
нередко попадаются цвета, в которых зеленый канал немного превышает по
значению два остальных. Рассмотрим этот случай подробнее.
На рис. 2.44 показан снимок на зеленом экране с двумя дефектными уча-
стками на объекте переднего плана: это участки А и В. На участке А волосы
немного подсвечены зеленым, плечо на участке В также слегка закрашено зе-
леным цветом. На графике нарезки (рис. 2.45) хорошо заметно увеличение
интенсивности зеленого сигнала в этих областях. Поскольку этот сигнал зна-
чительно превышает оба других сигнала на участках А и В, на объекте перед-
него плана останется некоторый нежелательный «остаток» плотности. Эта
остаточная плотность отчетливо видна на полученной сырой маске, изобра-
женной на рис. 2.46. Серые остатки на переднем плане - это области частич-
ной прозрачности, они будут давать «дыры» в объекте при выполнении опе-
рации наложения и поэтому должны быть удалены.
Для начала нужно поднять плотность сырой маски до полной прозрачно-
сти, которая соответствует плотности 1 (100% белый цвет). Опять же, при не-
обходимости маска может быть впоследствии инвертирована. На рис. 2.46
изображена сырая маска с дефектами, выделенная из снимка на рис. 2.44. Это
наша начальная точка. При передвижении «белого конца» кривой, т.е. ее
верхней части, немного влево, как показано на рис. 2.47, плотность маски бу-
дет постепенно увеличиваться. Остановить передвижение следует только ко-
гда плотность достигнет значения 1 (см. рис. 2.48). Убедитесь в том, что плот-
ность белых участков поднята до необходимого уровня, но не более того, по-
скольку эта операция приводит к нежелательному увеличению резкости кра-
ев маски. В процессе повышения плотности белых участков будут также не-
58
Часть! • Как создать хорошую композицию
много осветляться и ненулевые черные пикселы дефектных областей в выде-
ляемом объекте, но с этой проблемой мы легко справимся. Итак, у нас имеет-
ся маска с плотностью белого фона, равной 100%, и теперь осталось только
сделать объект на переднем плане полностью черным (с нулевым значением
плотности).
Рис. 2.44 • Снимок на зеленом экране
с дефектами
Рис. 2.45 • График нарезки
по проблемным областям
Рис. 2.46 • Сырая маска
Рис. 2.47 • Увеличение
плотности белых участков
Чтобы сделать объект на переднем плане полностью непрозрачным,
нужно перетащить «черный конец» цветовой кривой, то есть ее нижнюю
часть, вправо, как показано на рис. 2.49, при этом плотность черных участков
понизится. В результате дефектные области на выделяемом объекте станут
черными, и полученная картинка будет выглядеть подобно изображенной на
рис. 2.50. Эта операция также требует осторожности в поиске минимального
значения, на которое необходимо уменьшить плотность, чтобы устранить все
дефекты, поскольку она тоже значительно увеличивает резкость краев маски.
Глава 2 • Выделение масок
59
После настройки плотности черных участков вы можете заметить, что неко-
торые белые пикселы фона стали чуть более темными. В этом случае верни-
тесь назад и слегка подправьте их плотность. Затем поочередно подстраивай-
те значения для черных и белых областей, пока не получите цельную одно-
родную маску с минимальным количеством изменения плотности.
Рис. 2.48 • Маска с увеличенной плотностью белого фона
Рис. 2.49 • Сдвиг цветовой кривой
для уменьшения плотности черных
участков
Рис. 2.50 • Черные участки
с уменьшенной
плотностью
Для белых участков обычно требуется существенное увеличение плотно-
сти, и это нормально, поскольку начальные значения для них лежали в диапа-
зоне от 0,2 до 0,5, соответственно для получения 100% белого фона их необ-
ходимо домножить на определенный коэффициент от 2 до 5. Черные участки,
напротив, нуждаются в совсем небольшом уменьшении плотности для дос-
тижения полной непрозрачности. Если выделяемый объект содержит боль-
шое количество дефектов, тогда может потребоваться сильнее уменьшить его
плотность, но это нежелательно, поскольку приведет к увеличению резкости
краев маски. В таких чрезвычайных ситуациях от вас потребуются героиче-
60
Часть! • Как создать хорошую композицию
ские усилия, чтобы подавить пикселы объекта на переднем плане и избежать
сильного изменения плотности целой маски. На рис. 2.51 представлена новая
блок-схема, в которой к нашей растущей последовательности операций до-
бавлена еще нода цветовой кривой [color curve] для настройки плотности.
Рис. 2.51 • Блок-схема с добавлением
цветовой кривой для настройки плотности
2.6.3. ОЧИСТКА МАСКИ РАЗНОСТИ ЦВЕТОВ (REFINING COLOR DIFFERENCE МАТТЕ)
Итак, мы рассмотрели основную технику выделения, или извлечения, масок
разности цветов. Однако при работе с реальными изображениями, снятыми
на синем экране, возникают самые разнообразные сложности как с фоном,
так и с объектом на переднем плане, не говоря уже о кромках. В этом разделе
речь пойдет о способах очистки маски разности цветов, позволяющих спра-
виться с вездесущими артефактами (дефектами) и получить маску макси-
мально возможного качества, готовую для использования в операции нало-
жения.
Предварительная обработка зеленого экрана. Для улучшения качества
маски разности цветов почти всегда можно осуществлять предварительную
обработку зеленого экрана. Кстати, все методы такой обработки могут быть
также использованы в качестве вспомогательных для инструмента Ultimatte,
который тоже применяется для выделения масок по разности. Поэтому все,
что годится для ваших собственных масок по разности цветов, годится и для
Ultimatte. Главная идея предварительной обработки снимка на зеленом экра-
не - выполнить до выделения маски ряд операций, способных оптимизиро-
вать плотность сырой маски в области фона, устранить «дыры» в выделяемом
объекте, а также улучшить характеристики кромок. Существует целый ряд
таких операций, и какие из них следует использовать - зависит от конкрет-
ной ситуации.
На рис. 2.52 изображена блок-схема, на которой показано, каким образом
предварительная обработка вписывается в общую последовательность опера-
ций. Здесь присутствует один ключевой момент: снимок на зеленом экране
[GS], подвергнутый предварительной обработке [preprocess GS], выступает в
роли «мутантной» версии, которая служит единственной цели выделения
лучшей маски [pull matte], но не используется непосредственно в операции
Глава 2 • Выделение масок
61
наложения. Удаление цветной окантовки из выделяемого объекта [despill
FG], цветокоррекция [color correct FG] и конечное наложение [comp] выпол-
няются для исходного необработанного изображения. В этом разделе рас-
сматриваются несколько операций предварительной обработки, которые мо-
гут помочь в различных ситуациях. Выбор методов для каждого конкретного
изображения всецело определяется присутствующими на нем цветами. Эти
методы представляют собой примеры тех «героических» операций, о которых
упоминалось в начале этой главы. Для конкретного снимка можно использо-
вать какой-то один метод либо их комбинацию.
Рис. 2.52 • Предварительно обработанное изображение
на зеленом экране
Локальное подавление (Local suppression). Как мы уже знаем, проблем-
ные области в выделяемом объекте возникают вследствие превышения зеле-
ным сигналом двух других сигналов на определенных участках. В качестве
альтернативной стратегии для решения этого вопроса попробуем уйти от
применения «глобальных» методов (таких как уменьшение плотности всех
черных участков), поскольку они воздействуют на всю маску целиком и могут
вызвать дефекты в других ее областях. Гораздо более деликатным является
хирургический подход, который затрагивает только проблемный участок. В
идеале требуется немного снизить зеленый сигнал на этом участке, не трогая
остальные части изображения. Сделать это можно, и иногда даже без особых
затруднений.
Используя хромакей для исходного изображения создайте цветовую мас-
ку [chromakey matte], которая закроет проблемный участок. Затем при помо-
щи этой маски и инструмента настройки цвета (color adjusting tool) уменьши-
те значение зеленого сигнала в пределах маски настолько, чтобы устранить
(или максимально уменьшить) дефекты [suppress green]. Допустим, на снимке
изображен человек с зелеными глазами, в области которых зеленый компо-
62
Часть! • Как создать хорошую композицию
нент, естественно, будет превышать два других, красный и синий. Создайте
для глаз маску по цвету и немного уменьшите зеленый сигнал. Другой при-
мер: темно-зеленый участок на блестящих черных ботинках, который также
проявится на маске в виде «дыры». Решение то же самое - примените маску и
уменьшите интенсивность. Блок-схема общей последовательности операций
представлена на рис. 2.53. Если цвет выделяемого объекта слишком близок к
подложке по цвету, в таком случае фон может частично проявиться в хрома-
кейной маске. Тогда для отделения нужного объекта от фона может потребо-
ваться движущаяся «мусорная» маска.
Рис. 2.53 • Блок-схема использования маски
по цвету для локального подавления
Привязка канала ( Channel clamping). Рассмотрим более изощренное ре-
шение - channel clamping - для проблемного изображения на рис. 2.44 (дефек-
ты в области волос и на плече). Обратившись еще раз к графику на рис. 2.45, мы
увидим, что на его участке, помеченном буквой А, зеленый сигнал поднимается
над красным приблизительно на 0,08 - это результат зеленого подсвечивания в
области волос. Аналогичная ситуация на участке В: зеленый сигнал поднимает-
ся над красным из-за некоторого «напыления» зеленого цвета на плече. Он дос-
тигает значения 0,84, в то время как среднее значение фонового зеленого кана-
ла составляет 0,5. Наилучшим решением было бы сдвинуть цветовые каналы
таким образом, чтобы в местах дефектов зеленый канал проходил на уровне
красного или ниже него, не затрагивая при этом остальные части картинки.
Есть две возможности: передвинуть зеленый сигнал вниз либо красный -
вверх. В данном примере можно сделать и то, и другое.
На цветовой кривой, изображенной на рис. 2.54, красная кривая привя-
зана (зафиксирована, зажата) снизу к значению 0,13, то есть ни один красный
пиксел не может иметь значения ниже данного. В результате красный канал в
области волос (участок А) «поднимется» до уровня зеленого, удалив дефекты
из этой области сырой маски. На графике нарезки (рис. 2.55) показано новое
соотношение зеленого и красного каналов для участка А. Проблема на участ-
ке В решается аналогично при помощи той же цветовой кривой (рис. 2.54)
Глава 2 • Выделение масок
63
путем привязки зеленого канала сверху к значению 0,75, фиксируя его. При
этом зеленый сигнал опустится ниже красного, и дефекты на данном участке
будут устранены.
Как отмечалось ранее, нам необходимо только добиться, чтобы зеленый
сигнал опустился ниже красного или синего (или хотя бы до их уровня), тогда
дефекты будут устранены. Это подразумевает либо понижение зеленого сиг-
нала, либо поднятие одного из двух других. И тот, и другой способ будет ра-
ботать. Нужно просто изменять значения каналов на минимально необходи-
мую величину и параллельно проверять маску на предмет возникновения но-
вых проблем в других областях. Имейте в виду, что и другие части картинки
могут попасть в этот «капкан» - это и приводит к новым проблемам. Поэтому
изменения должны быть минимальными и сопровождаться отслеживанием
маски.
0 .1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 .8 .9
I-9
1.8
1.7
I-6
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1°
1
.9
.8
.7
.6
.5
.4
.3
.2
.1
0
IV .111
1
____________LHII
V3S G U iii
ММШь ма», -—ми» Г «SB b » Яж !
1
.9
.8
.7
.6
.5
.4
.3
.2
Рис. 2.54 • Использование
цветовой кривой
для привязки каналов
Рис. 2.55 • Привязка красного
и синего каналов при помощи цветовой
кривой
Сдвиг каналов (Channel shifting). А вот еще один хитрый прием - channel
shifting, который иногда может оказаться полезным, в зависимости опять же
от цветового содержания изображения на зеленом экране. Плотность сырой
маски можно увеличить, просто «подняв» зеленый сигнал. Это сделает маску
более качественной, а ее края - более аккуратными. На рис. 2.56 показан гра-
фик нарезки для исходного изображения, где разница между зеленым кана-
лом и максимальным из двух оставшихся составляет для фона примерно 0,3.
Кроме того, можно заметить, что в области выделяемого объекта зеленый
сигнал везде заметно ниже и красного, и синего. Если поднять зеленый сигнал
на величину 0,1, как показано на рис. 2.57, плотность маски увеличится от 0,3
до 0,4 - то есть на целых 33%! «Дыры» в выделяемом объекте не появятся до
тех пор, пока зеленый сигнал не будет поднят выше красного или синего. Ко-
64
Часты • Как создать хорошую композицию
нечно, при работе с реальными изображениями редко удается поднять уро-
вень зеленого сигнала так сильно, но все-таки даже небольшое изменение
может оказаться очень полезным.
Рис. 2.56 • Начальная плотность сырой
маски
Рис. 2.57 • Сдвиг зеленого канала
для повышения плотности маски
Процедура такова: зеленый сигнал поднимается на небольшую величину
(в этом примере на 0,1), после чего вновь извлекается сырая маска для выяв-
ления возможных новых дефектов. Если таковые не появились, тогда зеле-
ный сигнал поднимается еще немного и маска проверяется снова. Альтерна-
тивный вариант: можно понизить красный и синий сигналы путем вычита-
ния из них неких постоянных величин. Эта техника порой может помочь в
решении больших проблем в процессе выделения масок, однако в некоторых
случаях это решение достается ценой появления других проблем. Выходом в
такой ситуации будет разумный компромисс, который позволит устранить
большую и сложную проблему, в то время как вновь возникшая будет не та-
кой существенной и вполне решаемой. Например, если появляется всего не-
сколько «дыр», их всегда можно устранить при помощи техники локального
подавления или несколькими быстрыми рото-масками.
Помимо добавления или вычитания констант из индивидуальных сигна-
лов для их лучшего разделения, отдельные каналы можно также настроить
при помощи цветовой кривой. Никто не запрещал нам использовать ее в сво-
ем «творческом процессе для подгонки цветовых сигналов» в нужных облас-
тях с целью получить самую лучшую маску из всех возможных. Не следует
забывать, что выделение маски разности цветов основано просто на разнице
между зеленым сигналом и двумя другими, поэтому поднятие (или увеличе-
ние значения) зеленого сигнала приведет к возрастанию этой разницы, но к
точно такому же результату приведет и понижение (уменьшение значения)
красного или синего сигнала. Варьируйте их значения и наблюдайте за ре-
зультатом.
Глава 2 • Выделение масок
65
Устранение зернистости (Degraining). Любая кинопленка имеет некото-
рую степень зернистости (grain). Даже на видеокадрах присутствует так назы-
ваемый видеошум, шевеленка, что где-то подобно зернам на пленке. И при
преобразовании кино в видео в телекино зернистость все равно остается.
В связи с этим важно знать, какое влияние она оказывает на процесс выделе-
ния масок и что можно сделать, чтобы уменьшить это влияние. Хотя зерни-
стость отрицательно сказывается на масках в любом случае, все же наиболее
значительным представляется ее воздействие на процесс выделения масок из
изображений на синем экране, поскольку этот сценарий используется чаще
Других.
На рис. 2.58 крупным планом показана зернистая структура снимка на
зеленом экране. Линия разреза пересекает область цветового перехода между
фоном и объектом на переднем плане. Зернистый «шум» хорошо заметен на
графике нарезки (рис. 2.59). Независимо от метода выделения маски первое,
что создает кеер или ваша собственная процедура выделения матте, - это сы-
рая маска. Она представляет собой первоначальную плотность разности цве-
тов, которая еще не подвергнута настройке и не поднята до максимального
значения, и зернистость на этой стадии оказывает на маску существенное
влияние.
На рис. 2.60 показана сырая маска, полученная из изображения на рис.
2.59. Как мы легко можем видеть, зернистость пленки «отпечаталась» на мас-
ке в виде «шума». Шумом она названа в силу того, что фактически не является
больше настоящей зернистостью, а представляет собой результат взаимодей-
ствия зернистой структуры двух или более цветовых сигналов пленки. К сча-
стью, на полученной сырой маске содержится не больше «зернистого шума»,
чем в любом из трех цветовых каналов. Другими словами, шум не имеет свой-
ства накапливаться или складываться. Любой процесс экстрагирования, вы-
деления маски, включающий в себя вычисления с участием синего канала, в
итоге приведет к отпечатыванию зерен из этого канала на грубой маске, а сте-
пень зернистости синего канала значительно больше, чем красного или зеле-
ного (которые похожи друг на друга). Синие зерна превосходят красные и
зеленые как по диаметру, так и по количеству.
Теперь еще один нюанс: плотность сырой маски необходимо поднять от
начальных значений порядка 0,2 или 0,3 до максимальной плотности, то есть
до значения 1. Это значит, что плотность должна быть увеличена в несколько
раз - от 3 до 5. Очевидно, величина шума при этом возрастет во. столько же.
Кроме того, если средняя плотность сырой маски была, скажем, 0,2, ее нужно
увеличить в 5 раз, чтобы получить значение 1, но ведь 0,2 - это среднее значе-
ние, а значит, после увеличения плотности некоторые пикселы не достигнут
3- Цифровой К0ИП03ИТИНГ
66
Часть! • Как создать хорошую композицию
100% белого цвета. Это будет выглядеть так, как будто фоновую часть маски
посыпали солью или перцем - взгляните на рис. 2.61.
Рис. 2.58 • Увеличенное
изображение зернистой структуры
снимка на зеленом экране
Рис. 2.59 • График нарезки
с хорошо
заметным «шумом»
Рис. 2.60 • Сырая маска Рис. 2.61 • Маска
с настроенной плотностью
Чтобы удалить весь шум из фона, мы вынуждены увеличить яркость
больше, чем в исходные 5 раз. Но при этом возрастет резкость краев маски,
будут потеряны их мелкие детали, а также увеличится дрожание по краям
композиции при движении картинки, вызываемое этим «зернистым шумом».
Устранение зернистости изображений перед выделением маски поможет ре-
шить большинство из этих проблем.
Поскольку основной вклад в шум вносят синие зерна, очень часто быва-
ет достаточно предварительно устранить зернистость только в синем кана-
ле. Если невозможно провести качественную операцию удаления зерен, на
помощь может прийти либо медианный фильтр, либо мягкое размытие. Са-
Глава 2 • Выделение масок
67
мое главное - любая операция выполняется только для синего канала. Такая
избирательность связана с двумя следующими моментами, связанными с
кино:
1. Основной источник «зернистого шума» - синий канал.
2. Большинство деталей изображения содержится в красном и зеленом
каналах.
Благодаря этому случайному совпадению почти любой шум можно устранить с
минимальнь|ми Поте[ЗЯМИ деталей маски путем сглаживания синего канала.
Зернистость синего канала влияет на изображения с синим и зеленым
фоном по-разному. Для снимков на синем экране это основной цвет маски,
поэтому он является составной частью всех вычислений. В результате его
чрезмерная зернистость проявляется на краях маски, провоцируя их дрожа-
ние. Однако операция устранения окантовки для синего экрана основана на
сравнении зеленых и красных каналов, соответственно, она не будет сильно
повреждена. При выделении маски разности цвета из снимков на зеленом
фоне синий сигнал является частью вычислений только в некоторых участ-
ках. В них будет присутствовать зернистость от синего канала, однако основ-
ную часть маски она не затронет. Таким образом, у маски, полученной из
снимка на зеленом экране, будут более «мягкие» края. Но синий канал для
таких изображений является частью операции удаления окантовки, и в крас-
ном или зеленом сигналах нередко проступают более крупные синие зерна.
Конечно же, они обязательно появятся на гладких участках лица - там, где
они меньше всего нужны.
2.6.4. СЪЕМКА НА ЗЕЛЕНОМ ЭКРАНЕ С ПЛОХИМ ОСВЕЩЕНИЕМ
Все, что требуется от оператора-постановщика - это обеспечить должное ос-
вещение и правильную экспозицию каждой сцены (ах, ну да - еще на его от-
ветственности отличная композиция и подходящий угол съемки). Все, что
требуется от зеленого экрана - быть равномерно освещенным, правильно
экспонированным и иметь соответствующий цвет, которым, как вы знаете,
является зеленый! Не сине-зеленый и не зеленовато-желтый, а именно зеле-
ный. Так или иначе, на съемочной площадке все эти требования очень часто
не соблюдаются, в результате чего вы оказываетесь счастливым обладателем
плохо освещенных, некачественных снимков на зеленом экране, и от вас
ждут, что из этих чудовищных изображений вы каким-то образом выделите
превосходные маски и создадите отличные композиции. Тут ничего не поде-
лаешь - все художники компьютерной графики являются жертвами собст-
68
Часть I • Как создать хорошую композицию
венного искусства. Цифровые эффекты в последнее время стали настолько
потрясающими, что независимо от того, насколько плохо снято изображение,
«штатские» (недигитальные типы, «нецифровые» люди, не работающие с
компьютерной графикой) верят, что мы можем решить любую проблему.
Обычно это так и есть, и в результате все остаются довольны, вот только у
съемочной бригады вырабатываются дурные привычки.
Стандартная лекция, которую читают заказчику, выглядит примерно так:
«плохо освещенные снимки на зеленом экране ухудшают качество выделяе-
мой маски. Попытки хоть в какой-то мере восстановить утраченное качество
требуют дополнительной работы, а это влечет за собой две вещи: увеличение
стоимости производства и ухудшение конечного результата». Может быть,
вам не представлялось случая произносить подобные лекции или руководить
съемкой на зеленом экране. Весьма часто вы впервые что-то узнаете о съемке
только тогда, когда вам в руки попадают оцифрованные кинокадры - но то-
гда уже слишком поздно. А теперь соберитесь. Плохо освещенные изображе-
ния с зеленым фоном фактически можно назвать наиболее сложной и рас-
пространенной проблемой. Существует несколько дефектов освещения, и все
они будут по очереди рассмотрены. Также мы разберем их воздействие на
конечные маски и возможные способы уменьшения этих эффектов. Но задача
эта не из приятных.
Слишком яркий фон. В кинопроизводстве излишне «горячий» (яркий)
зеленый фон - вещь довольно редкая по той простой причине, что для этого
потребовалось бы большое количество света (далеко не бесплатного) либо
переэкспонирование из-за слишком большой апертуры (ошибка, совершить
которую способен только совсем уж неумелый оператор). Динамический диа-
пазон для кино настолько велик, что даже при огромном количестве света
разделение цветовых сигналов может остаться достаточным, если, конечно,
вы работаете с полным динамическим диапазоном - а большинство студий
поступают именно так.
Когда фильм оцифровывается в 10-битный лог-формат Cineon, его пол-
ный динамический диапазон сохраняется. Если лог-изображение Cineon за-
тем преобразовать в линейное, то крайние и белые, и черные участки будут
обрезаны. При оцифровке фильма в 8-битный линейный формат при помо-
щи сканирующего устройства либо при помощи телекино картинка также
обрезается и в черных, и в белых областях. Подробно эта замечательная тема
рассматривается в главе 13. Пока скажу только, что из-за обрезания картинки
в белых областях чересчур яркий зеленый экран может также оказаться обре-
занным.
Глава 2 • Выделение масок
69
Рис. 2.62 представляет зеленый экран с переэкспонированным «горячим
пятном» в центре, для которого яркость зеленого канала превышает точку
обрезания белых участков - не такой уж редкий случай для преобразования
кино в видео. Обрезанный зеленый сигнал имеет плоский участок в центре.
График нарезки на рис. 2.63 проясняет ситуацию. В то время как красный и
синий сигналы имеют максимум в точке А, зеленый сигнал его не имеет, так
как после обрезания на этом участке он стал плоским. Это потерянные дан-
ные, восстановить которые невозможно. Но есть и более важные вещи: срав-
ните разность между зеленым и красным сигналами в точке А на обрезанном
участке и в точке В на нормально экспонированном участке. Обрезание зеле-
ного сигнала уменьшает разность цветов «зеленый минус красный», и поэто-
му сырая маска на этом участке будет иметь значительно меньшие значения,
чем в остальных областях. Следовательно, плотность маски для обрезанного
участка будет меньше.
Рис. 2.62 • Обрезанный
зеленый экран
Рис. 2.63 • График нарезки
для обрезанного зеленого экрана
Что делать? Главная неприятность здесь состоит в потере важных данных.
Именно в потере, а не в сжатии, загрязнении или перемещении - эти пробле-
мы можно было бы решить. В случае лог-изображения Cineon, преобразован-
ного в линейный формат, единственным выходом является повторное преоб-
разование исходного кинокадра с более высоким значением точки обрезания
белых участков, немного превышающим максимальное значение яркости зе-
леного сигнала. Это вызовет легкое затемнение всего изображения, которое
можно будет исправить позднее, на стадии создания композиции. Но в сним-
ках на зеленом экране нас прежде всего интересует маска, поэтому для ее ка-
чественного выделения требуется полный набор данных. Со всем остальным
можно разобраться и потом. Если снимок на зеленом экране представляет со-
бой кинокадр, преобразованный в видеокадр, тогда придется провести преоб-
разование заново, если это возможно. Если же кадр изначально снят на видео,
то обрезанию подвергается сам исходный видеокадр, и тут уже ничего не по-
делаешь.
70
часть I • Как создать хорошую композицию
А вот один хитрый трюк для преобразования лог-изображений Cineon в линей-
ный формат, пригодный только для случаев, когда объект на переднем плане
не обрезается вместе с фоном. Оставьте исходную обрезанную версию, чтобы
использовать ее объект на переднем плане в операции наложения, а маску
выделите из версии, подвергнутой вторичному преобразованию. Таким обра-
зом удастся воспользоваться преимуществами каждой из них. Специалисты,
работающие с кинокадрами, преобразованными в видео, сталкиваются с более
серьезной проблемой. Преобразование можно выполнить второй раз, понизив
значения зеленого сигнала настолько, чтобы предотвратить его обрезание. Но
если не выполнить преобразование обеих версий (более темной для выделе-
ния маски и осветленной для использования переднепланового объекта) с по-
мощью телекино с приводочной перфорацией, между двумя комплектами
кадров возникнет отклонение («дрожание»), и они уже не будут соответство-
вать друг другу.
Слишком темный фон. Зеленый экран может быть слишком темным, ес-
ли его недоэкспонировать. В этом случае, предварительно поклявшись купить
оператору новые аккумуляторы для экспонометра, можно собственными гла-
зами увидеть, как недостаточное освещение портит маску по разности цветов.
Рис. 2.64 изображает зеленый экран с безупречной экспозицией слева и с
недостаточной экспозицией справа, а также с проведенной через два этих
участка линией разреза. Как видно из графика на рис. 2.65, на правильно экс-
понированной (левой) стороне зеленого экрана разность между зеленым и
красным каналами составляет 0,30 (0,7 - 0,4), и это вполне нормальное значе-
ние, в то время как на недоэкспонированной (правой) стороне эта разность
равна всего лишь 0,15 (0,35 - 0,2).
Рис. 2.64 • Нормальный
и недоэкспонированный
зеленый экран
Рис. 2.65 • График нарезки
для нормального
и недоэкспонированного зеленого экрана
Другими словами, для правой стороны плотность маски в два раза мень-
ше, чем для стороны с правильной экспозицией! Причина этого ясно видна
на графике нарезки. При уменьшении экспозиции сигналы RGB не только
Глава 2 • Выделение масок
71
понижаются, но и становятся ближе друг к другу. При этом их разность, есте-
ственно, уменьшается, что в свою очередь приводит к понижению плотности
грубой маски. В итоге такая «разреженная» маска потребует более жесткой
настройки для достижения максимальной плотности.
Здесь я хочу сделать паузу для небольшой лекции, поскольку эта ситуа-
ция представляется весьма заманчивой для демонстрации того, что я назы-
ваю «хождением вокруг проблемы». Под этим выражением я подразумеваю
нахождение решения, которое только на первый взгляд устраняет проблему,
но на самом деле ее не решает. В данном примере проблема «обходится» сле-
дующим образом: сделаем умный вид и поднимем общую яркость всего изо-
бражения, прежде чем выделять из него маску. То есть просто умножим на 2,0
все значения RGB - только и всего! Плотность грубой маски поднимется от
0,15 до 0,30, то есть достигнет значения для стороны с нормальной экспози-
цией. Теперь останется только поднять плотность новой улучшенной грубой
маски путем домножения на скромную величину 3,3, чтобы добиться желае-
мого значения 1, и преспокойно отправляться домой с ощущением выпол-
ненного долга. Но действительно ли все так просто? Давайте рассмотрим этот
вариант более подробно.
Исходная маска имела плотность 0,15, которую необходимо было умно-
жить на 6,6, чтобы получить максимальную плотность - 1. Но если мы умно-
жим исходные каналы RGB на 2 якобы для повышения плотности сырой мас-
ки, а затем умножим полученное значение (0,3) на 3,3, получится, что мы про-
сто умножили исходную плотность 0,15 на 6,6 (2 х 3,3). То есть потратили
лишнее время, использовали лишние ноды вычислений и немного потрени-
ровались в применении распределительного закона умножения, но ничем не
улучшили ситуацию в целом. Мы именно «обошли проблему кругом», но
фактически не решили ее. Такая опасность постоянно присутствует в нашей
работе, и поэтому понимание принципов, заложенных в основу выполняе-
мых нами действий, поможет избежать подобных бесплодных попыток (ко-
нец лекции).
Итак, вернемся к нашей проблеме. Теперь стало понятно: все, на что мы
можем рассчитывать, - это замечательная «разреженная» сырая маска,
имеющая к тому же большую степень зернистости. Последнее обстоятельство
связано с тем, что в затемненных частях картинки видимое количество зерен
возрастает. И эту загрязненную зернами версию маски придется подвергнуть
более жесткой настройке, чем в случае правильной экспозиции. В результате
получится маска с большим количеством «шума» и резкими краями. Трагедия
состоит в том, что данные для сырой маски просто отсутствуют. Но не спеши-
72
Часть I • Как создать хорошую композицию
те отчаиваться, они отсутствуют только в цифровом варианте, с которым вы
пытаетесь работать, но на негативе они есть!
Специалистов по преобразованию кино в видео при помощи телекино
тут опять поджидают куда более серьезные проблемы. Как упоминалось ра-
нее, операцию преобразования можно повторить с более качественной цве-
токоррекцией, но только в том случае, если это преобразование с приводоч-
ной перфорацией, позволяющее предотвратить дрожание.
Да! Пленочный негатив содержит в несколько раз больше информации по
* сравнению с цифровым файлом из видеокамеры или линейным кинокадром,
преобразованным из исходного лог-изображения. Как и в случае переэкспони-
рованного изображения в предыдущем разделе, можно взять исходный лог-
файл и повторить преобразование, на этот раз понизив точку обрезания белых
участков и настроив гамму для получения более яркого фона. Эта осветленная
версия затем используется для выделения маски и откладывается, а из исход-
ного снимка берется элемент с переднего плана, который непосредственно
участвует в композиции. Осталось убедиться, что мы на самом деле решили
проблему, а не «обошли» ее. Что мы сделали: получили больше данных для
работы, восстановив исходное лог-изображение и вернув отброшенные дан-
ные. Эти данные все время присутствовали на негативе и в 10-битном лог-
формате, но были просто выброшены в процессе преобразования в линейный
формат. Один недостаток все же останется: недоэкспонированные кинокадры
все равно будут более зернистыми, чем нормальные.
t
Неоднородный фон. Вся ценность зеленого экрана заключается в одно-
родности и насыщенности его основного цвета. Как показывает математика,
для получения маски разности цветов с максимальной плотностью необхо-
димо, чтобы зеленый сигнал был как можно выше красного и синего. Это по
определению и есть насыщенный цвет. Однако в реальных изображениях
значения красного и синего сигналов не всегда достаточно низкие. Их увели-
чение может привести к «загрязнению» зеленого экрана и появлению желто-
ватого (при повышенном значении красного) или голубого (при повышенном
значении синего) оттенков, а также к потускнению зеленого фона (при по-
вышенных значениях и красного, и синего). Такой дефект в разделении цве-
товых сигналов существенно снижает качество маски.
На рис. 2.66 показан зеленый экран, разделенный на четыре параллель-
ные полосы, а на рис. 2.67 представлен соответствующий график нарезки по
всем четырем областям.
На участке А зеленый цвет имеет хорошую насыщенность, и, как видно
из графика, достаточное значение цветовой разности (длина черной стрелки).
Следовательно, маска на данном участке будет иметь нормальную плотность.
Участок В представляет собой ненасыщенный зеленый фон со слишком вы-
сокими значениями красного и синего сигналов (см. график), поэтому плот-
Глава 2 • Выделение масок
73
ность полученной маски на этом участке будет недостаточной. На участке С
слишком поднят красный сигнал, а согласно уравнению разности цветов из
зеленого сигнала вычитается максимальный из двух оставшихся. Максималь-
ным здесь является красный сигнал, и плотность маски опять будет низкой.
На участке D та же проблема, только для синего канала, и такой же неудовле-
творительный результат.
Что здесь можно предпринять? Хоть ситуация и тяжелая, но все же она не без-
надежна. Есть один способ, который может нам помочь: это техника сдвига
каналов, описанная ранее. Выбрав наиболее отклоняющийся от нормы канал
фона (пусть это будет красный), начинайте осторожно вычитать из него посто-
янные величины, прежде чем выделять маску разности цветов. Это понизит
красный сигнал в целом, что благотворно скажется на маске, однако, если пе-
реусердствовать, на объекте переднего плана в конце концов могут появиться
более светлые пикселы. Поэтому постепенно, маленькими шагами понижайте
красный сигнал и наблюдайте за поведением пикселов выделяемого объекта.
Небольшое количество ненулевых пикселов в области переднего плана - весь-
ма распространенное явление, и это еще не повод думать, что жизнь не уда-
лась. Установив границы для красного канала, повторите ту же процедуру для
синего. При определенной доле везения (а это зависит от конкретного цветово-
го содержания выделяемого объекта) вы сможете существенно увеличить плот-
ность сырой маски, подпортив объект на переднем плане совсем немного. Если
объект имеет загрязнения только в одном или двух местах, это как раз подхо-
дящий случай для применения локального подавления. Критерием завершения
процесса служит начало повышения плотности на обширных участках.
Неравномерное освещение. Это самая распространенная и самая ковар-
ная из всех проблем, возникающих с изображениями на зеленом экране. По-
чему самая распространенная? Просто потому, что подобрать освещение, ко-
торое было бы одновременно ярким и равномерным по всей обширной по-
верхности, чрезвычайно трудно. Человеческий глаз обладает настолько раз-
74
Часть I • Как создать хорошую композицию
витой приспособляемостью, что почти все ему кажется красивым и равно-
мерно освещенным, хотя на деле это может быть далеко не так. Кинопленка
же вовсе не такая неразборчивая. Стоя на съемочной площадке и глядя на
зеленый экран, вы абсолютно уверены, что он идеально освещен и имеет оди-
наковую яркость слева и справа, сверху и снизу, но получив пленку из лабо-
ратории, вы вдруг обнаруживаете светлое пятно в центре кадра и постепен-
ный переход к тусклому темно-зеленому цвету по углам. И из всего этого цве-
тового безобразия необходимо извлечь маску. Давайте посмотрим, что тут
можно сделать.
Сначала - хорошие новости. Даже если зеленый экран заметно темнее,
скажем, с левой стороны, при выделении маски разности цветов он станет бо-
лее равномерным, чем исходный кинокадр! Как такое может быть? Это одно из
волшебных преимуществ маски разности цветов по сравнению, например, с
цветовой маской, хромакеем. Чтобы понять, как это происходит, обратимся к
рис. 2.68, на котором изображен зеленый экран с затемненным левым краем, и
к рис. 2.69, где представлен график нарезки для этого неудачного экрана.
Рис. 2.68 • Неравномерно
освещенный
зеленый экран
Рис. 2.69 • График нарезки
для неравномерно освещенного
зеленого экрана
Как видно из графика, яркость зеленого фона на левом краю сильно па-
дает. Значения RGB на этом участке почти на 20% ниже по сравнению с нор-
мально освещенными областями. Но посмотрите внимательно на разницу ме-
жду зеленым и красным каналами. Значения всех трех каналов уменьшаются
одновременно, поэтому их разность меняется несущественно. На участке с
нормальной освещенностью плотность сырой маски составляет примерно
0,30, а на затемненном участке - около 0,28, ненамного меньше. Зеленый ка-
нал снижается весьма заметно, но то же самое происходит и с красным кана-
лом, и их разность остается почти неизменной. Маска разности цветов гораз-
до менее взыскательна по отношению к неравномерно освещенному зеленому
Глава 2 • Выделение масок
75
фону, чем все другие методы выделения масок. Но на этом хорошие новости
заканчиваются. Теперь посмотрим, как неравномерная освещенность фона
отражается на маске и как с этим можно бороться.
Рис. 2.70 • Неравномерно
освещенный зеленый экран
Рис. 2.71 • Неравномерная
сырая маска
1
.9
.8
.7
.6
.5
.4
.3
.2
.1
О
7
low density region 6
Рис. 2.72 • График нарезки для сырой маски
На рис. 2.70 изображен зеленый экран с неравномерной освещенностью и
объект на переднем плане. И у того, и у другого затемнен левый край. Далее на
рис. 2.71 представлена также неравномерная сырая маска (до настройки плот-
ности), полученная с помощью нашей стандартной процедуры выделения мас-
ки разности цветов (G - max (R, В)). Вдоль левого края виден участок с пони-
женной плотностью, который превратится в область частичной прозрачности,
если с ним ничего не сделать. График нарезки на рис. 2.72 демонстрирует низ-
кую плотность в области фона с левой стороны (для наглядности преувеличе-
но). Также на график нанесены красная и зеленая линии отсчета. Зеленая ли-
ния соответствует желаемому значению, которое следовало бы поднять до
100% плотности (до белого цвета) при помощи операции настройки. При этом
фон на затемненном участке все равно остался бы частично прозрачным, так
как его плотность не достигла бы 100%. Эту проблему можно решить при по-
мощи более жесткой настройки, взяв в качестве начальной не зеленую, а крас-
ную линию, и доведя ее до значения 100%. Правда, при этом некоторые детали
краев маски окажутся обрезанными, а сами края - слишком резкими; ни то, ни
другое нам не нужно, ведь мы хотели только выровнять зеленый фон.
76
Часть I • Как создать хорошую композицию
2.6.5. НАСТРОЙКА УРОВНЯ ФОНА
Настройка уровня фона - screen leveling - один из моих любимых приемов.
Он находит гораздо больше применений, чем простое выравнивание нерав-
номерно освещенного зеленого экрана. Давайте рассмотрим этот процесс по-
подробнее. Представьте, что вы взяли снимок в руки и смотрите на него в
профиль, то есть вдоль плоскости изображения. Цветовые каналы можно
представить в виде трех «плоскостей» из цветного пластика. Равномерно ос-
вещенный зеленый фон будет идеально плоской, горизонтальной поверхно-
стью. Такой «профильный» способ визуализации помогает лучше понять
идею настройки уровня фона и является, помимо прочего, одним из ракурсов
графика нарезки.
Вашему вниманию предлагается абстрактная модель, наглядно объяс-
няющая принцип работы настройки уровня фона. Рис. 2.73 представляет иде-
ально плоскую горизонтальную поверхность «зеленого экрана» с располо-
женным на нем «объектом на переднем плане». Аккуратно отделить объект от
фона не составит никакого труда, для этого требуется всего лишь одно поро-
говое значение; в данном случае это 0,45. Все, что находится ниже 0,45 - это
зеленый экран; все, что выше - интересующий нас объект. Пороговое значе-
ние представляет собой уровень, который поднимается до значения 1 для
обеспечения полной прозрачности маски в области фона.
Однако в реальности зеленый экран никогда не бывает абсолютно гори-
зонтальным. Он непременно имеет некий «наклон», связанный с неравно-
мерностью освещения, как показано на рис. 2.74 (в данном случае фон темне-
ет в направлении справа налево). В результате сырая маска разности цвета,
несмотря на свое столь демократичное отношение к неравномерному осве-
щению, не будет иметь постоянного значения плотности на всем экране. Если
мы теперь попытаемся отделить объект от фона с помощью одного порогово-
го значения, у нас ничего не выйдет. Какое бы значение мы ни взяли, оно все-
гда будет захватывать какую-то часть объекта или зеленого фона, либо и того,
и другого.
Но что если попытаться «выровнять» фон, сделать его горизонтальным?
В нижней части графика на рис. 2.75 изображен «склон» - наклонная, ско-
шенная поверхность, компенсирующая уклон, который начинается слева со
значения 0 и достигает значения 0,1 на правом конце. Эта поверхность слу-
жит компенсирующим градиентом для фона. Если сложить этот градиент и
поверхность фона, опущенные края зеленого экрана и объекта поднимутся,
вернув поверхности горизонтальность, как показано на рис. 2.76. Теперь объ-
ект на переднем плане и фон можно разделить с помощью одного порогового
значения. Маска разности цветов, выделенная из такого «выровненного» изо-
Глава 2 • Выделение масок
77
бражения, будет гораздо более равномерной. Этот прием нельзя использовать
после того, как маска уже выделена, так как в этом случае градиент для вы-
равнивания сырой маски будет прибавляться также и к черной области выде-
ляемого объекта, делая его частично прозрачным. Поэтому регулировку
уровня изображения следует проводить до выделения маски.
Рис. 2.73 • Абсолютно
горизонтальная поверхность
Рис. 2.74 • Наклонная
поверхность
Для иллюстрации этого метода возьмем простейший пример. Допустим, у
нас есть снимок на зеленом экране с постепенным затемнением сверху вниз.
Последовательность действий такова: нужно измерить значения RGB в верх-
ней части и в нижней, затем найти их разности - по ним мы узнаем, насколь-
ко падает уровень освещенности. После этого вычисляется «контрградиент»,
значение которого в верхней части равно нулю (черный цвет), а в нижней -
полученной разности. Для получения «горизонтальной» поверхности оста-
лось сложить исходное изображение и полученный контрградиент.
Рис. 2.75 • Компенсирующий
градиент
Рис. 2.76 • Выровненная
поверхность
78
Часть! • Как создать хорошую композицию
.2 .6 .2 .2 .6 .2 1
greenscreen gradient leveled
Рис. 2.77 • Настройка уровня зеленого фона
В качестве примера рассмотрим рис. 2.77. Крайний слева квадрат пред-
ставляет снимок на зеленом фоне со значениями RGB, равными 0,2 0,6 0,2 и
0,1 0,4 0,2 для верхней и нижней частей соответственно. Вычитая эти два на-
бора значений, получаем разность 0,1 0,2 0 - настолько нижняя часть темнее
верхней. Следовательно, контрградиент будет иметь значения 0 0 0 вверху и
0,1 0,2 0 внизу. Обратите внимание, что разность значений RGB не будет оди-
накова для всех каналов, то есть данный градиент является цветным, трехка-
нальным, а не серым. При сложении этих двух изображений полученное бу-
дет иметь одинаковые значения вверху и внизу - то есть будет «горизонталь-
ным». Теперь из него можно выделить гораздо более чистую маску. Посколь-
ку в компенсирующем градиенте доминирует зеленый цвет, и этот градиент
прибавляется также и к выделяемому объекту, в этом объекте будет немного
поднят зеленый сигнал. Иногда, в зависимости от его цветового содержания,
это может приводить к появлению небольших дефектов, но они являются
сущей мелочью по сравнению с полученным «горизонтальным» фоном. Ведь
мы решили серьезную проблему неравномерной освещенности зеленого эк-
рана за счет возможного появления совсем небольших «загрязнений» на объ-
екте переднего плана.
Но вернемся теперь в реальный мир. Вряд ли вы когда-нибудь будете
иметь дело с зеленым экраном, освещенность которого меняется постепенно
и строго сверху вниз, как в только что приведенном примере. Скорее всего,
она будет меняться сверху вниз и слева направо, и к тому же центр кадра бу-
дет более светлым, а возле плеча актера неизвестно откуда появится темное
пятно - иными словами, искажение снимка обычно имеет значительно более
сложную структуру. Не в каждом программном пакете есть средства, позво-
ляющие создавать такие сложные градиенты. Единственное, что остается в
такой ситуации - как можно лучше настроить уровень фона, помня при этом,
что настройка не обязательно должна быть идеальной, она просто должна
максимально исправлять дефекты освещенности, ведь даже небольшая регу-
лировка может существенно улучшить ситуацию. Особенно это касается сы-
рых масок, поскольку их плотность обычно увеличивается во много раз. Так,
Глава 2 • Выделение масок
79
даже незначительное выравнивание уровня, на значение порядка 0,05, в итоге
улучшает результаты на 10-20%.
2.6.6. КОРРЕКЦИЯ ФОНА
Одной из самых труднорешаемых проблем в процессе выделения масок яв-
ляются дефекты в материале зеленого фона. Это могут быть швы, складки,
прорехи, заплаты, тесьма и другие неровности, которые создают очень силь-
ное отклонение от нормального зеленого цвета. Эти дефекты фона становятся
дефектами маски и причиняют больше всего хлопот, когда объект на перед-
нем плане проходит прямо по ним, а это бывает довольно часто. Рис. 2.78
изображает зеленый экран с большой толстой складкой поперек фонового
материала, а рис. 2.79 - полученную маску с соответствующим дефектом от
складки в области фона. Конечно, дефекты можно убрать, увеличив плот-
ность белых участков маски, но при этом ее края станут более резкими.
Рис. 2.78 • Исходное
изображение на зеленом экране
Рис. 2.79 • Полученная маска
с дефектами
Ultimatte предлагает почти волшебное решение этой задачи, так называе-
мую коррекцию фона - screen correction. Идея этого решения заключается в
том, что помимо исходного изображения на зеленом экране снимается также
чистый участок фонового материала без объекта на переднем плане, который
затем используется в качестве сравнительного экземпляра для удаления де-
фектов из исходного изображения. Пример такого чистого зеленого экрана
показан на рис. 2.80. Выделенная из него маска (рис. 2.81) включает в себя все
дефекты исходного изображения, в том числе те, что были скрыты объектом
на переднем плане. Чистый зеленый экран и выделенная из него маска ис-
пользуются для создания «карты дефектов» фонового материала, которая за-
тем служит для заполнения «дыр» в нем и позволяет добиться равномерного
80
Часть! • Как создать хорошую композицию
зеленого цвета. Кроме коррекции фона, которую предлагает Ultimatte, можно
произвести свою собственную и использовать ее в других инструментах вы-
деления масок либо непосредственно для операции выделения.
Рис. 2.80 • Чистый
зеленый экран
Рис. 2.81 • Маска
из чистого зеленого экрана
Коррекция фона с помощью Ultimatte. Ultimatte радостно советует нам
просто ввести снимок чистого зеленого экрана в Ultimatte в качестве исход-
ных данных для коррекции фона. Все, что вам необходимо - это чистый зеле-
ный экран. Проблема состоит в том, что его у вас практически никогда не бу-
дет. Потому что на это не хватило либо времени, либо денег, либо того и дру-
гого. Более того, этот прием подходит лишь для снимков на зафиксированной
камере, которой большинство операторов в наше время предпочитают не
пользоваться. Для движущейся камеры единственным способом снять соот-
ветствующий участок чистого зеленого фона является использование устрой-
ства контроля движения. Ситуация, как мы видим, весьма плачевная.
Но зачем же тогда заводить речь о коррекции фона и расписывать ее дос-
тоинства, если случай воспользоваться ими представляется так редко? На то
есть ряд причин. Во-первых, теперь, когда вы знаете о коррекции, вы можете
предупредить, чтобы в дальнейшей работе заранее были сделаны снимки чис-
того зеленого экрана. Ведь раньше вы об этом не думали. Во-вторых, вы
вполне можете собственноручно создать чистый экран для коррекции, и для
особенно проблемных моментов съемки это себя оправдывает.
Для создания чистого экрана можно выбрать один кадр из съемки исходного
изображения на зеленом фоне и закрасить объект на переднем плане. Другой
вариант: вырезать кусочки из разных кадров и склеить их вместе. В случае дви-
жущейся камеры ситуация осложняется. Потребуется создать чистый экран
Глава 2 • Выделение масок
81
большего размера, который будет покрывать всю открытую область зеленого
фона по ходу движения снимка, и выполнить отслеживание движения для соот-
несения с движением камеры. Лимитирующим фактором при таком подходе
является искажения оптики, поскольку дефекты в статическом чистом кадре мо-
гут перемещаться относительно движущихся кадров. Очевидно, что все эти ге-
роические усилия оправдывают потраченные на них время и деньги только при
наличии действительно серьезных проблем в действительно важном снимке.
Пользовательская коррекция фона. Предположим, что так или иначе
вы стали счастливым обладателем чистого снимка на зеленом фоне и готовы
использовать его для коррекции дефекта. Поскольку эту процедуру нельзя
назвать тривиальной, в дополнение к ее пошаговому рассмотрению восполь-
зуемся также пиктографической схемой на рис. 2.82 и блок-схемой на рис.
2.83 - они помогут нам следить за ходом выполнения операции. На блок-
схеме показаны операции, которые следует выполнить, а на пиктографиче-
ской схеме - последовательность изображений, которые мы при этом будем
видеть. В конечном итоге эта операция создает новую версию исходного
снимка, называемую скорректированным изображением на зеленом экране и
очищенную от всех дефектов фоновой подложки. Теперь эту версию изобра-
жения можно прокеить и выделить чистую маску, воспользовавшись либо
подходящим инструментом выделения, либо каким-то собственным методом.
Для получения исправленного снимка нужно сначала создать кадр коррек-
ции - RGB-изображение, содержащее все необходимые пикселы для заполне-
ния тех самых «дыр» в исходном фоне. Затем скорректированный кадр сум-
мируется с исходным изображением, после чего оно становится однородным
и равномерным. Давайте еще раз обратимся к рис. 2.82 и рис. 2.83 и подробно
рассмотрим каждую стадию процесса.
Шаг 1. Маска из зеленого экрана [GS]: выделите маску из исходного сним-
ка на зеленом экране с помощью наиболее подходящего метода. Очевидно, в
нее перейдут и дефекты исходного фона. При необходимости инвертируйте
маску, чтобы получить черный объект на белом фоне, как показано на рисун-
ке 2.82.
Шаг 2. Маска из чистого зеленого экрана [clean GS]: выделите маску из
чистого зеленого экрана с помощью точно таких же методов и с такими же
параметрами, как и в шаге 1. Эта маска должна быть полностью идентична
маске из зеленого экрана за исключением отсутствия в ней объекта на перед-
нем плане. Эта маска должна быть также в виде черный на белом.
Шаг 3. Однородный зеленый экран [solid GS]: это просто нода (узел) одно-
родного цвета, в который введен исходный фоновый цвет. Он представляет
собой идеально равномерный и однородный зеленый экран. В конечном сче-
те пикселы исходного фона должны быть подняты до этого уровня. Так как
82
Часть! • Как создать хорошую композицию
значения RGB исходного фона варьируются в довольно широких пределах,
необходимо настроить однородный ЗЭ на самые яркие (максимальные) зна-
чения, обнаруженные в исходном фоновом цвете.
Рис. 2.82 • Пиктографическая схема процедуры коррекции фона
Рис. 2.83 • Блок-схема процедуры коррекции фона
Шаг 4. Карта дефектов [defect тар]: для ее получения нужно вычесть
чистый зеленый экран из однородного [sub]. Карта [pull matte] представляет
разницу между фактическим фоном и однородным (то есть каким он должен
быть); обычно она довольно темная. Но прежде чем ее использовать, необхо-
димо сделать область выделяемого объекта полностью черной.
Глава 2 • Выделение масок
83
Шаг 5. Коррекционная маска [correction matte]: при помощи математиче-
ской ноды (math node) разделите [divide] маску из исходного зеленого экрана
[GS] на маску из чистого зеленого экрана [clean GS]. Их одинаковые дефекты
волшебным образом устранят друг друга, сделав фон однородным, в то время
как объект на переднем плане останется черным. Обе вводимые в ноду маски
опять же должны иметь вид «черный на белом».
Шаг 6. Кадр коррекции [correction frame]: для его получения нужно умно-
жить [mult] коррекционную маску на карту дефектов. Эта операция как бы
«выбивает» объект из карты дефектов, приравнивая его к нулю. Полученный
кадр коррекции будет использован для заполнения дефектов в исходном изо-
бражении.
Шаг 7. Исправленный зеленый экран [corrected GS]: просто сложите [add]
кадр коррекции из шага 6 [correction frame] с исходным изображением [GS].
Теперь воспользуйтесь любым кеером или методом выделения масок по ва-
шему выбору для получения чистой маски из исправленного снимка.
Для выделения маски кееру [pull matte], очевидно, требуется исправлен-
ное изображение на зеленом экране. Если же вы выделяете маску самостоя-
тельно, вы можете просто использовать коррекционную маску, полученную в
шаге 5. Это весьма качественная маска с характеристиками кромок, очень
близкими к чистой маске, которая была бы получена из исправленного изо-
бражения.
В программе Photoshop нет операции деления, поэтому эта техника навсегда
останется для вас запретной. Однако вы всегда можете просто закрасить лю-
бые дефекты, хотя это и не очень увлекательное занятие, когда требуется об-
работать 500 кадров.
Маска разности цветов в Adobe After Effects
В Adobe After Effects есть очень хороший инструмент для выделения масок
разности цветов, который использует немного другой подход. Хотя он и име-
ет некоторые ограничения по сравнению с классическими методами, описан-
ными в этой главе, в то же время он очень прост, удобен в настройке и на
удивление хорошо работает в большинстве случаев. Что интересно, те ситуа-
ции, где классические методы мало чем могут помочь, метод After Effects про-
являет себя во всей красе, и наоборот. Отсюда напрашивается вывод, что их
совместное использование может быть очень эффективным. Подробнее об
этом можно прочитать в разделе «Маска разности цветов в Adobe After
Effects» в Приложении А.
3
Очистка
масок
Независимо от метода выделения маски существует множество операций,
применение которых может существенно улучшить качество любой из них. В
этой главе рассматривается несколько таких операций, которые помимо про-
чего также снижают уровень шума (зернистость), сглаживают края и расши-
ряют или сжимают маску; все это позволяет получить более качественную
композицию.
3.1. Мониторинг маски
Прежде чем начинать главу, самое время рассказать о мониторинге маски,
который легко провести при помощи цветовой кривой - color curve tool.
В результате большинства различных процессов выделения мы получаем не-
обработанную маску, плотность которой затем необходимо поднять до мак-
симального значения. При этом как в белых, так и в черных областях могут
быть отдельные пикселы, которые довольно трудно заметить, но в конечной
композиции они неожиданно становятся видимыми. Это явление иногда на-
блюдается также в масках, полученных при помощи кееров, таких как
Ultimatte. Необходимо найти способ, позволяющий увидеть, что белые и чер-
ные участки не содержат подобных загрязнений. Мониторинг маски - не-
большой инструмент, отлично подходящий для этой цели. Он делает види-
мыми такие «выбивающиеся из коллектива» пикселы и позволяет уравнять
их с другими; для его осуществления нужна только цветовая кривая.
Рис. 3.1 изображает предположительно «чистую» маску, содержащую, од-
нако, скрытые «неправильные» пикселы и в белой, и в черной областях. На рис.
3.2 показан способ настройки цветовой кривой для выполнения мониторинга
маски. Сначала соедините узел цветовой кривой с маской максимальной плот-
ности или маской, полученной с помощью инструмента выделения. Затем до-
бавьте на график две новых точки, придвинув их как можно ближе к правому и
левому краям, как показано на рис. 3.2. Вот и все! «Неправильные» черные и
белые пикселы стали видимыми, как на рис. 3.3. Пикселы с максимальными
значениями (0 для черных и 1 для белых) должны остаться нетронутыми, по-
этому убедитесь, что обе конечные точки находятся точно на значениях 0 и 1.
Цветовая кривая просто находит в белых областях пикселы, которые
очень близки по значению к 100% белым, но трудноразличимы, и сильно по-
нижает их значения, придавая им светло-серый цвет. Аналогично, в черных
Глава 3 • Очистка масок
85
областях цветовая кривая увеличивает значения всех ненулевых пикселов,
так что они начинают заметно выделяться на фоне истинно черных. Этот ме-
тод можно также использовать сразу после операции настройки плотности
маски, чтобы проверить, все ли подозрительные пикселы устранены. Полу-
ченное изображение, конечно, служит только диагностическим целям и в
композиции не используется. При работе с прокси-кадрами (proxies, кадра-
ми-заместителями) эту операцию необходимо проводить на полном разреше-
нии. Прокси называются копии с низким разрешением, полученные из кад-
ров с полным разрешением. Как правило, они создаются дизайнерами, зани-
мающимся композитингом в кино, для ускорения процесса цифровой обра-
ботки фильма, поскольку полноразмерные кадры гораздо объемнее по разме-
ру и требуют существенно больше времени и ресурсов на обработку.
Рис. 3.1 • «Чистая»
Рис. 3.2 • Цветовая
Рис. 3.3 • Выявленные
маска
кривая
пикселы
3.2. «Мусорные» маски (Garbage matte)
Одной из первых операций предварительной обработки, необходимых прак-
тически в любом процессе выделения маски из изображения на синем экране,
является создание «мусорной» маски - garbage matte - для фонового цвета.
Идея метода заключается в том, чтобы заменить весь фон в пределах кадра
чистым, равномерным цветом, чтобы при выделении маски вся область фона
была чистой и однородной. В этой операции есть два важных критерия. Во-
первых, замена синего экрана должна производиться на безопасном расстоя-
нии от краев выделяемого объекта. Другими словами, главное внимание в
этом процессе должно уделяться краям объекта, а не краям «мусорной» мас-
ки. Второй критерий: эта работа не должна отнимать много времени.
На рис. 3.4 показан исходный снимок на синем экране с неравномерным ос-
вещением, яркость которого падает снизу вверх. Рис. 3.5 изображает «мусорную»
86
Часть I • Как создать хорошую композицию
маску, а рис. 3.6 - снимок на синем экране, обработанный с помощью этой маски.
Теперь фоновая область представляет собой участок отличного однородного
синего цвета, готовый к выделению маски. Обратите также внимание, что маска
не подходит слишком близко к краям объекта на переднем плане.
Рис. 3.6 • Изображение
на синем экране,
обработанное
«мусорной» маской
Рис. 3.4 • Исходное
изображение
на синем экране
Рис. 3.5 • «Мусорная»
маска
Есть два основных способа создания «мусорной» маски: программным
способом (при помощи правил) и вручную (ротоскопирование). Разумеется,
предпочтение следует отдать первому подходу, поскольку он требует гораздо
меньше времени. Попробуйте для начала использовать хромакей для выделе-
ния простой маски из области фона. Если по каким-то причинам этот метод
неприменим, всегда можно прибегнуть ко второму способу: нарисовать «му-
сорную» маску от руки, что займет, конечно, больше времени. Поскольку нам
не нужно слишком сильно приближаться к краям выделяемого объекта, рото-
маски можно рисовать не особенно аккуратно и примерно на каждом десятом
кадре. Можно сочетать два метода: использовать хромакей для основной час-
ти фона и одну «мусорную» маску для дальних наружных краев экрана, кото-
рые часто бывают плохо освещены или вовсе лишены синего фона.
Но вот операция закончена, и «мусорная» маска готова - теперь просто
наложите объект с переднего плана на однородный синий фон. Но какой
именно синий цвет следует взять? Значения RGB меняются по всей поверхно-
сти фона. Взглянув на обработанное изображение на рис. 3.6, вы увидите, что
цвет фона внутри маски темнее остального синего фона в одних местах и
светлее в других. Рекомендуется брать значения RGB из наиболее визуально
значимых областей фона, обычно это область вокруг головы, если на снимке
изображен человек. Это позволит получить на данных участках более мягкие
границы.
У «мусорных» масок есть также и другое применение. Вместо того, чтобы
использовать их непосредственно для очистки синего фона, можно с их по-
Глава 3 • Очистка масок
87
мощью очистить маску после ее выделения. Здесь тоже есть несколько вари-
антов: нарисованные от руки рото-маски, процедурные маски или их комби-
нация. На рис. 3.7 изображена начальная маска с двумя проблемами: в облас-
ти задника (фона) и в центральной части маски. Вместо красивого и чистого
черного фона мы имеем фон с загрязнениями, обусловленными неоднород-
ностью исходного снимка. Центральная часть маски также содержит не-
сколько областей с пониженной плотностью, которые будут причиной про-
свечивания фона сквозь объект на переднем плане. Тут нам необходимо най-
ти решение для этой проблемы.
На рис. 3.8 представлена «мусорная» маска, созданная процедурным путем
при помощи простого хромакея для области задника (backing region). В этом
процессе использовались довольно точные параметры, позволившие прокеить
только синий фон. Кроме того, эта маска была расширена относительно исход-
ной маски во избежание соприкосновения краев и их случайного обрезания.
На рис. 3.9 показан результат очистки фона области задника при помощи его
«мусорной» маски. Единственный способ достичь этого результата - восполь-
зоваться операцией яркости и усилить черный только в области задника, мас-
кированном «мусорной» маской. Сможете придумать другой способ?
Убедившись, что с областью фона теперь все в порядке (рис. 3.9), мы мо-
жем переключить свое внимание на очистку центральной части маски. На
рис. 3.10 изображена «мусорная» маска для этой части, которая может быть
получена двумя способами. Можно либо инвертировать и сжать «мусорную»
маску для фона, либо выделить новую маску хромакеем с параметрами, изме-
ненными таким образом, чтобы она проникла внутрь центрального изобра-
жения. Эта новая «мусорная» маска должна хорошо умещаться внутри ис-
ходной маски и не касаться ее краев. Поскольку самое главное в композитин-
88
Часть I • Как создать хорошую композицию
ге - это именно края, мы не должны делать ничего такого, что может повре-
дить их качеству в конечной маске.
Рис. 3.9 • Очищенная область задника
для центральной части
Рис. 3.10 • «Мусорная» маска
Рис. 3.11 • Очищенная центральная часть маски
Далее для заполнения участков низкой плотности «мусорная» маска для
центра комбинируется с маской на рис. 3.9 при помощи операции «макси-
мум». Все темные пятна на маске будут заполнены белым цветом от 100% бе-
лых участков на «мусорной» маске для центральной части. Теперь у нас име-
ется чистый фон плюс однородная маска для центрального объекта с отлич-
ными краями (рис. 3.11).
3.3. Фильтр маски
Этот раздел описывает очистку маски с помощью размытия или медианного
фильтра. Применение фильтров к маске обусловлено двумя причинами. Во-
первых, это позволяет сгладить неизбежный «зернистый» шум, а значит,
Глава 3 • Очистка масок
89
уменьшить величину, на которую впоследствии нужно будет поднять плот-
ность маски для удаления из нее «дыр». Во-вторых, фильтры способствуют
смягчению краев. Все маски, выделяемые из изображений, имеют тенденцию
к слишком резким краям. Эта проблема вполне решаема, но сначала давайте
посмотрим, чем же могут помочь фильтры в нашем деле. Никогда не забы-
вайте о том, что размытие - злейший враг деталей.
3.3.1. ПОДАВЛЕНИЕ ШУМА (NOISE SUPPRESSION)
Даже в том случае, если перед выделением маски зернистость синего экрана
была устранена, какой-то остаточный шум все равно будет присутствовать.
Если необходимо дальнейшее подавление такого «зернистого» шума, можно
применить фильтр к сырой маске до настройки ее плотности. Прежде всего,
это позволит уменьшить степень настройки плотности, необходимой для по-
лучения чистой маски.
На рис. 3.12 представлен график нарезки для зернистой грубой маски.
Из-за шума значения пикселов «прыгают» вверх и вниз, что приводит к су-
жению доступного для использования интервала между фоном (примерно 0)
и выделяемым объектом (около 0,3) до интервала размером всего лишь около
0,2. При попытке устранить шум одним увеличением плотности для конечной
Рис. 3.12 • График нарезки Рис. 3.13 • Сырая маска
для зашумленной сырой маски после применения фильтра
На рис. 3.13 показан результат применения фильтра. Шум устранен как в
области фона, так и на выделяемом объекте. В результате интервал увеличил-
ся до 0,3, тем самым расширив диапазон доступной плотности сырой маски
на 50%. (Все числа намеренно преувеличены; ваши личные результаты могут
быть различными). При выделении маски из качественного снимка на зеле-
ном экране с минимальным количеством шума эта операция для сырой маски
может и не понадобиться, так что смело игнорируйте ее, когда возможно.
90
Часть I • Как создать хорошую композицию
Помните, что применение фильтров разрушает мелкие детали краев маски,
поэтому используйте их умеренно. Рис. 3.14 изображает общую блок-схему
операции генерирования маски [extract matte] с добавленной операцией раз-
мытия [blur] для подавления шума, перед настройкой плотности [scale matte].
blur
matte
scale
matte
Рис. 3.14 • Операция размытия сырой маски для подавления шума
3.3.2. СГЛАЖИВАНИЕ КРАЕВ (SOFTER EDGES)
Когда требуется получить более мягкие края, операция размытия - blur - вы-
полняется для конечной маски после поднятия ее плотности до максимально-
го значения. Размытие сглаживает границы переходов на краях двумя путя-
ми: оно (1) разрыхляет все четкие переходы и (2) расширяет края. Очень важ-
но понимать суть выполняемых операций, чтобы при возникновении про-
блем можно было найти их решение.
На рис. 3.15 показан график нарезки для области перехода между белым и
черным участками маски. Точечная линия соответствует маске до операции
размытия, а короткий отрезок со стрелками наверху показывает ширину пе-
рехода. Крутой наклон линии говорит о том, что края у этой маски резкие.
Сплошная черная линия соответствует маске после размытия, а более длин-
ный отрезок со стрелками внизу показывает ширину новой переходной об-
ласти. Наклон сплошной линии меньше, что свидетельствует о более плавном
переходе. Кроме того, что участок перехода стал более плавным, он стал еще и
более широким.
Рис. 3.15 • График нарезки
для размытой конечной маски
Рис. 3.16 • Ширина края
до и после операции размытия
Глава 3 • Очистка масок
91
Операция размытия перемешала некоторую часть серых пикселов пере-
ходного участка с черными пикселами области фона, таким образом немного
осветлив его. Точно так же белые пикселы из области выделяемого объекта
были перемешаны с серыми переходными пикселами, при этом края объекта
стали несколько темнее. В результате кромка объекта растянулась внутрь и
наружу, сократив центральную часть маски, и в то же время расширив ее
края.
Этот эффект растяжения краев очень хорошо виден на рис. 3.16. Верхняя
половина рисунка изображает исходную кромку, а нижняя - кромку после раз-
мытия. Их «границы» помечены для каждой версии, и расширение краев в раз-
мытой варианте прослеживается довольно четко. Это расширение очень часто
улучшает конечную композицию, но иногда может и вредить ей. Очевидно,
нужен способ, позволяющий при необходимости увеличивать и уменьшать
степень размытия и соответственно смешать внутрь/наружу края конечной
маски, и делать все это с высокой точностью и контролем. Вы, наверное, уже
догадались, что в следующем разделе речь пойдет как раз об этом.
На рис. 3.17 изображена блок-схема с операцией размытия [blur], добав-
ленной после операции настройки плотности [scale matte] с целью сглажива-
ния краев конечной маски. Помните, что размытие - злейший враг деталей.
scale
matte
Рис. 3.17 • Операция размытия конечной маски для сглаживания краев
3.3.3. РЕГУЛИРОВКА ОПЕРАЦИИ РАЗМЫТИЯ
Чтобы определить наименьшую возможную степень размытия, которая уст-
ранит проблему зернистости, необходимо понимать принцип работы этой
операции (blur) . Для регулировки эффекта размытия используются два па-
раметра: «радиус» размытия (blur radius) и «процент» размытия (blur
percentage). Но мы сейчас оставим номенклатуру в покое. Большинство про-
граммных пакетов называют радиус размытия просто «радиусом» (очень не-
многие называют его «размером ядра»), а параметр, который я назвал «про-
центом размытия», имеет еще больше имен. Разные пакеты могут называть
его «фактором размытия» (blur factor), «количеством размытия» (blur amount)
или как-то еще, даже так: «больше размытия» (more blur). Давайте рассмот-
рим оба эти параметра, радиус и процент размытия, а также их влияние на
результат процесса и способы выбора наилучших значений. Основная задача,
стоящая перед нами в этом разделе, состоит в устранении зернистости без
92
Часть I • Как создать хорошую композицию
устранения других важных деталей маски. Эта проблема требует весьма дели-
катного решения.
Радиус размытия (Blur radius). Операция размытия заменяет каждый
пиксел изображения средней величиной по всем пикселам из его ближайшего
окружения. Естественно, первый возникающий вопрос: что считается бли-
жайшим окружением? Это как раз то, что определяет радиус размытия. Чем
больше радиус, тем больше и «ближайшее окружение» . Возьмем конкретный
пример: если радиус равен 3, то операция размытия захватит область на 3
пиксела вокруг данного, усреднит их значения и присвоит это среднее значе-
ние исходному пикселу. Размытие с радиусом 10 захватывает область на 10
пикселов во всех направлениях, и так далее. Не все операции размытия ис-
пользуют простое усреднение. Существует ряд алгоритмов размытия, дающих
немного другие эффекты. Поэтому нелишним будет провести несколько тес-
тов и посмотреть, как ведут себя различные параметры операции.
Программы, использующие термин «размер ядра» (kernel size), имеют в
виду квадратную область пикселов с данным пикселом в центре, как показано
на рис. 3.18. Например, ядро 7x7 соответствует решетке размером 7x7 пик-
селов с исходным пикселом в центре и захватывает область на 3 пиксела во-
круг. Другими словами, это то же самое, что радиус размытия, равный 3. Об-
ратите внимание, что поскольку ядро размытия всегда содержит в центре
один пиксел и увеличивается при добавлении по всему периметру еще одного
пиксела, его размер всегда выражается нечетным числом (3 х 3, 5 х 5, 7 х 7 и
т.д.). Хотя в принципе технически возможно создать ядра с размерами, кото-
рые выражаются нецелыми числами, не являющимися нечетными (например,
4,2 х 4,2), не все пакеты их поддерживают.
Рис. 3.18 • Радиус размытия и ядро размытия
Итак, к чему же приводит изменение радиуса (или ядра) размытия и как
это отразится на количестве шума в масках? Чем больше радиус размытия,
тем больше деталей будет разрушено (смазано). Так как шумовые зерна
обычно небольшие, нам нужен маленький радиус размытия. При работе с ви-
део размер «зерен» может составлять около одного пиксела, так что попро-
Глава 3 • Очистка масок
93
буйте подобрать нецелый радиус, например 0,4 или 0,7. При работе с кино-
разрешением зерна могут иметь размер от 3 до 10 пикселов, и радиус размы-
тия будет пропорционально увеличиваться.
На рис. 3.19 изображен график нарезки для изображения, к которому
применена операция размытия с различными радиусами. Для удобства гра-
фик каждой версии сдвинут немного вниз. Верхняя кривая представляет гру-
бую маску, содержащую шум. Средняя кривая показывает результат размы-
тия с маленьким радиусом: здесь сглажены самые высокие «пики», однако
небольшие местные колебания значений остались. Нижняя кривая - это мас-
ка после размытия с большим радиусом; все мелкие колебания сглажены, и
остались только крупные глобальные изменения значений.
Рис. 3.19 • Изменение эффекта сглаживания
при увеличении радиуса размытия
Тут есть одна сложность: по краям маски обычно имеются важные дета-
ли, близкие по размеру к зернам шума, и если мы будем подавлять шум, то
соответственно будут теряться .и эти детали. Поэтому необходимо найти наи-
меньший радиус размытия, который решил бы проблему зерен, но по воз-
можности оставил важные детали нетронутыми.
Процент размытия. Второй параметр, названный мной процентом раз-
мытия, может быть также назван процентом смешения. Суть процесса такова:
берется изображение и создается его размытая копия. Затем выполняется
взаимное растворение двух изображений, размытого и исходного, например
на 50%. То есть смешивается по 50% от исходного изображения и от его раз-
мытой версии, отсюда и название - процент смешения. Это все, что касается
названия. Далее, если ваш пакет не содержит параметра «процент» размытия
(под этим или другим именем), вы теперь знаете, как создать его самостоя-
тельно. Для этого нужно воспользоваться операцией растворения - dissolve,
как показано на рис. 3.20 [dissolve]. Это потребует включения в схему допол-
94
Часть I • Как создать хорошую композицию
нительного узла, но зато даст возможность лучше контролировать степень
размытия [blur], а это наиболее существенный момент в нашем деле.
Рис. 3.20 • Создание пользовательской процедуры «процент размытия»
Если у вас нет операции dissolve, умножьте значения RGB неразмытой версии
на 0,3 (например), а размытой - на 0,7, а затем сложите их при помощи узла
сложения, чтобы в сумме получилось значение 1, то есть 100%. Варьирование
этого соотношения позволяет добиться практически любого процента размы-
тия (суммарное значение при этом должно оставаться равным 100%).
3.3.4. РАЗМЫТИЕ ВЫДЕЛЕННЫХ ОБЛАСТЕЙ
В некоторых случаях даже минимальная степень размытия может привести к
потере мелких деталей по краям маски. Единственным выходом из этого поло-
жения является применение защищенного размытия, которое предохраняет
участки, содержащие мелкие детали, от этой операции. Например, если при
размытии очертания волос теряют четкость, можно создать как защиту маску,
которая позволит оставить проблемную область изображения волос нетрону-
той. Маска создается либо вручную (roto mask), либо процедурно (один из ва-
риантов - хромакей). Теперь будет размыта вся маска за исключением области
волос. Существует также другая возможность. Вместо того чтобы размывать
всю маску, кроме защищенного участка, можно сделать наоборот - создать за-
щиту, которая позволяет размывать только один выделенный участок. Допус-
тим, по результатам проверок композиции оказалось, что зернистость изобра?
жения следует убрать только по краям вокруг темной рубашки. Создайте маску
для рубашки и примените размывание только для нужного участка.
цА/у -----------------------------------------------------------------
Что Делать< если установленный пакет не поддерживает операцию защищенного
размывания? Ничего страшного. Создадим свой аналог, воспользовавшись опе-
рацией наложения. Пусть закрывающая маска для области волос будет тем уча-
стком, который требуется исключить из операции размывания. Для начала сде-
лаем вариант с размыванием всей маски. Затем, используя маску для области
волос, наложим ее на размытый вариант. В результате защищенный участок во-
лос останется нетронутым, в то время как остальная часть маски будет размыта.
3.4. Подгонка размера маски
Очень часто готовая маска оказывается «слишком большой» по периметру,
обнаруживая темные кромки вокруг конечной композиции. Для решения
Глава 3 • Очистка масок
95
этой проблемы маску можно сократить (сжать), сдвинув ее края по направле-
нию к центру. В большинстве пакетов программ предусмотрены операции
масштабирования (scale): «сокращения» или «сжатия» (erode, shrink) и «рас-
тяжения» или «расширения» (expand, dilate). Пользуйтесь ими при необходи-
мости, однако помните, что эти действия также приводят к потере деталей
изображения по краям. Они представляют собой операции обработки краев,
которые как бы «проходят» по краям всей маски, добавляя либо убирая пик-
селы для расширения или сжатия области. Поскольку эти операции сохраня-
ют характеристики плавных границ (т.е. постепенного спада) для маски,
имейте в виду, что детали изображения по краям все равно будут утеряны.
Рис. 3.21 иллюстрирует прогрессирующую потерю деталей по мере возраста-
ния размытости маски. Обратите особое внимание на исчезновение мелких
элементов волос.
Рис. 3.21 • Прогрессирующая потеря деталей
по краям маски при ее сокращении
Если в вашем пакете нет этих инструментов обработки или они работают толь-
ко с дискретными значениями - целыми числами (целые пикселы), на помощь
может прийти следующие маневры. Они рассказывают, как очень аккуратно
растянуть или сжать маску с плавными границами. На рис. 3.22 представлена
конечная маска, требующая некоторой доработки - растяжения или сжатия.
Для большей наглядности края маски сделаны очень мягкими (плавными).
Описанные ниже техники помогут превратить серые пикселы кромки в про-
зрачные черные или непрозрачные белые участки, таким образом растянув
либо сократив маску.
3.4.1. СОКРАЩЕНИЕ МАСКИ С ПОМОЩЬЮ ОПЕРАЦИЙ РАЗМЫТИЯ
И МАСШТАБИРОВАНИЯ
Рис. 3.23 показывает, каким образом нужно настроить цветовую кривую, что-
бы сократить маску с мягкими краями, изображенную на рис. 3.22. Результат
сокращения вы можете видеть на рис. 3.24. Благодаря понижению плотности
серые пикселы, ранее бывшие частью кромки, теперь стали черными и пре-
вратились в часть прозрачного черного участка. Незначительное передвиже-
ние цветовой кривой позволяет осуществлять очень тонкий контроль за
краями маски. Итак, объект на переднем плане сократился и словно «спрее-
96
Часть I • Как создать хорошую композицию
совал» маску по ее периметру, однако края стали более резкими. Если это
критично, вернитесь назад и выполните размытие еще раз, немного увеличив
его величину. Это, расширит переходный участок по краям, предоставит вам
больше пространства для операции сжатия маски и сохранит желаемую мяг-
кость границ, но может привести к потере мелких деталей кромок. Обратите
внимание на исчезновение таких деталей на рис. 3.24 после сжатия маски.
Внутренние углы звезды (разветвления) оказались более округлыми, чем ис-
ходные. Вот почему для достижения желаемых результатов нужно стремиться
использовать операцию, размытия в минимальном объеме.
Рис. 3.22 • Маска Рис. 3.23 • Цветовая кривая Рис. 3.24 • Сжатая маска
с мягкими краями
Чтобы увидеть разницу между операцией обработки краев и применени-
ем цветовой кривой для сжатия маски, взгляните на рис. 3.25. Он изображает
график нарезки для мягкой кромки маски, передвинутой при помощи опера-
ции обработки. Заметьте, что кромка сдвинулась внутрь, но ее наклон сохра-
нился. Это говорит о том, что резкость исходной кромки нисколько не поме-
нялась. Теперь сравните этот график с графиком на рис. 3.26, где та же самая
кромка настроена при помощи цветовой кривой описанным выше способом.
Кроме того, что маска сжалась, увеличился также и ее наклон, то есть возрос-
ла резкость границ. Изменения обычно требуются совсем незначительные,
поэтому увеличение резкости не представляет особой проблемы. Однако в
том случае, если операция обработки краев доступна и обеспечивает необхо-
димый уровень контроля, предпочтение следует отдать именно ей.
3.4.2. РАСТЯЖЕНИЕ МАСКИ С ПОМОЩЬЮ ОПЕРАЦИЙ РАЗМЫТИЯ
И МАСШТАБИ РОВАНИЯ
На рис. 3.28 показано, каким образом нужно настроить цветовую кривую,
чтобы растянуть маску с мягкими краями, изображенную на рис. 3.27 (та же
маска, что и на рис. 3.22). Результат растяжения вы можете видеть на рис.
Глава 3 • Очистка масок
97
3.29. Благодаря повышению плотности серые пикселы, ранее бывшие внут-
ренней частью кромки, теперь стали белыми и превратились в часть непро-
зрачного белого участка объекта на переднем плане. Непрозрачная область
расширена, а края стали более резкими. Как и в предыдущем случае, если рез-
кость краев представляет проблему, вернитесь на шаг назад и немного уве-
личьте степень размытия. И опять же не забывайте о возможной потере дета-
лей. Обратите внимание, какими закругленными стали лучи звезды по срав-
нению с исходным изображением.
Рис. 3.25 • Сжатие маски
с помощью операции обработки краев
Рис. 3.26 • Сжатие маски
с помощью настройки
плотности
Рис. 3.27 • Маска
с мягкими краями
Рис. 3.28 • Цветовая
кривая
Рис. 3.29 • Растянутая
маска
Описанные выше действия названы операциями сжатия и растяжения
маски, в то время как фактически они являются операциями сжатия и растя-
жение белых участков, которые в данном примере представляли собой объект
на переднем плане. Если вы работаете с черными масками, например с маска-
ми разности цветов, просто «переверните» операции с цветовой кривой либо
инвертируйте маску.
4- Цифровой композитинг
4 Удаление цветной
окантовки
Когда производится съемка объекта на зеленом фоне, зеленое подсвечивание
от ярко освещенного экрана может загрязнять объект, причем различными
способами. Поскольку края объекта не являются идеально четкими из-за ог-
раниченных характеристик линз, они могут немного смешиваться с зеленым
фоном. На снимке также иногда присутствуют полупрозрачные элементы,
такие как дым, стекло или вездесущие волосы. Еще могут создавать сложно-
сти блестящие объекты, отражающие зеленый фон, несмотря на использова-
ние матирующего аэрозоля. В результате на изображениях повсеместно появ-
ляются засвеченные места и цветные окантовки.
Засвеченное место выглядит как зеленый «туман», покрывающий весь
кадр, в том числе объект на переднем плане, который нужно отделить от фо-
на. Такой «туман» возникает, когда в камеру попадает избыток зеленого света
и отражается внутри нее, слегка окрашивая негатив в зеленый цвет. Второй
вид загрязнения - это цветная окантовка. Ее появление связано с тем, что зе-
леный экран по сути является источником огромного количества зеленого
света, и некоторое его количество просвечивает сквозь участки объекта на
переднем плане, что и фиксируется камерой.
На рис. 4.1 крупным планом показаны зеленый фон и участок светлых
волос. Следующий снимок на рис. 4.2 выявляет загрязнение, оставленное на
объекте зеленым фоном при наложении этого объекта на нейтральный серый
фон без удаления окантовки. Композицию необходимо очистить от всех этих
дефектов, и помочь в этом может операция удаления окантовки.
НН
Рис. 4.1 • Увеличенное изображение Рис. 4.2 • Остаточная
снимка на зеленом экране зеленая окантовка
Глава 4 • Удаление цветной окантовки
99
В этой главе описываются принципы работы таких операций и, что не
менее важно, возникающие при их использовании побочные дефекты. Поми-
мо рассмотрения операций, происходящих внутри узлов программы, вашему
вниманию предлагаются способы создания собственных операций удаления
окантовки для случаев, когда имеющиеся методы не подходят или для реше-
ния различных проблем, от которых никто не застрахован. На протяжении
данной главы мы будем рассматривать изображения на зеленом экране, но те
же самые принципы применимы и для синего экрана.
Удаление (подавление) цветной окантовки - despill - еще один пример
хитрой уловки, которая не имеет математического обоснования. Теоретиче-
ски корректный процесс потребовал бы большого объема отдельной инфор-
мации о каждом объекте в кадре и наличия источников света, обеспечиваю-
щих должное освещение всех элементов - условие, на практике почти невы-
полнимое. Все, чем мы располагаем - несколько простых методов, хорошо
работающих в большинстве ситуаций и создающих немалые проблемы в от-
дельных случаях.
Даже применение самых мощных кееров, таких как Ultimatte, порой не
защищает от появления цветной окантовки. Несмотря на довольно сложные
алгоритмы этих инструментов, многократно проверенные и отлаженные,
проблемы все равно иногда возникают. В этой ситуации я могу вам посовето-
вать только одно: вооружиться как можно большим количеством приемов
удаления окантовок, чтобы иметь возможность свободно менять алгоритмы
для поиска самого лучшего, то есть такого, который не вызовет появление
дефектов на конкретном изображении.
В Photoshop можно выполнять все операции удаления окантовки, описанные в
этой главе. Это особенно полезно для пользователей Photoshop, занимающих-
ся подготовкой тестовых композиций на зеленом и синем фоне в студиях обра-
ботки цифровых изображений, поскольку позволяет улучшить качество сним-
ков с различными эффектами.
4.1. Операция удаления цветной окантовки (Despill)
В двух словах удаление окантовки можно определить как простое удаление из
снимка излишнего зеленого цвета на основе некоторого правила, которых
существует довольно много. Обработанная таким образом версия снимка за-
тем используется в композиции в качестве слоя переднего плана.
На рис. 4.3, 4.4 и 4.5 представлена последовательность операций, начиная
с исходного снимка на зеленом экране (рис. 4.3). Операция удаления окан-
товки подавила зеленый фон до темно-серого цвета, и зеленый туман исчез
100
Часты • Как создать хорошую композицию
(рис. 4.4). Затем очищенная версия использована в конечной композиции в
качестве слоя переднего плана, как показано на рис. 4.5.
Рис. 4.6 изображает упрощенную блок-схему полной последовательности
операций. Слой зеленого экрана, на блок-схеме обозначен [GS], разветвляется
на две части. Одна служит для выделения маски [pull matte], а другая подвер-
гается удалению окантовки [despill] и используется в композиции.
Рис. 4.3 • Снимок
на зеленом экране
Рис. 4.4 • Снимок
на зеленом экране
с удаленной окантовкой
Рис. 4.5 • Готовая
композиция
с операцией удаления окантовки
Есть три способа включить операцию удаления окантовки в процесс соз-
дания композиции. В случае использования готового кеера как удаление окан-
товки, так и выделение маски происходят внутри этого инструмента. Пользо-
ватель может лишь настраивать параметры выполняемой операции, чтобы по-
лучить желаемый результат. Нюанс здесь в том, что слой переднего плана,
очищенный от окантовки, непременно потребует цветокоррекции, которая
предусмотрена не во всех инструментах кеинга. А проводить цветокоррекцию
до ввода изображения в инструмент нежелательно, так как это негативно отра-
зится и на процессе выделения маски, и на удалении окантовки. Если ваш про-
граммный пакет содержит инструмент удаления окантовки - это второй спо-
Глава 4 • Удаление цветной окантовки
101
соб добавления данной операции. Третий способ - создание собственных опе-
раций с отдельными узлами, которое мы рассмотрим подробно.
4.2. Дефекты, возникающие при удалении цветной
окантовки
Удаление окантовки производится по определенным правилам, которые мо-
гут быть и очень простыми, и очень сложными. Самое лучшее правило - не
всегда самое сложное. Самое лучшее правило - то, которое дает наилучшие
результаты, вызывая при этом наименьшее количество дефектов. Основная
трудность состоит в том, что правило удаления окантовки всегда гораздо
проще, чем законы оптики, порождающие эту окантовку. В результате любое
простое правило будет в какой-то мере неверно для любой точки снимка. В
зависимости от содержания кадра это отклонение может быть небольшим, и
полученные результаты будут вполне приемлемыми. В других случаях прави-
ло может работать совсем плохо, вызывая серьезные дефекты в важных об-
ластях снимка, с которыми необходимо как-то справиться.
Существует два основных цветовых дефекта, связанных с операцией уда-
ления окантовки: изменение цветового тона и падение яркости. Изменение то-
на обусловлено тем, что модифицируется только один канал (зеленый), а изме-
нение одного значения в цветовом триплете RGB влечет за собой изменение
тона. Иногда это изменение настолько мало, что глаз его не замечает. А иногда
количество удаленного зеленого цвета так велико по сравнению с двумя други-
ми каналами, что тон меняется весьма сильно, искажая все изображение. Паде-
ние яркости связано с тем, что зеленый канал, удаляемый из изображения, яв-
ляется главным компонентом яркости, которую воспринимает человеческий
глаз. Поэтому при удалении вокруг краев зеленого цвета уменьшается и вос-
принимаемая нами яркость. В этом отношении синие экраны имеют некоторое
преимущество, поскольку синий цвет вносит самый маленький вклад в вос-
приятие яркости глазом. Поэтому понижение синего канала не вызывает тако-
го заметного падения яркости, как в случае зеленого экрана.
Еще один дефект, который может вызывать операция удаления окантов-
ки при работе с кинокадрами - это увеличение степени зернистости. Синий
канал содержит гораздо больше зерен, чем зеленый и красный каналы, и эта
дополнительная зернистость сохраняется и при преобразовании кино в ви-
део. Некоторые алгоритмы используют этот зернистый синий канал как огра-
ничивающий фактор для зеленого. В итоге шум из синего канала «проступа-
ет» в зеленом канале, придавая участкам кожи ужасный пятнистый вид. Для
102
Часть! • Как создать хорошую композицию
этой проблемы, конечно, существуют решения, однако они требуют от ху-
дожника дополнительных трудозатрат. Как это ни печально, видео имеет
свой вариант проблемы «синих зерен» в форме видеошума. Как и в случае ки-
но, синий канал в видео также является наиболее «шумным» из всех трех.
4.3. АЛГОРИТМЫ УДАЛЕНИЯ ЦВЕТНОЙ ОКАНТОВКИ
Цветовое пространство снимка довольно большое, а операция удаления окан-
товки - всего лишь простой прием обработки изображения. Это значит, что
ни один алгоритм данной операции не сможет решить всех проблем. Если
операция удаления окантовки используется внутри кеера, в большинстве слу-
чаев алгоритм кеинга изменить нельзя. Все, что вы можете сделать - это под-
строить параметры. Но это не всегда помогает, и порой приходится прояв-
лять чудеса ловкости. В этой главе рассматриваются различные алгоритмы
удаления окантовки, а также, что более важно, закладываются основы, кото-
рые позволят вам разрабатывать собственные приемы для решения конкрет-
ных задач.
4.3.1. ОГРАНИЧЕНИЕ ЗЕЛЕНОГО КАНАЛА КРАСНЫМ
Это самый простой из всех возможных алгоритмов удаления окантовки, и
тем более удивительно, что весьма часто он приносит удовлетворительные
результаты. Правило в этом алгоритме простое: «ограничить зеленый канал
таким образом, чтобы он не превосходил по значению красный». То есть для
каждого пиксела, в котором зеленый канал превышает красный, производит-
ся его обрезка до уровня красного сигнала. Если зеленый канал меньше крас-
ного или равен ему, никаких действий не производится.
На рис. 4.7 изображен график нарезки для двух каналов фрагмента сним-
ка на зеленом фоне: красного и зеленого (синий канал в данном случае не рас-
сматривается). Фрагмент захватывает область перехода между объектом на
переднем плане (ПП) и фоновой областью зеленого экрана (ЗЭ). На участке
объекта красный канал больше зеленого, как и следовало ожидать для облас-
ти кожи; затем при переходе к фону зеленый канал становится доминирую-
щим. Результаты операции удаления окантовки по алгоритму «ограничение
зеленого красным» приведены на рис. 4.8. Везде, где зеленый канал превышал
красный, его значение было обрезано до уровня красного канала (зеленая ли-
ния нарисована выше красной просто для наглядности, на самом деле их зна-
чения абсолютно одинаковы).
На рис. 4.9, представляющем уже более реальный пример операции уда-
ления окантовки, проведена линия разреза, которая пересекает область зеле-
ного фона и участок светлых волос. Из соответствующего графика нарезки на
рис. 4.10, где показаны все три цветовых сигнала, видно, что зеленый канал
Глава 4 • Удаление цветной окантовки
103
преобладает над остальными, и это преобладание распространяется даже на
область волос. Ну что ж, ничего другого от снимка с зеленой окантовкой
(рис. 4.2) мы и не ждали.
Рис. 4.7 • Исходное
изображение
на зеленом экране
Рис. 4.8 • Изображение
на зеленом экране
с удаленной окантовкой
Однако после операции удаления окантовки участок волос избавляется
от излишнего зеленого цвета (см. рис. 4.11), о чем свидетельствует и график
нарезки на рис. 4.12: зеленый канал обрезан до уровня красного канала. На
тех участках, где зеленый канал был изначально ниже красного, он остается
нетронутым. Как и в предыдущем примере, зеленый канал для снимка после
удаления окантовки нарисован чуть ниже красного. Фактически же они сов-
падают и накладываются друг на друга, за исключением областей, где зеленый
сигнал был ниже красного с самого начала.
Рис. 4.9 • Линия разреза
на исходном снимке с зеленым фоном
Рис. 4.10 • График нарезки
с исходным зеленым каналом
104
Часть! • Как создать хорошую композицию
Рис. 4.11 • Линия разреза на снимке с
удаленной окантовкой
Рис. 4.12 • График нарезки после удале-
ния окантовки
Выполнение алгоритма. Существует два способа реализации этого алго-
ритма удаления цветной окантовки в программе композитинга: можно вос-
пользоваться нодой арифметики каналов либо собрать его из отдельных про-
стых математических узлов. Если вы располагаете нодой арифметики и даже
умеете с ним обращаться, используйте следующее уравнение:
зеленый после удаления окантовки = если G > R, то R: иначе G, (4.1)
что значит «если зеленый больше красного, использовать красный; в против-
ном случае использовать зеленый». Красный и синий каналы остаются неиз-
менными. Данный алгоритм просто присваивает зеленому пикселу значение
красного в том случае, если значение зеленого больше. Конечно, это уравне-
ние нужно будет преобразовать в соответствии с синтаксисом конкретного
математического узла.
У вас нет ноды математических операций или вы не хотите его использо-
вать? Отлично. Вместо этого можно провести эквивалентную операцию, вос-
пользовавшись двумя узлами вычитания. Поскольку узлы блок-схем не под-
держивают логические проверки, такие как «если/тогда», данный подход по-
требует включения нескольких дополнительных стадий.
На рис. 4.13 изображена блок-схема описанной операции удаления цвет-
ной окантовки. Начинаем слева: снимок на зеленом экране [GS] поступает в
разделитель каналов. Первый узел вычитания [sub] создает «карту окантов-
ки» [spill шар], вычитая из зеленого канала красный. Эта карта представляет
собой канал, содержащий всю зеленую окантовку, то есть весь избыточный
зеленый цвет, превышающий по значению красный. Подробнее карта окан-
товки будет рассмотрена чуть позже. Следующий узел вычитания [sub] вычи-
тает эту карту из исходного зеленого канала, удаляя из него излишки зеленого
Глава 4 • Удаление цветной окантовки
105
цвета и уравнивая с красным каналом. На выходе из этого узла мы получаем
зеленый канал, очищенный от окантовки. Последний узел просто вновь со-
единяет очищенный зеленый канал с исходными красным и синим, создавая
окончательный вариант снимка без цветной окантовки, который теперь
можно использовать в операциях цветокоррекции и наложения.
Рис. 4.13 • Блок-схема удаления цветной окантовки:
ограничение зеленого канала красным
Карта окантовки. Карта окантовки - spill map - это монохромное изо-
бражение, содержащее весь излишний зеленый цвет из исходного снимка.
Чтобы получить снимок без окантовки, нужно просто вычесть эту карту из
зеленого канала. Многочисленные методы удаления окантовки, которые бу-
дут рассмотрены ниже, фактически сводятся к разным способам создания
подобных карт. Иными словами, карта окантовки в ваших руках - это ключ к
выполнению всей операции. Конечно, если вы пользуетесь узлом математики
каналов или инструментом выделения масок, вам не придется отдельно соз-
давать карту окантовки, и в этом отношении вы лишитесь одного маленького
преимущества. Дело в том, что с этой картой можно делать несколько очень
интересных вещей, о которых будет рассказано чуть позже.
График нарезки на рис. 4.14 показывает переход от участка кожи изобра-
женного человека к зеленому фону. Затемненная область соответствует избы-
точному зеленому цвету, который необходимо выделить и поместить на карту
окантовки при помощи операции вычитания G - R. В области объекта перед-
него плана [FG] на участках кожи преобладает красный канал, то есть избы-
точного зеленого цвета там нет. Поэтому полученная карта окантовки на этом
участке будет иметь нулевое значение, соответствующее черному цвету. При
вычитании этой части карты из области кожи исходного снимка зеленый
цвет не будет удален. В области фона [GS] зеленый канал сильно превышает
красный, поэтому при вычитании G - R образуется большое количество из-
быточного зеленого цвета, которое отображается на карте.
Рис. 4.15 изображает карту для снимка с уже удаленной окантовкой
(рис. 4.4). Как и следовало ожидать, область фона содержит большой избыток
106
Часть! • Как создать хорошую композицию
зеленого цвета. Однако это еще не все. Некоторое его количество присутству-
ет также в области волос и на свитере. Без «зелени» на волосах мы прекрасно
сможем обойтись, и это пойдет лишь на пользу, но как же быть со свитером?
Он тоже «проявился» на карте, хотя и не является частью той зеленой окан-
товки, от которой мы пытаемся избавиться. Причина тому - светло-желтый
цвет свитера, в котором зеленый канал превышает красный. К сожалению,
при вычитании этой карты из исходного изображения свитер также потеряет
часть своего зеленого цвета и приобретет оранжевый оттенок. Вы легко заме-
тите его, сравнив рисунки 4.3 и 4.4. Это как раз один из дефектов удаления
окантовки, о которых говорилось ранее в разделе 4.2.
1
.9
.8
.7
.6
.5
.4
.3
.2
.1
О
х» , - > ч ‘ не
1
.9
.8
.7
.6
.5
.4
.3
.2
.1
0
Рис. 4.15 • Карта окантовки
Рис. 4.14 • График нарезки для участка
карты окантовки
для изображения на рис. 4.3
Серьезность этой проблемы и необходимость ее решения зависят от конкрет-
ных обстоятельств. Может быть, это просто актриса, и цвет ее одежды не имеет
никакого значения, а может, это реклама свитера, в которой его цвет играет
большую роль. Если проблему все-таки нужно решить, тут есть два подхода. Во-
первых, можно защитить необходимый участок от операции удаления окантов-
ки. Второй способ - выбрать другое уравнение, которое не будет затрагивать
область свитера. Конечно, тогда оно может затронуть что-то другое, но это дру-
гое может оказаться не таким существенным. Проанализировав карту и обна-
ружив области ненулевых пикселов, вы сможете выявить те части картинки,
которые будут повреждены при выполнении операции удаления окантовки.
На графике нарезки, изображенном на рис. 4.14, можно заметить еще один
дефект операции удаления окантовки, который следует иметь в виду. В сред-
ней части графика мы видим участок, где объект на переднем плане [FG] пере-
ходит в зеленый экран [GS]. Однако карта окантовки начинается примерно с
середины переходного участка - там, где пересекаются красный и зеленый
каналы. В идеале она должна начинаться одновременно с началом перехода,
то есть гораздо левее. Другими словами, карта окантовки проникает в истин-
ный переходный участок недостаточно глубоко. В каких-то других частях кар-
тинки она будет проникать глубже, в других - наоборот. Это означает, что лиш-
Глава4 • Удаление цветной окантовки
107
ний зеленый цвет будет удален только из самых наружных краев выделяемого
объекта, а насколько эти края «наружные» - зависит от текущих значений RGB,
которые меняются по периметру объекта. Обычно эта проблема не доставляет
особых неприятностей, но на всякий случай неплохо иметь в запасе альтерна-
тивные варианты.
4.3.2. ОГРАНИЧЕНИЕ ЗЕЛЕНОГО КАНАЛА СИНИМ
Естественно, этот способ полностью аналогичен ранее описанному ограниче-
нию зеленого красным, с единственным отличием - красный канал, играю-
щий роль ограничителя для зеленого цвета, заменен синим. Уравнение для
использования в математическом узле примет следующий вид:
зеленый после удаления окантовки = если G > В, то В: иначе G. (4.2)
При использовании отдельных узлов (см. блок-схему на рис. 4.13) тоже
все просто: в два узла вычитания вводится синий канал вместо красного. Од-
нако такое, казалось бы, незначительное изменение правила удаления окан-
товки приводит к поразительным изменениям результатов операции.
В кинокадрах синий канал обладает гораздо большей степенью зернисто-
сти, чем два других канала. Его зерна превосходят зерна других каналов как
по диаметру, так и по своему количеству. Когда синий канал используется в
качестве ограничителя для зеленого, на последнем отразятся все колебания
синего канала, вызванные зернистостью. Синие зерна как будто «отпечаты-
ваются» на зеленом канале. Чтобы это предотвратить, нужно устранить из
синего канала зернистость. Как это сделать - описывается в подразделе 4.4.5
раздела «Очистка изображения после удаления окантовки».
На рис. 4.16 представлен специальный тестовый снимок на зеленом фоне
с тремя вертикальными цветными полосами на переднем плане. Левая полоса
соответствует обычному оттенку кожи, средняя полоса имеет желтый цвет, а
правая - голубой. Зеленый фон также состоит из трех горизонтальных полос,
немного отличающихся по оттенкам. Во всех трех полосах фона одинаково
высокий уровень зеленого цвета, но в верхней полосе больше красного, в
нижней больше синего, а в средней количество красного и синего одинаково.
Давайте сравним, как повлияют на три полосы на переднем плане и на три
полосы зеленого задника операции удаления окантовки с различными огра-
ничивающими каналами: красным и синим.
На рис. 4.17 показан результат применения операции с красным каналом
в качестве ограничителя. Полоска с оттенком кожи и полоска желтого цвета
остались неповрежденными, но голубая полоса потеряла некоторое количе-
ство зеленого цвета и оттого стала темнее, приобретя также более синий
цвет - то есть претерпела изменения как цвета, так и яркости. Обратите также
внимание, как изменились полосы зеленого задника после операции удаления
108
Часть! • Как создать хорошую композицию
окантовки. В верхней полосе было повышенное содержание красного цвета,
поэтому зеленый канал оказался ограничен этим более высоким значением.
Теперь на этом участке зеленый и красный каналы равны, а синий канал го-
раздо ниже, поэтому полоса приобрела такой оливковый оттенок. Централь-
ная полоса стала нейтрального серого цвета, поскольку красный и синий ка-
налы здесь имели равные значения, следовательно, после проведения опера-
ции мы получили одинаковые значения всех трех каналов, то есть серый цвет.
В нижней полосе был избыток синего цвета, но зеленый все равно ограничи-
вался красным каналом. В результате в этой полосе получилось одинаковое
количество красного и зеленого цветов и более высокое содержание синего,
вследствие чего полоса стала темно-синей.
На рис. 4.18 показан тот же исходный снимок, но подвергнутый опера-
ции удаления окантовки с синим ограничивающим цветом. Желтая полоса и
полоса оттенка кожи сильно повреждены, в то время как голубая полоска ос-
талась нетронутой. Две из трех полос задника изменили свой цвет по сравне-
нию с операцией с красным ограничивающим цветом. В верхней полосе с по-
вышенным содержанием красного цвета зеленый канал понижен до уровня
синего, но красный канал превышает их оба, создавая темный красно-
коричневый цвет. Нижняя полоса содержала больше синего цвета, поэтому
мы получили одинаковые значения для синего и зеленого каналов и более
низкое значение для красного. В результате полоса приобрела темный сине-
зеленый цвет. Средняя же полоса так и осталась серой. Это связано с тем, что
красный и синий каналы в ней равны, и не имеет значения, какое правило
использовать - все равно все три значения будут одинаковы. Зачем было по-
казывать, что происходит с разными оттенками зеленого фона? Дело в том,
что при наложении эти оттенки будут слегка окрашивать края объекта на пе-
реднем плане, и Для того чтобы решить эту проблему, необходимо знать ее
причины. Позднее мы рассмотрим, как обратить эти остаточные цвета фона
нам на пользу.
Эта небольшая демонстрация не имела цели нагнать на вас тоску. Да, при
первом взгляде кажется, что оба варианта этой операции безнадежно разру-
шают цвет исходного снимка, но это был тщательно продуманный наихуд-
ший вариант развития событий. Он был показан специально для демонстра-
ции двух важных моментов. Во-первых, операция удаления окантовки дейст-
вительно приводит к появлению дефектов. Во-вторых, изменение алгоритма
операции значительно изменяет и эти дефекты. Теперь хорошие новости:
простой алгоритм с красным ограничивающим каналом работает на удивле-
ние хорошо во многих случаях; в нашем распоряжении имеется много более
Глава4 • Удаление цветной окантовки
109
сложных алгоритмов; и, в конце концов, существуют операции очистки, ко-
торые могут помочь в некоторых ситуациях.
Рис. 4.16 • Тестовое
изображение
на зеленом экране
Рис. 4.17 • Удаление
окантовки с красным
ограничивающим
Рис. 4.18 • Удаление
окантовки
с синим ограничивающим
каналом
каналом
4.3.3. ОГРАНИЧЕНИЕ ЗЕЛЕНОГО КАНАЛА СРЕДНИМ ЗНАЧЕНИЕМ КРАСНОГО И СИНЕГО
Первые два алгоритма удаления окантовки были очень просты, а сейчас мы
рассмотрим немного более сложный метод: ограничение зеленого канала
средним значением красного и синего каналов. Как мы уже знаем, методы с
использованием только красного или только синего канала довольно жест-
кие, но что если попробовать сначала усреднить эти каналы? Это поможет
уменьшить количество дефектов как в красном, так и в синем сигналах и, в
зависимости от цветового содержания снимка, может оказаться наилучшим
методом. Для фанатов математического узла - новое уравнение (операция
усреднения avg - от average):
зеленый после удаления окантовки = если G > avg(R,B), тогда avg(R,B):
иначе G. (4.3)
Оно означает: «если зеленый больше среднего значения красного и сине-
го, использовать это среднее значение; в противном случае использовать зе-
леный». Усреднение красного и синего каналов вместо выбора какого-то од-
ного из них в качестве ограничителя по существу просто распределяет дефек-
ты между несколькими цветами, но влияние на каждый отдельный цвет при
этом уменьшается. Блок-схема данного процесса с применением отдельных
узлов представлена на рис. 4.19.
Начиная с левого конца блок-схемы, снимок на зеленом экране [GS] по-
ступает сначала в узел разделения каналов, после чего красный и синий каналы
направляются в узел [avg], где находится их среднее значение. Ниже будут опи-
саны несколько методов выполнения этой операции усреднения. В первом узле
вычитания [sub] среднее значение вычитается из зеленого канала, то есть соз-
дается карта окантовки. Второй узел вычитания [sub] отнимает от зеленого ка-
110
Часть! • Как создать хорошую композицию
нала эту карту, при этом получается зеленый канал без окантовки. Далее этот
очищенный зеленый канал вновь объединяется с исходными красным и синим
каналами в узле соединения каналов, и в итоге мы получаем готовое изображе-
ние с удаленной окантовкой объекта на переднем плане.
Рис. 4.19 • Блок-схема удаления окантовки:
ограничение зеленого канала средним значением красного и синего
Существует несколько способов выполнения операции поиска среднего
значения. Можно воспользоваться нодой яркости и снизить значения яркости
красного и синего каналов до 50%, а затем сложить их, тем самым получив
среднее значение. Абсолютно то же самое можно проделать и с помощью узла
цветовой кривой (взять по 50% от красного и синего каналов и сложить). Но
самый крутой способ - это воспользоваться инструментом взаимного раство-
рения - cross-dissolve, который есть практически в любой программе. В него
вводятся два комплекта исходных данных (в нашем случае это красный и си-
ний каналы), а затем вы можете задать степень смешения для этих каналов. Ес-
ли задать процент смешения 50%, то получится то же самое среднее значение,
что и в предыдущих методах. Однако теперь у вас есть возможность проверить
различные степени смешения и посмотреть, как их варьирование влияет на \
результаты операции удаления окантовки. Может быть, окажется, что для наи-
более полного устранения дефектов лучше взять соотношение 20:80 или 60:40.
Если взять крайний случай, мы получим ограничение зеленого канала крас-
ным; тогда противоположный крайний случай даст ограничение зеленого ка-
нала синим. Итак, теперь в вашем распоряжении имеется гибкая процедура
удаления окантовки, которую можно настраивать в зависимости от ситуации.
4.3.4. ОГРАНИЧЕНИЕ ЗЕЛЕНОГО КАНАЛА ДРУГИМИ ФОРМУЛАМИ
Поскольку операция удаления окантовки не имеет логического обоснования,
о получении идеальных результатов можно забыть. К счастью, остаточное
изменение цвета обычно ниже порога восприимчивости зрителя (например,
рубашка актера чуть более желтая, чем на самом деле). Если такое изменение
Глава 4 • Удаление цветной окантовки
111
все же нежелательно, можно поэкспериментировать с любыми другими фор-
мулами удаления окантовки - мы ведь все равно знаем, что все они некор-
ректны... Наша задача в том, чтобы найти формулу, которая будет более или
менее правильной для критичных участков того конкретного изображения, с
которым мы в данный момент работаем. Рассмотрим два произвольных при-
мера, иллюстрирующих некоторые альтернативные пути решения проблемы.
1. Ограничение зеленого канала до уровня 90% от красного канала
Этот метод - просто вариация ограничения зеленого канала красным,
блок-схема которого изображена на рис. 4.13. Как мы сейчас убедимся, созда-
вать операции удаления окантовки с самыми различными параметрами очень
легко. Главным звеном всей операции, как нам уже известно, является созда-
ние карты окантовки (spill map), при вычитании которой из зеленого канала
мы получим желаемый результат. Если нужно ограничить зеленый канал не
полным красным каналом, а уровнем, соответствующим его 90%, значит,
красный канал должен отнять от зеленого немного больший «кусок». Для
этого достаточно просто умножить плотность красного канала на 0,9, а потом
уже вычитать его из зеленого. При этом полученная карта окантовки будет на
10% «толще», что в свою очередь приведет к тому, что из зеленого сигнала
будет вычтен «кусок» на 10% больше - таким образом, зеленый канал будет
ограничен 90 процентами красного.
Рис. 4.20 • Блок-схема удаления окантовки:
ограничение зеленого канала 90% красного
Рис. 4.21 • Блок-схема удаления окантовки:
ограничение зеленого канала до уровня,
на 10% превышающего среднее значение красного и синего
112
Часть! • Как создать хорошую композицию
Рис. 4.20 изображает полную блок-схему новой модифицированной опе-
рации удаления окантовки. В области карты окантовки добавлен один узел
(умножение на 0,9), который понижает исходное значение красного канала до
90% [scale 0.9]. При вычитании в следующем узле [sub] этого уменьшенного
значения из зеленого канала мы получаем более «толстую» (плотную) карту.
Во втором узле вычитания [sub] эта карта окантовки [spill map] отнимается от
исходного зеленого канала, понижая его на 10% больше, чем при простом ог-
раничении по красному каналу.
2. Ограничение зеленого канала уровнем, на 10% превышающим сред-
нее значение красного и синего каналов
Этот пример - незначительное видоизменение метода с ограничением зе-
леного канала средним значением красного и синего (см. рис. 4.19). Но не
следует забывать, что даже маленькие изменения в процессе операции могут
сильно повлиять на внешний вид конечного изображения. В данном случае
нам требуется получить карту окантовки, которая позволит зеленому каналу
подниматься до уровня не выше 10% над средним значением красного и сине-
го каналов. Это значит, что карта должна быть на 10% «тоньше», чем при
обычном ограничении зеленого канала по среднему значению красного и си-
него. Если поднять среднее значение на 10%, прежде чем вычитать его из зе-
леного канала, в результате мы получим меньшее значение, а значит, более
«тонкую» карту окантовки.
На рис. 4.21 изображена полная блок-схема новой видоизмененной опе-
рации удаления окантовки. В области карты добавлен один узел (умножение
на 1,1), который повышает среднее значение красного и синего каналов [avg]
на 10% [scale 1.1]. При вычитании в следующем узле [sub] этого увеличенного
значения из зеленого канала мы получаем необходимую нам более «тонкую^
карту. Во втором узле вычитания [sub] эта карта окантовки отнимается ок
исходного зеленого канала, поднимая его на 10% над средним значением
красного и синего.
Рассмотренные здесь примеры отнюдь не завершают список всех воз-
можных алгоритмов удаления окантовки. Мы мало что можем сказать об ал-
горитме удаления зеленой окантовки содержащейся в кеере Ultimatte, однако
там тщательно продумана формула удаления синей окантовки. Она основана
на том наблюдении, что насыщенный синий цвет встречается в природе до-
вольно редко. Выглядит это «правило» следующим образом:
«Если зеленый канал равен красному или меньше него, синий канал
удерживается на уровне зеленого. Если зеленый канал больше красного, си-
ний канал поднимается над зеленым на то же значение, на которое зеленый
превышает красный»
Глава 4 • Удаление цветной окантовки
113
Могу заверить вас по собственному опыту, что даже такой запутанный ал-
горитм удаления окантовки может быть выполнен в ноде математики каналов
или при помощи отдельных узлов в блок-схеме. Цель этого непонятного при-
мера - показать, что существует практически неограниченное число возмож-
ных алгоритмов удаления окантовки, и побудить вас исследовать и экспери-
ментировать. Не забывайте, ключевое звено - это карта окантовки (spill map).
Вы можете создать собственный алгоритм удаления окантовки, предложив
свой способ получения карты и выполнив ее вычитание из зеленого канала.
Программа Photoshop позволяет выполнять все описанные в этой главе алго-
ритмы, в том числе операцию удаления окантовки с ограничением зеленого
канала по среднему значению красного и синего.
4.4. Очистка изображений после удаления окантовки
(Refining despill)
Выбрав алгоритм, дающий самые лучшие результаты для конкретного сним-
ка, обратимся теперь к другому набору операций, которые можно применять
для дальнейшей очистки и улучшения полученных изображений. Здесь при-
водится несколько процедур очистки; вы можете пользоваться ими при необ-
ходимости, причем все процедуры можно свободно комбинировать друг с
другом.
4.4.1. СДВИГ КАНАЛОВ (CHANNEL SHIFTING)
Ограничивающий канал (красный или синий) сдвигается вверх или вниз пу-
тем прибавления или вычитания небольших величин, например 0,05. Эта
операция не только увеличивает или уменьшает^яркость карты окантовки,
что приводит к увеличению или уменьшению степени ее подавления, но так-
же расширяет или сокращает границы окантовки.
4.4.2. НАСТРОЙКА ПЛОТНОСТИ КАРТЫ ОКАНТОВКИ (SPILL MAP SCALING)
Используя узел настройки значений RGB или цветовую кривую, увеличьте
или уменьшите значения карты окантовки, чтобы соответственно изменить
степень устранения окантовки. Эффект от этой операции близок к эффекту
от сдвига каналов, но с некоторыми отличиями.
4.4.3. СМЕШЕНИЕ ОПЕРАЦИЙ УДАЛЕНИЯ ОКАНТОВКИ (MIXING DESPILLS)
Выполните две различные операции удаления окантовки, а затем при помо-
щи узла взаимного растворения (cross-dissolve) смешайте их друг с другом.
После этого, варьируя процент смешения, можно найти значение, вызываю-
щее наименьшее количество дефектов.
114
Часть I • Как создать хорошую композицию
4.4.4. УДАЛЕНИЕ ОКАНТОВКИ НА РАЗНЫХ УЧАСТКАХ (MATTING DESPILLS)
Невозможно найти такую операцию удаления окантовки, которая бы подхо-
дила для всей картинки. Одна операция будет хорошо работать в области во-
лос, а другая - в области кожи. Создайте движущуюся маску (traveling matte),
чтобы разделить два участка и использовать для композиции подходящие
части каждого из них. Разделяй и властвуй.
4.4.5. УСТРАНЕНИЕ ЗЕРНИСТОСТИ ИЗ СИНЕГО КАНАЛА (BLUE DEGRAINING)
Как уже было замечено, любая операция удаления окантовки, использующая
синий канал в качестве ограничителя, приведет к «отпечатыванию» крупных
зерен из синего канала на зеленом. Почему-то это довольно часто происходит
с гладкой кожей прекрасных дам. Просто устраните из синего канала зерни-
стость, прежде чем использовать его в вычислениях для получения карты
окантовки. В конечной композиции такой синий канал с устраненным шу-
мом, конечно, не используется. Если вы не располагаете настоящей операци-
ей устранения зернистости, воспользуйтесь медианным фильтром или гаус-
совым размытием с маленьким радиусом.
4.5. Операции устранения цветной
окантовки (Unspill operations)
Во всех вышеописанных примерах основная стратегия заключалась в создании
карты зеленой окантовки (spill map) и ее последующего вычитания из зеленого
канала с целью удаления из снимка излишков зеленого цвета. Очевидно, что
такой подход удаляет из изображения некоторое количество зеленого, чего мы
и добивались, но при этом изображение становится после удаления несколько
более темным, что нам совершенно не нужно. Кроме того, данный метод при-
водит к изменению оттенков цвета - а этого мы уж точно не хотим. Конечно,
удаление лишнего зеленого цвета улучшает качество снимка, однако существу-
ет и другой способ: с тем же успехом мы можем добавить красный и синий цве-
та. И тот, и другой подход решает проблему избыточного зеленого цвета. По-
скольку вычитание лишнего зеленого цвета называется «удалением окантов-
ки», то добавление красного и синего цветов я назвал «устранением окантовки»
, чтобы их можно было различать. Этот прием может решать некоторые про-
блемы, не поддающиеся никаким другим методам.
4.5.1. О НАСТРОЙКЕ ОПЕРАЦИИ
Главная идея метода - создать хорошую карту зеленой окантовки, немного
понизить ее плотность, затем, как обычно, вычесть ее из зеленого канала. Но,
кроме того, необходимо еще прибавить карту с настроенной плотностью к
Глава 4 • Удаление цветной окантовки
115
красному и синему каналам. Фактически карта окантовки настраивается для
каждого канала индивидуально. Поскольку мы добавляем некоторое количе-
ство красного и синего, теперь уже не нужно удалять столько зеленого цвета,
как раньше, поэтому нельзя использовать исходную карту окантовки в «пол-
ную силу». Например, для вычитания из зеленого канала можно взять 70% от
ее исходной яркости, для прибавления к красному каналу взять 30% и к сине-
му 20%. Точные пропорции всецело определяются содержанием изображения
и методом, использованным для получения карты.
Блок-схема операции устранения окантовки приведена на рис. 4.22. Сна-
чала снимок поступает в узел разделения каналов. Отдельные каналы исполь-
зуются для создания карты окантовки с помощью любого подходящего мето-
да; эта операция представлена на блок-схеме узлом «карта окантовки» [spill
тар]. Затем полученная одноканальная карта вводится во все три канала [R,
G, В], и на выходе из узла соединения каналов мы получаем трехканальную
версию карты. Теперь у нас имеется трехканальное изображение, в котором
одна и та же карта окантовки повторяется во всех каналах. Для удобства
трехканальная карта вводится в единственный узел «настройка карт» [scale
maps], где каждый канал может быть настроен индивидуально. Для этой опе-
рации можно воспользоваться узлом настройки значений RGB либо цветовой
кривой. Далее «карта устранения окантовки» [spill map] вновь разделяется на
три отдельных канала в следующем узле разделения [R, G, В], чтобы к каждо-
му каналу исходного снимка можно было применить свою отдельную опера-
цию сложения [add R], [add В], или вычитания [sub G], с помощью соответст-
вующей ему настроенной версии «карты устранения окантовки». Очищенные
таким образом каналы теперь вновь соединяются в последнем узле [R, G)(B],
образуя конечную версию снимка без окантовки. -
Рис. 4.22 • Блок-схема операции устранения окантовки
Хотя эта операция удаления окантовки (прошу прощения - устранения
окантовки) и выглядит как огромное скопление узлов, однако она может ока-
заться весьма действенной, когда, к примеру, вы никак не можете избавиться
от розовых кромок вокруг светлых волос. Эту операцию можно использовать
116
Часть! • Как создать хорошую композицию
для всего изображения либо, если это необходимо, применить защиту и вы-
делить для обработки только определенный участок.
4.5.2. НАСТРОЙКА ФОНОВОГО ЦВЕТА - GRADING THE BACKING COLOR
Сколько раз вы пытались выполнить наложение картинки, а в результате по-
лучали вокруг объекта на переднем плане отвратительного цвета «бахрому»?
Светло-серая бахрома может «светиться» при наложении объекта на темный
фон. То же самое можно сказать и про темную бахрому и светлый фон. На-
верное, вы пытались сократить маску, чтобы обрезать цветную бахрому, но
все, чего вы добились - это исчезновение вместе с бахромой важных деталей
кромки. Для решения этой проблемы существует другой подход. Можно из-
менить цвет бахромы на такой, который лучше сливается с фоном: может
быть, более светлый или темный серый либо какой-то определенный цвет.
Помните рис. 4.16 из раздела 4.3.2 «Ограничение зеленого канала синим», где
изображены три цветные полосы на зеленом фоне трех немного отличающихся
оттенков? После выполнения операции удаления окантовки эти три немного
отличающиеся оттенка внезапно стали отличаться очень сильно, причем полу-
ченные цвета зависят от используемого метода (рис. 4.17 и рис. 4.18). Эти «оста-
точные» фоновые цвета сливаются с краями объекта на переднем плане и «за-
грязняют» его своими оттенками. Если зеленый фон освещен ярко, края будут
светлыми, в противном случае - темными. Это и есть та бахрома, которую вы
видите на готовой композиции. Если бы можно было изменить остаточный цвет
фона, тогда и цвет бахромы изменился бы соответствующим образом.
Операция устранения цветной окантовки позволяет изменить цвет фона
на любой другой. Это объясняется тем, что эта операция не только понижает
зеленый канал в фоне, но также повышает красный и синий каналы. Путем
необходимой настройки карты окантовки для каждого канала из зеленого,
красного и синего каналов можно получить практически любой -цвет фона
(включая нейтральный серый). Это еще один прием в вашу коллекцию.
5
Создание
композиции
Итак, мы выделили отличную маску, очистили ее и удалили цветную окан-
товку объекта на переднем плане. Теперь пришло время собрать воедино все
части в одной композиции. В этой главе подробно рассматриваются три ста-
дии этой операции, а также объясняется, что происходит внутри типичного
узла наложения. После тщательного анализа процесса создания композиции
предлагаются практические советы по усовершенствованию и улучшению
композиции в целом при помощи смешения краев и коррекции освещенно-
сти. Также описывается техника мягкого/жесткого наложения, которая спо-
собна изящно решить проблему кромок в сложных случаях выделения маски.
При наложении изображений, созданных на компьютере (CGI), возника-
ют некоторые вопросы, связанные с операциями цветокоррекции. Такие изо-
бражения приходят к вам предумноженными (premultiplied), обычно матиро-
ванными черным или белым, что не является нормальным для коррекции
цвета. Чтобы решить этот вопрос и связанные с ним затруднения, необходи-
мо иметь четкое представление об операции предварительного умножения и
его отличия от непредумноженных (unpremultiplied), или, как их еще назы-
вают, обратно предумноженных, нематтированных изображений и влиянии
этих факторов на выполнение процесса.
Маски (матте) довольно популярны уже долгое время и используются в
нескольких различных профессиональных дисциплинах. Естественно, каждая
группа называет их по-своему. Для разных дисциплин, использующих опера-
цию наложения, приняты следующие обозначения. Еслиречь идет о маске, ко-
торая используется для наложения двух слоев, например, при работе со сним-
ком на синем экране, то она называется просто «маска» или «матте». Если мы
говорим о маске, служащей для создания композиции на основе четырехка-
нального CGI-изображения, такая маска называется альфа-каналом (или про-
сто «альфа»). В контексте видео маска, используемая в операции наложения
двух слоев, называется ключом, кеем (key), рирпроекцией. У маски много имен,
но выполняемые ею функции одни и те же: определение относительных про-
порций фона и объекта на переднем плане при создании композиции.
Альфа-канал создается при помощи операции Add Layer Mask на палитре Lay-
ers. Создав маску наиболее подходящим методом, щелкните значок Add Layer
Mask, чтобы добавить в выбранный слой альфа-канал. Скопируйте и вставьте
маску в защитный канал (Mask Channel) слоя. В Photoshop фактически уже име-
ется скрытая маска в каждом отдельном слое. Когда вы создаете новый слой, а
118
Часть I • Как создать хорошую композицию
затем рисуете на нем в режиме «Normal», генерируется маска для наложения
нового слоя поверх нижнего, для чего используются уравнения, описанные в
данной главе. Photoshop просто прячет эти маски от пользователя, облегчая его
жизнь. При выделении прозрачной области слоя вы, по сути, выделяете маску
этого слоя.
5.1. Операция наложения (Compositing operation)
Операция наложения - это фундаментальная операция комбинирования изо-
бражений во всем процессе обработки цифровых снимков. Процесс, в принципе,
один и тот же, даже в оптическом исполнении - есть слой с объектом для перед-
него плана (foreground), слой фона (background), маска, определяющая каждый
из этих участков, и конечная композиция. Помимо того, что маска задает распо-
ложение фона и объекта в кадре, она еще регулирует степень прозрачности этого
объекта. Основные элементы композиции изображены на рис. 5.1.
Рис. 5.1 • Элементы композиции
Операция наложения (то есть создания композиции) состоит из трех стадий:
1. Изображение с объектом (foreground) умножается (scale) на маску.
Глава 5 • Создание композиции
119
2. Фон (background) умножается на инвертированную маску.
3. Полученные результаты складываются.
Каждая из этих операций будет рассмотрена подробно. Возможность вы-
полнения этих действий в цифровой форме в наши дни обеспечивает неви-
данный ранее уровень контроля и качества.
5.1.1. ЧТО ПРОИСХОДИТ ВНУТРИ ОПЕРАЦИИ НАЛОЖЕНИЯ
В этой главе мы «заглянем» внутрь типичного узла наложения, чтобы озна-
комиться с его внутренним устройством. Понимание математических основ
операций, происходящих в этом процессе, поможет вам быстро решать воз-
никающие проблемы и разрабатывать различные приемы. К концу данного
раздела вы уже сможете самостоятельно создавать узлы наложения из от-
дельных простых арифметических узлов. Конечно, вам не придется делать это
каждый раз, но это было бы отличной тренировкой умения управлять про-
цессом.
«•слу Несколько слов для специалистов, работающих с лог-изображениями. Наложе-
а.ЯШШгГ ние - одна из тех операции, которые должны осуществляться в линейном про-
странстве. Вам нужно будет преобразовать в линейный формат и объект на
переднем плане (foreground), и фон (background, но не маску, поскольку она
уже и так в линейном формате), а затем преобразовать конечную композицию
обратно в логарифмический формат. То же самое касается и CGI-изображений.
Настройка плотности слоя с объектом на переднем плане (Scaling the
foreground layer). Переднеплановый слой (foreground layer) требуется сделать
прозрачным в тех областях, где должен быть виден фон, и частично прозрач-
ным на всех полупрозрачных участках, включая переходные пикселы, окру-
жающие объект на переднем плане (на рис. 5.1 это девушка). Пикселам<Кото-
рые нужно сделать прозрачными, просто присваивается значение 0, а значения
тех, которые должны быть частично прозрачными, понижаются на определен-
ную величину. Для этого каждый из трех каналов слоя с передним планом ум-
ножается на одноканальную маску. При этом предполагается, что маска «по-
ложительная», то есть представляет собой белый участок с непрозрачным объ-
ектом на нем, а значения пикселов нормализованы, то есть белому цвету соот-
ветствует значение 1, а не 255. При умножении слоя с передним планом на ка-
нал маски значение каждого пиксела этого слоя умножается на значение соот-
ветствующего ему пиксела маски. Рассмотрим немного подробнее некоторые
пикселы, чтобы понять, как они ведут себя при умножении на канал маски.
На рис. 5.2 приведены три варианта пикселов маски: с полной непро-
зрачностью, частичной прозрачностью и полной прозрачностью. Значения
пикселов равны 1 0,5 0 для каждого случая соответственно. При умножении
120
Часть! • Как создать хорошую композицию
пиксела из RGB-слоя на канал маски все три канала умножаются на одно и то
же значение пиксела маски.
Передний план на рис. 5.2 представлен тремя одинаковыми пикселами, со-
ответствующими оттенку кожи со значениями RGB 0,8 0,6 0,4. В итоге из трех
одинаковых пикселов мы получаем три совершенно различных значения для
объекта на переднем плане в зависимости от значений пикселов маски. Полу-
ченные пикселы имеют следующие значения: 0,8 0,6 0,4 для полностью непро-
зрачного участка кожи (без изменений), 0,4 0,3 0,2 для полупрозрачного участ-
ка (все значения умножены на 0,5) и 0 0 0 для полностью прозрачного участка
(все значения обнулены). Этот процесс понижения значений пикселов перед-
непланового объекта позволяет получить желаемый уровень прозрачности.
Рис. 5.2 • Умножение переднего плана на маску
Рис. 5.3 иллюстрирует операцию умножения маски на слой переднего
плана для настройки его плотности. Для большей наглядности здесь изобра-
жен необработанный снимок на синем экране, но в работе обычно использу-
ются снимки с удаленной окантовкой вокруг объекта.
Рис. 5.3 • Умножение слоя с объектом на переднем плане
на маску дает изображение с объектом требуемой плотности
Глава 5 • Создание композиции
121
В тех областях, где канал маски имеет нулевое значение (черный цвет),
слой переднего плана тоже будет черным. Там, где канал имеет значение 1,
слой с объектом на переднем плане останется неизменным. Все пикселы мас-
ки со значениями в промежутке от 0 до 1 пропорционально изменят значения
пикселов объекта.
Настройка плотности слоя с фоном (Scaling the background layer). Итак,
сейчас на переднеплановом слое те участки, где должен быть виден фон, име-
ют черный цвет. Теперь нужно сделать так, чтобы участки на слое фона
(background) , где должен быть виден объект, тоже стали черными. Это мож-
но представить себе как создание «черной дыры» в области фона. Операция
настройки плотности в этом случае аналогичная, с той лишь разницей, что
маска должна быть инвертирована перед операцией умножения - это необ-
ходимо Для того чтобы поменять местами прозрачные участки.
Рис. 5.4 иллюстрирует процесс умножения слоя с фоном на инвертиро-
ванную маску с целью настройки его плотности. Теперь в фоновом слое
присутствуют черные участки в тех местах, где будет объект на переднем
плане.
background х inverted matte - scaled background
Рис. 5.4 • Умножение слоя с фоном на маску дает изображение
с фоном требуемой плотности у
Наложение объекта на переднем плане на фон. Чтобы получить компо-
зицию из фона и переднего плана, которые настроены должным образом при
помощи канала маски, нужно просто сложить их, как показано на рис. 5.5.
На рис. 5.6 представлена блок-схема построения пользовательской опе-
рации наложения из отдельных простых узлов. Операция удаления окантов-
ки намеренно пропущена. Слой переднего плана [FG] умножается [mult] на
маску (мы помним, что маска должна быть белой), в результате чего получа-
ется передний план с нужной плотностью [scaled BG]. Слой фона [BG] умно-
жается на инвертированную маску [invert], при этом получается фон нужной
плотности [scaled FG]. После настройки фон и передний план просто склады-
ваются в узле сложения [add].
122
Часть! • Как создать хорошую композицию
Рис. 5.5 • Создание композиции путем сложения настроенных фона
и переднего плана
Полная последовательность операций может быть также выражена в стро-
гой математической форме при помощи уравнения 5.1.
композиция = (маска х FG) + ((1 - маска) х BG). (5.1)
Рис. 5.6 • Блок-схема отдельных узлов операции наложения
На нормальный язык это можно перевести так: «умножить слой передне-
го плана на маску, умножить слой фон на инвертированную маску, затем
сложить два полученных результата». Это уравнение можно ввести в узел ма-
тематики каналов и таким образом получить композицию.
5.1.2. СОЗДАНИЕ ПОЛУПРОЗРАЧНОЙ КОМПОЗИЦИИ
В работе нередко возникает необходимость получения полупрозрачных ком-
позиций, например для выполнения частичного смешивания (blend) слоев
или постепенного появления/исчезновения - наплыва (fade up/fade down).
Чтобы добиться частичной прозрачности, нужно просто понизить плотность
маски от исходных 100% (белого цвета) до какого-то определенного значения.
Чем сильнее уменьшается плотность маски, тем более прозрачной будет ком-
Глава 5 • Создание композиции
123
позиция. Эффект постепенного появления или исчезновения объекта дости-
гается простым изменением степени прозрачности (плотности) маски.
Обратите внимание, что белому участку настроенной маски переднего
плана на рис. 5.7 соответствует значение 50% (серый цвет).
foreground
background
scaled matte scaled background
Рис. 5.7 • Создание полупрозрачной композиции
Хорошо видно, как такая частичная плотность отражается на полученных
фоне и объекте переднего плана, а затем и на конечной композиции в виде
полупрозрачных участков.
Рис. 5.8 • Блок-схема создания полупрозрачной композиции
На рис. 5.8 показан способ модификации блок-схемы для включения в
процесс операции полупрозрачности [transparency] или постепенного появ-
ления, наплыва. Добавление узла «настройка» [scale] позволяет понижать
уровень белого в маске и таким образом регулировать степень прозрачности.
124
Часть I • Как создать хорошую композицию
Маска с настроенной плотностью затем используется для настройки фона и
переднего плана в узлах умножения [mult].
композиция = ((Z х маска) х FG) + ((1 - (Z х маска)) х BG). (5.2)
В уравнение 5.2 добавлен фактор прозрачности, обозначенный буквой Z.
При Z=0 передний план полностью прозрачен. При Z=1 он полностью непро-
зрачен. Значения между 0 и 1 дают частичную прозрачность.
5.2. Метод обработанного переднего плана
(Processed foreground method)
В предыдущем разделе был описан классический метод создания компози-
ции: умножаем слой с передним планом на маску, затем умножаем слой с фо-
ном на инвертированную маску и складываем результаты. Но существует еще
один, совершенно другой способ, который в некоторых случаях дает гораздо
более качественные результаты. Он называется методом обработанного пе-
реднего плана, поскольку создан на основе одноименного метода Ultimatte.
Его главный плюс - в большинстве случаев он дает куда более красивые
кромки по сравнению с классическим методом. Его главный минус - он более
чувствителен к неравномерному освещению синих экранов.
5.2.1. СОЗДАНИЕ ОБРАБОТАННОГО ПЕРЕДНЕГО ПЛАНА
Метод обработанного переднего плана, по сути, является другим способом
настройки плотности переднего плана с помощью маски, в результате чего
значения пикселов окружающего выделяемый объект фона (backing region)
снижаются до нуля. При использовании классического уравнения компози-
ции этот результат достигается умножением слоя ПП на его маску для полу-
чения переднего плана нужной плотности (scaled foreground). В методе обра-
ботанного переднего плана создается отдельный снимок, называемый сним-
ком фона - backing plate и содержащий тот же цвет, что и цвет фона снимка с
выделяемым объектом. Для того чтобы сделать черной (прозрачной) область,
где расположен объект, используется маска. Полученное изображение затем
вычитается из исходного слоя переднего плана, при этом фон в свою очередь
становится черным. Вот и весь принцип работы этого метода.
В соответствии с рис. 5.9 первым шагом является создание «снимка фона»
(backing plate), который представляет собой не что иное, как однородный
цвет с теми же значениями RGB, что и у синего (или зеленого) фона передне-
планового слоя. Далее снимок фона умножается на инвертированную маску,
образуя снимок фона с настроенной плотностью (scaled backing plate). Это
кадр, состоящий из фонового цвета с черным участком в месте будущего рас-
Глава 5 • Создание композиции
125
положения объекта. При вычитании этого снимка из исходного слоя с перед-
ним планом область фона этого слоя приобретает черный цвет, а объект оста-
ется нетронутым. На первый взгляд кажется, что обработанный передний
план совершенно идентичен переднему плану с настроенной плотностью,
изображенному на рис. 5.3, но внешность в данном случае обманчива.
backing plate X inverted matte = scaled
backing plate
Рис. 5.9 • Создание обработанного переднего плана
Если вы используете одну и ту же маску для создания переднего плана с
настроенной плотностью (scaled foreground) и обработанного переднего пла-
на (processed foreground), а затем сравните полученные результаты, то заме-
тите, что версия с обработанным передним планом обеспечивает более мяг-
кую и деликатную обработку краев. Пикселы по краям объекта в версии с на-
строенным ПП (scaled foreground) темнее и отражают меньше деталей, чем
соответствующие пикселы в версии с обработанным ЦП (processed
foreground). Чтобы понять причину этого явления, возьмем прЬстой пример
со значением маски, равным 0,5. Для настроенного переднего плана значение
RGB пиксела кромки будет умножено на 0,5, то есть уменьшено вдвое. В ме-
тоде обработанного переднего плана (processed foreground) то же самое зна-
чение маски 0,5 используется для уменьшения вдвое плотности снимка фона,
а полученное значение RGB уже вычитается из исходного значения RGB для
переднего плана, которое в любом случае будет понижено меньше, чем при
операции настройки плотности. В результате для метода обработанного пе-
реднего плана мы получим более яркие пикселы, а значит, менее темные края.
На рис. 5.10 представлена блок-схема создания обработанного переднего
плана. Для начала из снимка с передним планом [FG] с помощью наиболее
126
Часть! • Как создать хорошую композицию
подходящего метода выделяется маска [pull matte], которая затем подвергает-
ся инверсии [invert]. Снимок фона [backing plate] создается очень просто:
нужно ввести в узел однородного цвета значение RGB для цвета фона, окру-
жающего выделяемый объект. Далее снимок фона умножается на инвертиро-
ванную маску [mult], и полученный результат вычитается из снимка с перед-
ним планом [sub].
Рис. 5.10 • Блок-схема создания обработанного переднего плана
5.2.2. НАЛОЖЕНИЕ ОБРАБОТАННОГО ПЕРЕДНЕГО ПЛАНА
При использовании метода обработанного переднего плана (processed
foreground method) необходимо внести изменения и в саму операцию нало-
жения. В классическом методе в узел наложения вводится исходный слой с
передним планом, и внутри этого узла производится настройка плотности
слоя. В методе обработанного переднего плана слой ПП уже настроен долж-
ным образом, и настраивать его вторично в узле наложения не нужно. Зна-
чит, из узла следует исключить операцию настройки плотности переднего
плана.
Рис. 5.11 • Блок-схема операции наложения
обработанного переднего плана
Возникает и другой вопрос: где расположить операцию удаления цветной
окантовки? В обработанном снимке с передним планом удалено большое ко-
личество загрязнений кромок, однако все равно остается какая-то часть окан-
товки и «тумана», с которыми нужно что-то сделать. Операция удаления
Глава 5 • Создание композиции
127
окантовки [despill] помещается после получения обработанного переднего
плана [processed FG], но до узла наложения [comp], как показано на рис. 5.11.
Не забудьте выключить операцию умножения переднего плана в узле нало-
жения [FG mult OFF], чтобы избежать двойной настройки плотности для дан-
ного слоя, которая приведет к появлению очень некрасивых темных краев.
5.2.3. НЕКОТОРЫЕ ТРУДНОСТИ
Несмотря на то, что метод обработанного переднего плана (processed
foreground method) имеет преимущество более мягких краев, ему свойствен-
ны свои проблемы и ограничения. Одна из таких проблем - появление на
снимке фона некоторой остаточной зернистости, «унаследованной» от фоно-
вой области слоя с передним планом. Другой сложностью является более вы-
сокая чувствительность метода к неравномерному освещению синего экрана.
Классический метод с настройкой плотности переднего плана обладает им-
мунитетом к подобным проблемам, поскольку с помощью маски обнуляется
вся область фона независимо от значений фоновых пикселов для слоя перед-
него плана. В методе обработанного ПП результаты определяются значения-
ми пикселов фона (backing region).
Остаточная зернистость. График нарезки на рис. 5.12 объясняет, почему
остаточная зернистость области фона (backing region) остается на снимке фо-
на после выполнения наложения. Зазубренная линия, обозначенная буквой
А, представляет типичный образец зернистости фона для снимка с передним
планом. Плоская линия В соответствует созданному на его основе снимку
фона. Для этого было взято среднее значение RGB для фона на снимке с пе-
редним планом и введено в узел однородного цвета. Однако синтезирован-
ный таким образом снимок фона не содержит никаких зерен, что показывает
и абсолютно плоская линия В.
Все пикселы зерен слоя с передним планом (А), превышающие пикселы
снимка фона (В), останутся на поверхности после вычитания настроенного
128
Часть! • Как создать хорошую композицию
снимка фона из переднего плана. Эти остаточные пикселы зернистости пред-
ставлены на графике линией С.
Пикселы остаточной зернистости будут скрыты в черных областях обра-
ботанного переднего плана, но станут хорошо видны после операции нало-
жения. Они появятся «на поверхности» снимка фона по всей области, соот-
ветствующей фону в слое с передним планом (backing region). Для Ultimatte
характерна та же проблема и по той же причине. Умеренное количество таких
остаточных зерен не представляет проблемы. Если же их слишком много,
можно слегка поднять значения RGB снимка фона, чтобы немного увеличить
вычитаемую из переднепланового слоя величину. При этом количество зерен
уменьшится. Поскольку синий канал наиболее зернистый из всех, его значе-
ния потребуется поднять больше остальных. Помните, что поднимать значе-
ния RGB следует только на минимальную величину, необходимую для пони-
жения степени зернистости до приемлемого уровня. Чем больше вы подни-
маете значения снимка фона, уем сильнее разрушаются края объекта.
Неравномерные цвета фона. Другая проблема, с которой вы можете
столкнуться при использовании данного метода, заключается в остаточном
цвете фона, обусловленном неоднородностью синего экрана. Она может быть
вызвана неравномерным освещением либо составлением фона из нескольких
секций, имеющих не совсем одинаковый цвет. На рис. 5.13 приведен график
нарезки для ситуации, когда левая секция светлее, чем правая. Линия разреза
А показывает два уровня яркости фона (backing region), а ровная линия
В опять соответствует значению RGB снимка фона (backing plate). При вычи-
тании настроенного снимка фона из переднего плана в области более светло-
го участка появится больше остаточного цвета, который показан на графике
линией С. Этот остаток также добавится к фоновому слою конечной компо-
зиции. Это еще одна характерная черта процесса в Ultimatte.
Рис. 5.13 • Остаток от неравномерного фона
Глава 5 • Создание композиции
129
Решить данную проблему можно двумя способами. Первый заключается в соз-
дании «мусорной» маски для области фона (backing region). Эта операция при-
сваивает фону постоянный RGB цвет, который может точно соответствовать
цвету снимка фона (backing plate). Конечно, на участках, непосредственно при-
легающих к объекту, останется некоторая зернистость, поскольку они не войдут
в маску. Другое решение проблемы - использовать коррекцию фона, описан-
ную в главе 2.
5.3. Наложение с примешиванием
(Add-mix composite)
Наложение с примешиванием - это разновидность стандартного алгоритма
наложения, которая идеально подходит для создания композиций с тонкими
дымчатыми объектами (например, дымом) и источниками света (например,
лазерными лучами), а также для очистки некрасивых темных краев на других
композициях. Операция наложения с примешиванием во всех отношениях
идентична обычной операции наложения, но только до момента настройки
плотности фона и переднего плана при помощи маски, который описан в
предыдущем разделе. В обычной операции наложения одна и та же маска ис-
пользуется для настройки плотности переднего плана и (в инвертированном
виде) фона. В операции наложения с примешиванием при помощи цветовых
кривых создаются две разные версии маски: одна для переднего плана, другая
для фона.
Итак, как же работает эта операция наложения и когда ее лучше ис-
пользовать? Наглядно представить принцип ее работы довольно сложно.
Цветовые кривые не оказывают воздействия на маску в 100% прозрачных и
100% непрозрачных участках. Изменяются только частично прозрачные
пикселы маски. Иными словами, это полупрозрачные области композиции
и сглаженные пикселы вокруг краев маски. Суть процесса заключается*..из-
менении пропорций смешения частично прозрачных пикселов фоца и Пе-
реднего плана, определяемых настройкой цветовых кривых. Вместо взаим-
но дополняющих друг друга величин (то есть в сумме дающих 100%), таких
как 50/50 или 80/20, можно задавать любые другие пропорции, например
50/40 или 80/50.
5.3.1. КОГДА ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ЭТОТ МЕТОД
Подходящий пример ситуации, когда можно воспользоваться операцией с
примешиванием, - наложение тонкого дымчатого элемента, например, дыма
или легкого тумана. На рис. 5.14 показан дымчатый элемент, который был
5- Цифровой коипозитинг
130
Часть! • Как создать хорошую композицию
выделен при помощи маски, а затем наложен на изображение ночного города.
Дым едва виден. На рис. 5.15 показан результат операции наложения с при-
мешиванием, которая позволила сделать маску для дыма более тонкой, а мас-
ку фона оставить неизменной; в результате дым на снимке стал хорошо заме-
тен. Используя только настройку плотности маски в обычном методе нало-
жения, вы никогда не получили бы такого результата.
Рис. 5.14 • Наложение дыма
на изображение ночного города
с помощью стандартного метода
Рис. 5.15 • Наложение
с примешиванием делает элемент дыма
на композиции более заметным
Другим случаем, когда может помочь операция наложения с примешиванием,
является создание композиции с участием источников света, таких как лазерные
лучи или взрывы. На рис. 5.16 изображена подлая лазерная атака вражеской
планеты Мунго на наши бесценные горные ресурсы. Независимо оттого, создан
ли лазерный луч на компьютере или скопирован с другого снимка, метод смеши-
вания благодаря настройке характеристик краев способен придать этому элемен-
ту более красочный и эффектный вид, как на рис. 5.17. Обратите внимание, что
степень прозрачности краев нисколько не уменьшилась, и они не стали более
резкими.
Рис. 5.16 • Наложение луча
на фоновое изображение
с помощью стандартного метода
Рис. 5Д7 • Наложение
с примешиванием делает луч
более «жизненным»
Глава 5 • Создание композиции
131
У метода наложения с примешиванием есть и более прозаическое примене-
ние: удаление темных кромок, которые часто появляются вокруг наложенного
объекта. Многочисленные причины появления этих кромок и способы их уст-
ранения будут рассмотрены в последующих разделах; здесь же стоит сказать,
что одним из таких способов является наложение с примешиванием. На рис.
5.18 крупным планом изображена темная кромка между объектом на перед-
нем плане и фоном, а на рис. 5.19 - результат очистки изображения с помощью
примешивания.
Рис. 5.18 • Увеличенное Рис. 5.19 • Наложение
изображение темной кромки между с примешиванием помогает избавиться
объектом на переднем плане и фоном от нежелательных контуров
5.3.2. СОЗДАНИЕ КОМПОЗИЦИИ МЕТОДОМ НАЛОЖЕНИЯ С ПРИМЕШИВАНИЕМ
Чтобы создать композицию данным способом, к операциям обработки маски
нужно добавить узлы цветовых кривых [color curve]. Располагать их нужно до
операции умножения [mult] фона [BG] и переднего плана [FG], как показано
на рис. 5.20. Сравните этот рисунок с блок-схемой на рис. 5.6 для стандартно-
го наложения. Главной особенностью метода со смешиванием является воз-
можность индивидуальной настройки маски для фона и переднего плана.
В этом весь секрет. В обычном методе цветовые кривые можно добавить пе-
ред настройкой плотности [scaled FG], [scaled BG], но маска для фона и пе-
реднего плана используется одна и та же. В методе наложения с примешива-
нием для них используются различные маски. _
Тут возникает проблема: цветовые кривые необходимо добавить внутрь
операции наложения. Но ваш узел наложения, естественно, не позволяет вно-
сить никаких внутренних изменений. В очень немногих системах компози-
тинга есть узлы наложения с примешиванием, и если ваш узел как раз из их
числа, вы дважды счастливчик. В противном случае вам придется создавать
его самостоятельно с помощью блок-схемы на рис. 5.20.
Что же касается метода с примешиванием, здесь исходное значение пиксе-
лов маски может составлять, допустим, 40%, а после выхода из узла цветовой
кривой оно может увеличиться до 60%, увеличив до такой же величины и зна-
132
Часть I • Как создать хорошую композицию
чение RGB для переднего плана. Далее то же самое значение маски 40% посту-
пает в другую цветовую кривую и там увеличивается, например, до 70%, следо-
вательно, значение фона тоже вырастает до 70%. Теперь при сложении этих
величин мы получаем для конечной композиции значение RGB 70% + 60% =
130%. Такое значение недопустимо и поэтому обрезается. Это значит, что вам
придется не только следить за тем, чтобы не происходило обрезания значений
в кадре, который вы используете для создания композиции, но и проверять все
кадры съемки, чтобы не допустить присутствия более ярких кадров.
Рис. 5.20 • Блок-схема операции наложения со смешиванием
Здесь нужно обратить особое внимание на опасность, связанную с обрезанием
значений. Математический аппарат, используемый в операции наложения с
примешиванием, допускает в композиции значения пикселов больше 100%.
Такие пикселы будут подвергаться обрезке, что сильно портит внешний вид
композиции. В стандартном методе такая ситуация невозможна, так как даже
при наложении двух белых участков (со значениями 100%), если значение мас-
ки равно, скажем, 40%, значение RGB для переднего плана после настройки
плотности будет равно 40%, а для фона соответственно 60%. При суммирова-
нии эти участки не могут дать больше 100%, поэтому обрезания не происходит.
5.4. Очистка композиции (Refining composite)
В этом разделе рассматриваются некоторые процедуры, которые можно
использовать во время и после операции наложения для дальнейшего улуч/
шения качества композиции. Даже самые эффективные методы выделения
маски и ее очистки не гарантируют, что на конечной композиции будут иде-
альные переходы между фоном и наложенным объектом. Выполнение опера-
ции с незначительным смешением краев после завершения наложения позво-
лит качественнее соединить слои конечной композиции и улучшит ее общий
вид. Техника коррекции освещенности способствует дальнейшему проникно-
Глава 5 • Создание композиции
133
вению переднего плана в слой фона, а техника мягкого/жесткого наложения
представляет собой стратегию двойного наложения, который существенно
повышает качество краев и плотность для проблемных масок. Этот метод да-
ет преимущество использования двух различных масок, у одной из которых
очень хорошие края, а у другой - отличная плотность, до тех пор, пока в этих
двух лучших из миров не появятся собственные дефекты.
5.4.1. СМЕШЕНИЕ КРАЕВ (EDGE BLENDING)
В кинокомпозитинге резкие края могут иметь толщину от трех до пяти пиксе-
лов, в то время как мягкие края в зависимости от глубины резкости или размы-
тия движения могут быть значительно шире. Чтобы композиция была убеди-
тельной, характеристики мягкости краев объекта должны соответствовать ос-
тальной части картинки. Очень часто у выделенной маски гораздо более резкие
края, чем хотелось бы. Это особенно касается CGI-изображений, наложенных
на кадры с естественным движением. Хотя размытие краев маски и применяет-
ся довольно часто, оно имеет недостаток: размываются также мелкие детали
объекта. Другим подходом к решению проблемы является «смешение краев»
(edge blending), при котором края объекта на переднем плане как бы «смеши-
ваются» с фоном уже после операции наложения, то есть размытие осуществля-
ется на конечной композиции. Полученные в результате края могут выглядеть
очень натурально, благодаря чему объект отлично вписывается в кадр. Без со-
мнения, потребуется весь ваш художественный талант, чтобы определить, до
какой степени нужно смешивать края объекта с фоном, но вы убедитесь, что
практически любая композиция только выиграет от применения этой опера-
ции, особенно это справедливо для художественных фильмов.
Процедура заключается в использовании операции обнаружения краев
исходной маски (или альфа-канала для CGI-изображений) с целью создания
новой маски только для этих краев, как показано на рис. 5.21. Ширину края
для такой маски следует выбирать очень тщательно, но обычно для кадров
высокого разрешения, таких как фильмы 2k или HD видео, бывает достаточ-
но трех-четырех пикселов. Для видеокадров стандартного разрешения тол-
щина маски будет, очевидно, гораздо уже. Ширина маски, так же как и сте-
пень размытия, всецело определяется художественным «чутьем».
Сама маска для краев (edge matte) также должна иметь мягкйе края, иначе
операция размывания (blur) не будет иметь смысла. Если в ва шен-процедуре
обнаружения краев не предусмотрен параметр мягкости, пройдитесь по краям
маски легким размытием, прежде чем ее использовать. Другой важный мо-
мент: маска должна закрывать переходную область между объектом и фоном
(background), как на рис. 5.23. Это существенно, потому что только в этом слу-
чае операция размытия при смешении краев будет перемешивать пикселы как
фона, так и объекта на переднем плане, а не просто размывать внешние края
объекта.
134
Часть I • Как создать хорошую композицию
Рис. 5.22 • Исходное
изображение
с наложенным объектом
Рис. 5.23 • Маска
для краев закрывает
края объекта
Рис. 5.24 • В результате
получаются
сглаженные края
На рис. 5.22 крупным планом показана исходная композиция с резкой
границей маски. Рис. 5.24 представляет результат применения операции сме-
шения краев. Не слишком увлекайтесь операцией размывания и старайтесь
использовать маленький радиус (порядка 1 или 2 пикселов), чтобы кромка не
превратилась в размазанный контур вокруг объекта. Если размытые края за-
метно потеряли значительное количество своей зернистой структуры, для
устранения этого недостатка можно использовать ту же самую маску для вос-
становления зернистости.
Блок-схема на рис. 5.25 изображает последовательность операций для
процесса смешения краев на типичной композиции. Для создания маски кра-
ев применяется операция обнаружения краев на исходной маске для объекта
[edge detection]. Затем используется операции легкого размытия [blur edges]
после выполнения наложения [сотр].
5.4.2. КОРРЕКЦИЯ ОСВЕЩЕННОСТИ (LIGHT WRAP)
Когда реальный объект для переднего плана снимается в своей естественной сре-
де, некоторая часть света из этой окружающей среды проступает по его краям.
Глава 5 • Создание композиции
135
При этом по периметру объекта появляются участки естественно окрашенного
света, которые отсутствуют в композиции. Для повышения фотореалистичности
изображения (неважно, CGI или снятого на синем экране) можно искусственно
добавить по краям объекта немного световой окантовки, взятой из части фона,
непосредственно примыкающей к краям объекта на переднем плане. Для этого
используется техника коррекции освещенности (light wrap), которая «обволаки-
вает» края объекта на переднем плане светом из области фона.
Рис. 5.25 • Блок-схема операции смешения краев
Суть операции состоит в создании специальной маски для краев из маски
объекта на переднем плане. Затем она используется для операции смешения
(screen) фонового изображения на внешние края объекта. Операция screen -
очень важный метод смешения изображений, она во всех подробностях опи-
сывается в следующей главе. Тщательное изучение этой темы позволит вам
понять принципы работы данного метода, а значит, научиться управлять им.
Но не исключено, что в программе композитинга, которой вы пользуетесь,
есть узел screen; тогда все, что вам нужно сделать - просто подключить его.
Рассмотрим пример на рис. 5.26, в котором серый шарик (намеренно бес-
цветный) нужно наложить на красочный фон (намеренно выбраны яркие
цвета). Первым шагом является создание специальной маски для внутренних
краев, плотной на внешних краях и постепенно переходящей в черный цвет к
области на несколько пикселов внутрь объекта. Маска крупным планом пока-
зана на рис. 5.27. Создать такую маску легко: просто размойте исходную мас-
ку, инвертируйте ее, и полученный результат умножьте на исходную маску.
Затем эта маска для внутренних краев умножается на фоновое изображе-
ние (background plate), в результате чего остаток полосы из фонового изо-
бражения (background plate), закрывает только внешние края объекта на пе-
реднем плане, как показано на рис. 5.28. Эта тонкая полоса фонового «света»
просеивается (смешение screen) на готовую композицию, благодаря чему
136
Часть! • Как создать хорошую композицию
объект приобретает подсветку краев по всему периметру. Этот эффект до-
вольно тонкий, и заметить его на изображении обычного размера трудно, по-
этому на рис. 5.29 крупным планом показаны рядом две версии шарика: до
коррекции освещенности (справа) и после нее (слева).
Рис. 5.26 • Объект
для переднего плана и фон
Рис. 5.27 • Маска
для внутренних краев
В предыдущем разделе была описана операция смешения краев, а в этом мы
разобрали коррекцию освещенности, но в каком порядке следует выполнять
эти операции? Сначала сделайте коррекцию, а затем уже смешение. Не забы-
вайте, что обе эти операции достаточно тонкие, так что не перестарайтесь. Вы
ведь не хотите получить букет из размазанных композиций со светящимися
краями!
Рис. 5.28 • Краевая полоса
с подсветкой из фона
Рис. 5.29 • Увеличенное изображение
краев объекта до и после коррекции
освещенности
На рис. 5.30 изображена блок-схема, где к обычной последовательности
операций по выделению маски [pullmatte] и наложению [comp] добавлен про-
цесс коррекции освещенности. Эта техника также отлично работает с CGI-
изображениями и их альфа-каналами. Для начала маска размывается [blur] и
инвертируется [invert], затем умножается [mult] на исходную. Получается
маска для внутренних краев. Далее фоновый снимок умножается на эту маску
Глава 5 • Создание композиции
137
[BG х mask], и полученный результат смешивается в режиме screen с готовой
композицией [screen].
Рис. 5.30 • Блок-схема операции коррекции освещенности
5.4.3. МЯГКОЕ/ЖЕСТКОЕ НАЛОЖЕНИЕ (SOFT COMP/HARD COMP)
Это одно из самых изящных решений постоянной проблемы плохого качест-
ва маски (выделенной, конечно, из плохо снятого цветного фона). Судя по
всему, к маске одновременно предъявляются два взаимоисключающих требо-
вания. С одной стороны вы хотите множество отличных деталей на краях; а с
другой стороны, также хотите, чтобы плотность в области объекта переднего
плана составляла 100%. В большинстве случаев эти требования противоречат
друг другу. Можно выделить маску, которая будет иметь по краям все четкие
детали объекта, но плотность такой маски будет недостаточна, то есть она не
будет полностью непрозрачной. Но при увеличении плотности до желаемого
уровня исчезают детали объекта, и вокруг краев образуются «ступеньки».
Процедура мягкого/жесткого наложения (soft comp/hard comp) предлагает
превосходное решение этой проблемы; мало того, она является одной из тех
немногих процедур, которые не создают никаких новых дефектов, с которы-
ми пришлось бы бороться заново. Эта операция не содержит ничего лишнего.
Ее можно не менее эффективно использовать с разными инструментами вы-
деления масок, например, Ultimatte.
Итак, суть данного метода такова: выделяются две различные маски и соз-
даются две композиции. Одна из масок «мягкая» и содержит все детали по кра-
ям объекта, но ее плотность в области переднего плана недостаточна для созда-
ния однородной композиции. Эта мягкая маска сначала используется для на-
ложения переднего плана на фон, хотя объект на переднем плане при этом по-
лучится частично прозрачным. Затем плотность маски повышается путем под-
нятия значений белых участков и понижения черных; при этом она немного
сжимается. В результате получается маска с резкими краями и плотной внут-
138
Часть I • Как создать хорошую композицию
ренней частью, размер которой чуть меньше, чем у мягкой, поэтому она хоро-
шо умещается «внутри» нее. Теперь с помощью этой жесткой маски выполня-
ется вторичное наложение того же переднепланового слоя, но теперь уже в ка-
честве фона служит предыдущая «мягкая» композиция. Жесткое наложение
(hard comp) заполняет полупрозрачную внутреннюю часть объекта, получен-
ного мягким наложением, а мягкое наложение (soft comp) обеспечивает со-
хранность всех деталей краев на конечной композиции. Таким образом, ис-
пользуются преимущества обеих масок. Рис. 5.31 иллюстрирует весь процесс
мягкого/жесткого наложения. Вот основные шаги выполнения процесса:
Шаг 1. Создается «мягкая» маска. Она содержит все детали изображения,
но имеет низкую плотность внутренней части.
background
Рис. 5.31 • Последовательность операций
в процессе мягкого/жесткого наложения
Шаг 2. Выполняется мягкое наложение (soft comp). При помощи мягкой
маски передний план накладывается на фон. В итоге должна получиться по-
лупрозрачная композиция.
Шаг 3. Создается «жесткая» маска. Для этого либо увеличивается плот-
ность мягкой маски (при этом она сжимается), либо выделяется новая маска с
более жесткими параметрами. В любом случае плотность маски должна со-
ставлять 100%, а размер должен быть немного меньше размера мягкой маски,
чтобы она не залезала на края мягкой композиции. При желании жесткую
маску можно даже немного «смягчить» с помощью операции размытия.
Шаг 4. Выполняется жесткое наложение (hard comp). Тот же объект на-
кладывается второй раз, но в качестве фона выступает мягкая композиция.
Глава 5 • Создание композиции
139
Жесткая маска обеспечивает необходимую плотность внутренней части объ-
екта на переднем плане, а мягкая маска - отличное качество его краев.
В особенно сложных ситуациях можно рассмотреть вариант трехслойной
композиции, где каждый последующий слой более «жесткий», чем предыду-
щий. Операция смешения краев выполняется, конечно, только для самого
внешнего слоя.
5.4.4. ИНТЕГРАЦИЯ СЛОЕВ (LAYER INTEGRATION)
Два последних раздела были посвящены улучшению качества композиции с
чисто технической точки зрения. Сейчас мы посмотрим на этот процесс ина-
че, с художественной позиции. В последующих главах будут рассмотрены во-
просы соответствия цветов, освещения и других аспектов объединяемых сло-
ев, которые помогают более качественно «подогнать» их друг к другу и сде-
лать их световые характеристики неотличимыми. Однако в связи с тем, что
мы все-таки имеем дело с композицией, самое время обратить внимание на
одну из стадий наложения, которая позволяет «облагородить» конечное изо-
бражение. Это интеграция, или вставка, слоя с объектом внутрь фонового
слоя в отличие от простого помещения объекта поверх фона.
На рис. 5.32 показан результат простого «наклеивания» объекта на по-
верхность фона. В этом примере маяк является слоем переднего плана, соз-
данным как трехмерный CGI-элемент и наложенным на реальный снимок
фона. Хотя композиция и выглядит неплохо, ее можно сделать еще лучше с
помощью интеграции маяка в фоновый слой, то есть его расположения меж-
ду элементами фона.
В данном случае из исходного снимка выделен куст и помещен обратно
на снимок поверх маяка, который здесь играет уже роль фона (см. рис. 5.33).
Кроме того, с другого реального снимка вырезан полет пеликанов и также
помещен на переднем плане изображения для усиления эффекта глубины и
лучшего «вписания» маяка в окружающий пейзаж. Конечно, ни один из этих
приемов не заменит тщательную подгонку цвета слоев, но тем не менее инте-
грация объекта переднего плана в фон может улучшить качество компози-
ции, сделав ее более цельной. Этот эффект относится исключительно к облас-
ти восприятия.
5.5. Наложение CGI-изображений
Бурный рост применения CGI-изображений в кинофильмах и на телевидении
повлек за собой не менее бурное развитие методов наложения CGI, и эта тен-
денция в будущем обещает только усиливаться. На первый взгляд наложение
CGI-изображений кажется нетрудным делом, так как они имеют собственную
140
Часть I • Как создать хорошую композицию
отличную маску, альфа-канал. Если все, что от вас требуется - это быстренько
наложить CGI-изображение на фон, то проблем действительно не возникнет.
Рис. 5.32 • Объект на фоне
без интеграции
Рис. 5.33 • Объект,
интегрированный в слой фона
Однако CGI-изображения непременно требуют цветокоррекции; кроме
того, появляются различные дефекты, связанные с тем, что CGI являются
«предварительно умноженными» изображениями (premultiplied), то есть еще
до использования они уже были умножены на свой альфа-канал. Это та же
самая операция, которая в обычном наложении используется для настройки
плотности (scale) переднего плана с помощью маски. Просто там применялся
термин «передний план с настроенной плотностью» (scaled foreground), а не
«предварительно умноженный» (premultiplied). Главная проблема тут состоит
в том, что операции цветокоррекции должны выполняться до предваритель-
ного умножения (настройки плотности) переднего плана, а не после. В связи с
этим к CGI-изображению до коррекции цвета нужно применить операцию
«обратного умножения» (unpremultiply), которая вернет его в приемлемое для
цветокоррекции состояние. Мы также обсудим способы решения проблем,
вызываемых «обратным умножением». Итак, работа с CGI-изображениями
при ближайшем рассмотрении оказывается не такой уж и легкой.
5.5.1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНО УМНОЖЕННЫЕ CGI-ИЗОБРАЖЕНИЯ
В подразделе 5.1.1 «Настройка плотности слоя с объектом на переднем пла-
не», где рассматривается операция наложения, приведен рис. 5.3, на котором
Глава 5 • Создание композиции
141
в узле наложения слой переднего плана умножается на маску для получения
нужной плотности. Умноженное (scaled) изображение на переднем плане
имеет одну отличительную черту: объект на нем окружен черным цветом, по-
скольку все «посторонние» пикселы обнуляются. CGI-изображение называет-
ся «предварительно умноженным» (premultiplied), из-за того, что RGB-слой
уже умножен на маску (альфа-канал) и потому не должен умножаться на нее
еще раз в ходе операции наложения. Вся загвоздка в том, что операция умно-
жения производится внутри узла.
Если предварительно умноженный CGI-элемент еще раз умножить на
маску во время операции наложения, значения всех RGB-пикселов, располо-
женных над полупрозрачными альфа-пикселами (это альфа-пикселы, значе-
ния которых не равны точно 0 или 1), уменьшатся, и пикселы станут более
темными. Полупрозрачными являются альфа-пикселы следующих участков:
сглаженные пикселы по краям объектов, частично прозрачные элементы (на-
пример, стекло) и края после размытия движения. Все эти пикселы станут
темнее, чем они должны быть, из-за чего вокруг объекта появится некрасивая
темная бахрома. Наша задача - узнать, предусмотрен ли в конкретной опера-
ции наложения «выключатель» настройки плотности переднего плана, чтобы
можно было выключать ее для CGI-изображений и включать для нормальных
снимков на цветном экране.
Есть очень простой тест, с помощью которого можно убедиться в правильности
настройки операции наложения для CGI-изображений. Наложите CGI-элемент
на черный фон, а затем сравните результат с исходным изображением. Если
все сделано правильно, изображения не будут ничем отличаться. Если же име-
ло место повторное умножение слоя переднего плана, вы увидите, что на вер-
сии с наложением у объекта более темные края.
При попытке наложения обычного CGI-элемента на фоновое изображение вы
столкнетесь с проблемой. Как уже было сказано, CGI-изображение предвари-
тельно умножено на свой альфа-канал. Если вы попробуете сделать окружаю-
щий черный участок прозрачным через загрузку альфа-канала в качестве выде-
ления или через копирование альфа-канала в Layer Mask, Photoshop умножит
CGI на альфа-канал еще раз. Это приведет к затемнению краев и полупрозрач-
ных участков, что заметно испортит внешний вид композиции, которая в этом
случае будет отличаться от созданной в обычной программе. Однако существу-
ет способ перехитрить Photoshop, создав композицию «вручную».
5.5.2. ОПЕРАЦИЯ ОБРАТНОГО УМНОЖЕНИЯ (UNPREMULTIPLIED OPERATION)
Предварительно умноженная (premultiplied) форма CGI-изображений может
вызвать ряд особых проблем, если попытаться применить к ней цветокор-
рекцию. Взаимодействие коррекции цвета с полупрозрачными пикселами
нарушает соотношение между значениями RGB пиксела и соответствующего
142
Часть! • Как создать хорошую композицию
ему альфа-пиксела, что приводит к цветовым аномалиям. При возникнове-
нии подобной проблемы CGI-изображение должно быть подвергнуто опера-
ции «обратного умножения» (unpremultiplied) до коррекции цвета. Однако
сама операция «обратного умножения» иногда приводит к появлению новых
проблем. Прежде чем начать разговор о ней, рассмотрим сначала проблемы,
возникающие при работе с исходным предварительно умноженным CGI-
изображением. Поскольку вам необходимо решить, с какой версией рабо-
тать - предварительно умноженной или обратно умноженной, - к концу дан-
ного раздела вы уже будете в курсе всех их недостатков.
Проблема черных альфа-пикселов. Если в альфа-канале CGI-элемента
присутствуют нулевые черные пикселы, это обычно означает, что данная
часть конечной композиции предположительно будет фоном, поэтому значе-
ния RGB-пикселов на этом участке соответственно также подразумеваются
нулевыми черными. Некоторые операции цветокоррекции могут поднять эти
черные RGB-пикселы чуть выше нулевой отметки, из-за чего они приобретут
некоторый оттенок цвета, хотя должны быть на 100% черными. Обычно это
не представляет особой проблемы, поскольку таким «окрашенным» черным
пикселам будет возвращен 100% черный цвет во время операции наложения.
Однако, как показано в разделе 5.5.1 «Предварительно умноженные CGI-
изображения», для таких изображений операция умножения переднего плана
должна быть выключена. Это означает, что все «окрашенные» черные пикселы
CGI-слоя не станут вновь черными, и при сложении с фоновым слоем будут
его обесцвечивать. Поскольку мы не можем включить операцию умножения
переднего плана, способную их убрать, для того чтобы не было двукратного
умножения CGI на альфа-канал (это привело бы к крайне нежелательным
результатам), необходимо предпринять какое-то действие, которое смогло бы
предотвратить появление таких пикселов на переднем плане.
~~ ~
У этой проблемы есть два решения. Одно состоит в использовании только таких
скЯНВу операций цветокоррекции, которые не воздействуют на 100% черные участки
CGI-изображения, например, операции настройки плотности RGB (RGB scaling
operation). Другой возможностью является использование самого альфа-канала
в качестве маски для защиты нулевых черных пикселов. Этот прием довольно
часто работает, но все зависит от содержания картинки. Но он оставляет нере-
шенной вторую проблему: частично прозрачные альфа-пикселы.
Проблема частично прозрачных альфа-пикселов. При наложении CGI
на реальный снимок (или на другое CGI-изображение) всегда требуется неко-
торая коррекция цвета. Но тут возникает маленькая сложность с частично
прозрачными пикселами альфа-канала, которая может вывести из-под кон-
троля всю операцию цветокоррекции и привести к появлению дефектов.
В чем же она заключается?
Глава 5 • Создание композиции
143
В CGI-слое значения пикселов альфа-канала делятся на три категории:
100% белые (значение 1), 100% черные (значение 0) и частично прозрачные
(полупрозрачные) со значениями из промежутка от 0 до 1 (например, 0,5).
Сейчас мы рассматриваем только пикселы из последней категории. Две воз-
можные области их нахождения - это сглаженные пикселы по краям плотных
объектов и полупрозрачные элементы, такие как стекло или пластик.
Давайте проследим за ходом процесса в CGI-слое, начиная с рис. 5.34, где
показан край некоего CGI-объекта, который в данном примере будет играть
роль обратно умноженного (unpremultiplied) изображения. Это неуклюжее
название говорит о том, что оно еще не было умножено на альфа-канал. По-
скольку мы анализируем ситуацию внутри процесса, изображение пока не
сохранено на диске. Обратите внимание на «зазубрины» (ступеньки), а также
на то, что пикселы кромки имеют тот же цвет, что и внутренняя часть объек-
та. На рис. 5.35 показан соответствующий CGI-объекту альфа-канал с частич-
но прозрачными сглаженными пикселами вдоль кромки. В процессе обработ-
ки CGI-слоя обратно умноженное изображение умножается на альфа-канал, в
результате чего получается предварительно умноженный (premultiplied) ва-
риант (рис. 5.36). Именно он используется для создания композиции. Мы
могли бы назвать его передним планом с настроенной плотностью (scaled
foreground).
Рис. 5.34 • Обратно Рис. 5.35 • Альфа-канал Рис. 5.36 • Предвари-
умноженное изображение тельно умноженное
изображение
Теперь мы берем предварительно умноженное изображение (рис. 5.36),
накладываем его на серый фон и получаем отличную композицию (рис. 5.37).
Пока все нормально. А сейчас применим к CGI-элементу операцию цвето-
коррекции (совсем немного) непосредственно перед наложением и что же мы
увидим? Неожиданно появилась отвратительная кромка, хорошо заметная на
рис. 5.38. Все, что мы сделали - произвели коррекцию цвета CGI-элемента в
цветовом пространстве HSV, понизив значение V всего лишь на 0,2, чтобы
слегка затемнить картинку. Когда CGI-изображение подвергается обратному
144
Часть I • Как создать хорошую композицию
умножению до операции цветокоррекции, подобные дефекты в конечной
композиции не появляются (рис. 5.39).
Причина появления дефектов на рис. 5.38 состоит в нарушении операци-
ей коррекции цвета очень чувствительного соотношения между значениями
RGB пикселов изображения и значениями полупрозрачных пикселов альфа-
канала. Вспомните, эти RGB-пикселы были изменены в процессе предвари-
тельного умножения (рис. 5.36) и поэтому их цвет немного отличается от
цвета их собратьев в однородной части объекта. Итак, главный вывод таков:
прежде чем производить цветокоррекцию CGI-объекта, необходимо отме-
нить операцию предварительного умножения и вернуть изображение в его
исходное, «неумноженное», состояние, как на рис. 5.34.
Рис. 5.37 • Композиция Рис. 5.38 • Цветокоррек- Рис. 5.39 • Цветокоррек-
с предварительно ция предварительно ция обратно
умноженным умноженного умноженного
изображением изображения изображения
Как выполнить операцию обратного умножения. Решить описанные
выше проблемы черных и полупрозрачных пикселов можно при помощи об-
ратного умножения CGI-изображения. Делается оно очень просто. Нужно
всего лишь разделить предварительно умноженное изображение на его аль-
фа-канал, и вы получите изображение в его первоначальном состоянии. Си-
туация очень проста: предварительно умноженное изображение был получе-
но путем умножения на альфа-канал, значит, деление на тот же самый альфа-
канал вернет все на круги своя и мы получим исходное изображение. После
того, как изображение разделено на альфа-канал, к нему можно применить
операцию коррекции цвета. Затем оно вновь умножается, чтобы его можно
было использовать в композиции.
На рис. 5.40 показана блок-схема нового рабочего процесса, где операция
обратного умножения изображена в виде узла с соответствующей надписью.
Теперь возникает вопрос: когда лучше всего умножать RGB-изображение на
альфа-канал снова? Поскольку CGI-элемент теперь не является предвари-
тельно умноженным, его можно вводить непосредственно в узел наложения
[comp] с включенной операцией настройки плотности (scaling) переднего
145
Глава 5 • Создание композиции
плана, как при любом нормальном наложении. Вот краткое изложение пра-
вил наложения CGI-изображений:
1. Перед коррекцией цвета (если она необходима) выполняется обратное
умножение [unpremultiply].
2. Для обратно умноженного CGI настройка плотности переднего плана
при наложении ВКЛЮЧАЕТСЯ [FG mult ON].
3. Для предварительно умноженного (premultiplied) CGI настройка плот-
ности переднего плана при наложении (foreground scale) ВЫКЛЮЧАЕТСЯ
[FG mult OFF].
Рекомендуется использовать относительно небольшое количество цветокор-
рекции, тогда возникающие дефекты будут незначительными, и все хитрости с
применением обратного умножения просто не понадобятся.
Рис. 5.40 • Блок-схема наложения обратно
умноженного CGI-элемента
Вся эта суета с предварительным и обратным умножением может стать осо-
бенно неприятной в случае работы с высококачественными CGI-операциями,
где каждый объект содержит от 6 до 10 слоев (или даже больше!), которые
требуется скомбинировать. В результате для успешного наложения в большин-
стве случаев потребуется обратное умножение CGI-изображений. Это действи-
тельно очень эффективный метод борьбы со «ступеньками» на CGI-элементах.
В связи с тем, что в Photoshop нет операции деления, вы не сможете выполнить
только что описанную операцию обратного умножения. Но если есть возмож-
ность получить обратно умноженные CGI-слои, их можно непосредственно
использовать самым обычным способом в операции наложения без необхо-
димости выполнять обратное умножение.
5.5.3. СРЕЗАНИЕ БЛИКОВ ПРИ ОБРАТНОМ УМНОЖЕНИИ
(UNPREMULTIPLY HIGHLIGHT CLIPPING)
А сейчас - обещанный мной ужасный дефект. В определенных ситуациях
операция обратного умножения может вызвать обрезание значений RGB на
участках отраженных бликов. Это происходит в тех случаях, когда любое из
трех RGB-значений пиксела больше, чем значение соответствующего ему аль-
146
Часть! • Как создать хорошую композицию
фа-пиксела. К несчастью, срезание не будет заметно до наложения CGI-
элемента. Такая ситуация возникает при отражении блика от полупрозрач-
ной поверхности, например, стеклянного предмета. На рис. 5.41 изображен
полупрозрачный стеклянный шар с отраженным бликом в верхней части.
Рис. 5.41(a) представляет шар с исходным световым бликом, а рис. 5.41(6) -
шар со срезанным участком блика после наложения. Срезание привело к по-
явлению некрасивого «плоского» пятна в центре блика.
Как возникает дефект. Практически все программы обрезают любые
значения пикселов, превышающие 1. В определенных обстоятельствах опера-
ция обратного умножения, выполняемая в процессе наложения, может да-
вать пикселы со значениями больше единицы, которые будут обрезаны.
В композиции эти обрезанные пикселы проявляются в виде «плоских» пятен
на бликах. Что же при этом происходит?
Рис. 5.41 • Блики в CGI-изображениях
Непрозрачные и даже полупрозрачные поверхности в созданном CGI-
изображении имеют предварительно умноженные значения RGB-пикселов,
которые меньше или равны соответствующим значениям альфа-пикселов, но
ни в коем случае не больше. Причина проста: значения как RGB-пикселов, так
и альфа-пикселов находятся в диапазоне от 0 до 1. Когда они перемножаются
в ходе операции предварительного умножения, полученные значения RGB-
пикселов всегда будут меньше, чем те же значения для пикселов альфа-
канала, либо равны им. Например, если значение RGB-пиксела равно 0,8, а
альфа-пиксела 0,2, то значение предварительно умноженного пиксела соста-
вит 0,16 (0,8 х 0,2 = 0,16). Заметим, что это значение меньше, чем значение
пиксела альфа-канала (0,2).
При выполнении для этого пиксела операции обратного умножения его
значение делится на значение альфа-пиксела, и получается исходное значение
0,8 (0,16 : 0,2 = 0,8). Здесь никаких проблем нет. Однако если тот же самый
пиксел расположен в области отраженного блика, алгоритм преобразования
CGI увеличит значение RGB-пиксела от исходного 0,16 до 0,3 (например), но
Глава 5 • Создание композиции
147
значение альфа-пиксела останется неизменным (0,2). Теперь значение RGB-
пиксела больше значения пиксела альфа-канала (0,3 > 0,2), и в результате деле-
ния этих значений получается число больше 1 (0,3 : 0,2 = 1,5). Это уже пред-
ставляет проблему, так как программа композитинга обрезает значение 1,5 до
единицы, и вместо блика мы получаем плоское пятно. Следует иметь в виду,
что все вышесказанное относится к отдельным каналам, поэтому вполне воз-
можно, что обрезан будет, например, только красный канал, в результате чего
на данном участке появится голубой оттенок.
Как с ним бороться. Для решения проблемы срезания бликов при обрат-
ном умножении существует три главных подхода. Первый вариант, который я
настоятельно рекомендую, предусматривает выделение бликовых участков в
качестве отдельных слоев с последующим индивидуальным наложением.
Этот способ прост, легок в исполнении и работает в любых ситуациях. Кроме
того, он позволяет управлять бликовыми областями во время операции на-
ложения и может использоваться с любыми другими операциями. Но даже
если у вас есть только готовое CGI-изображение с бликами, которое уже не-
возможно переделать, чтобы выделить блики в виде отдельных слоев, еще не
все потеряно: остается две альтернативы. Первая из них состоит в переклю-
чении математического аппарата операции наложения на формат чисел с
плавающей запятой, который не обрезает значения. Проблема решена. Но не
во всех программах предусмотрен такой формат, поэтому второй альтернати-
вой является предварительная настройка CGI. Это немного более сложный
метод, в котором не обойтись без некоторого количества математики.
Итак, основная сложность с пикселами бликов заключается в том, что их
RGB-значения превышают значения альфа-пикселов. Из-за этого в результате
операции обратного умножения мы получаем пикселы со значениями больше
единицы, которые подвергаются обрезке. Чтобы справиться с этой проблемой,
нужно предварительно уменьшить RGB-значения слоя CGI таким образом,
чтобы самое большое RGB-значение стало меньше или равным своему альфа-
значению, причем сделать это необходимо до операции обратного умножения.
В этом случае никакие участки не будут обрезаны, поскольку все значения
RGB-пикселов теперь меньше или равны соответствующим альфа-значениям,
и поэтому в результате операции обратного умножения не может получиться
значение больше 1. Значения пикселов снимка с фоном необходимо уменьшить
ровно на столько же, а после выполнения наложения готовую композицию
нужно подвергнуть обратной процедуре, т.е. увеличить значения пикселов,
чтобы восстановить исходный уровень яркости. Сам альфа-канал, разумеется,
не подвергается никакой настройке. Блок-схема операции обратного умноже-
ния с предварительной настройкой изображена на рис. 5.42.
148
Часть I • Как создать хорошую композицию
Рис. 5.42. • Блок-схема операции обратного умножения
с предварительной настройкой CGI
Допустим, мы уменьшили значения каналов RGB в 2 раза (то есть умно-
жили их на 0,5), а затем провели операцию обратного умножения с после-
дующей цветокоррекцией. Фоновое изображение нужно обработать анало-
гичным образом, то есть уменьшить его значения RGB в 2 раза, после чего
выполнить наложение этих двух слоев. Поскольку слой переднего плана те-
перь не является предварительно умноженным, операция настройки передне-
го плана (scale foreground operation) должна быть включена [scale RGB]. Гото-
вая композиция затем умножается на коэффициент, обратный исходному
[unscale RGB], для восстановления первоначального уровня яркости. В дан-
ном случае это будет 2,0 (1 : 0,5 = 2,0). Конечно, для 8-битных изображений
этот «круговорот» умножений не пройдет бесследно: на них появятся полосы
(banding). И фоновый снимок, и CGI должны быть 16-битными изображе-
ниями. Операция цветокоррекции [color correct], та самая, из-за которой
приходится столько возиться с обратным умножением, как обычно, выпол-
няется после обратного умножения [unpremult] и до операции наложения
[сотр].
6 Операции смешения
(Blend operations)
Наложение - не единственный способ совмещения двух изображений. Да, он
отлично подходит для помещения цельного объекта А на поверхность цель-
ного фона В, но существует еще целый ряд визуальных, атмосферных и свето-
вых явлений, которые смотрятся гораздо лучше при использовании других
методов совмещения изображений. В этой главе рассматриваются операции
смешения (blend operations), которые есть в каждой программе композитин-
га, а также некоторые операции, присутствующие только в Adobe Photoshop.
Эта программа широко используется при создании компьютерных эффектов,
поэтому некоторые уравнения для наиболее важных режимов смешения, ха-
рактерные только для Photoshop, предлагаются в форме, позволяющей при-
менять их в любой программе композитинга.
Операции смешения изображений не используют масок, поэтому полу-
ченный результат зависит только от выбранного типа операции и коррекции
цвета, проведенной для элементов до или после смешения. Мы разберем, в
каких случаях используется операция screen (экран), весьма полезный аль-
тернативный способ смешения элементов «света», таких как лучи сигнальных
огней или рассеяние света в объективе, с фоновым изображением. Также мы
проанализируем операцию умножения, которая, будучи правильно настроен-
ной, может предоставить современному художнику компьютерной графики
другие захватывающие визуальные возможности. В случаях, когда имеются
подходящие элементы, можно также использовать операции максимума и
минимума, дающие свои преимущества.
Все операции смешения, описанные в этой главе, могут быть выполнены в про-
грамме Photoshop. Некоторые из них являются уникальными для Photoshop.
6.1. Операции смешения
в программах композитинга
Описываемые ниже операции смешения доступны практически во всех паке-
тах программ по композитингу с единственным, может быть, исключением
для операции screen. В качестве компенсации этого недостатка предлагается
точный способ настройки, позволяющий создать свою функционально экви-
валентную операцию.
150
Часть I • Как создать хорошую композиции?
6.1.1. ОПЕРАЦИЯ ЭКРАНИРУЮЩЕГО ЗАСВЕЧИВАНИЯ (SCREEN)
Операция screen - очень изящный альтернативный метод комбинирования изо-
бражений (также screen в Adobe Photoshop). Это не наложение. В этом методе не
используются маски, и результат получается совершенно другой, нежели при
наложении. Вероятно, лучше всего описать назначение операции screen можно
так: комбинирование света из одного изображения с другим фоновым снимком,
как при двойной экспозиции. В качестве примера можно привести рассеяние
света объективом (lens flare). Другие примеры: лучи энергетического оружия (лу-
чевых пушек) либо добавление отблеска вокруг горящей лампочки, костра или
взрыва. Главный критерий, говорящий о том, что нужно использовать screen,
следующий: данный элемент должен быть светоиспускающим объектом, кото-
рый не блокирует собой свет из фонового слоя. Туман не подходит на эту долж-
ность, так как он скрывает фон, препятствуя проникновению его света в камеру.
Значит, для тумана нужно использовать операцию наложения.
На рис. 6.1 показан пример рассеяния света объективом камеры. Этот рас-
сеянный свет в данном случае будет элементом для операции screen. Одним из
обязательных условий для слоя, участвующего в операции смешения, является
100% черный фон. Если в нем присутствуют пикселы, значение которых не
равно нулю, они будут загрязнять фоновое изображение в конечной картинке.
На рис. 6.2 изображен фоновый снимок, а на рис. 6.3 - результат экранирующе-
го засвечивания светового элемента на этот фон. Обратите внимание, что лучи
света смешиваются с фоновым изображением, но никоим образом не закрыва-
ют его. Темные пикселы фона позади яркого центра светового отблеска могут
оказаться закрытыми, но они просто переэкспонированы, как в случае двойной
экспозиции яркого элемента темным - яркий побеждает.
Рис. 6.1 • Линзовый эффект
Рис. 6.2 • Фоновый
снимок
Рис. 6.3 • Линзовый
эффект, на фоновом
снимке после операции
смешения screen
Рис. 6.4 иллюстрирует действие операции screen в качестве «двойной экс-
позиции». На рисунке изображен результат смешения двух одинаковых изо-
Глава 6 • Операции смешения (Blend operations)
151
бражений А и В [А&В screened], представляющих собой градиенты - перехо-
ды от черного цвета к белому. Главное, на что здесь следует обратить внима-
ние: максимальная яркость приближается к 1, но не превышает это значение.
По мере увеличения яркости исходных изображений возрастает яркость ко-
нечного изображения, но с все меньшей скоростью. Изображение становится
«насыщенным», когда яркость достигает единицы, но превысить этот предел
она не может. При смешении черного цвета с любым изображением никаких
изменений не происходит, вот почему смешиваемый операцией screen объект
должен быть изображен на 100% черном фоне.
Рис. 6.4 • Результат просеивания двух изображений
с переходом цвета (градиентов)
Настройка видимости (Adjusting appearance). «Настроить» операцию
экранирующего засвечивания для изменения полученных результатов невоз-
можно. В ней используется жестко запрограммированное уравнение, которое
можно определить как перемножение двух изображений. Если вы хотите,
чтобы исходный элемент из верхнего слоя был ярче, темнее или другого цве-
та, просто выполните соответствующую настройку цвета до операции просеи-
вания. Тут снова нужно проявить осторожность и проследить, чтобы ни одна
операция настройки цвета не затрагивала черные пикселы, окружающие све-
товой элемент, поскольку все пикселы, значения которых будут подняты вы-
ше нуля, появятся в конечном изображении.
В некоторых программах композитинга есть нода screen, а в Photoshop
есть одноименная операция. Для пользователей, не имеющих ни того, ни дру-
гого, рассмотрим способ создания операции screen при помощи узла матема-
тики каналов либо отдельных узлов. Но сначала математика. Уравнение сме-
шения screen выглядит следующим образом:
1 - ((1 - изображение А) х (1 - изображение В)).
(6.1)
152
Часть! • Как создать хорошую композицию
Простыми словами его можно озвучить так: «умножить дополнение изо-
бражения А на дополнение изображения В, затем вычислить дополнение по-
лученного результата». Дополнение числа в математике - это просто единица
минус это число. В нашем примере в роли числа выступает значение каждого
пиксела изображения, взятое в формате с плавающей запятой. Заметим еще
раз, что в операции screen нет канала маски. Два изображения просто комби-
нируются на основе уравнения. Это уравнение можно ввести в ноду матема-
тики каналов и создать собственный узел screen.
На тот случай, если у вас нет математического узла или желания его ис-
пользовать, на рис. 6.5 приведена блок-схема создания пользовательской
операции screen из простых отдельных узлов, которые есть в каждой про-
грамме. Вы, несомненно, убедитесь, что при помощи отдельных узлов опера-
ция наложения выполняется гораздо быстрее, чем при использовании мате-
матического узла. Сначала исходный элемент [screen-element] подвергается
цветокоррекции [color correct], если это необходимо, а затем оба изображе-
ния «инвертируются» [invert], В некоторых программа эта операция может
называться «негатив», в то время как в математике она известна как получе-
ние дополнения - мы использовали ее в уравнении 6.1. Далее полученные ин-
вертированные изображения перемножаются [mult], и результат опять же
инвертируется invert]. Вот и все. Этот процесс можно встроить в макрос и
сохранить в качестве пользовательского узла screen, которым вы можете даже
поделиться со своими коллегами. Если захотите, конечно.
Рис. 6.5 • Блок-схема отдельных узлов,
из которых составляется операция screen
6.1.2. УТЯЖЕЛЕННЫЙ SCREEN (WEIGHTED SCREEN)
При наложении фоновый слой оказывается закрытым, а операция screen ос-
тавляет его на виду. Однако иногда бывают ситуации, когда требуется полу-
чить «свечение» (glow), которое обеспечивается смешением, но при этом не-
сколько подавить фоновый слой. В этом случае идеально подойдет операция
утяжеленный screen. Ее суть состоит в создании маски для экранирующего
засвечивания элемента (источника света) и ее использовании для частичного
подавления фонового слоя перед операцией screen. Маску можно создать лю-
Глава 6 • Операции смешения (Blend operations)
153
бым способом. Чаще всего это яркостная версия самого объекта, либо альфа-
канал в случае CGI-изображения. Так или иначе, без маски операция утяже-
ленный screen невозможна.
Сравним результаты операций screen и утяжеленный screen, начиная с
рис. 6.6, на котором изображен исходный объект. Посмотрев на фоновые
снимки на рис. 6.7 и 6.9, вы заметите темный участок на том изображении, где
screen-объект был использован в качестве собственной маски для частичного
подавления фона путем понижения значений его пикселов. Теперь сравним
полученные результаты на рис. 6.8 и 6.10: луч на изображении с обычным
screen выглядит слишком тонким и ярким, а на изображении с применением
операции утяжеленный screen его плотность гораздо больше. Утяжеленный
screen действительно дает изображения с меньшей прозрачностью, но разни-
ца здесь не только в этом. Создание полупрозрачной композиции привело бы
к потере контраста обоих слоев.
Рис. 6.8 • Обычный screen
Рис. 6.10 • Утяжеленный screen
154
Часть! • Как создать хорошую композицию
Единственное различие двух полученных результатов в том, что в одном
случае перед смешением screen фон был частично затемнен при помощи мас-
ки, в качестве которой выступал сам screen-элемент. Увеличение непрозрач-
ности объясняется затемнением фона, из-за чего меньше его деталей просту-
пают сквозь объект, а более темным луч на готовой композиции получился в
связи с тем, что screen-элемент был помещен поверх более темной картинки.
В итоге изображение приобретает совершенно другой вид. Как было сказано
в предыдущем разделе, яркость самого элемента также можно увеличивать и
уменьшать, то есть осуществлять дальнейшую настройку внешнего вида изо-
бражения.
На рис. 6.11 показана блок-схема операции утяжеленный screen. На осно-
ве screen-элемента [screen element] создается маска [screen mask], позволяю-
щая регулировать операцию понижения плотности [scale RGB] фонового
слоя. Маску можно получить любым способом, например, просто создать яр-
костную версию screen-элемента. Затем этот элемент подвергается цветокор-
рекции [color correct], если это необходимо, и смешивается (blend) с фоновым
слоем с настроенной плотностью [screen].
Вы можете создать операцию утяжеленный screen на основе блок-схемы на
рис. 6.11. Создайте настроенный фон, как показано на рис. 6.9, в качестве от-
дельного слоя, а затем используйте его как фоновый слой для операции screen.
6.1.3. УМНОЖЕНИЕ (MULTIPLY)
Операция умножения (multiply) просто перемножает два изображения и слу-
жит еще одним примером комбинирования без использования маски (Multi-
ply в программе Photoshop). Как и screen, эта операция смешивает (blend) два
изображения чисто математически, при этом ни одно из не располагается
«поверх» другого. Умножение аналогично «проецированию» одного снимка
на другой - примерно то же самое, если бы мы вставили картинку в проектор
и навели его на какой-нибудь предмет в комнате. Конечно, при этом изобра-
жение получилось бы довольно темным. Это связано с тем, что картинка про-
ецируется не на идеально белый отражающий экран, а на более темную, плохо
Глава 6 • Операции смешения (Blend operations)
155
отражающую и, возможно, окрашенную поверхность. Операция умножения
ведет себя похожим образом.
На рис. 6.12 й 6.13 показаны два примера изображений, которые требует-
ся умножить. Картинка на керамической плитке на рис. 6.13 окружена 100%
белой кромкой, чтобы деревянные ворота в этой области остались нетрону-
тыми. При умножении все 100% белые пикселы одного слоя оставляют дру-
гой слой неизменным, поскольку такие пикселы рассматриваются как 1, а ум-
ножение на единицу приводит к исходному значению. Обратите внимание,
что результат умножения получился темнее, чем каждый из слоев, чего мы и
ожидали от «проекции» картинки на поверхность, не являющуюся 100% бе-
лой. Справиться с этой проблемой не составит никакого труда.
В том время как операция screen равномерно осветляет полученное изо-
бражение, операция multiply равномерно его затемняет. Чтобы понять, поче-
му это происходит, рассмотрим такой пример. Если умножить 0,5 на 0,5, по-
лученное значение 0,25 будет гораздо меньше. И это характерно для всех чи-
сел от 0 до 1.
Рис. 6.12 • Слой 1
ные слои
Рис. 6.13 • Слой 2
Рис. 6.14 • Перемножен-
Рис. 6.15 представляет два одинаковых градиентных изображения А и В,
умноженных друг на друга, и полученное затемненное изображение. Этот
график по существу является диагональным зеркальным отражением графика
операции screen на рис. 6.4. Мы можем даже назвать операцию screen «пере-
вернутым умножением», которое дает более яркий результат, в то время как
обычное умножение - более темный.
Настройка видимости. Как и в случае операции screen, «настроить» опе-
рацию multiply нельзя. Изображения умножаются друг на друга, и все. Одна-
ко для повышения качества можно, как и в первом случае, выполнить пред-
варительную настройку изображений. Конечное изображение, как правило,
слишком темное, поэтому исходные картинки нужно предварительно немно-
156
Часть I • Как создать хорошую композицию
го осветлить. Вместо прибавления к значениям пикселов постоянных вели-
чин можно поднять уровень черного и/или увеличить контрастность. Добав-
ление постоянных величин может привести к срезыванию ярких участков
обоих изображений.
Рис. 6.15 • Результат умножения двух градиентов
На рис. 6.16 показан результат предварительной настройки двух снимков
перед операцией умножения. По сравнению с ним вариант без коррекции
цвета на рис. 6.14 выглядит слишком темным и мрачным. Конечно, можно
провести цветокоррекцию и для готового изображения, но при работе с 8-
битным форматом лучше заранее привести внешний вид в норму при помо-
щи предварительной коррекции, а затем уже выполнять тонкую настройку
готового изображения. Это позволяет избежать чрезмерного повышения зна-
чений RGB после операции умножения, которые привели бы к появлению
полос (бэндинга) в 8-битных изображениях, в то время как 16-битные изо-
бражения от подобной проблемы застрахованы.
Рис. 6.16 • Перемноженные слои
с предварительной цветокоррекцией
Рис. 6.17 • Полупрозрачная
композиция
Глава 6 • Операции смешения (Blend operations)
157
Очень интересно сравнить операцию multiply с полупрозрачной компо-
зицией на рис. 6.17, составленной из точно таких же элементов. В компози-
ции получается скорее мягкое «усреднение» двух изображений, а при умно-
жении - их яркая и интересная смесь, где каждый слой в большей степени
сохраняет свою индивидуальность.
6.1.4. МАКСИМУМ
Еще одним методом комбинирования изображений без использования масок
является операция максимума - maximum (Lighten в Photoshop). В узел мак-
симума вводятся два исходных изображения, для которых затем сравнивают-
ся значения всех соответствующих пикселов. В конечном изображении ис-
пользуется тот пиксел, значение которого больше. Эта операция часто ис-
пользуется для комбинирования масок, но мы применим ее к двум цветным
изображениям. Вероятно, вы не раз пробовали наложить реальный элемент
огня или взрыва на фоновую картинку и сталкивались с проблемой темных
кромок на полученном изображении. Изображение огня, и это факт, - плохой
источник для собственного маскирования.
Преимущество операции максимума в том, что ей не требуется маска, а
края обычно получаются отличные. Недостаток же ее в том, что она может
успешно применяться лишь в очень специфических обстоятельствах, а имен-
но: интересующий нас объект должен быть ярким элементом на темном фоне;
но кроме того, этот темный фон еще должен быть темнее изображения, с ко-
торым нужно скомбинировать яркий объект. За ходом процесса можно про-
следить начиная с рис. 6.18, где изображен огненный шар.
Рис. 6.20 • Огненный
шар, скомбинированный
с темным изображением
Рис. 6.18 • Огненный шар
на темном фоне
Рис. 6.19 • Темное
изображение
для комбинирования с
огненным шаром
158
Часть! • Как создать хорошую композицию
Огненный шар изображен на темном фоне, и второй снимок на рис. 6.19
также темный. При «максимизации» двух изображений шар словно проходит
«сквозь» темный снимок в тех участках, где его пикселы ярче. Так как здесь не
используется маска, то на полученном изображении нет никаких границ, и
сохраняются даже такие тонкие детали, как свечение вокруг нижней части
шара.
С операцией максимума может возникнуть одна сложность: внутри огненного
шара могут быть темные участки, которые превратятся в «дыры», через кото-
рые будет проступать фоновое изображение. Для решения этой проблемы из
огненного шара можно создать яркостную маску, а затем немного сжать ее,
чтобы она хорошо умещалась внутри краев шара. Затем нужно наложить ис-
ходный шар поверх максимизированного изображения (рис. 6.20), чтобы за-
полнить его внутреннюю часть. Похожий прием применяется в технике мягко-
го/жесткого наложения, описанной в главе 5. На полученном изображении у
объекта будут отличные края, обеспеченные операцией максимума, и цельная
внутренняя часть благодаря операции наложения.
Эта операция подходит для случаев, когда яркий элемент участвует в ре-
альном движении, и вы не можете контролировать его внешний вид. Если это
CGI-изображение или нарисованный элемент, контроль полностью в ваших
руках: вы можете поместить этот элемент на 100% черный фон и выполнить
операцию screen либо создать маску и применить наложение. В случае реаль-
ного элемента приходится работать с тем, что есть. Помимо огня и взрывов,
операция максимума может оказаться полезной для работы со снятыми ис-
точниками света, лучами или даже линзовыми эффектами - любыми яркими
реальными элементами на темном фоне.
6.1.5. МИНИМУМ
Операция минимума, как вы уже догадались, - это операция, обратная опе-
рации максимума (Darken в Photoshop). Из двух введенных изображений она
выбирает наиболее темные пикселы, и из них строит конечное изображение.
Звучит, может быть, не особо впечатляюще, однако эта очередная «безмасоч-
ная» техника иногда может быть весьма полезна. В операции минимума под-
разумевается, что интересующий нас объект - темный элемент на светлом
фоне, и второе изображение также светлое. Все точно как в операции макси-
мума, но наоборот.
Возьмем для примера парапланеристов на рис. 6.21. Они довольно тем-
ные, в то время как небо довольно светлое, но в нижней части картинки при-
сутствуют темные участки. Для решения этой маленькой проблемы использу-
ем «мусорную» маску, окруженную белой областью (рис. 6.22). В операции
минимума эта белая область рассматривается как «нулевой» элемент, кото-
Глава 6 • Операции смешения (Blend operations)
159
рый не проступает сквозь фоновое изображение. Затем эта версия, обрабо-
танная «мусорной» маской, «минимизируется» с фоновым снимком и получа-
ется очень красивая композиция (рис. 6.23).
Рис. 6.21 • Исходный снимок
с парапланеристами
Рис. 6.22 • Исходный снимок,
обработанный «мусорной» маской
Рис. 6.23 • Парапланеристы на фоновом снимке после минимизации
Естественно, операция минимума подвержена всем тем ограничениям,
что и операция максимума. То есть ее можно использовать только для кон-
кретного типа элементов; кроме того, для заполнения внутренней части вам
может понадобиться создать маску, а для очистки окружающей объект облас-
ти - «мусорную» маску. Однако в тех случаях, когда этот метод работает, он
может оказаться довольно изысканным решением грубой проблемы.
6.2. Методы смешения в Adobe Photoshop
(Photoshop blending modes)
Во многих студиях по созданию компьютерных эффектов есть определенный
тип художника-постановщика, который постоянно использует ^Photoshop для
подготовки пробных композиций в нескольких вариантах, которые предлага-
160
Часть! • Как создать хорошую композицию
ются заказчику для отбора и утверждения. При помощи Photoshop можно даже
создавать элементы, которые будут использоваться в снимке, вплоть до рисо-
вания масок, представляющих собой его основу. Окончательный утвержден-
ный вариант пробного изображения Photoshop вы получаете в качестве образ-
ца для сравнения. Конечно, для добавления дыма, снега, облаков и световых
эффектов художник Photoshop использовал некоторые искусные и тонкие ре-
жимы смешения, совсем не подумав о том, что в вашем пакете программ по-
добных операций просто нет. Одни только грубые пикселы, из которых требу-
ется сделать что-то, хотя бы отдаленно напоминающее выданный образец.
А что, если в вашей программе есть операции, аналогичные методам
смешения в Photoshop? В большинстве случаев это вам поможет. В этом раз-
деле рассматриваются принципы работы нескольких наиболее важных мето-
дов смешения в Photoshop, а также способы дублирования этих методов в
других программах композитинга. Photoshop 7 имеет 22 метода смешения, но
мы остановимся только на семи самых полезных (настоящий художник нико-
гда не стал бы пользоваться методом «Pin Light»). Хорошая новость: четыре
из этих семи методов очень простые. Плохая новость: соответственно, ос-
тальные три довольно сложные. Они требуют ввода уравнения в математиче-
ский узел, поддерживающий два входных изображения. Бесполезно пытаться
построить эти более сложные операции смешения из отдельных узлов, как
мы делали для умножения и просеивания, так как из этого получится только
перепутанная куча узлов и обрезанные данные. Лучше собраться с духом и
понять математические основы методов.
6.2.1. ПРОСТЫЕ МЕТОДЫ СМЕШЕНИЯ
Вот первые четыре простых метода. Обратите внимание, все они являются
«симметричными», то есть можно поменять местами два входных изображе-
ния, и результат от этого не изменится. Все эти четыре операции уже были
описаны ранее с точки зрения программы композитинга, но ниже перечисле-
ны еще раз, чтобы для удобства собрать вместе все операции Photoshop.
® Screen - та самая операция экранирующего засвечивания, которая была
рассмотрена в разделе 6.1.1. Как ни странно, в программе Photoshop для
нее используется такое же название.
® Multiply - то же самое умножение, что мы рассматривали в разделе 6.1.3.
® Lighten (Осветление) - это просто наша операция максимума под другим
названием. Она описана в разделе 6.1.4.
® Darken (Затемнение) - другая наша операция с другим названием, опера-
ция минимума, рассмотренная нами в разделе 6.1.5.
Глава 6 • Операции смешения (Blend operations)
161
6.2.2. СЛОЖНЫЕ МЕТОДЫ СМЕШЕНИЯ
Здесь мы рассмотрим три сложных метода смешения в программе Photoshop.
Два смешиваемых слоя называются BLEND (слой примеси) и BASE (основной
слой). На рис. 6.24 показана палитра слоев Photoshop, на которой перечислены
указанные слои (сверху слой примеси, снизу основной). Заметьте, что эти опе-
рации уже не являются симметричными. Это значит, что если поменять места-
ми основной слой и слой примеси, конечное изображение получится совсем
другим. Ни в коем случае не следует забывать об этом важном факте.
Рис. 6.24 • Палитра слоев в Adobe Photoshop
с основным слоем и слоем примеси
Придерживаясь принятой нами традиционной номенклатуры компози-
тинга, где мы рассматривали наложение изображения А на изображение В,
назовем слой примеси «А», а основной слой - «В», как показано на рис. 6.24.
Это очень легко запомнить, поскольку на палитре Photoshop слой примеси
(А) расположен «над» основным слоем (В). Если, например, нужно сказать
«вычислить дополнение основного слоя (В), а затем умножить его на слой
примеси (А)», мы можем записать это в виде уравнения:
(1-В)хА
Но эти общие уравнения изображений необходимо преобразовать в осо-
бые уравнения каналов для математического узла программы. Этот узел рабо-
тает не с изображениями А и В, а с цветовыми каналами входных изображе-
ний 1 и 2. Пусть для математического узла А - это входное изображение 1, а В
- входное изображение 2, тогда уравнение изображения (1 - В) х А можно
ввести в воображаемый математический узел в виде трех уравнений каналов.
Выглядеть это будет примерно так:
Выходной канал R: (1 - r2) х rl
Выходной канал G: (1 - g2) х gl
Выходной канал В: (1 - Ь2) х Ь1
6- Цифровой композитииг
162
Часть I • Как создать хорошую композицию
где г2 - красный канал изображения 2 (наше изображение В), a rl - красный
канал изображения 1 (наше изображение А) и так далее. И еще один момент
относительно синтаксиса конкретных математических узлов. Если для обо-
значения умножения почти повсеместно используется символ х, а для сло-
жения - символ +, то для более сложных операций, таких как извлечение
корня или утверждения «если/то», есть некоторые различия, поэтому не пы-
тайтесь дословно копировать описанные здесь уравнения. Все они записаны
с использованием символического кода в качестве шаблона, и их необходи-
мо преобразовать в соответствии с синтаксисом конкретного узла матема-
тики.
В приводимых ниже примерах методов смешения используются основ-
ной и примесный слои, изображенные на рис. 6.25 и 6.26. Итак, начнем.
Рис. 6.25 • Слой примеси
Рис. 6.26 • Основной слой
Overlay (Оверлей) - эта операция меняет свое поведение в зависимости
от значений пикселов цвета основного (BASE,) слоя. Если значение пиксела
основного цвета меньше 0,5, выполняется операция умножения. Если оно
больше 0,5, производится переключение на операцию screen.
Рис. 6.27 • Операция overlay
Глава 6 • Операции смешения (Blend operations)
163
Если (В < 0,5) то
2 х А х В
иначе
1-2х(1-А)х(1-В)
(6.2)
Hard light (Жесткое просвечивание) - эта операция меняет свое поведе-
ние в зависимости от значений пикселов цвета слоя примеси (BLEND). Если
значение пиксела примесного цвета меньше 0,5, выполняется операция ум-
ножения. Если оно больше 0,5, включается операция screen.
Рис. 6.28 • Операция жесткого просвечивания
Если (А < 0,5) то
2 хДх в
иначе
1-2х(1-А)х(1-В)
(6.3)
Вероятно, вы заметили, что уравнение жесткого просвечивания очень по-
хоже на уравнение оверлея. Единственное отличие состоит в том, для какого
изображения значения пикселов сравниваются со значением 0,5. Фактически
это означает, что для получения операции жесткого просвечивания можно вос-
пользоваться математическим узлом overlay, просто поменяв местами входные
изображения. Но это большой секрет, никому о нем не рассказывайте.
Рис. 6.29 • Операция мягкого просвечивания
164
Часть! • Как создать хорошую композицию
Soft light (Мягкое просвечивание) - эта операция также меняет свое по-
ведение в зависимости от значений пикселов цвета слоя примеси (BASE). Ви-
зуально ее результат очень похож на результат операции оверлея, но уравне-
ние мягкого просвечивания гораздо более сложное.
Если (А < 0,5) то
2хВхД + (В2х(1-2хА))
иначе
кв.корень(В) х (2 х А-1) х2 х в х(1-А) (6.4)
Некоторые пользователи Adobe не спят ночами, пытаясь вывести это урав-
нение. Эта программа действительно не очень-то распространяется о своих
внутренних математических уравнениях, и поэтому можно сказать, что они
были изобретены заново бесчисленное количество раз очень многими умными
пользователями. Приведенное здесь уравнение Soft light дает слегка неточные
результаты для самых темных областей, но в принципе довольно точное. Опи-
сания этого и всех остальных методов смешения в Photoshop можно найти на
чудесном веб-сайте маленькой немецкой компании, занимающейся программ-
ным обеспечением, по адресу www.pegtop.net/delphi/blendmodes.
6.3. Щелевые трюки (Slot gags)
Щелевые трюки представляет собой замечательный короткий анимационный
эффект, который хорошо смотрится в различных ситуациях. Свое имя он унас-
ледовал из области классических оптических киноэффектов, которые были
изобретены еще за 100 лет до эры компьютеров. Здесь вашему вниманию пред-
лагается цифровой аналог оптического процесса. Идея заключается в следую-
щем: берутся два высококонтрастных элемента, один из них (или оба) немного
анимируются, после чего один закрывается (маскируется) другим. В нашем
случае для операции маскирования два элемента просто умножаются друг на
друга. Схема операции довольно проста и представлена на рис. 6.30.
На рис. 6.31 показаны две простые маски, после перемножения которых
получается шаблон неожиданной ромбической формы. Результатом умноже-
ния высококонтрастных масок являются только те области, в которых они
перекрываются. Поскольку область перекрывания двух масок сложной фор-
мы трудно представить заранее, результаты часто оказываются довольно не-
ожиданными, что можно успешно использовать для создания отличных эф-
фектов.
На основе этого главного принципа - маскировки одной движущейся
защиты другой - можно создать практически неограниченное число различ-
Глава 6 • Операции смешения (Blend operations)
165
ных эффектов. Вот один из наиболее распространенных примеров: создается
рисунок в виде остроконечной звезды (или вспышки от взрыва), подобный
приведенному на рис. 6.32. Если теперь две похожие маски наложить друг на
друга во время вращения одной из них (или обеих), получится очень зрелищ-
ный анимационный эффект вспышки (рис. 6.33). Или другой пример: созда-
ние неба с мерцающими (на этот раз специально) звездами при помощи
скольжения соответствующей маски с крапинками по поверхности звездного
неба (при этом они умножаются друг на друга).
Рис. 6.30 • Блок-схема имитации
щелевого трюка
Рис. 6.31 • Две маски,
умноженные друг на друга
Рис. 6.32 • Вращающаяся маска
для имитации щелевого трюка
Рис. 6.33 • Итоговый
анимационный эффект
Однако самым распространенным способом применения имитации ще-
левого трюка является создание сияющего блика, пробегающему по некоему
тексту. В качестве простого примера приведено изображение текста на
рис. 6.34. Создается маска для блика (рис. 6.35), которая затем анимируется
таким образом, чтобы она двигалась по поверхности текста. Далее маска в
свою очередь маскируется альфа-каналом текста (то есть умножается на не-
го), при этом получается маскированный блик (рис. 6.37). Затем этот маски-
рованный блик окрашивается и к нему применяется операция screen или он
накладывается на текст, в результате чего получается сияющий блик, пробе-
166
Часть! • Как создать хорошую композицию
тающий по тексту, изображенный на рис. 6.36. Это очень просто, легко осу-
ществимо, дешево и отлично смотрится!
Рис. 6.34 • Текст
Рис. 6.35 • Маска для блика
Рис. 6.37 • Маскированный блик
Рис. 6.36 • Бликованный текст
Глава 7 • Освещение
Глава 8 • Камера
Глава 9 • Движение
Часть II
В поисках
реализма
Освещение
Итак, у нас уже есть (я надеюсь) технически безупречная композиция с от-
личной маской и тщательно удаленной цветной окантовкой, и теперь настало
время выполнить коррекцию цвета этой композиции, чтобы слой переднего
плана визуально вписался в фоновый слой. Два слоя, из которых составлена
композиция, снимаются индивидуально в совершенно разных условиях ос-
вещенности, и когда они просто накладываются друг на друга, становится аб-
солютно очевидной эта разница в условиях съемки. Один из самых важных
шагов в процессе цифрового композитинга - сделать так, чтобы эти два слоя
казались расположенными в одном световом пространстве. Именно этой за-
даче и посвящена настоящая глава.
Чтобы выполнить правильную цветокоррекцию слоев композиции, та-
лантливый художник должен не только обладать чисто художественными
способностями, но и иметь четкое представление о цветовой природе света, а
также о его поведении в различных ситуациях. Эти вопросы рассматриваются
в первых двух частях данной главы.
Леонардо да Винчи был не только великим художником своего времени,
но еще и великим ученым. Высокое художественное мастерство, проявленное
им в его картинах и скульптурах, основывается на глубоком понимании фи-
зиологии человека и чувстве перспективы. Это очень ценный пример для на-
шего искусства. Для тех из вас, кто знаком с обратным квадратичным зако-
ном и спектрами поглощения рассеивающих поверхностей, это будет просто
краткое повторение. Для читателей, не имевших дела с такими вещами, это
будет ускоренный курс обучения. Здесь мной была предпринята попытка сде-
лать научную часть наиболее понятной и удобной для цифрового компози-
тинга; для этого количество математики было уменьшено до предела. В этой
главе довольно много графиков и диаграмм, и я надеюсь, что вы проявите
терпение и как следует с ними разберетесь. Они содержат большое количест-
во информации и представляют собой самый краткий и понятный способ
описания сложных явлений, а свет как раз относится к таким явлениям.
Без сомнения, описываемый здесь подход к коррекции цвета композиции
позволяет получать гораздо лучшие результаты, чем если бы вы бездумно
«гоняли» изображение по всему цветовому пространству и искали, где оно
будет выглядеть лучше. Если снимок слишком темный, значит, его нужно ос-
ветлить. Так, теперь в нем чересчур много красного цвета - нужно понизить
его уровень. Третий раздел этой главы посвящен технике, в основе которой
170
Часть II • В поисках реализма
лежат принципы и список приемов, описываемые в разделах о цвете и пове-
дении света. В этом разделе дается правильный метод соотнесения цветов
элементов композиции, который должен помочь вам добиться не только бо-
лее корректного, но также и более полного соответствия цветов в таких во-
просах как согласование света. Если нужно решить пять или шесть проблем с
освещением, насколько хорошо может выглядеть композиция, если решены
только две или три из них?
7.1. Природа цвета
В этом разделе рассказывается, как получается цвет и как он изменяется ис-
точниками света, фильтрами и поверхностями объектов. Это не просто лек-
ция по теории сложения и вычитания цвета. Скорее всего, вы неоднократно
имели удовольствие слушать такие лекции в художественной школе и уже
знаете, как получить желтый цвет из красного и зеленого. Этот раздел посвя-
щен практическим аспектам цвета реальных источников света, проникающе-
го сквозь фильтры и создающего на конкретных поверхностях те картинки, с
которыми мы работаем. Чем лучше мы поймем принципы работы цвета в ес-
тественных условиях, тем точнее сможем воспроизвести их в цифровом виде.
7.1.1. ВИДИМЫЙ СВЕТ
Наш мир состоит не только из цветов RGB. Реальный электромагнитный
спектр, отображающий состав света, представляет собой длинную непрерыв-
ную энергетическую шкалу с диапазоном длин волн от нескольких километ-
ров для радиоизлучения до длин, сравнимых с малыми долями атома для
рентгеновских лучей. Спектр видимого света, который мы можем наблюдать,
составляет лишь узкую полосу внутри этого широкого диапазона. На рис. 7.1
показаны длины волн воспринимаемого человеком диапазона, который на-
чинается с 700 нм (нанометр - одна миллионная доля метра) в красной облас-
ти и заканчивается на 400 нм в синей области. Волны длиной чуть больше 700
нм называются инфракрасными (то есть «ниже красных»), а волны немного
короче 400 нм - ультрафиолетовыми («выше фиолетовых»). На самом деле
оба эти вида волн участвуют в процессе съемки, поскольку пленка обладает
естественной чувствительностью к излучению в данных областях, поэтому
необходимо принимать меры предосторожности, чтобы не допустить их по-
падания на изображение.
Человек может видеть (воспринимать) только эту небольшую часть пол-
ного спектра, именно поэтому она и называется видимым спектром. Почему
же мы видим только в этом конкретном диапазоне? Дело в том, что наше
Глава? • Освещение
171
солнце излучает наибольшее количество энергии именно в данном диапазоне.
И зрение человека по существу эволюционировало в соответствии со специ-
фическим диапазоном испускаемого солнцем света. Видимый спектр непре-
рывен, однако человеческий глаз не обладает способностью воспринимать все
его частоты одинаково. Он просто выбирает из него три подходящих участка,
два по краям и один из середины, которые мы назвали красным, зеленым и
синим. Глаз, так же как пленка или электронно-лучевая трубка, можно на-
звать RGB-прибором. Примерная спектральная чувствительность человече-
ского глаза показана на рис. 7.2, из которого становится понятно, каким обра-
зом глаз взаимодействует с другими трехцветными системами, например ки-
но или ЭЛТ. Эти системы испускают свет в диапазоне частот, очень близком к
диапазону чувствительности глаза. Именно совместимость с нашими глазами
была основным фактором, который учитывался при их разработке.
Рис. 7.1 • Спектр видимого света
Рис. 7.2 • Спектральная чувствительность глаза
7.1.2. ЦВЕТ СВЕТА
Цвет света описывается его спектром излучения (спектром частот, испускае-
мых светом) и зависит от количества энергии, излучаемой источником света
для каждой длины волны в спектре. Рис. 7.3 изображает спектр излучения
172
Часть II • В поисках реализма
обычной лампы накаливания. Поскольку она выделяет больше энергии в диа-
пазоне от 500 нм до 700 нм (красная и зеленая области) и меньше в пределах
400 нм (синяя область), мы вправе ожидать, что ее свет будет иметь желтый
оттенок. Обратите внимание, что спектр излучения лампочки непрерывен и
продолжается за границами видимой области в обе стороны. Это обычное
явление для температурных источников света, таких как лампы накаливания,
огонь, сценическое освещение или солнце, в которых излучение света дости-
гается путем нагревания определенных элементов до такой степени, когда
они начинают светиться. Температурные источники света кажутся белыми,
так как они излучают в настолько широком диапазоне частот, что практиче-
ски все цвета представлены в равной степени, а это, как известно, и есть бе-
лый цвет. Если источник имеет желтый оттенок, значит, он просто чуть
меньше излучает в синей области.
Рис. 7.3 • Спектр излучения
света лампы накаливания
Рис. 7.4 • Спектр излучения
флуоресцентного источника света
Сравните спектры излучения для температурного (рис. 7.3) и флуорес-
центного (рис. 7.4) источников света. Флуоресцентный спектр отличается
низким уровнем излучения по всему диапазону и несколькими «пиками» в
очень узких областях длин волн. Это явление характерно для ламп дневного
света и светящихся раскаленных газов, например, паров натрия или ртути.
Цвет источника света определяется расположением и высотой этих узких
энергетических пиков. В спектре флуоресцентного источника света мы видим
только два маленьких пика в красной и оранжевой областях (650 нм), но зато
в зеленой (500 нм) и синей (450 нм) имеются два высоких пика, поэтому
можно ожидать, что свет от такого источника будет иметь зеленовато-синий
оттенок.
Температура цвета. Люди обычно не задумываются о цвете окружающе-
го их света. Он всегда воспринимается нами как белый, поскольку глаза авто-
матически компенсируют любые незначительные отклонения источников
света от белого. Однако в кинематографии и видеографии цвет окружающего
Глава? • Освещение
173
света может стать причиной появления нежелательного общего цветового
оттенка картинки, если не произвести правильную настройку, компенсирую-
щую цвет этого «не совсем белого» света. В видео эта проблема решается с
помощью процесса, называемого «баланс белого», который позволяет камере
компенсировать цвет окружающего света. В кинематографе для этого выби-
рается пленка, заранее сбалансированная с учетом цвета окружающего света.
Различные цвета «белого света» хорошо описываются их температурой, и
чтобы понять, что это такое, обратимся к научной стороне вопроса.
Термин «температура цвета» не следует понимать буквально как степень
нагретости объекта; он характеризует цвет испускаемого им света. В основе
определения этого цвета лежит принцип излучения абсолютно черного тела.
Допустим, у нас есть очень-очень черный объект, и мы начинаем его нагре-
вать. Мы уже знаем, что при нагревании объекта до определенной степени он
начинает светиться. Сначала свечение будет тускло-красным. Если поднимать
температуру дальше, объект начнет светиться ярко-оранжевым. При даль-
нейшем нагревании свечение перейдет в желтое, затем в белое и, наконец, в
голубое. Да, голубой свет горячее, чем белый. Температуру этого нагреваемо-
го абсолютно черного тела можно использовать для описания цвета излучае-
мого им света, так как при данной температуре объект всегда излучает свет
одного и того же цвета.
Итак, что же происходит при нагревании? Любое тело (не обязательно
черное), температура которого выше абсолютного нуля, испускает полный
спектр электромагнитного излучения, от очень низких радиочастот до
очень высоких, включая видимый свет, пусть и в весьма малой степени. Ес-
ли объект не является абсолютно черным телом, его спектр излучения не
будет точно соответствовать идеальной модели, но диапазон испускаемых
частот все равно останется довольно широким, как выше, так и ниже види-
мой области. При нагревании тела видимая часть спектра становится доста-
точно яркой, чтобы глаз мог ее увидеть, но большее количество этой види-
мой энергии находится в области низких частот, которые воспринимаются
нами в виде красного цвета.
По мере дальнейшего нагревания объекта излучаемый им свет становит-
ся ярче и распространяется дальше в область более коротких волн по направ-
лению к синему концу видимого спектра (см. рис. 7.1). При этом нагреваемые
объекты становятся оранжевыми, а затем желтыми. Если продолжать нагре-
вать тело, то в конце концов излучение станет казаться глазу достаточно рав-
номерным по всей видимой области. Иными словами, все цвета теперь пред-
ставлены в приблизительно равных количествах, и поэтому объект выглядит
«раскаленным добела». Увеличим температуру еще сильнее, и синяя область
174
Часть II • В поисках реализма
спектра будет выделять даже больше энергии, чем все остальные, из-за чего
свечение объекта примет синевато-белый оттенок. Итак, мы выяснили, что
для различных дисплеев, таких как мониторы, индикаторные панели, кино- и
видеопроекторы, красный цвет - самый «холодный», а синий - самый «горя-
чий». Конец лекции.
Температура цветов монитора. В некоторых современных мониторах
предусмотрена возможность пользовательской настройки температурных
параметров. Но какую температуру задавать? Это зависит от того, с какими
объектами вы работаете. Для кинокадров задается температурный параметр
5400° (5400 градусов), соответствующий температуре лампы кинопроектора.
При работе с видео используется температура 6500°. А параметр 9000° оставь-
те для обработки таблиц и текста.
В этом вопросе есть небольшая сложность: в науке и в искусстве для обо-
значения этих понятий используются диаметрально противоположные тер-
мины, как показано на рисунках с 7.5 по 7.7. Для ученого самой холодной
цветовой температуре (5400°) соответствует красноватый оттенок, но худож-
ник назовет этот оттенок «теплым», возможно, из-за чисто визуального вос-
приятия. Цвет с самой высокой температурой (9000°), имеющий синеватый
оттенок, ученый назовет горячим, в то время как художник будет настаивать
на термине «холодный». И как тут прийти к единому мнению?
Рис. 7.5 • Температура цвета @ 5400°, Рис. 7.6 • Температура цвета @ 6500°,
с точки зрения художника «теплая» нормальная
Рис. 7.7 • Температура цвета @ 9000°,
с точки зрения художника «холодная»
Глава? » Освещение
175
Температура цветов пленки. Кинопленка для съемки в помещении на-
страивается на температурные источники света в софитах, температура кото-
рых составляет примерно 3200°. Кинопленка для съемки на открытом воздухе
настраивается на прямой солнечный свет с температурой цвета порядка
5400°. Для пленки, настроенной на белый свет с температурой 3200°, источник
света с температурой 5400° окажется слишком синим. Аналогично для пленки
на 5400° источник света с температурой 3200° будет слишком желтым. Если
пленку для съемки в помещении использовать на открытом воздухе без ком-
пенсирующего фильтра, блокирующего излишний синий свет, экспониро-
ванная пленка будет выглядеть синеватой. Точно так же, при использовании
пленки для наружной съемки внутри помещения без фильтра на нее попадет
слишком много желтого света, и полученные снимки будут иметь желтый от-
тенок. Люминесцентные лампы вызывают появление на пленке зеленого от-
тенка. Получив снимки с такими цветовыми аномалиями, вы имеете полное
право показать пальцем на кинооператора и вдоволь посмеяться над его не-
умением применять фильтры.
7.1.3. ЭФФЕКТЫ ФИЛЬТРОВ
Принцип действия фильтра заключается в задерживании (поглощении) оп-
ределенных частей спектра и пропускании других. Часть спектра, которая
свободно проходит сквозь фильтр, называется «спектральным коэффициен-
том пропускания» фильтра. На рис. 7.8 изображен фильтр, задерживающий
большую часть красных и оранжевых частот и пропускающий некоторую
часть зеленых и почти все синие частоты. Такой фильтр воспринимается гла-
зом как сине-зеленый.
Рис. 7.8 • Коэффициент пропускания цветного фильтра
О фильтрах нужно знать две вещи. Первая: даже если фильтр кажется крас-
ным по причине пропускания красного света, он все равно пропускает не весь
красный свет. Фильтр на некоторую величину уменьшает количество того самого
света, который он должен пропускать. Вторая вещь: фильтры по сути являются
176
Часть II • В поисках реализма
блокировщиками света. Так, желтый фильтр блокирует синий свет. Это имеет
особое значение, когда цветные фильтры помещаются поверх оптического клина
для вычисления необходимой величины настройки каждого канала. Если при
наложении на клин желтого фильтра соответствующий цвет оказывается обре-
занным, нужно вычитать из снимка синий цвет, а не добавлять желтый.
Когда фильтр накладывается на источник света, конечный вид последне-
го определяется умножением его спектрального излучения на коэффициент
пропускания фильтра, как показано на рис. 7.9. В этом примере исходный ис-
точник света кажется желтым, поскольку преобладают красная, оранжевая и
зеленая области спектра, но фильтр блокирует подавляющее количество
красного и оранжевого света. В результате получается свет с преобладающи-
ми синей и зеленой областями, то есть голубой.
Рис. 7.9 • Взаимодействие спектрального излучения источника света
с коэффициентом пропускания фильтра
в результате изменяет цвет света
Но это не значит, что при наложении голубого фильтра на любой источ-
ник мы обязательно получим голубой свет. Ведь этот фильтр блокирует крас-
ную и оранжевую области, поэтому при его наложении на источник красного
света практически весь этот свет будет поглощен. Загвоздка в том, что мы не
можем просто взглянуть на цвет фильтра и предсказать цвет прошедшего
сквозь него света, поскольку второй важной составляющей конечного резуль-
тата является спектр испускаемого источником света.
7.1.4. ЦВЕТ ОБЪЕКТОВ
Цвет объекта определяется спектром частот, которые не поглощаются его по-
верхностью и потому успешно от нее отражаются. Другими словами, цвет по-
верхности представляет цвет того света, который ею не поглощается. Рис. 7.10
изображает «спектральную отражательную способность» (спектр отражаемо-
го света) красной поверхности, например, яблока или помидора. Частоты в
интервале от 400 до 600 нм, которые мы воспринимаем как желтый, зеленый
Глава? • Освещение
177
и синий цвета, поглощаются этой поверхностью почти полностью, и мы ви-
дим только отраженный красный свет. Однако для того чтобы поверхность
могла отражать свет с определенной частотой, прежде всего необходимо, что-
бы эта частота присутствовала в самом источнике света.
Рис. 7.10 • Спектральная отражательная
способность поверхности
На рис. 7.11 показано, что происходит при взаимодействии спектра излу-
чения источника света с отражательной способностью поверхности. Данный
источник излучает много энергии в красной и зеленой областях, в то время
как рассматриваемая поверхность хорошо отражает только зеленую часть
спектра. Конечный внешний вид данной поверхности при данном освещении
определяется спектральным графиком, полученным перемножением двух
соответствующих исходных графиков. В нашем случае это будет зеленый
цвет. В результате зеленая поверхность, освещенная желтым светом, останет-
ся зеленой. Красная часть источника света поглощается этой поверхностью и
не достигает глаза наблюдателя. Хлорофилл в растениях получает энергию от
солнечного света двух определенных, цветов, который поглощается им и за-
пускает химические реакции. Из того очевидного факта, что растения зеле-
ные, вы легко можете сделать вывод о том, из каких цветов солнечного света
хлорофилл получает свою энергию.
Рис. 7.12 иллюстрирует очень важный момент в отношении излуче-
ния/отражения. Если мы возьмем тот же самый источник света с малой ин-
тенсивностью в области 600 нм, но другую поверхность, которая отражает
только в области 600 нм, в результате мы, естественно, получим темную по-
верхность. Два спектра разойдутся, как корабли в море: источник света излу-
чает частоты, которые не отражаются поверхностью, а поверхность отражает
частоты, которые не излучаются источником. Такое несовпадение частот
очень часто встречается при освещении сцены, экспонировании пленки и ее
проявке. В таких случаях нам придется решать эту проблему во время созда-
ния композиции.
178
Часть II • В поисках реализма
Рис. 7.11 • Взаимодействие спектра излучения источника света
с отражающей способностью поверхности
определяет внешний вид этой поверхности
Рис. 7.12 • Несоответствие между спектром излучения
и спектральной отражательной способностью
Серые поверхности представляют особый частный случай отражающей
способности. По определению они отражают свет всех длин волн в равной
степени. Именно это делает их серыми. Черные поверхности - это те же се-
рые, только очень темные, поэтому они тоже отражают все длины волн рав-
номерно, просто в меньшей степени. Белые поверхности - это опять же се-
рые, но на этот раз очень яркие, и они тоже одинаково отражают все частоты.
Ценность серого цвета в том, что он предоставляет точку отсчета для баланса
цветов в середине цветового диапазона, чего не может дать ни один другой
цвет. Не обольщайтесь, что сможете просто задать равные значения RGB и
получить серый цвет. В некоторых системах отображения одинаковые кодо-
вые значения вовсе не дают нейтральный серый цвет.
7.2. Поведение света
В этой главе рассматривается реальное поведение света в различных ситуаци-
ях: как уменьшается его яркость с расстоянием, разные способы его отраже-
ния, каким образом свет от нескольких объектов смешивается и образует об-
Глава? • Освещение
179
щий окружающий свет, а также как рассеянный свет создает отблески и лучи.
Когда комбинируются два отдельно снятые слоя, они не только отличаются
по характеристикам света, но в них также отсутствуют все световые взаимо-
действия, которые имели бы место в случае их совместной съемки. Наша за-
дача как художников компьютерной графики - устранить различия в осве-
щении и искусственно создать эти недостающие взаимодействия. Однако это
будет гораздо труднее сделать, если вы ничего о них не знаете. Поэтому чет-
кое представление о поведении света позволит сделать композиции более
реалистичными, поскольку оно дает понятие о том, что нужно сделать, чтобы
совместить два несовместимых слоя и получить единое цельное световое
пространство.
7.2.1. ОБРАТНЫЙ КВАДРАТИЧНЫЙ ЗАКОН
Правило, описывающее уменьшение яркости света при увеличении расстоя-
ния до его источника, называется обратным квадратичным законом. Про-
стыми словами: если измерить количество света, падающего на поверхность,
а затем передвинуть эту поверхность, чтобы она оказалась в два раза дальше
от источника света, чем раньше, количество света, падающего теперь на по-
верхность, будет в четыре раза меньше. Рис. 7.13 объясняет, почему так про-
исходит. Участок, отмеченный буквой А, находится на расстоянии одной
единицы длины от источника и имеет определенное количество падающего
на него света. На участке В, находящемся также на расстоянии единицы от
участка А, то же самое количество света распределено по площади в четыре
раза больше, из-за чего свет становится более рассеянным и тусклым. Итак,
при переходе от А к В расстояние от источника света увеличилось вдвое, а
яркость уменьшилась в четыре раза.
Этот закон ничего не говорит о настоящей яркости любой поверхности.
Он просто описывает изменение ее яркости по мере изменения расстояния
между этой поверхностью и источником света, или разницу в яркости между
двумя объектами на различных расстояниях от источника света. Соответст-
вующее математическое уравнение выглядит следующим образом:
яркость = 1: расстояние2. (7.1)
Уравнение 7.1 говорит о том, что соотношение между расстоянием и яр-
костью носит обратный характер, то есть с увеличением расстояния яркость
уменьшается, а также о том, что зависимость еще и квадратичная, так как
свет, падающий на поверхность, распространяется в двух направлениях (X и
У). Иными словами, при удалении реальных объектов от источников света
яркость этих объектов падает гораздо быстрее, чем увеличивается расстоя-
ние. Скорость падения яркости представлена на графике на рис. 7.14. На рас-
180
Часть II • В поисках реализма
стоянии в три раза дальше от источника света яркость уменьшается в 9 раз, и
так далее.
Рис. 7.13 • Обратный
квадратичный закон
Рис. 7.14 • График падения яркости
по обратному квадратичному закону
7.2.2. ДИФФУЗНОЕ ОТРАЖЕНИЕ
Диффузное (или рассеивающее) отражение характерно для рассеивающих
поверхностей, то есть плоских матовых тусклых поверхностей, таких как зе-
леное фетровое покрытие стола для игры в бильярд. Подавляющее большин-
ство пикселов в обычном снимке получается из таких рассеивающих поверх-
ностей, поскольку именно из них состоят поверхности, которые мы считаем
«нормальными»: это одежда, мебель, деревья и земля. Когда свет падает на
рассеивающую поверхность, он «разбрызгивается» во всех направлениях, как
вода из ведра, выплеснутая на бетонную поверхность (рис. 7.15). В результате
в камеру попадает только малая часть падающего на предмет света, поэтому
рассеивающие поверхности кажутся гораздо менее яркими, чем освещающие
их источники света. Выбор экспозиции при съемке сцены фактически зави-
сит от яркости рассеивающих поверхностей, а «сверкающие пятна» (зеркаль-
ные отражения) просто оставляются как есть, из-за чего они обычно оказы-
ваются срезанными, так как выходят за пределы динамического диапазона
конкретной среды (кино или видео).
Как было сказано в разделе 7.1.4 «Цвет объектов», цвет поверхности за-
висит от того, какие частоты падающего света отражаются, а какие поглоща-
ются. Имейте в виду, что конечный цвет поверхности - это комбинация спек-
трального излучения источника света (цвет света) и отражающей способно-
сти поверхности (цвет поверхности). Зеленая поверхность, на которую падает
желтый свет (красный плюс зеленый), будет восприниматься нами как собст-
венно зеленая, а синяя поверхность, освещаемая красным светом, окажется
почти черной. Это связано с тем, что синяя поверхность поглощает весь
Глава? • Освещение
181
красный свет, а синего света источник не излучает, поэтому отражение света
поверхностью почти отсутствует, и она кажется черной.
Подробно рассматривать отражение и поглощение света различными по-
верхностями не имеет смысла, так как этот вопрос довольно сложный и нис-
колько не способствует улучшению качества компьютерных эффектов. Про-
сто знайте, что падающий свет взаимодействует с атомами и молекулами ма-
териала самыми различными способами, что приводит к самым различным
результатам. Разные частоты могут не только отражаться или поглощаться;
некоторые из них проникают внутрь материала, а затем вновь излучаются в
виде другого цвета и/или поляризуются. Во многих случаях на конечный ре-
зультат влияет также угол падения света. При скользящих углах практически
любая рассеивающая поверхность внезапно становится зеркально отражаю-
щей. Возможно, вы видели «мираж» на обычном неярком черном покрытии
асфальтовой дороги. Это небо отражается от поверхности, которая при
скользящем угле падения света становится зеркальной. Кажется, что дорогу
застелили магнитной пленкой длиной в полкилометра.
Рис. 7.15 • При диффузном отражении падающий
на поверхность свет рассеивается
Самый темный объект, который мы можем получить на практике, - это
черная диффузно-отражающая поверхность с плотностью 2%. Чтобы добить-
ся плотности 1%, потребовалось бы изготовить черную коробку, обить ее
бархатом, проделать в ней дырку и снимать через эту дырку! Самый яркий
объект, доступный на практике, - это белая диффузно-отражающая поверх-
ность с плотностью 90%. Это примерная яркость чистой белой футболки. По-
верхность с плотностью более 90% уже заставляет предметы блестеть, из-за
чего они приобретают зеркальные свойства.
182
Часть II • В поисках реализма
7.2.3. ЗЕРКАЛЬНОЕ ОТРАЖЕНИЕ
Если диффузное отражение можно сравнить с водой, разбрызгивающейся во
всех направлениях, то зеркальное отражение подобно рикошету пули от глад-
кой твердой поверхности, как показано на рис. 7.16. Эта поверхность гладкая
и блестящая, и падающие лучи света отскакивают от нее, как от зеркала, по-
этому мы фактически видим на поверхности отражение самого источника
света. Зеркальное отражение характеризуется тем, что лучи отражаются от
поверхности под тем же углом, под каким они на нее падают. Говоря техниче-
ским языком, угол падения равен углу отражения.
Рис. 7.16 • Зеркальное отражение источника света
У зеркального отражения есть ряд ключевых особенностей. Самая важная из
них - на снимке зеркальные поверхности гораздо ярче, чем обычные рассеи-
вающие поверхности, поскольку первые, по сути, являются отражениями источ-
ника света, который намного более яркий, чем те рассеивающие поверхности,
которые он освещает. Зеркальные отражения обычно настолько яркие, что под-
вергаются обрезке и становятся максимальным кодовым значением картинки.
Другая важная характеристика зеркального отражения состоит в том, что
цвет таких поверхностей определяется главным образом цветом источника
света, а не самой поверхности. Конечно, это во многом зависит от материала.
Например, медь будет придавать отражению красноватый оттенок, в то время
как хром и стекло в основном возвращают истинный цвет источника. Важно
то, что зеркальные отражения нельзя использовать для определения цвета по-
верхности, поскольку они содержат слишком большую долю цвета источника.
Вот еще одно отличие диффузного и зеркального отражений: зеркальное
отражение перемещается даже при незначительном изменении положения
источника света, угла наклона поверхности или угла зрения (положения ка-
меры). Это тоже обусловлено зеркальным характером отражения источника
Глава? • Освещение
183
света. Изменение тех же самых параметров для диффузного отражения при-
ведет лишь к легкому потемнению или осветлению, либо вообще не вызовет
никаких изменений. Поскольку при зеркальном отражении свет часто поля-
ризуется теми поверхностями, от которых он отражается, его яркость зависит
от наличия и ориентации поляризационных фильтров.
7.2.4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВЕТА
При попадании света на рассеивающую поверхность некоторая его часть по-
глощается, другая рассеивается, но куда же идет этот рассеянный свет? Он
попадает на другую поверхность, которой также частично поглощается и час-
тично рассеивается, после чего падает на следующую поверхность, и так далее
до тех пор, пока не поглотится полностью. Это многочисленное отражение
световых лучей внутри комнаты называется взаимодействием света и являет-
ся очень важной составляющей по-настоящему реалистичной композиции.
Конечный эффект этого взаимодействия таков: каждый объект сцены
становится неярким диффузно-окрашенным источником света для всех ос-
тальных объектов. Так как отраженные лучи света «присваивают» цвет по-
верхностей, от которых отражаются (разумеется, не в буквальном смысле),
возникает эффект некоторого смешения и размытия всех цветов сцены. При
этом создается очень сложное световое пространство, и при движении пер-
сонажа по сцене он в каждый момент времени фактически заново освещается
с каждого направления.
7.2.5. РАССЕЯНИЕ
Рассеяние света (scattering) - крайне важное световое явление, о котором час-
то забывают при создании композиции. Оно вызывается отскакиванием (ри-
кошетированием) лучей света от распыленных в воздухе частиц. На рис. 7.17
показано, как падающий свет сталкивается с частицами в атмосфере и рассеи-
вается во всех направлениях. Именно потому, что рассеяние происходит во
всех направлениях, такой свет виден с любой стороны, даже со стороны ис-
ходного источника света. На некоторых приведенных ниже рисунках рассея-
ние света показано упрощенно, только в направлении камеры, но мы помним,
что на самом деле свет рассеивается во всех направлениях, как на рис. 7.17.
Рассеянием света объясняются сияющие ореолы вокруг его источников,
видимые конусы света (например, от ручного фонаря) и дымчатые эффекты.
Если бы светящаяся лампочка была снята в полном вакууме, лучи света попа-
дали бы с ее поверхности прямо в камеру, как показано на рис. 7.18. В отсут-
ствие атмосферного рассеяния лампочка имела бы резкие, чистые края (если
не брать в расчет рассеяние света объективом).
Однако если в пространстве между камерой и источником света есть час-
тицы, некоторая часть света будет рассеиваться, и определенная доля этого
184
Часть II • В поисках реализма
рассеянного света попадет в камеру. Иными словами, свет из источника про-
ходит некоторую дистанцию, отскакивает от частицы и попадает в камеру
уже с другого направления (рис. 7.19). Точка, от которой отразился луч, ста-
новится мнимым источником этого светового луча, и поэтому кажется, что
он немного сдвинулся в сторону от действительного положения источника.
Теперь умножьте это явление на несколько миллиардов триллионов, и вы
получите сияющий «ореол» вокруг источника света в задымленной комнате.
Теперь посмотрим на луч фонарика, снятый со стороны. Свет проходит неко-
торое расстояние, пока не сталкивается с частицей, после чего рассеивается
во всех направлениях. Небольшая часть рассеянных лучей попадает в камеру,
как показано на рис. 7.20. Если бы не было рассеивающих частиц, свет от фо-
нарика не мог бы попасть в камеру и был бы невидим.
scattered
incoming
light
Рис. 7.17 • Рассеяние света частицами
Рис. 7.19 • Световой ореол
Поскольку обычно гораздо больше лучей попадает непосредственно в
камеру, чем рассеивается, светящийся ореол оказывается не таким ярким, как
сам источник. Но это только вопрос количества. Если сильно увеличить чис-
ло частиц (например, создать очень густой дым), рассеянных лучей получится
Глава? • Освещение
185
больше, чем прямых. В самом крайнем случае источник света практически
исчезнет в тумане, оставив только смутное свечение.
Рис. 7.20 • Световой луч
В воздухе между камерой и источником света всегда есть частицы, если
только съемка не проводится в абсолютном вакууме. Как уже было сказано,
все дело в их количестве. Если воздух очень чистый, а источник света нахо-
дится всего в нескольких футах от камеры, рассеяние будет совсем незначи-
тельным, но оно будет. Поскольку ореол образуется только в непосредствен-
ной близости от источника, в случае, когда этот источник находится позади
персонажа, ореол не будет виден. В случае линзового эффекта в объективе,
описанного в главе 6, ситуация противоположная. Рассеянный свет от объек-
тива всегда появляется поверх персонажа, независимо от того, где тот распо-
ложен по отношению к источнику света.
Чаще всего свет рассеивается частицами смога, водяного пара и пыли, со-
держащимися в атмосфере и образующими обычную «атмосферную дымку».
Эта дымка имеет большое значение, поэтому ей отведен отдельный раздел
7.3.7. Для съемки в помещении самыми распространенными рассеивающими
частицами являются частицы дыма. Эти частицы также могут придавать ис-
точнику света свой собственный цвет, поскольку они, подобно рассеивающей
поверхности, тоже избирательно поглощают одни частоты и отражают дру-
гие. Так, небо имеет голубой цвет из-за того, что атмосфера рассеивает лучи
этого цвета более эффективно, чем все остальные. В итоге с неба поступает
меньше красного и зеленого света, и оно кажется нам голубым. Если бы рас-
сеяние в атмосфере отсутствовало, свет от солнца проходил бы прямо сквозь
нее и обратно в космос, и мы бы видели черное звездное небо даже днем.
7.3. Согласование светового пространства
(Matching light space)
В этом разделе рассматриваются практические процедуры и техники, при-
званные помочь нам достичь конечной цели: сделать так, чтобы две картин-
186
Часть II • В поисках реализма
ки, снятые отдельно, будучи совмещенными в одной композиции, казались
находящимися в одном световом пространстве. Ставка здесь делается на то,
что техническое знание поведения света, полученное в предыдущих разделах,
в сочетании с качественными процедурами поднимет вашу художественную
квалификацию и позволит лучше подогнать друг к другу цвета слоев. Основ-
ная идея проста: исследовать каждый снимок и проанализировать его свето-
вое пространство, опираясь на теорию, изложенную в предыдущих разделах.
У нас уже есть умственная модель окружающего светового пространства для
снимка, теперь нужно использовать ее для предложения эффектов, которые
позволят повысить реалистичность композиции.
Используемый здесь метод состоит в логическом подходе к задаче согла-
сования цветов, когда сначала создается яркостная версия композиции для
коррекции яркости и контраста, а после этого уже рассматриваются цветовые
аспекты снимка. После установки яркости и контрастности переключимся на
цветовые аспекты кадра. Следующее за этим - направления света, его качест-
во и эффекты взаимодействия света рассматриваются как дополнительные
методы улучшения для основной процедуры цветокоррекции. Исследуются
характеристики краев, плотность и цветовые явления теней. Включен также
раздел, посвященный эффектам атмосферной дымки и методам ее дублиро-
вания. В конце этого раздела приведен список для самоконтроля, где пере-
числены важные пункты согласования цвета. Я надеюсь, он поможет вам
проанализировать качество снимка после окончания работы.
Представленный здесь материал предполагает, что в процессе наложения
выполняется согласование цвета элемента на переднем плане с цветом фона.
То есть подразумевается, что цвет фона уже настроен должным образом, и
нужно сделать так, чтобы цвет переднепланового элемента ему соответство-
вал. Это очень объемная, хотя и не глобальная, техническая задача, решить
которую могут помочь как теория, так и практические методы. В случае при-
менении съемки на зеленом экране цветокоррекция (color grading), естест-
венно, должна осуществляться после удаления зеленой окантовки и до опе-
рации наложения.
Эти же принципы применимы и для цветокоррекции секвенции, после-
довательности кадров для согласования с цветом кадров с героем. Цветокор-
рекция кадра с главным действующим лицом - задача, которая требует боль-
ших творческих усилий и направлена на достижение пресловутого «так вижу»
и «так чувствую», которого добивается режиссер. Однако после того, как эта
цель достигнута, эпохальная миссия согласования цвета всех остальных
снимков с данным становится просто отдыхом - это уже не столько художе-
ственная, сколько техническая задача.
Глава? • Освещение
187
Процесс согласования цвета двух слоев лучше всего начать с согласова-
ния их яркости и контрастности. Это позволит выровнять общую «плот-
ность» слоев. Если для этой цели используется правильная яркостная версия
изображения, то вопросы цвета при этом не затрагиваются, и их можно от-
ложить до тех пор, пока мы не будем готовы с ними работать. Проблема ока-
зывается гораздо более легкой, если решать ее по частям. Это тоже вид прин-
ципа «разделяй и властвуй».
Процесс согласования яркости и контрастности заключается в правильной
настройке трех параметров: черных участков, белых участков и промежуточ-
ных тонов. Черные и белые участки - одни из немногих факторов, которые
можно настроить «численно». Иными словами, в самой картинке часто присут-
ствуют параметры, которые можно измерить и использовать в качестве образ-
ца для правильной настройки черного и белого. А вот согласование промежу-
точных тонов и цветных участков обычно требует некоторых художественных
навыков, так как для них в картинке часто не находится никаких образцов.
В качестве рабочего примера для последующего обсуждения приведен
рис. 7.21, на котором изображена необработанная композиция с плохо согла-
сованным слоем переднего плана. На рис. 7.22 видно, как яркостная версия
снимка помогает выявить несоответствие яркости и контрастности слоев.
Слой переднего плана однозначно более «плоский», чем фон, и требует неко-
торой доработки. Повторю, что правильно сбалансированная яркостная вер-
сия рано или поздно приведет вас к отличному результату. Но если она вы-
глядит неубедительно, то цветная версия в принципе не может выглядеть
убедительно.
Рис. 7.21 • Плохо согласованная
необработанная композиция
Рис. 7.22 • Яркостная версия
необработанной композиции
188
Часть II • В поисках реализма
Баланс черного и баланс белого. Точка черного в картинке - это значе-
ние пиксела, которое имела бы черная диффузно-отражающая поверхность с
плотностью 2%, то есть настолько черная поверхность, которая отражает
только 2% падающего на нее света. Очень черная, примерно как черная бар-
хатная ткань. Если уровень черного «естественных» изображений (оцифро-
ванных реальных снимков в отличие от CGI или нарисованных компьютер-
ных масок) фактически равен нулю, это плохо по нескольким причинам. По-
скольку в естественных снимках колебания яркости весьма непредсказуемы,
вы рискуете получить на картинке обширные «срезанные» плоские черные
области. Кроме того, важно иметь небольшой запас для колебаний яркости в
случае зернистости. Для 8-битных линейных изображений наилучшее кодо-
вое значение уровня черного - порядка 10 (то есть 0,04).
Точка белого - это значение пиксела, которое имела бы белая диффузно-
отражающая поверхность с плотностью 90%. Ему должно соответствовать
значение чуть ниже 255, так как в этом случае тоже требуется наличие запаса,
но уже для «сверхбелых» элементов, яркость которых превышает 90%. Это
могут быть зеркальные блики либо реальные источники света, например,
солнце, фонари или огонь. Размер необходимого запаса определяется инди-
видуально для каждой ситуации и зависит от того, насколько такие «сверхбе-
лые» элементы визуально отличаются от уровня белого.
Рис. 7.23 изображает черно-белую версию снимка с отмеченными точка-
ми черного и точками белого как для слоя переднего плана, так и для фона.
Суть метода состоит в настройке черных участков переднего плана до уровня,
соответствующего черным участкам фона. Обычно .для этого просто измеря-
ют черные значения фона, а затем настраивают соответствующим образом
значения переднего плана. Другими словами, уровни черного часто можно
настроить простым численным способом.
Уровни белого для двух слоев настраиваются аналогично. Найдите белый
эталонный участок в слое переднего плана и соответствующий ему участок в
фоновом слое (рис. 7.23), после чего присвойте белому участку на переднем
плане значение белого для фона. При выборе эталонных белых участков не
следует принимать за точку белого зеркальные блики (specular highlights), по-
скольку наша задача - согласовать яркость обычных рассеивающих поверх-
ностей, а зеркальные блики гораздо ярче их и поэтому являются плохими
эталонами.
Простая настройка яркости и контрастности для согласования черных и белых
участков может быть проблематичной, поскольку эти два параметра настройки
взаимодействуют и мешают друг другу. Если вы уже согласовали чернью цвета
с помощью настройки яркости, и теперь хотите согласовать белые при помощи
контрастности, настройка черных при этом собьется. Этих неудобных взаимо-
Глава? • Освещение
189
действий можно избежать, воспользовавшись цветовой кривой, которая по-
зволяет отрегулировать и черные, и белые участки одной операцией. Для этого
с помощью инструмента пробы пикселов находятся значения уровней черного
и белого для фона и переднего плана, а затем эти значения одновременно ре-
гулируются посредством цветовой кривой. Предположим, в результате пробы
пикселов найдены значения, представленные в табл. 7.1.
Рис. 7.23 • Яркостная версия
необработанной композиции
с отмеченными точками черного
и точками белого
Рис. 7.24 • Конечная яркостная версия
после коррекции
точек черного
и точек белого
ТАБЛИЦА 7.1 • Значения уровней черного и белого
Передний план Фон
Уровень черного 0,15 0,08
Уровень белого 0,83 0,94
Необходимо понизить значение черного для переднего плана, равное
0,15, до значения 0,08, отвечающего фону, и аналогично повысить значение
белого 0,83 до необходимого 0,94.
На рис. 7.25 показана цветовая кривая, на которой черные и белые значе-
ния исправлены в соответствии с найденными значениями из табл. 7.1. Зна-
чения для переднего плана отложены на оси «входного изображения», а целе-
вые значения фона - на оси «выходного изображения». Если все еще требует-
ся более тонкая ручная настройка, можно выполнить ее для черных и белых
участков индивидуально, чтобы они не влияли друг на друга. На рис. 7.24
изображена яркостная версия композиции с настроенными уровнями черно-
го и белого для слоя переднего плана, который теперь гораздо лучше визу-
190
Часть II • В поисках реализма
ально сочетается с фоновым слоем. Научившись использовать цветовую кри-
вую для коррекции яркостной версии, мы можем применить ее и для цвет-
ной.
Рис. 7.25 • Настройка уровней черного
и белого при помощи цветовой кривой
Увеличение контрастности при помощи S-образной кривой. Так как в
приведенном примере мы увеличиваем контрастность изображения, давайте
прервемся на минутку и обсудим этот вопрос. Проблема увеличения кон-
трастности при помощи простой цветовой кривой, показанной на рис. 7.25,
или стандартного узла контрастности состоит в возможности обрезки чер-
ных и белых значений. Более элегантным способом повышения контрастно-
сти любого изображения является S-образная кривая, показанная на рис.
7.26. Контрастность снимка увеличивается на длинном центральном участ-
ке, но черные и белые значения не обрезаются; вместо этого закругленные
концевые участки мягко прижимают их к верхнему и нижнему пределам,
образуя своеобразные «плечо» и «подошву» кривой. При уменьшении кон-
трастности изображения риск обрезки значений не возникает, как это могло
бы происходить при работе с обычной линейной цветовой кривой или ноды
контрастности.
На приведенных ниже рисунках, начиная с рис. 7.27 (исходное изображе-
ние), показан пример довольно грубой обрезки значений при увеличении
контрастности. Рис. 7.28 представляет результат применения стандартного
узла настройки контрастности, приведший к заметному обрезанию. В области
волос и на плечах несколько срезаны белые значения, а на фоновой листве -
черные. Сравните это изображение с изображением на рис. 7.29, контраст-
ность которого была настроена при помощи S-образной кривой. На этом
Глава? • Освещение
191
снимке яркие участки в области волос не срезаны, а кусты на заднем плане
сохраняют гораздо большее количество деталей.
Рис. 7.26 • Увеличение контрастности с помощью S-образной кривой
Рис. 7.27 • Исходное изображение Рис. 7.28 • Линейная кривая
Рис. 7.29 • S-образная кривая
Если нет подходящих точек черного и точек белого. Что делать, если на
переднем плане и фоне вашего снимка нет подходящих мест для установки
точек черного и точек белого? Найдите участок, близкий по плотности к
уровню черного и присутствующий в обоих слоях, и используйте его в этой
роли. Очень часто, проанализировав содержимое картинки, в обоих снимках
вы сможете найти похожие черные элементы, которые должны иметь одина-
ковую плотность.
192
Часть II • В поисках реализма
Допустим, например, что на фоновом изображении есть очевидную точку 1
черного (к примеру, черная машина), а на переднем плане его нет. Возможно, |
самым темным объектом в слое переднего плана является густая тень от руки |
персонажа. Отыщите на фоновом слое такую же тень и используйте ее в каче- |
стве точки черного для настройки переднего плана. Конечно, было бы очень 1
удобно, если бы в фоновом слое присутствовал тот же персонаж с тенью от I
руки - это было бы идеальное соответствие. Но за неимением персонажа I
придется искать другой вариант: может быть, подойдет тень от дерева. Так |
как мы работаем с яркостной версией снимка, небольшое различие цветов 1
этих двух теней не имеет значения. Если вы хорошо разбираетесь в поведении |
света, то без труда сможете качественно проанализировать содержание кар- |
тинки и выполнить согласование цветов. |
Белые участки представляют гораздо более сложную проблему, если на |
снимке нет точки белого с плотностью 90%, который можно было бы исполь- 1
зовать в качестве эталона. Сложность состоит в том, что установить яркость |
поверхности намного труднее, потому что она является комбинацией цвета |
этой поверхности и падающего на нее света, но ни то, ни другое мы не знаем. |
Черные же участки - это просто отсутствие света, и потому их довольно легко |
зафиксировать. Далее, если вы работаете с промежуточными тонами, на них |
будет отражаться любое изменение контрастности, вызванное настройкой 1
уровня белого. Существует один способ, подходящий для случаев, когда пе- |
редний план содержит зеркальные блики на поверхностях промежуточных I
тонов. Примем, что блик соответствует уровню белого 100%, тогда ему можно |
присвоить приблизительно максимальное кодовое значение. 1
Согласование промежуточных тонов (Matching midtones). Даже после 1
согласования точек черного и белого между передним планом и фоном в 1
промежуточных тонах может остаться несоответствие, обусловленное разной |
степенью контрастности слоев. Это особенно характерно для смешивания 1
разных сред, например, когда элемент кино выступает в роли фона, a CGI или I
видеоэлемент - в роли переднего плана, либо когда киноэлемент из снимка на !
зеленом экране накладывается на изображение из Photoshop. В любом случае 1
для повышения качества композиции промежуточные тона слоев необходимо 1
согласовать. 1
Но стандартная настройка промежуточных тонов при коррекции гаммы 1
нарушит уровни черного и белого, которые мы только что так тщательно от- |
регулировали. Дело в том, что настройка гаммы изменяет значения пикселов,
не равные точно нулю или 255, а соответствующие точки черного и белого на
вашей картинке вряд ли точны равны этим значениям. Некоторые инстру- I
менты гаммы позволяют задавать верхние и нижние пределы рабочего диапа- 5
Глава? • Освещение
193
зона, в этом случае можно задать значения пределов, равные точкам черного
и белого, и спокойно использовать узел гаммы, не опасаясь их повредить.
Существует, однако, несколько узлов гаммы, которые предлагают более тонкие
способы управления. Для изменения промежуточных тонов может быть ис-
пользована та же цветовая кривая, что применялась для настройки уровней
черного и белого, при этом данные уровни останутся нетронутыми. Это воз-
можно благодаря тому, что мы уже имеем установленные контрольные точки -
это точки черного и белого, и остается только изогнуть среднюю часть кривой
соответствующим образом, как изображено на рис. 7.30.
Такое изгибание цветовой кривой по сути, конечно, не является истин-
ной гамма-коррекцией, так как для нее создается кривая особой формы, а по-
лученная нами кривая не соответствует ей на 100%. Но это не так важно. Не-
обязательно любое несоответствие в промежуточных тонах обусловлено раз-
личиями в гамме, требующими для коррекции исключительно гамма-кривой.
Просто для настройки промежуточных тонов традиционно используется гам-
ма-коррекция, но с тем же успехом можно использовать и цветовую кривую.
Здесь действует принцип «то, что выглядит правильно, является правиль-
ным». После выполнения коррекции черных, белых и промежуточных тонов
на яркостной версии эти настройки переносятся на цветную версию. Конеч-
ный результат показан на рис. 7.31. Теперь общая плотность картинки отлич-
но согласована, однако цветовой баланс все равно серьезно нарушен - в нем
слишком много красного. Самое время приступить к собственно согласова-
нию цвета. Но прежде чем попрощаться с яркостной версией - маленький
совет.
Рис. 7.30 • Настройка промежуточных
тонов при помощи цветовой кривой
с заданными точками черного и белого
Рис. 7.31 • Снимок с исправленными
черными, белыми
и промежуточными тонами
7- Цифровой композитинг
194
Часть II • В поисках реализма
«Сброс гаммы» (Gamma slamming). Небольшое предостережение для
тех, кто работает с кинофильмами (работающие с видео могут просто при-
нять это к сведению). При просмотре снимков в проекционном зале вы, ра-
зумеется, видите позитив, а не исходный негатив. Позитивная пленка имеет
резкую S-образную кривую отклика, которая мягко прижимает черные и бе-
лые участки друг к другу. Если в переднеплановом и фоновом слоях плохо
согласованы черные участки, вы можете не заметить этого в просматривае-
мой позитивной пленке, поскольку проектор как бы «подтягивает» эти участ-
ки ближе друг к другу, однако при сканировании негатива в телекинопреоб-
разователе для создания видеоверсии эти недостатки будут видны. Телекино
«растягивает» черные участки таким образом, что даже маленькое несоответ-
ствие между двумя слоями неожиданно увеличивается до невероятных раз-
меров. «Сброс гаммы», то есть сдвиг гаммы монитора до крайних значений
вверх и вниз, «растягивает» черные и белые участки композиции, выявляя
любые несоответствия. Если вы считаете, что правильно настроили уровни
черного и белого, выполните небольшой сброс гаммы и посмотрите, не со-
хранилось ли их сближение в крайних точках.
Согласование с помощью гистограммы (Histogram matching). Гисто-
грамма - это инструмент анализа изображения, который может быть исполь-
зован для согласования яркости и контрастности двух снимков. Гистограмма
представляет собой график распределения пикселов изображения по ярко-
сти. По ней нельзя определить яркость какого-то конкретного участка кар-
тинки. Это статистическое представление, показывающее, как распределена
яркость пикселов по целому изображению (или его части - если выделена
только она). По горизонтальной оси графика откладываются текущие значе-
ния пикселов, а по вертикальной - их процент на картинке.
На рис. 7.32 приведены три примера гистограмм для изображений с нор-
мальным, темным и светлым содержанием. Здесь взяты черно-белые вариан-
ты, поскольку большинство гистограмм использует яркостную версию изо-
бражений, но есть и такие программы, которые отображают также гисто-
грамму для каждого цветового канала. Для снимка с нормальным распреде-
лением на рис. 7.32(a) в области значения 0,8 наблюдается высокий пик. Он
соответствует небу на картинке, а график свидетельствует о том, что изобра-
жение содержит много пикселов с этим значением яркости, что неудивитель-
но - ведь небо занимает большую часть картинки. Следует отметить, что бе-
лый прибой также попадает в этот интервал яркости и потому включен в тот
же самый пик. Пикселов же со значением около 0,1 на картинке немного, они
отвечают темным камням на переднем плане.
Глава? • Освещение
195
Масштаб вертикальной оси обычно не помечается процентным содержа-
нием, поскольку этот график автомасштабирующийся, а процентные соотно-
шения меняются от образца к образцу. Так, в одном снимке самый высокий
пик может соответствовать 15% пикселов, а в другом это может быть всего
3%. В некоторых гистограммах предусмотрена возможность передвигать ин-
струмент пробы по графику и считывать текущее процентное содержание
пикселов в различных местах, но это не дает никаких особо полезных сведе-
ний. Все, что нам нужно - это общее представление о распределении яркости,
которое легко увидеть в двух следующих примерах, намеренно выбранных
как крайние случаи. На рис. 7.32(6) изображен ночной снимок, где преобла-
дают темные пикселы. На снимке заснеженной церкви на рис. 7.32(b) преоб-
ладают светлые пикселы, и очень хорошо заметно отличие гистограммы этого
изображения от гистограммы темной картинки. Видно даже, что пикселы,
представляющие деревья, собраны в интервале между 0 и 0,3.
Рис. 7.32 • Примеры гистограмм
Итак, что же нам дает гистограмма? Одно из ее основных применений -
это гистограммное выравнивание (equalization). Это значит, если доступное
цветовое пространство изображения не заполнено целиком, это можно обна-
ружить с помощью гистограммы, так как она выявляет самые светлые и са-
мые темные пикселы картинки. В этом случае максимальное и минимальное
значения пикселов можно настроить так, чтобы весь доступный диапазон
196
Часть II • В поисках реализма
данных от 0 до 1 был заполнен. В качестве примера понизим контрастность
снимка с нормальным распределением (рис. 7.32(a)), подняв значения плот-
ности черных участков. Полученное изображение и его гистограмма приве-
дены на рис. 7.33.
Сразу же заметны два существенных отличия в гистограммах на рис.
7.32(a) и рис. 7.33. Во-первых, на новой гистограмме график «сжат» со смеще-
нием вправо. Это отражает смещение черных участков картинки по направ-
лению к белым. Такое сжатие привело к образованию обширной пустой об-
ласти в цветовом пространстве между 0 и 0,3, то есть изображение теперь уже
не заполняет весь доступный диапазон. Если теперь понизить значения чер-
ных пикселов обратно до нуля (или почти до нуля), то есть поднять контра-
стность, гистограмма «выровняется». По гистограмме можно следить за изо-
бражением во время настройки его контрастности, чтобы определить момент,
когда оно заполнит все цветовое пространство. Существуют даже автомати-
ческие операции гистограммного выравнивания изображений. Изображения,
импортированные из внешних источников (например, CGI-рендеринга или
планшетных сканеров), нередко оказываются сжатыми в цветовом простран-
стве и только выиграют от гистограммного выравнивания. Но помните, что
не все снимки нужно обязательно выравнивать. Некоторые из них могут быть
естественно светлыми или темными, и их следует оставить такими.
Рис. 7.33 • Снимок с пониженной контрастностью
Второе отличие гистограммы на рис. 7.33 по сравнению с исходной - это
появление острых «пиков» данных. Они возникают всякий раз при пониже-
нии разрешения изображения. Причина их появления - слияние нескольких
соседних значений пикселов в одно значение, которое превращается в высо-
кий статистический пик. Если изображение будет преобразовано в обратном
направлении, эти пики могут обернуться пробелами, так как значения пиксе-
лов окажутся «растянутыми». В любом случае такие аномалии данных гово-
рят о том, что изображение было подвергнуто цифровой обработке.
Вторым способом использования гистограммы является гистограммное
согласование (histogram matching). Можно сравнить гистограммы фона и пе-
Глава? • Освещение
197
реднего плана, в некоторых случаях они содержат важные подсказки к пра-
вильной настройке яркости и контрастности. Но это не всегда дает результат:
бывают случаи, когда фон и объект на переднем плане заведомо имеют раз-
ные динамические диапазоны, поэтому и их гистограммы не будут соответст-
вовать друг другу. Например, хорошо освещенный персонаж на переднем
плане имеет гистограмму с нормальным распределением, как на рис. 7.32(a), а
фон представляет собой темную комнату с соответствующим распределением
(рис. 7.32(6)).
Все приведенные здесь гистограммы получены из яркостных версий изо-
бражений. Мы уже обсуждали использование таких версий для настройки
базовой яркости и контрастности снимка. К сожалению, когда речь заходит
непосредственно о коррекции цвета, гистограммы мало чем могут помочь.
Во-первых, трехканальная гистограмма отображает только статистическое
распределение каждого цветового канала в отдельности, а нас интересует в
основном то, как эти цвета комбинируются друг с другом. Во-вторых, не-
большие изменения в гистограмме слишком сильно меняют цвет, поэтому
этот способ обычно чересчур грубый и потому непригоден к использованию.
7.3.2. СОГЛАСОВАНИЕ ЦВЕТОВ (COLOR MATCHING)
Итак, точки черного и точки белого, а также гамма уже настроены при помо-
щи яркостной версии снимка. Теперь пришло время разобраться собственно
с цветом. К несчастью, цвет всего изображения содержит столько различных
переменных, что эмпирический подход здесь обычно неприменим. Как пока-
зано в разделе 7.1.4 «Цвет объектов», даже один и тот же объект, освещаемый
светом различных цветов, будет выглядеть по-разному. То же можно сказать
и про разные объекты, освещаемые одинаковым светом. Это означает, что
если персонаж, к примеру, был снят при естественном освещении, а затем тот
же персонаж в той же самой одежде снят на съемочной площадке со сцениче-
ским освещением, все оттенки кожи и цвета одежды окажутся сдвинутыми по
отношению друг к другу. Картинка не приобретет более теплый или холодный
оттенок в целом; вы можете выполнить согласование оттенков кожи, но при
этом, например, исказится цвет рубашки. Таким образом, в некоторых ситуа-
циях приходится выбирать, какие элементы исправить, а какие оставить как
есть.
В отличие от изменения освещенности, использование в камере цветных
фильтров вызывает глобальные изменения цвета, которые затрагивают в рав-
ной степени всю сцену. Так, желтый фильтр может понизить уровень синего
цвета на 10%, но это будет общее понижение для всего снимка. Цвета при
этом не будут сдвинуты относительно друг друга, и простое поднятие синего
канала на 10% вернет изображению надлежащий вид.
198
ЧАСТЬ II • В ПОИСКАХ РЕАЛИЗМА
Другим источником цветового различия служит сама пленка и ее экспо-
зиция. Разные пленки имеют немного отличающиеся отклики на цвета сни-
маемой сцены, поэтому, как и в случае света различных цветов, цвета сцены
могут сдвинуться относительно друг друга. А это значит, что их невозможно
исправить при помощи глобальной цветокоррекции всего снимка. Хотя ста-
дия согласования цветов весьма непроста, есть несколько методов, облег-
чающих эту задачу.
Баланс уровня серого (Grayscale balancing). Если на снимке присутству-
ют серые элементы, это как раз та ситуация, когда для коррекции цвета мож-
но использовать эмпирический подход. Наличие на картинке истинно серых
объектов (либо таких, которые допустимо принять за серые) дает вам огром-
ное преимущество. Дело в том, что серый цвет включает свои крайние значе-
ния - черный и белый. Мы знаем, что серый цвет в равной мере отражает
красный, зеленый и синий, поэтому в отличие от всех остальных цветов он
может служить «калибровочным эталоном».
Предположим, у нас есть два различных снимка, на каждом из которых
присутствует красный объект. Мы не можем знать, чем обусловлено различие
в оттенках двух этих красных участков: свойствами поверхности, разницей в
освещении, фильтрами камеры либо пленкой. Что касается серых объектов,
нам известно, что все три канала в них должны быть равны, в противном слу-
чае можно говорить о некотором отклонении в цветовом балансе на какой-то
стадии обработки изображения. Сам источник этого отклонения не так уж
важен. Мы можем устранить его, просто выровняв все три канала. На наше
счастье, вокруг всегда хватает черных (галстуки, шляпы, другие головные
уборы), серых (костюмы, машины, здания) или белых (бумага, рубашки,
опять же машины) объектов, с которыми можно поработать.
Обычно эталоны серого (reference gray) на фоновом изображении не яв-
ляются истинно серыми с равными значениями красного, зеленого и синего
каналов. В них могут присутствовать некоторые цветовые отклонения (color
bias), подлежащие художественной цветокоррекции. Прежде всего, необхо-
димо измерить цветовое отклонение для серых участков фона, а после этого
настроить серые участки переднего плана так, чтобы они имели точно такое
же отклонение. Поскольку яркость серых областей на переднем плане отли-
чается от их яркости на фоновом снимке, цветовое отклонение (color bias)
можно назвать «универсальным корректирующим фактором», который по-
зволяет настроить любой серый участок переднего плана вне зависимости от
его яркости. Это одно из замечательных свойств серого цвета.
В табл. 7.2 представлен фоновый серый цвет, с которым нужно согласовать
серый цвет переднего плана. Процедура заключается в следующем: измеряются
Глава? • Освещение
199
значения одного или нескольких серых участков фона, вычисляется цветовое
отклонение в процентах, а затем эти проценты используются для расчета ис-
правленных значений RGB для серых участков переднего плана. Мы использу-
ем подход, при котором за основу берется зеленый канал, а процентные откло-
нения красного и синего рассчитываются по отношению к нему. Пример тако-
го расчета показан в табл. 7.2. Из фонового снимка взят образец серого цвета,
значения которого введёны в колонку «Значения RGB». Далее в следующей ко-
лонке вычислена разность в процентах между зеленым и красным, а также зе-
леным и синим каналами. Поскольку в этом примере серые тона теплые, крас-
ный канал на 5% выше, а синий канал на 10% ниже, чем зеленый. Это соотно-
шение сохраняется для всех серых участков картинки.
ТАБЛИЦА 7.2 • Согласование серого цвета переднего плана и фона
Серый цвет фона Серый цвет переднего плана
Значения RGB Отклонение в % Исходные значения RGB Исправленные значения RGB
Красный 0,575 +5% 0,650 0,735
Зеленый 0,500 — 0,700 0,700
Синий 0,450 -10% 0,710 0,630
Исходные значения RGB для серого цвета переднего плана измерены и
помещены в колонку «Исходные значения RGB». На основании величин от-
клонения красного и синего каналов вычислены их новые значения (колонка
«Исправленные значения RGB»). Обратите внимание, что значение зеленого
канала не изменилось. «Исправленные значения RGB» - это те значения, ко-
торые будет иметь серый цвет переднего плана после коррекции цвета. У но-
вого серого цвета такое же отклонение, как и у серого цвета фона, из-за чего
создается впечатление, что они расположены в одном световом пространстве,
и это впечатление распространяется на все остальные цвета.
Согласование оттенков кожи (Matching flesh tones). Еще одним удоб-
ным цветовым эталоном могут быть оттенки кожи. На фоновых снимках они
встречаются, как правило, довольно редко, но при наличии их можно успеш-
но использовать в качестве эталона для оттенков кожи на слое переднего
плана. Настройка этих оттенков - один из ключевых моментов в процедуре
согласования цветов. Зрители могут не помнить точный цвет рубашки персо-
нажа, но любое несоответствие в оттенках кожи будет замечено сразу же. На
200
Часть II • В поисках реализма
рис. 7.34 показан конечный результат согласования цветов снимка, последней
стадией которого было согласование оттенков кожи.
Рис. 7.34 • Изображение после цветокоррекции
Метод цветокоррекции «фиксация зеленого» (Constant green). При из-
менении значений RGB на заметную величину изменяется также и видимая
яркость изображения. А это значит, что нередко приходится возвращаться на
шаг назад и заново настраивать точки черного и белого и, возможно, пара-
метры гаммы. Существует, однако, способ минимизировать или даже избе-
жать каких-либо изменений яркости - это метод цветокоррекции «фиксация
зеленого». В его основе лежит тот факт, что человеческий глаз наиболее чув-
ствителен к зеленому цвету, поэтому любое изменение его значения сильно
влияет на яркость изображения, в то время как красный и синий цвета не
оказывают на нее такого значительного влияния. В яркость картинки при-
мерно 60% вклада вносит зеленый цвет, 30% - красный и всего 10% - синий.
То есть даже маленькое изменение зеленого значения повлечет за собой за-
метный сдвиг яркости, даже более заметный, чем при сильном изменении
синего.
Итак, идея метода «фиксации зеленого» заключается в том, что зеленый
канал остается в первоначальном состоянии, а все изменения производятся с
красным и синим каналами. При этом требуемое изменение цвета «преобра-
зуется» в версию «фиксированного зеленого», как показано на рис. 7.35. Если,
к примеру, нужно поднять в картинке значение желтого цвета, понижается
синее значение. Очевидно, чтобы понизить какой-то цвет, нужно просто пе-
ревернуть операцию в колонке «Настройка». Например, для понижения голу-
бого поднимается значение красного.
Глава? • Освещение
201
to increase adjust
YELLOW
Рис 7.35 • Цветокоррекция с фиксацией зеленого
Естественное освещение (Daylight). При съемке на открытом воздухе
объекты освещаются двумя источниками света, цвет которых различен и
должен учитываться при данном виде работ. Первый, самый очевидный, ис-
точник - это солнце, дающее желтый свет. Однако небо само по себе тоже ис-
пускает свет, и этот «небесный свет» имеет голубую окраску. Объект, осве-
щенный солнцем, приобретает более желтоватый оттенок, чем истинный цвет
его поверхности, а объект, находящийся в тени (освещаемый только небом,
но не солнцем) - синеватый оттенок. Элементы для переднего плана, снятые
на съемочной площадке на цветном экране, редко бывают освещены светом
таких цветов, поэтому вероятнее всего придется чуть-чуть подкорректиро-
вать цвета снимка, чтобы придать им оттенок естественного света.
В зависимости от конкретного содержания переднепланового слоя иногда
можно создать маску яркости для тех поверхностей, которые теоретически
должны быть освещены прямым солнечным светом. Если теперь инвертиро-
вать эту маску и поднять с ее помощью синий канал на «затененных» участках
переднего плана, области, освещенные солнцем, будут выглядеть более жел-
тыми; при этом не потребуется менять яркость или контрастность изображе-
ния. Этот прием может создать эффект освещенности слоя натуральным сол-
нечным или «небесным» светом.
Зеркальные блики (Specular highlights). На элементах переднего плана
часто присутствуют зеркальные блики (specular highlights), которые нужно
согласовать с бликами на фоновом снимке. Причиной появления зеркальных
бликов на слое переднего плана является свет софитов, в то время как блики
на фоновом слое обусловлены общим освещением. О согласовании освеще-
202
Часть II • В поисках реализма
ния элемента на переднем плане с фоновым снимком, для которого он пред-
назначен, нередко забывают, из-за чего возникают серьезные несоответствия.
Плюсом зеркальных бликов является их повышенная яркость, которая
позволяет легко выделить их, а затем индивидуально обработать. Фактически
такие блики представляют собой самые яркие объекты на всем снимке, если
только на нем нет истинных источников света, например, лампочки (что для
снимков на зеленом экране является редкостью). Для бликов на переднем
плане можно создать маску яркости, затем с ее помощью выделить их и на-
строить таким образом, чтобы они соответствовали зеркальным бликам на
фоновом слое.
4 Затемняя блики, следует помнить об одном важном моменте. Хотя их цвет ча-
? ще всего соответствует цвету источника света, который они отражают, иногда
блик все же сохраняет цвет поверхности. Независимо от своего внешнего вида
блики все же остаются значительно менее насыщенными, чем остальная часть
поверхности, так как яркая экспозиция несколько сближает значения RGB. При
сближении значений RGB любого цвета он становится более серым. По этой
причине затемненные блики часто кажутся слишком серыми. Поэтому будьте
готовы к тому, что в этом случае потребуется увеличить насыщенность зеркаль-
ных бликов или даже добавить в них немного цвета.
7.3.3. НАПРАВЛЕНИЕ СВЕТА (LIGHT DIRECTION)
Поскольку мы хотим создать впечатление, что слой переднего плана компо-
зиции находится в том же световом пространстве, что и фоновый слой, на-
правление падающего света (light direction) для обоих слоев, очевидно, также
должно быть одинаковым. Что интересно, эту ошибку в освещении зрители
часто не замечают, чего нельзя сказать о заказчике. Ошибки в плотности, цве-
товом балансе или качестве света глаз отмечает немедленно, и все зрители
замечают противоречие. Но чтобы заметить направление источника света,
требуется некоторый аналитический подход, и поэтому данный фактор ус-
кользает от внимания неискушенного наблюдателя, если только несоответст-
вие не является слишком очевидным.
Это одна из наиболее трудных, если не сказать неразрешимых, проблем с
освещением. Если, скажем, на фоновом снимке отчетливо видно, что свет па-
дает сверху слева, а на объекте переднего плана - сверху справа, вы никак не
сможете передвинуть тени и перенести зеркальные блики на другую сторону
объекта.
Для решения этой проблемы существует лишь несколько возможных
способов, ни один из которых нельзя назвать особенно хорошим. В редких
случаях один из слоев можно «развернуть» по горизонтали, чтобы свет падал
с противоположной стороны, но этот способ применим только для дальнего
плана. Второй подход состоит в том, чтобы попытаться убрать из какого-либо
Глава 7 • Освещение
203
слоя основные «улики», свидетельствующие о неправильном направлении
света. Например, немного обрезать фоновый снимок, чтобы удалить огром-
ную тень на земле, которая просто кричит о том, что свет падает не с той сто-
роны. Еще один способ - выбрать один из слоев и ослабить в нем наиболее
бросающиеся в глаза видимые эффекты от неправильного направления света.
Например, выделить из фона углы зданий с очень заметным освещением и
слегка понизить их яркость, чтобы сделать направление света не столь оче-
видным. Можно также выделить тени и уменьшить их плотность, чтобы они
стали не такими заметными. Иными словами, если дефекты нельзя устранить,
нужно их минимизировать.
7.3.4. КАЧЕСТВО ИСТОЧНИКОВ СВЕТА
Качество источника света - это характеристика, определяющая, является ли ис-
точник маленьким и резким либо большим и рассеянным. Два слоя, составляю-
щие композицию, могут быть не только сняты отдельно при совершенно раз-
личных условиях освещения, они даже могут быть созданы совсем разными пу-
тями: например, слой переднего плана из реального снимка на фоне CGI-
изображения, CGI-персонаж на фоне макетного снимка либо любое из вышепе-
речисленного на фоне компьютерного матового изображения. Элементы, кото-
рые создаются по совершенно различным технологиям, имеют все шансы полу-
чить значительное несоответствие в качестве света. Освещение одного из слоев
обязательно будет в некоторой степени более резким. Если эта степень достаточ-
но высока, может возникнуть необходимость провести настройку одного из сло-
ев, чтобы согласовать его с другим слоем по качеству света.
Создание более мягкого освещения (Softer lighting). Как нетрудно дога-
даться, основной подход заключается в уменьшении контрастности. Однако
при наличии нескольких маленьких источников света на предмете может
появиться больше ярких пятен, чем в случае общего рассеянного освещения.
Кроме того, блики могут быть слишком яркими по сравнению с промежуточ-
ными тонами, так что, вероятно, потребуется выделить их с помощью маски
яркости и понизить их плотность относительно промежуточных тонов, а воз-
можно, даже выделить густые тени и повысить их плотность, что и было сде-
лано для изображения на рис. 7.36. Не забывайте о том, что при затемнении
блики приобретают более серый цвет. ч
Создание более резкого освещения (Harsher lighting). Если освещение
элемента необходимо сделать более резким, прежде всего, нужно увеличить
его контрастность. При существовании опасности обрезания черных или бе-
лых участков используйте S-образную цветовую кривую, описанную выше в
разделе «Баланс черного и баланс белого». Если с помощью одной только на-
стройки контрастности не удалось достичь желаемого результата, можно вы-
204
Часть II • В поисках реализма
делить блики и тени и настроить их плотность так, чтобы она сильнее отли-
чалась от плотности промежуточных тонов (рис. 7.38). Чем больше эта раз-
ница, тем более резким получится освещение снимка.
Рис. 7.36 • Более мягкое освещение Рис. 7.37 • Исходное изображение
Рис. 7.38 • Более резкое освещение
7.3.5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВЕТА
В некоторых ситуациях, когда при комбинировании двух отличающихся сло-
ев требуется создать видимость одного светового пространства, большую
важность приобретают эффекты взаимодействия света. Это один из несколь-
ких факторов, которые «охватывают» оба слоя, создавая впечатление целост-
ности композиции. Чтобы эти эффекты стали заметными, обычно необходи-
мо близкое соседство двух поверхностей. Если персонаж в белой рубашке по-
дойдет к темной стене, его рубашка со стороны стены станет заметно более
темной. Если бы это была ярко освещенная красная стена, рубашка приобре-
ла бы красный оттенок. Конечно, эффекты взаимодействия света видны не
только на белых рубашках, просто на них они сильнее заметны. Любая диф-
фузно-отражающая поверхность в той или иной мере выявляет эти эффекты.
Их добавление, а лучше даже анимация, позволят усилить ощущение целост-
ности двух слоев картинки.
7.3.6. ТЕНИ (SHADOWS)
Тени - довольно сложные штуки. Это не просто темные кляксы на земле.
В художественной школе нам рассказывали только о том, что они состоят из
Глава 7 • Освещение
205
тени, полутени и ядра - и ничего больше. У теней есть характеристики краев,
собственный цвет и переменная внутренняя плотность. Понятно, что первым
делом нужно определить все доступные характеристики теней на фоновом
снимке и согласовать их, если таковые имеются. В противном случае могут
пригодиться следующие приемы, позволяющие создать довольно убедитель-
ные тени на основе тщательного изучения содержимого картинки и окру-
жающего света.
Характеристики краев. Характеристики краев тени определяются ком-
бинацией следующих факторов: резкости источника света, расстоянием меж-
ду краем объекта и отбрасываемой им тенью, а также расстоянием до камеры.
Большой источник или рассеянный свет приводят к появлению теней с мяг-
кими краями, а маленькие источники делают края более резкими. Но даже
резкая тень становится более размытой при удалении от отбрасывающего ее
предмета. Тень от высокого столба, изображенная на рис. 7.39, имеет более
резкие края возле его основания, которые становятся все более мягкими по
мере удаления от столба. С возрастанием расстояния между камерой и тенью
последняя будет казаться все более резкой. Если в кадре нет теней, которые
можно использовать в качестве эталона, при создании собственных вам могут
пригодиться эти общие правила, позволяющие оценить соответствующие ха-
рактеристики краев.
Рис. 7.39 • Изменение резкости тени с расстоянием
Плотность (Density). Плотность (темнота - darkness) тени определяется
количеством окружающего (ambient) света, а не источником основного света
(света, от которого образуется тень). Если при постоянстве основного света
уменьшать количество окружающего, тень будет становиться плотнее. Если
при постоянстве окружающего света увеличивать количество основного,
плотность тени меняться не будет. Однако тень все же будет казаться более
темной по сравнению с окружающими объектами просто вследствие увели-
206
Часть II • В поисках реализма
чения яркости окружающих поверхностей, хотя ее реальная плотность не из-
менится.
Из-за эффектов взаимодействия света внутренняя плотность тени нерав-
номерна. Лимитирующими факторами здесь служат ширина объекта, отбра-
сывающего тень, и его близость к поверхности, на которую эта тень отбрасы-
вается. Чем объект более широк и близок к поверхности, тем больше он бло-
кирует рассеянного света, который мог бы освещать эту поверхность. По-
смотрите на тень от автомобиля. Та ее часть, что видна снаружи, имеет одну
плотность, но если бы вы могли посмотреть на тень прямо под машиной, то
увидели бы, что ее плотность там больше. Посмотрите на место соприкосно-
вения шины с дорогой - здесь тень становится практически черной. Вот так
проявляются некоторые из важных эффектов взаимодействия света. Удиви-
тельно, многие искусственно созданные тени от автомобилей в телевизион-
ных рекламных роликах имеют одну и ту же плотность на всех участках, даже
возле колес!
На рис. 7.40 изображен отбрасывающий тень объект, расположенный
достаточно далеко от затеняемой поверхности, вследствие чего окружающий
(ambient) свет не встречает никаких преград на пути к ней по всей длине тени.
Это показано стрелками рассеянного света, которые имеют одинаковую дли-
ну на всем протяжении тени. На рис. 7.41 изображен тот же объект под тем
же источником света, но уже наклоненный таким образом, что его нижняя
часть оказалась ближе к поверхности. Тень постепенно темнеет по направле-
нию к основанию объекта, так как он блокирует все больше падающего на
поверхность рассеянного света. Это показано на рисунке стрелками, длина
которых постепенно уменьшается.
Рис. 7.40 • Тень с постоянной
плотностью
Рис. 7.41 • Тень с переменной
плотностью
Глава? • Освещение
207
На самом деле на рис. 7.40 ситуация технически чересчур упрощена.
В непосредственной близости от основания объекта плотность тени будет
больше, поскольку по мере приближения к основанию объект блокирует все
больше окружающего света, поступающего слева. Если объект тонкий, как
стержень, этот эффект практически незаметен, и им можно смело пренебречь.
Если же объект, отбрасывающий тень, расположен близко к поверхности, та-
кое пренебрежение уже недопустимо. Например, если человек стоит в трех
футах от стены, вряд ли мы увидим тень с переменной плотностью. Но если
он прислонится к стене, тень будет именно такая.
Самым крайним случаем возрастания плотности тени с приближением объекта
являются крайне важные контактные тени. На линии контакта, где соприкаса-
ются две поверхности (к примеру, ваза, стоящая на полке), окружающий свет в
значительной степени блокируется, что приводит к появлению на этой линии
очень темной тени. Это очень важный визуальный сигнал, говорящий о том, что
поверхности касаются друг друга. Если не учесть его при создании композиции,
объект на переднем плане будет выглядеть просто «приклеенным» поверх
фона.
Цвет. Если бы вы стояли на плоской поверхности в космосе вдали от
Земли, Луны и других заметных источников света, кроме Солнца, ваша тень
была бы абсолютно черной. Но это, пожалуй, единственное место, где можно
наблюдать действительно черную тень. На нашей планете у всех теней есть и
яркость, и цвет, которые являются результатом спектрального взаимодейст-
вия цветов поверхности, на которую они ложатся, и источников окружающе-
го (ambient) света. Рис. 7.42 показывает, что тень образуется основным све-
том, но своидвет и плотность наследует от рассеянного света.
Рис. 7.42 • Яркость и цвет тени обусловлены рассеянным светом
В случае тени на открытом воздухе имеется два источника света: яркое
желтое солнце и неяркое голубое небо. Небо «льет» на землю голубой рассе-
208
Часть II • В поисках реализма
янный свет, и поэтому когда что-то заслоняет желтый солнечный свет, этот
голубой свет вызывает появление у тени соответствующего оттенка. Естест-
венное дневное освещение можно представить себе в виде купола из рассеян-
ного голубого света, развернувшегося на 360°, через дырку в котором светит
желтая лампочка. Теперь представим, что прямой солнечный свет чем-то
блокируется. В этом случае свет от неба продолжает давать некоторое осве-
щение, пусть и довольно голубого цвета. Это мы и называем тенью.
Освещение внутри помещений имеет более сложную структуру, посколь-
ку здесь обычно используется больше двух источников света, в отличие от
съемок снаружи, но физические законы остаются неизменными. Тень блоки-
рует свет от основного источника, назовем его источником «А», но в помеще-
нии всегда есть более тусклый источник света «В» (обычно есть еще и «С»,
«D», «Е» и т.д.), который испускает на эту тень свой собственный окрашен-
ный свет. Другими словами, цвет тени определяется не источником света, от-
брасывающим ее, а рассеянным окружающим светом и любыми другими ис-
точниками, чей свет попадает на эту тень.
Ложные тени (Faux shadows). Самый древний способ имитации тени,
известный человечеству, - это использование маски объекта на переднем
плане для создания его же собственной тени. При помощи легкого искажения
или смещения можно даже добиться эффекта расположения тени поверх
объектов на заднем плане. Однако здесь есть некоторые ограничения, поэто-
му не следует злоупотреблять этим методом. Дело в том, что эта маска явля-
ется плоской проекцией объекта с ракурса камеры, которая его снимала. Если
сильно изменить этот ракурс, эффект будет потерян.
Например, тень на рис. 7.43 смотрится неплохо, но только до тех пор, по-
ка вы не обращаете внимания на оборки над левым плечом бюста. Судя по
углу тени, свет явно падает на объект сверху слева. Но если бы это было так
на самом деле, то тень от головы заслоняла бы тень от левой оборки бюста.
Но подобные технические детали зрителями чаще всего не замечаются, так же
как и «правильность» тени, то есть ее плотность, цвет и характеристики кра-
ев, поскольку тени обычно не привлекают к себе большого внимания и не
подвергаются тщательному анализу.
С технической точки зрения идеальное расположение источника света
для ложной тени - точно в том месте, где располагается и камера. При этом
тень от объекта будет находиться непосредственно за ним, из-за чего мы не
сможем ее увидеть. Но этот эффект выглядит не очень реалистично, и вы на-
верняка захотите немного сместить тень, при этом подразумевая, что источ-
ник света также слегка сместился относительно точки расположения камеры.
Глава 7 • Освещение
209
Но не забывайте при этом, что чем дальше от технически правильной точки
смещается мнимый источник света, тем сильнее искажается эффект.
Рис. 7.43 • Создание ложной тени с помощью маски
Вместо того чтобы пытаться применить к тени методы цветокоррекции,
создайте однородный темно-синий кадр, а затем с помощью маски тени на-
ложите его на фон. Цвет и насыщенность этой тени можно легко отрегулиро-
вать при помощи настройки цвета однородного кадра, а плотность можно
откорректировать отдельно, изменяя степень его прозрачности. Такой способ
создания тени упрощает включение сложных эффектов взаимодействия све-
та. Однородный цветной кадр может представлять собой градиент, его цвет и
плотность можно анимировать, а плотность маски тени можно увеличить в
месте ее присоединения к телу. И не забывайте о контактных тенях.
7.3.7. АТМОСФЕРНАЯ ДЫМКА
Атмосферная дымка (atmospheric haze) (глубинная дымка, воздушная пер-
спектива) - один из главных признаков большинства снимков, сделанных на
открытом воздухе, а также в задымленных помещениях. Это один из визуаль-
ных сигналов, говорящих о глубине расположения объекта в кадре, а также
об их относительном размере и взаимном расположении (перед другими объ-
ектами или позади них). Поскольку эффекты атмосферной дымки обусловли-
ваются рассеивающим эффектом частиц окружающего воздуха, в этой ситуа-
ции следует рассмотреть два различных источника света.
На рис. 7.44 изображен первый источник света - это атмосфера между каме-
рой и горой. Подобно боковому рассеянию фонарного луча на рис. 7.20, некото-
рая часть солнечного света и света неба, падающего на землю, рассеивается в
промежуточном воздухе, и определенное количество этого рассеянного света
попадает в камеру. Эффект от этого явления напоминает использование цветно-
го фильтра. Плотность этого «фильтра» является функцией расстояния до каж-
дого объекта, а его цвет определяется цветом рассеянного света.
210
Часть II • В поисках реализма
Вторым источником света является сам удаленный объект, в данном слу-
чае это гора (рис. 7.45). Какая-то часть света, отражаемого горой, сталкивает-
ся с частицами воздуха и рассеивается, прежде чем попасть в камеру. При
этом гора получается немного сглаженной, с меньшим количеством деталей,
как при операции размытия. Именно комбинация этих двух эффектов - рас-
сеяния атмосферного света и рассеяния света от объекта - создает целостный
вид атмосферной дымки.
Рис. 7.44 • Рассеянный
атмосферный свет
Рис. 7.45 • Рассеянный свет
от горы
На рисунках, приведенных ниже, показан пример последовательности
операций по созданию эффекта дымки для исходного изображения (рис.
7.46). Задача состоит в том, чтобы поместить на фоновый снимок еще один
холм и провести его цветокоррекцию, создав эффект атмосферной дымки.
Для этого берется большой холм на левой части картинки, разворачивается и
уменьшается в размере настолько, чтобы точно дополнять маленький холм
справа. На рис. 7.47 показана необработанная композиция без коррекции
цвета. Добавленный на нее холм в отсутствие дымки выглядит как торчащий
палец и не вписывается в пейзаж. Рис. 7.48 отражает результат операции цве-
токоррекции, симулирующей рассеянный «атмосферный» свет (см. рис. 7.44).
Теперь новый холм гораздо лучше сочетается со своей исходной половиной,
но он все еще содержит слишком много мелких деталей по сравнению с ней.
На рис. 7.49 выполнено мягкое размытие, приведшее к некоторой потере де-
талей словно вследствие рассеяния света от горы (см. рис. 7.45).
Этот подход имеет ряд преимуществ. Прежде всего, это возможность от-
дельной настройки цвета дымки и степени ее прозрачности. Во-вторых, в оп-
ределенных случаях «дымчатый» кадр можно создать в виде градиента, что
позволит получить результат, больше похожий на реальную атмосферную
дымку с плавно меняющейся плотностью. В-третьих, при наличии более од-
ного элемента для наложения плотность дымки можно настроить индивиду-
ально для каждого из них, настроив плотность их масок соответствующим
образом. Если на снимке изображена местность, простирающаяся вдаль на
несколько километров, можно создать градиентную маску, благодаря которой
Глава? • Освещение
211
на переднем плане появится небольшое количество атмосферной дымки, ко-
торое будет постепенно увеличиваться по мере увеличения расстояния.
Рис. 7.49 • Композиция
после размытия
Рис. 7.48 • Композиция
после коррекции цвета
Да, согласовать цвет объекта на переднем плане с цветом фона можно при
помощи простой операции цветокоррекции, однако существует и другой спо-
соб, который может оказаться даже более эффективным. Он заключается в
создании отдельного «дымчатого» кадра, имеющего цвет атмосферной дымки,
и выполнения полупрозрачного наложения этого кадра на элемент переднего
плана. Цвет «дымчатого» кадра должен соответствовать цвету неба непосред-
ственно у горизонта. При необходимости его можно впоследствии подкоррек-
тировать.
7.3.8. НЕЛИНЕЙНЫЕ ГРАДИЕНТЫ В ЦВЕТОКОРРЕКЦИИ
Градиенты часто используются в качестве маски в операции цветокоррекции.
В тех областях, где градиент достаточно темный, эффект коррекции цвета
уменьшается, там же, где он яркий, цветокоррекция также более ярко выра-
жена. Самые распространенные примеры: создание атмосферной дымки на
изображении или добавление (либо устранение) градиентного перехода цве-
тов на небе. Созданный градиент является линейным, то есть переход от свет-
лого к темному осуществляется равномерно. На графике нарезки такому гра-
диенту будет соответствовать прямая линия. Но переходные градиенты не
должны быть линейными, а использование нелинейных градиентов дает до-
полнительную степень контроля результатов. Кроме того, матушка-природа
212
Часть!! • В поисках реализма
практически не содержит ничего прямого, поэтому нелинейные градиенты
обычно выглядят более натуральными.
Для получения нелинейного градиента нужно добавить к линейному градиенту
цветовую кривую, позволяющую настраивать его «спад» (насколько быстро
происходит переход от одного крайнего значения к другому). Это в свою оче-
редь даст возможность регулировать быстроту спада в операции цветокоррек-
ции. Цветовая кривая добавляется к градиенту до того, как он вводится в узел
цветокоррекции в качестве маски. На рис. 7.50 изображена блок-схема соеди-
нения узлов. Теперь можно настроить для градиента скорость перехода от
светлого к темному с помощью цветовой кривой, при этом изменится и ско-
рость воздействия операции коррекции цвета на изображение.
Рис. 7.50 • Блок-схема создания нелинейного градиента
для операции цветокоррекции
Рис. 7.51 • Регулировка цветокоррекции
с помощью настройки скорости перехода в градиенте
На рис. 7.51 изображен ряд картинок, иллюстрирующих влияние нели-
нейного градиента [grad] на вид цветового перехода на небе. Во всех случаях
операция цветокоррекции [color correct] одна и та же, меняется только ско-
рость перехода в градиенте. Везде первая картинка - это исходное изображе-
Глава? • Освещение
213
ние, вторая - результат применения коррекции цвета с линейным градиентом
[color curve]. Внизу каждой картинки помещен маленький график, отобра-
жающий наклон градиента. Градиент на третьей картинке немного затемнен в
средней части с помощью цветовой кривой, поэтому переход цвета здесь
происходит более быстро. Градиент на четвертой картинке, наоборот, освет-
лен в средней части, из-за чего переход цветов сильно замедлен и заметен
только почти у самого горизонта.
Вы можете применить эту технику, воспользовавшись инструментом градиента.
Он позволяет не только задавать цвета градиента, но также менять положение
его центра - операция, аналогичная настройке с помощью цветовой кривой.
Кроме того, вы можете также получить нелинейный переход прозрачности, для
этого нужно добавить градиент прозрачности и передвинуть его центр на-
сколько нужно.
7.3.9. ДОБАВЛЕНИЕ СИЯНИЯ
Чтобы добавить к элементу сияние (glow), не нужно быть гением в компью-
терной графике. Просто создайте сильно размытую (blur) версию этого эле-
мента, а затем выполните операцию screen вместе с исходным изображением,
как показано на рис. 7.52-7.54. Готово! Ну, может быть, не совсем... Возмож-
но, понадобится немного увеличить или уменьшить яркость сияния - для
этого настройте плотность сияющего элемента с помощью цветовой кривой.
Возможно, вы не хотите, чтобы сияние закрывало темные части картинки -
тут опять придет на помощь цветовая кривая: используйте ее, чтобы пони-
зить плотность сияния на темных участках, при этом они будут исключены из
кадра (и никаких масок!). Если вам пришла идея просто наложить сияние,
забудьте о ней. Операция наложения используется для объектов, которые
блокируют свет фона, сияние же просто добавляет к нему свой собственный
свет, не затмевая его. Поэтому для сияния применяется операция screen.
Рис. 7.52 • Исходный
элемент
Рис. 7.53 • Сияющий
элемент, созданный
операцией размытия
Рис. 7.54 • Финальное
изображение
после операции screen
Совсем давно, когда для создания фильмов не использовалось ничего,
кроме кинокамеры, в тех случаях, когда требовалось снять немолодую актри-
214
Часть II • В поисках реализма
су крупным планом, объектив камеры замазывали вазелином, чтобы создать
эффект сияния. Сегодня же мы можем себе позволить воспользоваться тех-
нологией компьютерного сияния и стереть лишние годы с лица вдовы «в го-
дах». Результат этого волшебного преображения показан на рис. 7.55 и 7.56.
Вечно молодая Марси на втором снимке так и светится (в целях наглядности
сияние немного преувеличено). Разве она не красавица?
Рис. 7.55 • Исходный снимок Марси
Рис. 7.56 • Сияющая Марси
7.3.10. СПИСОК ВОПРОСОВ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
Ниже приведен список вопросов, по которому вы сможете проверить себя
после окончания работы над снимком, чтобы убедиться в том, что все про-
блемы решены.
1. Яркость и контрастность
Согласованы ли точки черного и точки белого? (проверьте с помощью
яркостной версии)
Согласованы ли параметры гаммы? (проверьте с помощью яркостной
версии)
Сохраняется ли согласование слоев при понижении параметров гаммы
монитора? При их повышении?
2. Согласование цветов
Согласованы ли оттенки кожи?
Согласован ли общий цвет освещения?
Согласованы ли зеркальные блики?
3. Направление света
Создается ли впечатление, что весь свет падает с одной и той же стороны?
Если нет, то можно ли удалить или ослабить самые заметные несоответ-
ствия?
Глава? • Освещение
215
4. Качество света
Создается ли впечатление, что все слои освещены светом одного качества
(мягким/резким)?
5. Взаимодействие света
Нужно ли добавить в снимок эффекты взаимодействия света?
Уместны ли эти эффекты внутри видимого светового пространства?
Нужно ли впоследствии анимировать эти эффекты?
6. Тени
Похожи ли ложные тени на настоящие?
Корректно ли выглядят их края?
Плотность и цвет теней выглядят правильно?
Необходима ли переменная плотность в случае близости теней?
7. Атмосферная дымка
Требуется ли на данном снимке наличие атмосферной дымки?
Насколько цвет дымки соответствует естественному?
Соответствует ли плотность дымки глубине расположения каждого объ-
екта, скрытого за ней?
Требуется ли размыть какие-либо объекты, скрытые дымкой?
8
Камера
Когда снимается какая-то сцена, все объекты в ней, естественно, запечатле-
ваются одной и той же камерой, поэтому все они имеют одинаковый «облик».
Но когда два слоя снимаются разными камерами на разную пленку и затем
совмещаются в одной композиции, различия пленок и объективов камер мо-
гут стать причиной пониженной реалистичности снимка. В этой главе рас-
сматриваются вопросы, касающиеся эффектов объектива камеры, таких как
фокус, глубина резкости и светорассеяние объективом, а также характеристи-
ки зернистости кинопленки и способы улучшения соответствия двух слоев.
Конечная цель данной главы - сделать так, чтобы все объекты композиции
выглядели снятыми одной камерой и на одну пленку.
Самые большие проблемы здесь возникают, очевидно, с CGI-изображе-
ниями. Ведь такие изображения не имеют не только зернистости, но и каких-
либо характеристик объектива. CGI-изображение можно обработать искусст-
венным «объективом» с заранее заданными характеристиками, но это будут
совершенные с математической точки зрения симуляции, лишенные каких бы
то ни было дефектов и оптических аберраций, свойственных реальным объ-
ективам. Кроме того, CGI-объективы в отличие от реальных идеально резкие.
«Резкие» края в кадрах 2k фильмов имеют ширину в несколько пикселов, но
ширина таких же резких краев в CGI-кадрах составляет всего один пиксел.
Даже после обработки CGI-элемента эффектом глубины резкости его части,
находящиеся в фокусе, будуг бритвенно острыми. CGI-элемент, наложенный
на кинокадр, будет выглядеть слишком резким и «хрустящим».
Конечно, можно размыть CGI-изображение, но это не самая лучшая идея. Ведь
на создание всех этих мельчайших деталей потрачено столько времени, что
было бы просто стыдно взять и разрушить их операцией размытия. Лучше соз-
дать версию с немного меньшим разрешением, примерно 70% от конечного
размера, а затем увеличить ее. При этом не только смягчаются края элемента,
но еще и сокращается время работы почти наполовину.
8.1. Согласование фокуса (Matching focus)
В то время как существуют алгоритмы эффективно имитирующие расфоку-
сирование (defocus) на изображении, большинство программ их просто не
имеют, что заставляет старательных кино- и видеодизайнеров прибегать к
обыкновенному размытию (blur). На первый взгляд кажется, что простое
Глава 8 • Камера
217
размытие совсем неплохо имитирует дефокусировку в подавляющем боль-
шинстве случаев. Но на самом деле у него есть серьезные ограничения, и во
многих ситуациях результат размытия будет выглядеть весьма жалким об-
разом. В этом разделе объясняется, почему одно размытие не всегда может
исправить ситуацию, а также предлагаются более сложные методы создания
убедительной имитации дефокусированного изображения и методы его
анимации для вытяжки фокуса. Иногда задача согласования фокуса наобо-
рот требует увеличения резкости изображения, поэтому данная операция
тоже рассматривается, так же как и методы ее выполнения и возможные
трудности.
8.1.1. РАСФОКУСИРОВКА ИЗОБРАЖЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ РАЗМЫТИЯ
Несфокусированный снимок выглядит размытым, но это не значит, что если
размыть картинку, она будет выглядеть несфокусированной. Вы легко заме-
тите разницу, сравнив элемент с праздничными огнями, изображенный на
рис. 8.1, с различными версиями того же изображения. Резкие огни на черном
фоне представляют крайний случай, позволяющий лучше выявить поведение
дефокусировки. На рис. 8.2 показан снимок, к которому было применено
размытие (blur) с целью получения «расфокусированной» версии, а рис. 8.3
представляет реальный снимок вне фокуса того же объекта. Огни на этом
снимке не просто стали смазанными и менее отчетливыми, как после размы-
тия, а «раздулись», или расширились, сохранив в то же время поразительную
четкость. Может показаться, что увеличение яркости размытой версии спасет
ситуацию, но суть проблемы обычно гораздо сложнее. Простая размытая вер-
сия изображения однозначно может служить лишь отдаленным подобием
настоящего снимка с расфокусировкой.
Рис. 8.1 • Исходное изображение
Рис. 8.2 • Размытое изображение
218
Часть II • В поисках реализма
Операция blur просто усредняет значения пиксела и его ближайших со-
седей, из-за этого яркие области становятся больше по размеру, но в то же
время и более тусклыми. На рис. 8.5 показано, как размытие небольшого яр-
кого пятна делает его более широким и тусклым. Яркие пикселы в центре ис-
ходного пятна (пунктирная линия) усредняются с более темными пикселами
окружения, в результате чего яркое пятно заметно темнеет. Чем больше ради-
ус размытия, тем больше и тусклее станет это пятно. Чем элемент меньше и
ярче, тем менее реалистично он будет выглядеть после размытия.
Рис. 8.3 • Истинная расфокусировка
Рис. 8.4 • Ложная расфокусировка
Рис. 8.5 • Результат операции размытия
Рис. 8.6 • Результат расфокусировки
• I» 9
На реальном же снимке с расфокусом яркие части картинки расширяют-
ся и захватывают более темные участки. Сравните размер ярких огней на рис.
8.2 и рис. 8.3. На снимке с реальной расфокусировкой они гораздо больше и
ярче. Увеличиваются в размерах даже области промежуточных тонов, если
они находятся рядом с темными участками. Другими словами, при дефокуси-
ровке подчеркиваются яркие элементы картинки за счет подавления ими тем-
ных. Рис. 8.6 объясняет, почему это происходит. Лучи света, первоначально
1
Глава 8 • Камера
219
сфокусированные на одном маленьком ярком пятнышке, распространяются и
захватывают гораздо больше площади, освещая все более темные участки.
Если сфокусированное яркое пятно не обрезано, то его яркость после дефоку-
сировки немного понизится, как видно из рис. 8.6. Это связано с тем, что све-
товые лучи распространяются по большей площади негатива, которой поэто-
му достается чуть меньше света. Однако края остаются вполне четкими, в от-
личие от операции размытия. Если исходное яркое пятно было срезано (что
случается не так уж редко), пятно после расфокусировки скорее всего также
останется срезанным, но это зависит от яркости источника света.
8.1.2. КАК ИМИТИРОВАТЬ РАСФОКУСИРОВКУ
В очень немногих пакетах программ есть качественная операция расфокуси-
ровки (defocus), так что скорее всего вам придется пользоваться тем, что
есть - операцией размытия (blur). Чтобы добиться требуемого эффекта, по-
мимо простого размытия нужно также имитировать характерное уширение
ярких областей. Это можно сделать при помощи операции обработки краев,
которая растягивает яркие, или максимальные, части картинки. Не нужно
путать эту операцию с операцией «максимума», которая просто выбирает из
двух входных изображений пиксел с наибольшей яркостью. Это такой вид
ядра свертки, который сравнивает значения соседних пикселов и растягивает
яркие участки за счет скрытия темных - почти как настоящая расфокусиров-
ка. На рис. 8.7 показана блок-схема последовательности операций при расфо-
кусировке. После того, как яркие области расширены с помощью обработки
краев [edge proc], изображение размывается [blur] с целью устранения мелких
деталей. Результат этой «ложной расфокусировки» показан на рис. 8.4. Хотя
его и нельзя назвать идеальной копией реального снимка вне фокуса, но все
же этот вариант гораздо ближе к нему, чем просто размытое изображение.
Рис. 8.7 • Блок-схема операции расфокусировки
Если в вашей программе нет подходящей операции обработки краев, на этот
случай имеется обходной маневр, который называется методом «сдвига пиксе-
лов». Грубая имитация расширения ярких областей с обработкой краев достига-
ется путем «максимизации» пары изображений, сдвинутых относительно друг
друга, в узлах максимума. Когда слой сдвигается на несколько пикселов, а затем
«максимизируется» с исходным несдвинутым слоем, яркие пикселы двух изо-
бражений вытесняют более темные. Это очень приблизительная имитация рас-
пространения падающего света по большей площади при расфокусировке. Для
сдвига изображений предлагаются именно операции сдвига пикселов, так как это
220
Часть II • В поисках реализма
операции с целыми числами, которые, соответственно, гораздо более быстрые в
вычислительном плане по сравнению с двухмерными перемещениями, где ис-
пользуются числа с плавающей запятой.
На рис. 8.8 приведена блок-схема последовательности операций по сдви-
гу пикселов, а на рис. 8.9-8.12 показана соответствующая последовательность
изображений. Блок-схема на рис. 8.8 начинается с исходного изображения
звезды (рис. 8.9). Звезда сдвигается по горизонтали, а затем максимизируется
с исходной картинкой в узле «max 2»; результат этой операции показан на
рис. 8.10. После этого звезда сдвигается по вертикали и максимизируется с
версией [max 2] в узле [max 4]; полученный результат представлен на рис.
8.11. Далее версия «max 4» размывается [blur], и получается конечное расфо-
кусированное изображение (рис. 8.12).
Рис. 8.8 • Блок-схема максимизации четырех изображений
Рис. 8.9 • Звезда Рис. 8.10 • Версия «max 2» Рис. 8.11 • Версия «max 4»
Для сравнения на рис. 8.13 показана та же звезда, подвергнутая одной
только операции размытия. Хорошо заметно ее «сжатие» по сравнению с ис-
ходной звездой на рис. 8.9 и ее отличие от расширенной размытой звезды на
рис. 8.12, которая гораздо лучше имитирует растяжение ярких областей.
Итак, вариант со сдвигом пикселов, может быть, и не так хорош, как полу-
ченный при истинной обработке краев, но уж во всяком случае смотрится
лучше, чем изображение после простого размытия.
Одна из областей, где метод «сдвига пикселов» работает не очень хоро-
шо, - это мелкие детали изображения, в данном случае это самые кончики
звезды. На рис. 8.11 можно заметить, что они раздвоены. Пространство меж-
ду этими двойными кончиками заполняется темными пикселами, в то время
Глава 8 • Камера
221
как в результате настоящей операции обработки краев ничего подобного не
происходит. В итоге после размытия этого изображения концы лучей полу-
чаются чуть более темными и притупленными, чем следует. Обычно это не
представляет большой проблемы, однако знать о всех недостатках исполь-
зуемых процессов никогда не помешает.
Рис. 8.12 • Размытие
Рис. 8.13 • Только размытие
И еще одно, последнее замечание. Опытный художник компьютерной графики
первым делом всегда пробует решить проблему самыми простыми способами,
и только если они оказываются бессильны, переходит к более сложным. Для
многих нормально экспонированных снимков с ограниченным диапазоном
контрастности приемлемые результаты дает обычное размытие - его и следует
пробовать первым. Больше всего придется повозиться с высококонтрастными
снимками; если простое размытие не помогает, используйте более сложные
методы.
8.1.3. ПРОТЯЖКА ФОКУСА (FOCUS PULL)
Иногда в процессе съемки требуется анимация фокуса, которая позволила бы
следовать за движением в кадре. Эта операция называется «протяжка» фокуса
(focus pull) или «преследующий фокус» (follow focus). Для ее имитации необ-
ходимо анимировать и размытие, и уширение ярких участков, а затем выпол-
нить их совместную анимацию. При этом анимацию следует проводить в
формате чисел с плавающей запятой, а не в целых, поскольку операции с це-
лыми числами могут изменять значения только на одну целую единицу (на
один пиксел). Например, радиус размытия может быть равен 3, 4 или 5, в то
время как величины в формате с плавающей запятой могут принимать такие
значения как 3,1, 3,2, 3,3 и т.д. Операции с целыми числами приводят к тому,
что пиксел «прыгает» между кадрами, которые вы пытаетесь анимировать.
Многие программные пакеты не поддерживают обработку краев или размы-
тие в формате чисел с плавающей запятой. В этом случае приходится искать
различные пути, позволяющие решить одну из этих проблем, а то и обе.
При отсутствии операции размытия в формате с плавающей запятой можно
воспользоваться в качестве альтернативы операцией изменения масштаба.
Этот прием доступен всем, поскольку он всегда осуществляется в данном фор-
222
Часть II • В поисках реализма
мате. Идея заключается в следующем: вместо того, чтобы выполнять размытие
с радиусом 2, изображение уменьшают в размере на 50%, а затем возвращают
ему исходный размер. Операция масштабирования усредняет пикселы подоб-
но операции размытия. Чем сильнее вы уменьшите изображение, тем более
«размытым» оно будет выглядеть после возвращения его в исходное состоя-
ние. Кстати, если операция размытия с большим радиусом выполняется ну
очень уж медленно, попробуйте уменьшить изображение, скажем, до 20% от
его исходного размера, выполнить размытие с маленьким радиусом, а затем
восстановить первоначальный размер снимка. Такая последовательность опе-
раций выполняется гораздо быстрее, чем размытие полноразмерного изобра-
жения с большим радиусом.
Что касается проблемы целочисленной операции сдвига пикселов, тут может
ь помочь переход к операции переноса (сочетания) в формате чисел с плаваю-
J щей запятой, которая позволяет сдвигать слои. Эту операцию, в отличие от
операции сдвига пикселов, можно анимировать плавно, поэтому степень гори-
зонтального и вертикального «увеличения» легко контролируется. Конечно,
операция обработки краев дает более реалистичный результат, но при невоз-
можности ее использования данный метод можно воспользоваться приемле-
мой альтернативой.
8.1.4. УВЕЛИЧЕНИЕ РЕЗКОСТИ (SHARPENING)
В некоторых случаях определенный элемент оказывается слишком мягким
(нечетким) по сравнению с остальной частью снимка, и тогда требуется уве-
личить pro резкость. Операция увеличения резкости (sharpening) содержится
практически во всех пакетах программ по композитингу, однако очень важно
иметь представление об ограничениях этой операции и тех дефектах, которые
может вызвать ее применение. А их немало.
Принцип увеличения резкости. Операции увеличения резкости на са-
мом деле не увеличивают резкость изображения в том смысле, что они не
устраняют эффект съемки вне фокуса. В принципе такое устранение возмож-
но, но для этого требуются Фурье-преобразования - сложные алгоритмы,
крайне редко встречающиеся в программах. С математической точки зрения
операции увеличения резкости просто увеличивают разницу между соседни-
ми пикселами, и ничего больше. Полученная при этом картинка кажется гла-
зу более четкой, хотя это всего лишь ловкий трюк.
Нежелательное последствие этого компьютерного надувательства состо-
ит в том, что на изображении могут появиться дефекты (artifacts - артефакты)
и оно будет выглядеть чрезмерно контурным, если перестараться и повысить
его резкость слишком сильно. Пример такого неудачного изображения с
очень сильно увеличенной резкостью приведен на рис. 8.16. Рис. 8.15 пред-
ставляет изображение, полученное после нормального увеличения резкости
исходного снимка на рис. 8.14. Как мы видим, этот метод может очень непло-
хо работать, если знать в нем меру.
Глава 8 • Камера
223
Рис. 8.14 • Исходное
изображение
Рис. 8.15 • Изображение
с увеличенной резкостью
Посмотрите на рис. 8.17, одноканальную версию изображения с излишне
увеличенной резкостью, и вы поймете, почему эта операция делает все конту-
ры на картинке такими «острыми». Перед вами результат выполнения алго-
ритма, который увеличивает разницу между соседними пикселами, но в то же
время создает очень контрастные края. Обратите внимание, что однородные
пикселы кожи также стали более резкими, из-за чего кожа приобрела не
очень красивый вид.
Рис. 8.16 • Изображение с чересчур увеличенной резкостью
Рис. 8.17 • Дефекты, возникающие при увеличении резкости
224
Часть II • В поисках реализма
Теперь вы понимаете, что я имел в виду, говоря, что реальная резкость
картинки не возрастает. Увеличивается только разница между соседними
пикселами, которую глаз наивно принимает за истинную резкость. Это всего
лишь дешевый трюк. Есть еще одна вещь, которую нужно иметь в виду: по
мере увеличения резкости изображения увеличивается также и резкость зе-
рен кинопленки или видеошума. Это те лимитирующие факторы, которые не
позволяют заходить слишком далеко в этой операции.
Увеличение резкости - Unsharp mask. Теперь, когда мы обсудили все не-
достатки увеличения резкости, рассмотрим старшую сестру этой операции -
«нерезкое маскирование» (unsharp mask). Здесь проявилась вся парадоксаль-
ность номенклатуры: «увеличение резкости» (sharp) увеличивает резкость, и
«нерезкое маскирование» (unsharp mask) тоже ее увеличивает. Ситуация та же
самая, что и со словами «flammable» и «inflammable» - оба означают «воспла-
меняющийся»1. Но хватит об этом, вернемся к нашим баранам.
Unsharp mask представляет собой другой алгоритм увеличения резкости
изображения, но есть она далеко не во всех программах. В основе этой защиты
лежат другие принципы, нежели в операции увеличения резкости, а значит, и
результаты их будут отличаться. Поэтому unsharp mask можно предоставить
шанс, так как отличия иногда бывают в ее пользу. Чем больше средств имеется у
вас в запасе, тем лучше вы сможете проявить себя как художник. Unsharp mask
содержит несколько параметров, варьируя которые, можно получить желаемый
результат. Что это за параметры и как они называются - зависит от используемо-
го пакета, поэтому внимательно читайте инструкции к вашей конкретной про-
грамме. Если в ней есть unsharp mask, подружитесь с этим методом, поскольку он
очень эффективен в плане увеличения резкости изображений.
Создание пользовательской Unsharp mask. Операция «нерезкое маски-
рование» (unsharp mask) есть далеко не во всех программах, поэтому будет
нелишним узнать, каким образом можно создать ее собственноручно, тем бо-
лее что это удивительно просто. Для этого нужно размыть(Ыиг) копию кар-
тинки, понизить ее яркость, затем вычесть ее из исходной (при этом она ста-
нет темнее) и восстановить исходную яркость картинки. Кстати, размытая
копия изображения как раз и является нерезкой маской (unsharp mask) в
честь которой и названа эта операция.
Яркость конечного изображения поднимается на ту же величину, на ко-
торую она была понижена для unsharp mask. Для начала можно взять радиус
размытия 5 пикселов для изображения с разрешением 1k (если изображение
1 Приставка in в данном случае имеет значение внутренней возможности, относящейся к конкретному
веществу, например, газу, а не просто общее свойство. - Прим, перев.
Глава 8 • Камера
225
больше или меньше, соответственно увеличьте или уменьшите радиус) и
масштабный коэффициент 20%. Это означает, что яркость нерезкой защиты
будет уменьшена до 20% (то есть умножена на 0,2), а яркость исходного изо-
бражения повышена на 20% (то есть умножена на 1,2). Используя эти значе-
ния, вы получите картинку с умеренно увеличенной резкостью, которую за-
тем можно настроить по своему желанию.
На рис. 8.18 изображены характеристики краев unsharp mask, а также пока-
зано, как на них влияют операции размытия и изменения яркости. Хорошо за-
метно, что после операции unsharp mask кромка стала более контрастной; этим и
объясняется более резкий вид полученного изображения. Но мы помним, что на
самом деле эта операция не делает нечеткое изображение более резким, оно
только выглядит таковым. Операция настройки яркости изменяет степень рез-
кости за счет увеличения разности между исходной и нерезкой кромкой. Опера-
ция размытия [blur] также увеличивает эту разницу, но, кроме того, она еще из-
меняет «ширину» соответствующего участка. Таким образом, увеличить степень
резкости изображения можно двумя путями: усилить размытие или сильнее из-
менить яркость. Дефекты краев, например, зерна, могут появиться, если яркость
меняется сильно, а радиус размытия используется маленький. В этом случае сле-
дует увеличить радиус размытия, чтобы скомпенсировать дефект.
Существует два различных способа реализации unsharp mask в зависимо-
сти от того, собираетесь ли вы использовать математический узел или не-
сколько отдельных узлов. Начнем с математического узла (см. рис. 8.19), по-
скольку этот способ наиболее прост. В узел вводятся исходное изображение
[image] и его размытая версия [blur], которые обрабатываются им по следую-
щему уравнению [math]:
((1 + Z) х изображение) - (Z х размытое изображение).
(8.1)
Рис. 8.18 • Характеристики краев
unsharp mask
Рис. 8.19 • Создание unsharp mask
с помощью математического узла
н- Цифровой композитинг
226
Часть II • В поисках реализма
где Z - коэффициент изменения яркости, выраженный числом с плавающей
запятой. Воспользуемся начальными значениями, предложенными выше. То-
гда, если коэффициент масштабирования равен 20%, Z будет равно 0,2, и
уравнение 8.1 примет следующий вид:
(1,2 х изображение) - (0,2 х размытое изображение).
Не все любят пользоваться математическим узлом, поскольку он включа-
ет меньше отдельных стадий, и потому медленнее работает и сложен в обра-
щении. Для тех, кто предпочитает отдельные узлы, на рис. 8.20 показано, как
создать unsharp mask этим способом. Яркость размытой версии понижается
либо с помощью узла настройки RGB [scale down], либо с помощью цветовой
кривой. Затем результат вычитается [sub] из исходного изображения в узле и
яркость полученной версии поднимается до первоначального значения,
опять же с помощью цветовой кривой или узла настройки RGB [scale up].
Рис. 8.20 • Создание unsharp mask с помощью отдельных узлов
Вероятно, вы заметили небольшое различие между двумя рассмотренны-
ми способами создания unsharp mask. При использовании математического
узла яркость исходного изображения поднимается до вычитания из него не-
резкой маски, а во втором случае эти операции меняются местами. Цель этой
перемены - избежать обрезания, которое может произойти, если при исполь-
зовании отдельных узлов сначала поднять яркость изображения. В результате
операции настройки плотности могут появиться пикселы со значениями
больше 1, которые будут обрезаны на выходе из отдельных узлов (кроме слу-
чая, когда используются числа с плавающей запятой). Внутри математическо-
го узла такие значения пикселов не обрезаются, поскольку в нем происходит
вычитание нерезкой защиты, которое восстанавливает нормальные значения
пикселов до выхода из узла. И тот, и другой способ выполнения операции
дают одинаково хорошие результаты.
8.2. Глубина резкости (Dept of field)
Главная задача кинооператора - сделать так, чтобы снимаемый объект нахо-
дился в правильном фокусе. Если не считать отдельных специальных эффек-
Глава8‘* Камера
227
тов камеры, то расположение всех элементов на переднем и заднем плане от-
носительно фокуса определяется глубиной резкости объектива. Глубина рез-
кости (Dept of Field, DOF) позволяет оставить задний план не в фокусе и чет-
ко сфокусировать камеру на определенном объекте, тем самым привлекая к
нему внимание зрителя.
Объектив камеры имеет глубину резкости, то есть «зону», внутри кото-
рой картинка находится в фокусе. Объекты, расположенные ближе к камере
или дальше от нее, уже находятся не в фокусе, как показано на рис. 8.21. Од-
нако бывают ситуации, когда дальний задний план может оставаться в фоку-
се - для этого нужно, чтобы объектив камеры был сфокусирован на своей
«гиперфокальной» точке. Все, что находится за гиперфокальной точкой, бу-
дет в фокусе.
Рис. 8.21 • Глубина резкости объектива
Относительно точки, на которой сфокусирована камера, глубина резко-
сти определяется как интервал, находящийся в фокусе, одна треть которого
расположена перед точкой фокуса, а две трети - за ней. Фраза «находящийся
в фокусе» не совсем корректна, поскольку фактически в идеальном фокусе
объектива расположена только одна точка, а все, что находится за ней и перед
ней, постепенно удаляется от фокуса, даже в пределах глубины резкости. Но
до тех пор, пока степень расфокусировки находится ниже порога обнаруже-
ния, объект считается находящимся в фокусе.
Глубина резкости варьируется от одного объектива к другому и от того,
на близких или далеких объектах фокусируется камера. Вот несколько прак-
тических советов, касающихся поведения глубины резкости, которые могут
пригодиться:
Чем ближе расположен предмет, тем меньше глубина резкости.
Чем длиннее объектив, тем меньше глубина резкости.
228
Часть II • В поисках реализма
Допустим, что камера с «нормальным» объективом (от 28 до 35 мм) фо-
кусируется на объекте, находящемся на «нормальном» расстоянии. Чего в
этом случае можно ожидать?
Если человек помещается в кадре полностью (от головы до ступней), зад-
ний план будет в фокусе.
Если человек помещается в кадре от талии до головы, задний план будет
немного расфокусирован.
Если снимается лицо крупным планом, задний план будет сильно расфо-
кусирован.
Если лицо снимается очень близко, глубина резкости может сократиться
всего до нескольких дюймов. В этом случае вы можете получить ситуацию,
когда лицо находится в фокусе, а уши - нет!
8.3. Линзовые эффекты (Lens flare)
Когда в объектив камеры попадает яркий свет, его лучи преломляются мно-
гочисленными поверхностями системы линз, что приводит к появлению на
пленке эффекта светорассеяния. Степень сложности и характер этого свето-
рассеяния определяются количеством и природой элементов объектива. Вы-
звать эффект рассеяния может яркий источник света, даже не находящийся в
кадре. Свет, рассеиваемый объективом, попадает на пленку, на которую сни-
мается требуемый кадр. Снимаемые объекты не могут заслонять или блоки-
ровать этот свет, так как он существует только внутри самой камеры. Если бы
объект медленно заслонял источник света, то свет, рассеянный объективом,
становился бы постепенно более тусклым, но не блокировался бы объектом
ни в малейшей степени.
8.3.1. СОЗДАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ЛИНЗОВЫХ ЭФФЕКТОВ
Рассеяние света объективом по существу является двойной экспозицией ис-
ходной сцены и засвеченного участка, поэтому скомбинировать его с фоно-
вым снимком при помощи обычного наложения не удастся. Операция нало-
жения подходит для объектов, блокирующих свет, но не для элементов, кото-
рые его испускают. Лучше всего здесь подойдет операция screen, способы вы-
полнения и преимущества которой подробно описаны в главе 6.
На рис. 8.22-8.24 показан процесс помещения рассеянного объективом
света на фоновое изображение. Этот прием особенно эффективен в случаях,
когда источник света (например, фонарь) накладывается на изображение, а
затем к нему добавляется линзовый эффект. При этом визуально источник
Глава 8 • Камера
229
света лучше вписывается в сцену и создает впечатление, что оба слоя были
сняты одновременно на одну камеру. Этот трюк известен многим художни-
кам компьютерной графики, и они довольно часто им злоупотребляют. Не
повторяйте их ошибку.
Рис. 8.23 • Исходное изображение
Рис. 8.22 • Линзовый эффект
Рис. 8.24 • Линзовый эффект, скомбинированный
с исходным изображением
Конечно, можно самостоятельно создать эффект светорассеяния объективом
при помощи большого числа радиальных градиентов и тому подобного, но
большинство профессиональных систем рисования, таких как Adobe Photoshop,
могут по первому же требованию создать очень реалистичные эффекты. На-
стоящий эффект, полученный при рассеянии света объективом, имеет не со-
всем правильную форму и содержит некоторые дефекты вследствие неидеаль-
ности объектива, поэтому для придания искусственному светорассеянию нале-
та реалистичности можно слегка «испортить» его. Кроме того, избегайте со-
блазна сделать его слишком ярким. Настоящий линзовый эффект вполне может
быть мягким и едва заметным.
8.3.2. АНИМАЦИЯ ЛИНЗОВЫХ ЭФФЕКТОВ
Если источник света, предположительно рассеиваемого объективом, переме-
щается по кадру, линзовые эффекты следует анимировать. Меняется как рас-
положение рассеянного света, так и его «ориентация» относительно источни-
ка. Если источник света находится в центре объектива, то все элементы све-
торассеяния накладываются друг на друга. При удалении источника от цен-
трального положения элементы раскрываются подобно вееру и расходятся,
как показано на рис. 8.25-8.27. В этом примере источник света движется от
центра кадра к углу. Многие трехмерные программы предусматривают воз-
можность анимации линзовых эффектов, которая позволяет согласовать их с
движением источника света. Не забывайте, что чересчур правильные эффек-
ты не способствуют повышению реалистичности.
230
Часть II • В поисках реализма
Рис. 8.25 • Источник света точно
в центре кадра
Рис. 8.26 • Источника света,
сдвинутый относительно центра
Рис. 8.27 • Источника света, сдвинутый еще сильнее
8.3.3. ЗАМЕНА КАНАЛОВ (CHANNEL SWAPPING)
Если в используемой программе создания линзовых эффектов не очень хо-
рошо контролируются цвета, к полученным эффектам можно применить цве-
токоррекцию и добиться желаемого результата. Но это повлечет за собой на-
рушение и растяжение цветовых каналов, и иногда довольно сильное, а на 8-
битных изображениях это сказывается весьма плачевно. Разве не лучше было
бы, если бы рассеянный свет уже изначально имел необходимый цвет, кото-
рый требовалось бы только чуть-чуть подкорректировать?
Рис. 8.28 • Исходный линзовый эффект
Рис. 8.29 • Замена красного
канала синим
-Л Сделать это позволяет замена каналов, проиллюстрированная на рис. 8.28-8.36.
Исходное изображение имеет преимущественно красный цвет, а для получения
биней и зеленой версий производится простая замена каналов. Поменяйте крас-
ный канал на синий и получите синюю версию изображения (рис. 8.29). Поме-
няйте красный на зеленый - получится зеленая версия (рис. 8.30). Разумеется,
техника замены каналов полезна не только для получения «перекрашенных»
версий линзовых эффектов; ее можно применять к любым элементам.
Глава 8 • Камера
231
Рис. 8.30 • Замена красного канала зеленым
8.4. Вуалированное сияние (Veiling glare)
Из школьного курса вы наверняка помните схемы, подобные изображенной
на рис. 8.31, где несколько прямых параллельных лучей попадают на линзу и,
выходя из нее, сходятся в одной точке. Вы никогда не задумывались о непа-
раллельных лучах? Куда попадают они? В школе нам об этом ничего не гово-
рили, так как это испортило бы общую замечательную картину. Но реальный
мир - место несовершенное, к тому же теперь мы уже взрослые, и пришло
время узнать страшную правду. Непараллельные лучи затуманивают изобра-
жение и вызывают эффект, называемый вуалированным сиянием. Кроме то-
го, отдельные лучи отскакивают от различных дефектов в системе линз, а не-
которая часть лучей не поглощается черными поглощающими поверхностя-
ми в корпусе камеры и объектива. Даже в эмульсионных слоях кинопленки
присутствуют блуждающие фотоны. Все эти беспорядочные лучи и составля-
ют то, что называется вуалированным сиянием.
Рис. 8.31 • Параллельные
Рис. 8.32 • Непараллельные
лучи света
лучи света
На рис. 8.32 показан не параллельный остальным луч света, исходящий
из другой части сцены и после прохождения через линзу оказывающийся в
той же фокусной точке, что и все параллельные лучи. Подлый непараллель-
ный луч испортил фокусную точку, в которой теоретически должны сходить-
232
Часть II • В поисках реализма
ся только параллельные лучи. Тем самым он вызвал легкий эффект общего
«вуалирования» изображения, разновидность усреднения всего света, содер-
жащегося в кадре. В качестве крайнего случая можно привести пример сним-
ка на зеленом экране. Зеленый фон на заднем плане является источником
большого количества зеленого света, попадающего в объектив. Маленький
объект, находящийся перед этим экраном, почти не вносит в суммарный свет
никакого вклада. Часть этого зеленого света, достигающего объектива каме-
ры, состоит из непараллельных лучей. В результате на всем кадре, в том числе
и на небольшом объекте, появится легкий зеленый туман. Зеленый туман на
зеленом экране вряд ли может кому-то помешать, в то время как зеленый ту-
ман на объекте - уже серьезная проблема.
Если снять тот же самый объект повторно при тех же условиях, но на се-
ром фоне вместо зеленого, уровень зеленого цвета на объекте неожиданно
упадет. Зеленая «вуаль» заменится серой, которая никак не меняет цвет объ-
екта, но добавляет к нему немного света и осветляет черные участки. Если те-
перь убрать серый экран и вместо него поставить 100% черный, серая вуаль
исчезнет, и объект вдруг станет очень контрастным, поскольку плотность его
черных участков поднимется. К счастью, существует операция коррекции
цвета, которая в большинстве случаев позволяет скомпенсировать разли-
чающееся вуалированное сияние объединяемых слоев.
8.5. Зернистость (Grain)
С технической точки зрения зернистость кинопленки является недостатком
(дефектом) , но мы уже понимаем, что у нее есть свои плюсы. Она придает
изображению своеобразное «очарование» и уникальный вид, которого нельзя
добиться с помощью видео. В видео может быть шум, который выглядит по-
хоже на зернистость, но все же ею не является. При наложении слоев необхо-
димо сделать так, чтобы структура зерен фонового слоя и слоя переднего
плана более или менее совпадала. Это позволит создать эффект, что оба слоя
сняты на одну и ту же пленку. Если объект на переднем плане является CGI-
элементом, он совсем не содержит зерен, и их нужно добавить, чтобы объект
выглядел более реалистично. Хотя обсуждаемые здесь вопросы относятся к
зернам кинопленки, практически все принципы и идеи примёйимы также и в
работе с видео, поскольку очень часто видеоизображения получаются путем
преобразования из кино.
Если все изображение в целом представляет собой CGI или компьютер-
ный рисунок, которые требуется анимировать, в них нет никакой зернистой
структуры, и перед вами (или перед клиёнтом) встает интересный творческий
Глава 8 • Камера
233
вопрос: нужно ее добавлять или нет. Рассчитывать на то, что зернистость
можно добавить с помощью кинорекордера, не приходится, поскольку он
предназначен вовсе не для этого, а для повторной съемки на уже отснятую
пленку, если вы понимаете, что я имею в виду. При записи на лазерном ре-
кордере вы не сможете получить никакой зернистости вообще. При записи на
ЭЛТ-рекордере зернистость появляется, но в маленьких количествах. Почему
так происходит, вы узнаете из главы 12.
В конечном итоге выбор «добавлять или не добавлять зернистость» - де-
ло художественного вкуса. В случае работы с реальными изображениями во-
прос ставится иначе: достаточно ли согласуется структура зернистости двух
или более слоев? Здесь уже вопрос более технический. Итак, если вы приняли
решение о необходимости настройки степени зернистости изображения, мо-
жете читать дальше.
8.5.1. ПРИРОДА ЗЕРНИСТОСТИ
Пусть заядлые математики определяют характеристики зернистости посред-
ством среднеквадратичного отклонения, пространственной корреляции и
других подобных математических штучек, а мы будем пользоваться двумя
наиболее понятными характеристиками зернистости: размером и амплиту-
дой. Размер показывает, насколько велики зерна на кинопленке, а амплиту-
да - как сильно меняется яркость при переходе от зерна к зерну.
Для видеоразрешения размер зерен обычно не больше одного пиксела.
Для разрешения 2k фильмов зерна могут достигать в размере нескольких
пикселов и иметь неправильную форму. Характеристики зернистости для
разных пленок различны, но в целом чем более чувствительна пленка, тем
больше степень ее зернистости. Это связано с тем, что для усиления чувстви-
тельности пленки развивают ее зернистую структуру, чтобы сделать ее более
чувствительной к свету. При этом для экспонирования пленки потребуется
меньше света, но зато и зерен будет больше.
Размер и амплитуда зерен трех цветовых каналов неодинаковы. Красный
и синий каналы близки по этим характеристикам, а вот синий сильно от них
отличается. Эти различия показаны на образцах зернистой структуры цвет-
ных каналов на рис. 8.33-8.35. Если бы потребовалось очень точно имитиро-
вать зернистость пленки, в синий канал нужно было бы включить зерна, го-
раздо большие и по размеру, и по амплитуде. Однако следует отметить, что
зачастую оказывается вполне достаточно обеспечить все три канала одинако-
вым количеством зерен. Желательно также, чтобы для каждого канала ис-
пользовался индивидуальный шаблон зернистости - это выглядит более реа-
листично. Если для всех трех каналов использовать один и тот же шаблон,
234
Часть II • В поисках реализма
при объединении каналов произойдет наложение трех одинаковых шабло-
нов, и результат получится очень ненатуральным.
Характеристики зернистости зависят также гепени выдержки. На
рис. 8.36 представлена зависимость этих характе| ик от яркости изображе-
ния (на примере простого градиента). По мере увеличения яркости возраста-
ет и амплитуда зерен. Можно сказать, что зерна присутствовали на неэкспо-
нированной пленке все время, а по мере возрастания количества падающего
на пленку света просто увеличивалась их амплитуда. По этой причине тща-
тельная имитация зернистости подразумевает регулировку амплитуды зерен
на основе значений яркости исходного изображения. На светлых участках
зерна должны иметь большую амплитуду, а на темных - меньшую.
Рис. 8.33 • Зернистость красного канала
Рис. 8.34 • Зернистость зеленого канала
Рис. 8.35 • Зернистость синего канала
Рис. 8.36 • Изменение амплитуды зерен
при изменении яркости
8.5.2. СОЗДАНИЕ ЗЕРНИСТОЙ СТРУКТУРЫ
Как уже было замечено, в видеоизображениях размер зерен обычно составля-
ет один пиксел. Обычно оказывается достаточно просто обработать изобра-
Глава 8 • Камера
235
жения генератором шума. При работе с художественными фильмами требу-
ются более сложные методы, позволяющие качественно имитировать зерни-
стость пленки. В некоторых программах есть «генераторы зернистости» (grain
generators), которые непосредственно добавляют в изображения зернистую
структуру пленки. В нескольких программах есть средства, которые статисти-
чески измеряют характеристики зерен изображения и воспроизводят их. Если
ваша программа содержит такие средства, вам повезло. Однако в большинст-
ве программ есть только генераторы шума (noise generators), которые за не-
имением лучшего придется использовать для создания зерен, а затем настро-
ить их характеристики «на глаз».
1. Создайте трехканальный шаблон зернистости. Рисунок настоящих зе-
рен уникален для каждого канала, поэтому не берите один и тот же однока-
нальный шаблон для всех трех цветовых каналов.
2. Создайте зернистый кадр для синего канала с более крупными зернами
и большей амплитудой.
3. Увеличьте амплитуду зерен на ярких участках и уменьшите на темных.
В некоторых случаях в снимок достаточно добавить небольшое количест-
во шума, и этот способ всегда следует испытывать в первую очередь. Если же
требуется использовать генератор шума, чтобы добавить в кадр художествен-
ного фильма значительное количество зерен, рекомендуется предварительно
создать несколько «зернистых кадров» (grain plates), а затем использовать их
в работе. Если вы хотите во что бы то ни стало добиться максимальной реа-
листичности искусственной зернистой структуры, сделайте следующее.
Генерирование зернистости. Создание кадров с зернами может занимать
много времени. Чтобы ускорить процесс, можно предварительно получить
несколько (5-7) заготовок таких кадров и затем непрерывно менять их в ходе
обработки последовательности снимков. Первым делом нужно настроить
размер и амплитуду зерен в зернистых кадрах должным образом и сильно
понизить их уровни яркости, почти до нуля.
Допустим, у нас есть серое изображение с яркостью 50%. После добавле-
ния шума график нарезки для него будет выглядеть примерно как на рис.
8.37. Если эти зерна предполагается добавить в кинокадр, размойте (blur) зер-
нистое изображение, чтобы увеличить их размер. Чем больше степень размы-
тия, тем сильнее увеличится размер зерен. Для видеокадров размер зерен со-
ставляет около одного пиксела, так что размытие в этом случае не требуется.
Амплитуду шума можно уменьшить при помощи операции понижения кон-
трастности (рис. 8.38). Настроить амплитуду шума таким способом гораздо
быстрее, чем заново генерировать его на меньшем уровне и затем размывать.
Но никто не запрещает пользоваться любым из этих способов.
236
Часть II • В поисках реализма
Теперь необходимо понизить яркость кадра с зернами почти до уровня
черного цвета (рис. 8.39), чтобы значения пикселов лишь немного поднима-
лись над абсолютным нулем (яркости, а не температуры). Для понижения яр-
кости используйте вычитание, а не масштабирование (scaling). Операция
масштабирования повлияет на амплитуду, а нам необходимо получить неза-
висимые способы настройки двух параметров. Если впоследствии контраст-
ность будет понижена, яркость можно немного уменьшить. Если планируется
повысить контрастность, яркость следует слегка поднять, чтобы избежать
обрезания самых темных пикселов шума.
Блок-схема на рис. 8.40 изображает последовательность соответствую-
щих операций. В серый кадр [50% gray] добавляется шум [noise], после чего
он размывается [blur] - при работе с кино. Затем производится настройка
амплитуды путем понижения контрастности, а после этого понижается яр-
кость таким образом, чтобы значения пикселов были близки к нулю.
Для того чтобы добиться соответствия кадров с зернами имеющейся зерни-
стой структуры, может потребоваться несколько итераций. Предваритель-
ное отдельное создание заготовок поможет ускорить процесс их проверки и
обмена.
Глава 8 • Камера
237
_ lower
contrast
lower
rightnes
Рис. 8.40 • Блок-схема создания кадра с зернами
Включение зернистой структуры в изображение. Итак, у нас есть заго-
товленные кадры с зернистой структурой, но каким образом скомбинировать
их с изображением? Яркость пикселов исходного снимка необходимо сме-
стить как вверх, так и вниз, не изменяя при этом общую яркость изображе-
ния. Это можно сделать при помощи простой двухстадийной процедуры.
Сначала исходное изображение просто складывается с зернистым кадром, а
затем от полученного результата отнимается небольшая постоянная величи-
на, равная средней высоте зерен. При добавлении зернистого кадра яркость
исходного изображения немного поднимется, поэтому вычитание постоян-
ной величины просто вернет яркость на первоначальный уровень.
Рис. 8.41 представляет блок-схему этой операции. Зернистый кадр [grain
plate] складывается с исходным изображением [image] в узле «сложение»
[add], после чего из полученного изображения вычитается небольшая кон-
станта [sub const]. При этом восстанавливается исходная яркость снимка. Ес-
ли при сложении обрезаются белые участки, тогда сначала нужно выполнить
операцию вычитания. Если обрезаются черные участки, значит, изображение
содержит пикселы, значения которых близки как к 0, так и к 1. В этом случае
можно немного понизить значения RGB, чтобы появился небольшой «запас»
для зерен.
Рис. 8.41 • Блок-схема включения зерен в изображение
За ходом процесса включения зерен в изображение можно проследить по
приведенным ниже рисункам, начиная с рис. 8.42, на котором изображен
график нарезки необработанного зернистого кадра, яркость которого предва-
рительно понижена почти до нуля при помощи описанных выше процедур.
Даже после этого его средняя яркость составляет 0,05. Если среднее значение
238
Часть II • В поисках реализма
яркости неизвестно, размойте кадр насколько возможно, чтобы уравнять все
значения пикселов, а затем измерьте яркость в любом месте изображения. На
рис. 8.43 представлен график нарезки исходного снимка, лишенного зерни-
стости. Рис. 8.44 показывает результат сложения двух изображений, которое
привело к увеличению средней яркости на 0,05. Для сравнения на том же
графике показано исходное изображение (та же самая гладкая линия). На рис.
8.45 восстановлена первоначальная яркость путем вычитания постоянной
величины (0,05).
Рис. 8.44 • При добавлении зерен
яркость изображения
увеличивается
Рис. 8.45 • Компенсация увеличения
яркости конечного
зернистого изображения
В узле «настройка яркости зерен» понижается яркость шаблона зерни-
стости на основе яркости исходного изображения. Этот процесс представляет
собой операцию настройки значений RGB, регулируемую вводом маски (в
данном случае инвертированного изображения), которая в том или ином ви-
де доступна во всех программах композитинга. После выполнения операции
Глава 8 • Камера
239
инверсии (invert) темные участки изображения становятся светлыми. Такая
маска позволяет сильнее понизить яркость зерен на темных участках, что и
требовалось получить. Далее модифицированная зернистая структура, как и
прежде, складывается с изображением в узле «сложение» (add), после чего от
полученного результата отнимается постоянная величина с целью восстанов-
ления исходной яркости (sub const).
Для особо старательных художников, желающих имитировать усиленную зер-
нистость на ярких участках, предлагается следующая процедура. Для покадро-
вой регулировки амплитуды зерен непосредственно перед их включением
может быть использована яркость самого изображения. Последовательность
операций показана на блок-схеме (рис. 8.46) в предположении, что яркость
трехканального зернистого кадра настраивается по яркости трехканального
изображения. В том месте, где красный канал яркий, синий может быть тем-
ным, поэтому использование всех трех каналов изображения для настройки
яркости зерен представляется наиболее верным решением. Если же вы ис-
пользуете одноканальный зернистый кадр, изображение перед инверсией
[invert] следует преобразовать в одноканальную яркостную версию. Остальная
часть блок-схемы остается без изменений.
Рис. 8.46 • Настройка яркости зерен по яркости изображения
Такой способ настройки яркости зерен вызывает появление дефектов, о
которых я не могу не сказать. Все дело в сделанном нами предположении, со-
гласно которому среднее значение яркости зерен везде одно и то же, в приве-
денном выше примере это 0,05. Понижение яркости зерен на темных участках
уменьшает не тоЛько их амплитуду, но и среднее значение. Теперь среднее зна-
чение для темных участков может составлять не 0,05, а, например, 0,02. А это
значит, что при вычитании из изображения постоянной величины яркость
темных участков будет восстановлена не совсем корректно, и они окажутся не-
много темнее, чем должны быть. Это приведет к незначительному увеличению
контрастности готового изображения, однако эта разница обычно настолько
мала, что не воспринимается визуально. Если увеличение контрастности все же
недопустимо, просто немного уменьшите ее в готовом изображении. Сущест-
вуют способы уменьшить амплитуду зерен, не изменяя их среднее значение, но
этот маленький дефект просто не стоит таких усилий.
240
Часть II • В поисках реализма
8.5.3. СОГЛАСОВАНИЕ ЗЕРНИСТОЙ СТРУКТУРЫ ДВУХ СЛОЕВ
Классические композиции из снимков на зеленом экране составляются из
двух слоев: один для переднего плана, другой для фона. Слои снимаются в
разное время, в разных местах и, несомненно, на разную пленку. Задача
обычно состоит в согласовании слоя переднего плана с фоном, поскольку
фон, как правило, уже согласован со всеми остальными фоновыми снимками
и не подлежит изменению. Важно, что зернистость слоев необходимо согла-
совывать по отдельным каналам. Не пытайтесь на глаз определить общую
степень зернистости слоев по полноцветным изображениям. Сначала согла-
суйте красные каналы, затем зеленые, и в конце концов синие.
Заключительная проверка соответствия зернистой структуры должна
проводиться при частоте кадров, равной или близкой к реальной (24 кадра в
секунду для кино и 30 кадров в секунду для видео NTSC), и на полном разре-
шении. Сравнение статических кадров мало что даст, поскольку нужно ви-
деть «танец» зерен, равно как не помогут и кадры-заменители с низким раз-
решением, поскольку в них теряется слишком много деталей зернистой
структуры. При работе с видео для современных рабочих станций просмотр
кадров с полным разрешением не представляет никакой проблемы. Но вос-
производить кадры художественных фильмов с разрешением 2k в реальном
времени рабочие станции пока еще не научились. Более или менее приемле-
мым вариантом будет вырезать один или два представляющих наибольший
интерес участка с полным разрешением. Они будут достаточно маленькими,
чтобы станция смогла воспроизвести их в реальном времени или близко к
нему. Кроме того, необязательно просматривать всю съемку. Двадцати или
тридцати кадров вполне хватит, чтобы увидеть игру зерен.
Если степень зернистости переднего плана меньше, чем фонового слоя,
проблема решается легко. Просто добавьте необходимое количество зерен.
Если же зернистость переднего плана больше, чем в фоне, ситуация осложня-
ется. Уменьшение зернистости кинокадра - перспектива не из приятных. Де-
ло в том, что края зерен очень похожи на края объекта, и любой процесс, уда-
ляющий одни, неизменно будет стремиться удалить и другие. Существуют
сложные алгоритмы, позволяющие обнаруживать в изображении края объек-
та и не удалять зерна из этих пикселов. Однако этот метод требует большой
вычислительной мощности и имеется далеко не во всех программах. Конечно,
если в вашей программе он есть, грех им не воспользоваться. Но что делать,
если такого метода нет?
Очевидный прием - операция легкого размытия (soft blur), но при этом
будут потеряны мелкие детали изображения. Операция размытия с последую-
щим увеличением резкости изображения с целью восстановить детальность -
Глава 8 • Камера
241
не что иное, как попытка обойти проблему стороной (и добавить в изображе-
ние побольше дефектов), так что этот вариант не подходит. Можно попробо-
вать применить unsharp mask после мягкого размытия, поскольку она работает
на других принципах, нежели старое доброе увеличение резкости. Эти прин-
ципы описаны в разделе 8.1.4 Увеличение резкости (Sharpening).
Есть один прием, который может помочь в данной ситуации: размытие только
синего канала. Большая часть зерен содержится именно в нем, в то время как
основные детали изображения содержатся в красном и зеленом каналах. Этот
подход позволяет устранить максимальное количество зерен с минимальной
потерей деталей.
8.5.4. ДОБАВЛЕНИЕ ЗЕРНИСТОЙ СТРУКТУРЫ В НЕ СОДЕРЖАЩИЕ ЕЕ СЛОИ
Поскольку CGI-элементы не содержат какой-либо зернистости, ее следует
добавить, если данный элемент накладывается на зернистый фон. При работе
с видео достаточно применить мягкую операцию добавления шума, посколь-
ку зерна в видеоизображениях имеют размер в один пиксел. Для кинокадров
более эффективны сложные процедуры, описанные выше. В рисованных зад-
них планах (matte painting) бывают участки с «замороженными» зернами, а
также участки, совсем не содержащие зерен. Это обусловлено тем, что такие
изображения часто создаются на основе реальных зернистых снимков, к ко-
торым добавляются другие участки либо обрабатываются имеющиеся, в лю-
бом случае зернистость в этих участках отсутствует. Вы можете определить,
была ли устранена зернистость из какого-либо участка matte painting, по-
скольку при искусственном добавлении зерен в такой участок результат по-
лучится не такой, как при их добавлении в изначальной не имевший зерен
участок.
Другим примером «замороженной» зернистости служат фиксированные ста-
тичные кадры. Поскольку в снимке уже имеется некоторая зернистость, для его
«оживления» необходимо добавить совсем немного, но полученный результат
может оказаться не вполне соответствующим остальной части снимка. При
наличии времени и средств лучший вариант - устранить зернистость из фикси-
рованного кадра, а затем включить в него движущиеся зерна. При правильном
содержании сцены иногда можно получить фиксированные кадры практически
без зерен путем усреднения нескольких снимков. Допустим, у вас есть пять
снимков. Уменьшите яркость каждого из них на 20%, после чего сложите их
вместе, чтобы получить суммарную яркость 100%. Этот способ позволяет наи-
лучшим способом устранить из снимков зернистую структуру.
8.6. Список вопросов для самоконтроля
Ниже приведен список вопросов, по которому вы сможете проверить себя
после окончания работы над снимком, чтобы убедиться в том, что все про-
блемы решены.
242
Часть II • В поисках реализма
1. Фокус
Правильно ли настроена резкость всех элементов в снимке?
Если имеется искусственный эффект расфокусировки, выглядит ли он
реалистично?
Если применялось увеличение резкости, не привело ли оно к появлению
дефектов?
2. Глубина резкости
Корректна ли глубина резкости наложенного элемента?
Требуется ли выполнить анимацию расфокусировки?
3. Линзовые эффекты
Улучшит ли вид снимка светорассеяние от объектива?
Не перестарались ли вы с количеством линзовых эффектов?
4. Вуалированное сияние
Присутствует ли на снимке заметное вуалированное сияние?
Согласовано ли видимое сияние двух слоев?
5. Зернистость
Согласуется ли зернистая структура наложенных слоев?
Присутствуют ли в съемке фиксированные статичные кадры или элемен-
ты, в которые нужно добавить движущиеся зерна?
0 Движение
После согласования светового пространства и характеристик камеры работу
над большинством снимков можно считать завершенной, однако некоторые
снимки требуют также согласования движения. Одним из ключевых средств
для достижения этой цели является отслеживание движения (motion tracking),
с помощью которого один элемент можно «протащить» по другому для согла-
сования движения (match move). Еще одно применение отслеживания движе-
ния - стабилизация снимков. В этой главе описываются оба этих процесса и их
разновидности, а также различные полезные советы, хитрые приемы и методы.
Геометрические трансформации, как двухмерные (2D), так и трехмерные
(3D), применяются для изменения формы, размера и ориентации изображе-
ний, а также для их последующей анимации, как и в случае отслеживания дви-
жения. Четкое представление об эффектах опорных точек (pivot point) и выбо-
ре фильтров поможет вам избежать получения неожиданных и некачествен-
ных результатов. Обсуждение опорных точек заканчивается несколькими по-
лезными методами решения не всегда простой задачи объединения двух изо-
бражений. И, конечно же, мы обязательно обсудим различные дефекты изо-
бражений.
9.1. Геометрические трансформации
Геометрические трансформации - это процессы изменения размера, положе-
ния, формы и ориентации изображения. Такие операции могут потребовать-
ся для перемещения элемента или изменения его размера, чтобы он был при-
годен для снимка, либо для последующей анимации этого элемента. Геомет-
рические трансформации также применяются после отслеживания движения
для анимации элемента, который должен быть привязан к движущейся цели,
а также для стабилизации снимков.
9.1.1. ДВУХМЕРНЫЕ ТРАНСФОРМАЦИИ
Двухмерные трансформации носят такое название из-за того, что они изме-
няют изображение только в двух измерениях (X и Y), в то время как трехмер-
ные (3D) трансформации работают с изображением в трехмерном простран-
стве. Применение каждой из 2D трансформаций - сдвиг, вращение, масшта-
бирование, наклон и смещение углов - сопряжено со своими опасностями и
вызывает появление характерных дефектов. Чтобы получить качественную
244
Часть II • В поисках реализма
композицию, необходимо четко понимать природу этих дефектов и способы
их минимизации.
Сдвиг (Translation). Сдвиг - это техническое определение перемещения
изображения по оси X (горизонтально) либо по оси Y (вертикально), но в не-
которых менее формализованных программах он может также называться
«панорамированием» (pan) или «изменением позиции» (reposition). На
рис. 9.1 приведен пример простого перемещения изображения слева направо,
которое имитирует движение камеры справа налево.
Рис. 9.1 • Перемещение изображения слева направо
В некоторых программах предусмотрен «панорамный» параметр для опе-
рации сдвига. При этом пикселы, уходящие за край кадра, появляются на его
другом краю. «Панорамные» функции чаще всего используются в программах
рисования. Посредством сглаживания «швов» на панорамных изображениях
можно создать «черепицу» и затем «замостить» ею какой-либо участок.
На рис. 9.2 изображена исходная картинка с облаками. Рис. 9.3 - результат ее
сдвига в панорамном режиме, вследствие которого в центре картинки появился
очень заметный шов. На рис. 9.4 этот шов сглажен, а полученное изображение
уменьшено и использовано для «покрытия» рис. 9.5, где горизонтально распо-
ложены три уменьшенных экземпляра рис. 9.4. Если взять изображение на рис.
9.4, панорамировать его вертикально и сгладить горизонтальные швы, получится
изображение, с помощью которого можно «замостить» бесконечную площадь
как по горизонтали, так и по вертикали.
Рис. 9.3 • После
панорамирования
Рис. 9.2 • Исходное
изображение
Рис. 9.4 • После
сглаживания швов
Глава 9 • Движение
245
Рис. 9.5 • «Черепица» из изображений
Целые числа против чисел с плавающей запятой. Некоторые програм-
мы композитинга предлагают две различные операции панорамирования: в
целых числах и в числах с плавающей запятой. Операция с целыми числами
может называться по-другому, например, «сдвигом пикселов». Различие за-
ключается в том, что целочисленная операция может перемещать изображе-
ние только в границах точных значений пикселов. Допустим, она может пе-
редвинуть изображение на 100 пикселов по горизонтали. Операция же с
дробными числами может перемещать изображения на любое нецелое значе-
ние, например, на 100,731 пикселов.
Для анимации ни в коем случае нельзя использовать целочисленную опера-
Цию' поскольку картинка в этом случае будет «прыгать» по пикселам отрыви-
стыми движениями. Для создания анимации подойдет только операция с
дробными числами, поскольку она позволяет создать эффект плавного движе-
ния с любой скоростью и на любое расстояние. Однако в случаях, когда требу-
ется просто переместить изображение на новое фиксированное место, пред-
почтение следует отдать целочисленной операции. Она не только значительно
быстрее, но и не приводит к смягчению изображений операциями фильтрации,
в отличие от версии с дробными числами. Смягчение изображений при фильт-
рации рассматривается дальше в этой главе.
Перемещение из начальной точки в конечную. В одних программах не-
обходимо просто ввести величину, на которую нужно сдвинуть изображение
по осям X и Y, и получить результат. Такие операции панорамирования мож-
но назвать «абсолютными». В других программах используется формат с на-
чальной и конечной точками; это «относительные» операции. Пример такой
операции приведен на рис. 9.6. Эти операции немного более сложные, но
иногда могут оказаться полезными, например, для стабилизации изображе-
ний или различных операций с движением, в чем мы убедимся немного поз-
же. Начальные и конечные значения используются следующим образом: точ-
ка, имеющая начальные координаты X.Y перемещается в точку, имеющую ко-
нечные координаты X,Y, захватывая с собой, разумеется, все изображение. В
примере на рис. 9.6 точка с координатами 100, 200 перемещается в точку с
координатами 150, 300. Это означает, что изображение перемещается на 50
246
Часть II • В поисках реализма
пикселов горизонтально и на 100 пикселов вертикально. Тот же самый ре-
зультат получится, если взять начальные значения 1100, 1200 и конечные
1150, 1300 - изображение все равно передвинется на 50 пикселов горизон-
тально и на 100 вертикально. Другими словами, изображение смещается на
определенное расстояние от начальной точки до конечной. Чем же хорош
этот метод начальных и конечных точек?
Допустим, нужно передвинуть изображение из точки А в точку В. При
использовании абсолютного панорамирования расстояние, на которое долж-
но быть перемещено изображение, придется вычислять самостоятельно. Для
этого потребуется вооружиться калькулятором и вычесть из Х-координаты
точки В Х-координату точки А, чтобы найти абсолютное смещение по гори-
зонтали, и затем повторить эту операцию для координаты Y, чтобы найти аб-
солютное смещение по вертикали. И только теперь можно ввести эти значе-
ния в узел панорамирования и переместйть картинку. При использовании
относительного панорамирования все, что нужно сделать, - это ввести коор-
динаты точки А в качестве начальных, а координаты точки В-в качестве ис-
ходных и получить свой результат. Всю арифметику в этом случае возьмет на
себя компьютер, для этого он, собственно говоря, и был придуман.
Рис. 9.6 • Панорамирование по начальным и конечным точкам
Вращение (Rotation). Вращение, видимо, является единственной операци-
ей обработки изображений, которая избежала участи иметь много разных
имен, и поэтому в любой программе она будет называться именно «вращение».
Поскольку большинство операций вращения исчисляются в градусах, говорить
тут особо не о чем, могу разве что напомнить вам, что 360° составляют полный
круг. Существуют, однако, программы, которые в операциях вращения исполь-
зуют не градусы, а радианы - более сложные и «престижные» единицы измере-
ния вращения для настоящих энтузиастов тригонометрии.
Радианы хорошо подходят для вычисления длины дуги окружности, но в
деле измерения углов, когда требуется выпрямить наклоненное изображение,
они не очень удобны. Конечно, вы захотите узнать, чему равен один радиан.
Один из вариантов: ввести начальное значение, которое кажется наиболее
правильным, и методом проб и ошибок добиться нужного угла, вдоволь на-
Глава 9 • Движение
247
смотревшись, как изображение вращается подобно циркулярной пиле. Один
радиан равен приблизительно 60 градусам. Если быть точными, официальная
формула перехода между градусами и радианами следующая:
360 градусов = 2п радиан. (9.1)
Да, формула не очень удобная. Может быть, два пи радиан и равны 360°,
но для того чтобы получить хоть какую-то полезную информацию, придется
еще немало поработать с калькулятором. Ниже в табл. 9.1 приведены значе-
ния для нескольких рассчитанных отправных точек, которые могут оказаться
полезными при встрече с операцией вращения, использующей радианы.
ТАБЛИЦА 9.1 • Перевод градусов в радианы и обратно
Перевод радианов в градусы Перевод градусов в радианы
1 радиан — 57,3° 10° = 0,17 радиан
0,1 радиан — 5,7° 90° — 1,57 радиан
Теперь вы по крайней мере знаете, что если картинку нужно повернуть
на пару градусов, это будет примерно 0,03 радиана. 90° составляют примерно
1,57 радиан, а 180° - это примерно 3,14 радиана. Можно сказать, что с радиа-
нами вы теперь «на ты».
Точки привязки (Pivot point). Каждая операция вращения имеет свою
поворотную точку - точку привязки, которая представляет собой центр вра-
щения. Результат вращения главным образом определяется расположением
точки привязки, поэтому важно знать, где она находится, каким образом влия-
ет на операцию вращения и как можно при необходимости ее переместить.
Точка привязки вращаемого прямоугольника на рис. 9.7 находится в его
центре, и результат вращения предугадать несложно. На рис. 9.8 точка при-
вязки смещена в правый нижний угол, и результат здесь получается совсем
другой. Угол поворота в обоих случаях один и тот же, но конечное располо-
жение прямоугольника на втором рисунке оказывается чуть выше и правее.
Если точку привязки поместить достаточно далеко от прямоугольника, в ре-
зультате вращения он может оказаться даже за пределами кадра!
Изменение размера и масштабирование. Во многих пакетах программ
изменение масштаба (zoom) и изменение размера (scale) означает разные дей-
ствия. Но независимо от терминологии существует две разновидности этих
операций. Операция «изменение размера» (scale) чаще всего означает, что
размер геометрически меняется и изображение пропорционально увеличива-
ется или уменьшается, как на примерах, показанных на рис. 9.9.
248
Часть II • В поисках реализма
Рис. 9.7 • Точка привязки
в центре прямоугольника
Рис. 9.8 • Точка привязки сдвинута
относительно центра
Операция же «масштабирование» (zoom) обычно означает, что размер по
осям X и Y остается таким же, но меняются размеры изображения внутри не-
го, из-за чего оно становится больше или меньше, как при съемке крупным
или мелким планом. Примеры такой операции показаны на рис. 9.10.
1024х ТОО ТООх 5Т0 1200 х1024
Рис. 9.9 • Операция изменения размера: размер меняется,
изображение пропорционально увеличивается или уменьшается
Рис. 9.10 • Операция масштабирования: размер
не меняется; но меняются размеры изображения внутри
Глава 9 • Движение
249
Точки привязки. В операции, которая просто меняет размер изображе-
ния по горизонтали и по вертикали, нет поворотных точек. Операции же
масштабирования и изменения размера похожи на операцию вращения тем,
что имеют центр, относительно которого выполняется операция. Он может
называться точкой привязки, центром изменения размера или центром мас-
штабирования.
Точка привязки для уменьшенного прямоугольника на рис. 9.11 находит-
ся в его центре, поэтому результат операции не представляет ничего удиви-
тельного. На рис. 9.12 точка привязки смещена в правый нижний угол, из-за
чего получился совершенно другой результат. Степень уменьшения в обоих
случаях одна и та же, но на втором рисунке конечный прямоугольник распо-
ложен чуть ниже и правее, чем в первом случае. Таким образом, изменение
размера изображения относительной нецентральной точки также смещает
его в пространстве. Если точку привязки поместить далеко за пределами объ-
екта, этот объект опять же может «выйти» из кадра.
Наклон (Skew). Изменить общую форму изображения можно также при
помощи наклона, или сдвига противоположных сторон параллельно друг
другу, но в разных направлениях, что показано на рис. 9.13. Наклон переме-
щает одну сторону изображения относительно противоположной ей сторо-
ны: верхнюю относительно нижней, если это горизонтальный наклон, и ле-
вую относительно правой, если это вертикальный наклон. В операции накло-
на обычно нет поворотной точки, поскольку при движении одной стороны
по отношению к другой эта другая сторона выступает в роли центра опера-
ции. Наклон может применяться для деформирования масок или альфа-
каналов изображений, которые затем используются в качестве теней, однако
более качественные результаты обычно дает смещение углов. Оно позволяет
лучше контролировать форму тени и создавать перспективу.
Рис. 9.11 • Точка привязки
в центре прямоугольника
Рис. 9.12 • Точка привязки,
смещенная относительно центра
250
Часть II • В поисках реализма
Рис. 9.13 • Горизонтальный и вертикальный наклон
Смещение углов (Comer pinning). Смещение углов, показанное на рис. 9.14,
- это очень важный инструмент деформации изображения, так как он позволяет
изменить форму всей картинки в целом произвольным образом. Особенно поле-
зен данный метод при добавлении в картинку элемента не совсем правильной
формы либо элемента, требующего легкого сдвига перспективы. Деформацию
при смещении углов можно сравнить с картинкой на листе резины, любой угол
которого (либо сразу все четыре) можно вытянуть в любом направлении. На рис.
9.14 стрелками показаны направления смещения каждого угла. Расположение
углов впоследствии можно анимировать, чтобы согласовать изменение перспек-
тивы с перемещением объекта в приложении с отслеживанием движения.
Никогда не забывайте, что смещение углов на самом деле вовсе не меняет
перспективу изображения. Единственный способ изменить перспективу -
снять ту же сцену с другого ракурса. Все, на что способно смещение углов, -
это деформировать плоскость изображения, на которой находится картинка,
тем самым создав довольно реалистичный эффект изменения перспективы,
если вы, конечно, не перестараетесь.
На приведенных ниже рисунках показан пример изменения перспективы.
Здание на исходном снимке (рис. 9.15) снято широкоугольным объективом с
близкого расстояния, из-за чего здание на картинке приобрело форму конуса,
сужающегося кверху. На рис. 9.16 изображен результат растяжения верхних
углов снимка, после которого здание обрело нормальную форму. Изменение
перспективы создало эффект съемки здания с более далекого расстояния и бо-
лее длинным объективом. Если не присматриваться к снимку, все отлично. Од-
нако в картинке все еще осталось несколько «улик», разоблачающих близкое
расположение камеры. Найти их нетрудно - главное знать, что искать. Но не-
искушенный зритель вряд ли заметит эти маленькие детали, особенно если это
изображение появляется на экране на не очень длительное время.
Другим применением изменения перспективы является наложение эле-
мента на плоскую поверхность, как показано на рис. 9.17-9.20. Табличку с
надписью, изображенную на рис. 9.17, требуется наложить на стену вагончика
(рис. 9.18). Для получения необходимой перспективы табличка деформирует-
Глава 9 • Движение
251
ся с помощью смещения углов (рис. 9.19). На рис. 9.20 показан результат на-
ложения деформированной таблички на стенку вагончика - она как будто тут
и была! В большинстве программ отслеживания движения можно также ани-
мировать четыре угла, чтобы камера или объект могли двигаться в ходе съем-
ки. Элемент со смещенными углами накладывается на объект и меняет его
перспективу на протяжении всей съемки. Наиболее успешно этот метод при-
меняют для вывода картинки на экран монитора или телевизора вместо того,
чтобы попытаться снять необходимую сцену.
Рис. 9.14 • Примеры смещения углов
Рис. 9.15 • Исходное изображение
Рис. 9.16 • Изменение перспективы
Глава 9 • Движение
253
обычному двухмерному вращению. В одном узле трехмерных трансформаций
объединены операции вращения, масштабирования и перемещения, что по-
зволяет создавать из них разные комбинации движения.
Рис. 9.21 • Координатные оси трехмерного пространства
Рис. 9.22 • Вращение вокруг оси X Рис. 9.23 • Вращение вокруг оси Y
Рис. 9.24 • Вращение вокруг оси Z
Глава 9 • Движение
253
обычному двухмерному вращению. В одном узле трехмерных трансформаций
объединены операции вращения, масштабирования и перемещения, что по-
зволяет создавать из них разные комбинации движения.
Рис. 9.21 • Координатные оси трехмерного пространства
Рис. 9.22 • Вращение вокруг оси X Рис. 9.23 • Вращение вокруг оси Y
Рис. 9.24 • Вращение вокруг оси Z
254
Часть II • В поисках реализма
Трехмерные трансформации используются в том случае, когда требуется доба-
вить какой-либо «летающий» объект. Возьмем простой пример: эмблема, вы-
летающая из верхнего угла экрана. Необходимо переместить эмблему из угла в
центр экрана и одновременно увеличить ее масштаб. Совместить эти два дви-
жения так, чтобы это выглядело естественно, при помощи 20-операций сдвига
и изменения размера - задача не из легких. Это связано с тем, что данное дви-
жение по существу является трехмерным, а мы пытаемся осуществить его по-
средством набора отдельных 20-движений. Лучше воспользоваться узлом 3D-
трансформации и создать истинное трехмерное движение эмблемы.
9.1.3. ФИЛЬТРАЦИЯ (FILTERING)
Всякий раз при трансформации изображения происходит повторная выборка
его пикселов, или «фильтрация», в результате которой создаются пикселы
новой версии изображения. Эти фильтрующие операции могут оказывать
значительное воздействие на результаты трансформации, поэтому знание
принципов их работы и выбора конкретных операций для каждого случая
поможет избежать многих серьезных проблем.
Эффекты фильтрации. В большинстве случаев фильтрация способствует
сглаживанию изображения, поскольку его новая версия создается путем не-
которого усреднения яркости соседних пикселов с целью получения новых
значений. Это приводит к необратимому снижению качества изображения.
Если повернуть картинку на несколько градусов, а затем повернуть обратно,
ее исходная резкость не восстановится.
Ниже на рисунках приведены примеры трансформаций небольшого пря-
моугольного объекта, изображенного крупным планом на рис. 9.25. Изна-
чально он имеет сглаженные границы шириной в один пиксел. На рис. 9.26
изображен результат поворота картинки на 5°, приведший к появлению «от-
фильтрованных» пикселов по всему периметру объекта. Рис. 9.27 изображает
простую операцию сдвига в формате чисел с плавающей запятой. Хорошо
видно, что фильтрация привела к размытию пикселов кромки объекта. И,
разумеется, при увеличении размера изображение становится еще менее рез-
ким, так как помимо действия фильтрации здесь играет роль и тот факт, что
на большее пространство теперь приходится меньше пикселов.
Рис. 9.25 • Исходное
изображение
Рис. 9.26 • Вращение
Рис. 9.27 • Сдвиг
Глава 9 • Движение
255
Ширина резких краев большинства объектов на изображениях с низким
разрешением, таких как видеокадры, составляет один пиксел, в то время как
«резкие» края кинокадров с разрешением 2k обычно имеют ширину несколь-
ко пикселов. По этой причине эффект сглаживания будет гораздо более заме-
тен в случае изображений с низким разрешением.
Если после выполнения серии трансформаций сглаживание изображения стало
слишком заметным, проверьте, нет ли в вашей программе многофункциональ-
МНК/ ного узла, объединяющего все необходимые трансформации (или большинст-
во из них). Такие узлы комбинируют различные трансформации (вращение,
изменение размера, сдвиг) в одну единственную, что позволяет уменьшить
степень сглаживания благодаря тому, что пикселы изображения фильтруются
только один раз.
Простые операции сдвига пикселов не вызывают потерю резкости,
поскольку не используют фильтрацию. В этом случае пикселы просто перено-
сятся из одного места в другое без какой-либо обработки; этим также объяс-
няется высокая скорость этих операций. Выполняются они, разумеется, в це-
лых числах, чтб делает их непригодными для анимации, однако для переме-
щения фоновых снимков они очень удобны.
Единственный случай, когда фильтрация не приводит к потере четкости
изображения, - это уменьшение его размера. В этой операции пикселы тоже
подвергаются фильтрации, но, кроме того, они еще сжимаются в изображе-
ние меньшего размера, что приводит к возрастанию резкости всей картинки.
В случае кинокадров уменьшенное изображение может стать настолько рез-
ким, что для его согласования с остальной частью картинки потребуется не-
которое сглаживание. С видеокадрами таких проблем обычно не возникает,
поскольку края уже имеют ширину в один пиксел, и дальнейшее уменьшение
ширины невозможно.
Мерцающие звездные поля. Одна из самых распространенных ситуаций,
когда фильтрация пикселов вызывает проблемы, - это явление «мерцания
звездного поля» (twinkling star fields). Представьте: вы создали замечательное
звездное поле и анимировали его любым из способов (например, вращением
или панорамированием), и вдруг обнаруживаете, что звезды начали мерцать!
По непостижимой причине их яркость меняется по мере движения, а при ос-
тановке движения прекращается и мерцание.
Дело в том, что звезды очень маленькие, один или два пиксела размером,
и при анимации они фильтруются вместе с окружающими темными пиксела-
ми. Если конкретная звезда оказывается точно на месте какого-то пиксела,
она сохраняет свою яркость. Если же она «вламывается» между двумя пиксе-
лами, то усредняется по ним, и падение яркости для каждого пиксела может
256
Часть II • В поисках реализма
достичь 50%. Таким образом, яркость звезды меняется в зависимости от мес-
та ее расположения на каждом кадре, создавая эффект мерцания при движе-
нии.
Не следует путать это явление с чересстрочным мерцанием в видео
(flicker), пусть внешне эти эффекты и похожи. Различие состоит в том, что
чересстрочное мерцание проявляется только при просмотре изображения на
видеомониторе с чересстрочной разверткой, а при просмотре на сканирую-
щем мониторе с прогрессивной разверткой, которым оснащены большинство
рабочих станций, ничего подобного не наблюдается. Другое отличие состоит
в том, что чересстрочное мерцание сохраняется даже на статических изобра-
жениях.
Итак, как же справиться с этой проблемой? Боюсь, что помочь может только
укрупнение звезд. Ведь главная беда в том, что они сравнимы по размеру с
пикселами, из-за чего сильно искажаются при фильтрации. Попробуйте создать
поле со звездами, размер которых в два раза больше требуемого, то есть два
или три пиксела в диаметре. Выполните вращение этого поля, а затем умень-
шите его в размере. Звезды диаметром несколько пикселов гораздо более
устойчивы к эффектам фильтрации с окружающим темным фоном.
Проблема осложняется тем, что звезды очень маленькие, очень яркие и
окружены черным фоном - наихудший из возможных вариантов. Без сомне-
ния, данное явление встречается и в обычных снимках, просто в них оно не
так заметно благодаря тому, что там обычно отсутствуют такие крошечные и
высококонтрастные объекты, как звезды.
Выбор фильтра. Для ресэмплинга (передискретизации) пикселов разра-
ботано большое количество различных фильтров, каждый из которых имеет
свои достоинства и недостатки. Ниже приведены несколько наиболее распро-
страненных из них, но точную информацию об их наличии следует искать в
руководстве пользователя для конкретной программы. В хороших программ-
ных пакетах предусмотрена возможность выбора наиболее подходящего
фильтра для операций трансформации. Математические «внутренности» этих
фильтров здесь не рассматриваются, поскольку они слишком громоздкие и, в
конечном счете, не дают художнику никакой полезной информации. Вместо
этого внимание уделяется эффектам фильтров и сфере их применения.
Bicubic (Бикубический) - высококачественный фильтр для увеличения
размера изображений. Фактически он включает в себя процесс увеличения
резкости краев, из-за чего увеличенное изображение не так сильно теряет
четкость. В некоторых случаях возрастание резкости краев приводит к воз-
никновению дефектных вертикальных полос, искажающих изображение.
Лучше всего подходит для увеличения размера (scale up) и масштаба изобра-
жений (zoom in).
Глава 9 • Движение
257
Bilinear (Билинейный) - простой фильтр для увеличения и уменьшения
размера изображений. Более быстрый, чем бикубический, поскольку исполь-
зует менее сложную математику и не содержит операции увеличения резко-
сти краев. Изображения в результате получаются менее четкими. Лучше всего
подходит для уменьшения размера изображений (scale down), так как при
этом не требуется сохранять четкость краев.
Gaussian (Гауссов) - еще один высококачественный фильтр для увеличе-
ния размера изображений (scale up). Не содержит процесса обработки краев.
В итоге полученное изображение не такое четкое, но зато в нем нет никаких
вертикальных полос. Применяется в качестве заместителя фильтра Митчелла,
когда тот приводит к появлению указанного дефекта.
Impulse (Импульсный) - также известен как «ближайший сосед» (nearest
neighbor), очень быстрый, но низкокачественный фильтр. Он даже не совсем
фильтрует, а скорее «выдергивает» пикселы из исходного изображения, то
есть просто выбирает из него ближайший пиксел, подходящий для создания
конечного изображения. Очень удобен для быстрого создания пробной, с
низким разрешением версии движения. Используется также для увеличения
изображений с целью придать им «пикселизованный» вид.
Mitchell (Митчелла) - разновидность бикубического фильтра с усовер-
шенствованными параметрами фильтрации, позволяющими добиться более
качественного результата в большинстве случаев. Также использует увеличе-
ние резкости краев, однако менее подвержен появлению дефектов, чем обыч-
ный бикубический фильтр, и поэтому применяется в качестве его заменителя.
Sine (Гармонический) - специальный высококачественный фильтр для
уменьшения изображений (downsizing). Применение других фильтров, как
правило, приводит к потере мелких деталей картинки либо появлению сту-
пенчатости изображения. Данный же фильтр позволяет сохранить и детали, и
достаточную степень сглаживания. Хорошо подходит для уменьшения разме-
ра (scale down), либо масштаба изображений (zoom out)..
Triangle (Треугольный) - простой фильтр для увеличения и уменьшения
изображений. Более быстрый по сравнению с фильтрами с увеличением рез-
кости из-за менее сложной математики и отсутствия обработки краев. Увели-
ченные изображения в результате получаются менее четкими. Лучше всего
подходит для уменьшения размера изображений (scale down), так как при
этом не требуется сохранять четкость краев.
9.1.4. СОВМЕЩЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ (LINING UP IMAGES)
Существует множество ситуаций, когда требуется точно совместить (line up)
одно изображение поверх другого. Многие программы предлагают возмож-
9- Цифровой композитинг
258
Часть II • В поисках реализма
ность определенного рода сравнения изображений «A/В», весьма полезную
при совмещении. Изображения загружаются в окно просмотра, после чего
приходится переключаться между ними, чтобы сравнивать их и проверять их
взаимное расположение. В большинстве ситуаций такой подход вполне адек-
ватен, однако бывают случаи, когда предпочтительнее одновременно видеть
оба изображения, а не переключаться постоянно от одного к другому.
Проблема состоит в необходимости видеть, что происходит при закрыва-
нии одного слоя другим. Простое 50%-ное растворение двух слоев только
безнадежно испортит ситуацию, а наложение одного слоя на другой с необхо-
димостью постоянного переключения между ними и тщательного выравни-
вания - способ очень медленный и неудобный. Нужен способ, который по-
зволил бы одновременно отображать оба слоя и сохранял бы их визуальную
различимость в процессе подгонки их взаимного расположения. В этом раз-
деле рассматриваются два разных метода отображения совмещения, которые
способны справиться с поставленной задачей.
Отображение совмещения с помощью маски смещения. Метод маски
смещения (offset mask) объединяет два изображения таким образом, что в слу-
чае их неточного выравнивания появляются рельефные контуры (embossed
effect), как на рис. 9.28. Эти контуры выявляют все неидентичные пикселы двух
изображений. Если изображения точно центрированы относительно друг дру-
га, всякий рельеф исчезает, и остается невыразительная серая картинка.
Рис. 9.28 • Рельефный эффект смещенных относительно
друг друга изображений
Для создания маски совмещения (lineup mask) необходимо просто инвер-
тировать одно из двух изображений, а затем смешать их в равных соотношени-
ях. Это можно сделать при помощи узла растворения (dissolve) или узла сме-
шивания (mix) с параметром 50%. В случае использования отдельных узлов
сначала уменьшите значения RGB каждого изображения на 50%, после чего
сложите их. Пиктографическая схема всего процесса изображена на рис. 9.29.
Глава 9 • Движение
259
Для ознакомления с этой процедурой лучше использовать два одинаковых
входных изображения. Когда же вы будете уверены, что правильно настроили
операцию и хорошо видите все признаки несоответствия, замените одно из
изображений реальным, с которым требуется выполнить совмещение.
1тавеВ
Рис. 9.29 • Пиктографическая блок-схема процедуры совмещения
с помощью маски смещения
Рис. 9.30 • Пиктографическая блок-схема создания чистого кадра
с помощью смещенной защиты
260
Часть II • В поисках реализма
После настройки операции вам останется просто передвигать одно из
изображений до тех пор, пока маска смещения не станет гладкой в той облас-
ти, которую нужно накладывать. Это очень точный «детектор смещения»,
способный выявить малейшую разницу между двумя картинками, однако он
страдает от одного недостатка: вы не знаете, какое изображение и куда нужно
передвинуть, чтобы требуемые участки совпали. Маска смещения может
только сказать, что участки наложены неидеально. Конечно, можно опытным
путем выбрать какое-то направление передвижения, и если при этом эффект
рельефа усиливается, вернуться в исходное положение и попробовать другие
варианты. Немного практики - и вы научитесь различать эти изображения.
Второе применение процедуры совмещения - создание чистого кадра. На рис.
9.30 показан пример создания такого кадра для снимков на зеленом экране, но
эту же процедуру, разумеется, можно использовать для любого произвольного
фона. Итак, два разных кадра смешиваются (mix) и накладываются (line up); при
этом выявляются идентичные участки (серые) и различающиеся (цветные). Да-
лее с помощью операции закрашивания или даже маскирования чистые облас-
ти фона выделяются и накладываются, покрывая различающиеся участки.
Отображение совмещения с помощью детектора краев. Второй метод
совмещения изображений - метод детектора краев (edge detection). Его пре-
лесть в том, что он четко показывает, какое изображение и в какую сторону
нужно двигать. Принцип действия этого метода состоит в использовании
операции обнаружения краев (edge detection) на монохромных версиях двух
изображений, в результате чего создается «контурная» версия (outline) каж-
дого из них. Одно изображение вводится в красный канал [target image], дру-
гое в зеленый [repo image], а синий канал заполняется черным цветом [black],
как показано на блок-схеме на рис. 9.31. Если красное и зеленое контурные
изображения точно центрированы, линии контуров становятся желтыми. Ес-
ли они немного сдвинуты относительно друг друга, проступают отдельные
красные и зеленые линии, по которым можно точно сказать, в каком направ-
лении нужно передвинуть изображение и насколько.
Рис. 9.31 • Блок-схема совмещения с использованием обнаружения краев
Глава 9 • Движение
261
На рис. 9.32-9.35 показан пример использования этого метода совмеще-
ния. Рисунки показывают монохромное изображение (рис. 9.32), его версию с
обнаруженными краями (рис. 9.33), а также изменение цветов линий при не-
точном (рис. 9.34) и точном (рис. 9.35) совмещении.
Рис. 9.32 • Черно-белое изображение
Рис. 9.33 • Обнаружение краев
Рис. 9.34 • Сдвинутые изображения Рис. 9.35 • Выровненные изображения
В процедуре центровки есть одна трудность - нужно держать в уме, какое
именно изображение вы передвигаете и в какую сторону. Имеются два изо-
бражения: смещаемое и основное, относительно которого накладывается
смещаемое. Если основное изображение вводится в красный канал, а сме-
щаемое - в зеленый, как на блок-схеме (рис. 9.31), можно запомнить неболь-
шое мнемоническое правило «передвигать зеленое относительно красного».
Поскольку зеленый цвет ассоциируется с зеленым сигналом светофора, раз-
решающим движение, а красный соответственно с сигналом, запрещающим
движение, легко запомнить, какое изображение перемещать (зеленое) и какое
должно оставаться на месте (красное). Этот метод совмещения, хотя и более
легок в использовании, иногда оказывается менее точным, чем метод, выпол-
няемый с помощью маски смещения, описанный выше.
262
Часть II • В поисках реализма
Процедура совмещения с помощью поворотных точек. Итак, мы рас-
смотрели два неплохих способа отображения процесса совмещения, теперь
самое время поговорить об эффективном методе собственно центрирования
изображений. Правильно расположенная поворотная точка (pivot point)
сильно упрощает процесс совмещения изображений, различающихся по раз-
меру, положению и ориентации. Чтобы достичь требуемого результата, ино-
гда приходится пройти длинный путь проб и ошибок, подбирая нужную по-
следовательность различных операций, таких как изменение размера, враще-
ние, перемещение и так далее. Однако стратегическое расположение пово-
ротной точки и определенная процедура могут значительно упростить слож-
ный процесс совмещения. Каким образом - показано ниже в табл. 9.2.
ТАБЛИЦА 9.2 • Процедура совмещения с помощью поворотных точек
Кнопка
Описание
Задача: центрировать меньшую четырехконечную звезду черного цвета
по большей серой звезде. Маленькая звезда смещена и немного по-
rnmmnn У « вернута относительно большой; кроме того, ее размер изменен по осям
nnint °'/ \ X и У на разную величину. Выбираем точку, общую для двух объектов
риПИ (common point), которую будем использовать в качестве поворотной.
В этом примере такой точкой будет левый нижний угол звезды.
Шаг 1. Передвигаем центрируемый элемент таким образом, чтобы
общие точки (common point), двух элементов совместились. Для всех
последующих перемещений поворотная точка (pivot point) должна
помещаться в эту общую точку.
Шаг 2. Растягиваем элемент по оси X относительно поворотной точки
(pivot [joint) до тех пор, пока его правый край не выровняется по ос-
новному элементу.
Шаг 3. Вращаем элемент вокруг поворотной точки (pivot point), чтобы
сориентировать его относительно основного элемента.
Шаг 4. Растягиваем элемент по оси У, пока его верхний край не вы-
ровняется по основному элементу. Готово! Можете отдохнуть.
Глава 9 • Движение
263
Операции трансформаций поддерживают перемещение поворотных точек,
которое также можно использовать для получения более качественных резуль-
татов.
9.2. Отслеживание движения (Motion tracking)
Отслеживание движения (трекинг) - одна из самых удивительных вещей, кото-
рые компьютер может проделывать с изображениями. Он может с неизменной
точностью и воспроизводимостью осуществить плавное перемещение одного
объекта по другому или стабилизировать трясущийся снимок до полной непод-
вижности. Необходимость стабилизации снимков не требует объяснений; что же
касается отслеживания движения, у него очень много применений. В снимок
можно добавить элемент, движение которого будет согласовано с движением
другого элемента или даже с движением камеры. Можно, наоборот, удалить из
снимка какой-либо элемент, «закрыв» его движение движением участка фона.
Отслеживание движения начинается с определения «курса» или пути, по
которому движется объект на картинке. Затем эти данные используются либо
для удаления движущегося объекта в случае стабилизации снимка, либо для
«оживления» статического элемента, который заставляют двигаться вместе с
основным объектом. Данные в обоих случаях одни и те же, но используются
по-разному. Мало того, даже в пределах одного способа использования воз-
можны вариации: например, сглаживание движения снимка вместо его пол-
ной стабилизации или разностное отслеживание, когда один движущийся
предмет трассируется по другому движущемуся предмету.
^.чА/уу* ;
Если вам так сильно не повезло с необходимостью сделать ротоскопирование
? поверх дико закрученного спиралью футажа, отслеживание движения может
сильно облегчить вам жизнь. Сначала стабилизируйте (или сгладьте) эти кадры,
а затем выполните ротоскопию поверх стабилизированной версии. После этого
возьмите исходные данные, использованные для стабилизации, и инвертируй-
те их. Это послужит данными для трекинга, что вы примените для наложения
результатов своего ротоскопирования поверх оригинала. Как видите, трекинг -
очень полезная штука.
Поскольку вы не работаете с движением, у вас может возникнуть соблазн про-
пустить этот раздел. Однако эта информация может оказаться очень полезной
для работы с компьютерными эффектами. Вполне возможно, вам придется
работать с кадрами, включенными в отслеживание движения, и если в этом
случае вы по незнанию закрасите очень важные отслеживающие маркеры, ни к
чему хорошему это не приведет.
9.2.1. ОПЕРАЦИЯ ТРЕКИНГА
Трекинг - процесс двухстадийный. Первая стадия представляет непосредст-
венное отслеживание в кадре основного объекта; эта операций только соби-
264
Часть II • В поисках реализма
рает данные. Впоследствии данные отслеживания (tracking data) будут преоб-
разованы в данные движения (motion data), которые можно использовать как
для стабилизации снятого материала (stabilizing), так и для трекинга нового
элемента, привязанного к движущейся цели на заднем плане в кадре. Боль-
шинство программ сначала отслеживают все кадры съемки, а затем экспорти-
руют полученные данные движения в узел движения для последующего рен-
деринга. Некоторые системы, такие как Flame, отслеживают и экспортируют
данные движения покадрово, что позволяет наблюдать за процессом стаби-
лизации или создания движения, но эти мелкие отличия касаются только
способов выполнения одной процедуры и не играют большой роли.
Первая операция - размещение точек трекинга (trackingpoints) в ключе-
вых местах картинки, которые служат своеобразными трековыми мишенями
или трековыми целями (tracking targets) что собственно одно и то же, как и
мишени/цели для трекинга (см. рис. 9.36). Впоследствии компьютер «прой-
дется» по всем кадрам съемки, передвигая точки отслеживания в каждом
кадре таким образом, чтобы они всегда совпадали с соответствующими ми-
шенями. Эта фаза посвящена сбору данных, поэтому правильное ее выполне-
ние - залог качественного трекинга.
Рис. 9.36 • Точки отслеживания,
размещенные на мишенях отслеживания
Вероятно, вы заметили, что все «точки» отслеживания на рис. 9.36 обве-
дены двумя квадратами. Внутренний квадрат - это поле соответствия (match
box). Именно пикселы внутри этого поля подвергаются анализу на предмет
соответствия. Внешний квадрат - это поле поиска (search box), оно задает про-
странство, в пределах которого компьютер будет искать соответствующие
Глава 9 • Движение
265
точки в каждом кадре. Чем больше эти поля, тем больше времени потребует-
ся компьютеру на обработку каждого кадра, поэтому рекомендуется делать их
максимально маленькими. Если межкадровое движение слишком быстрое,
мишень (или цель) может оказаться за пределами поля поиска. Для предот-
вращения такой ситуации поля поиска для съемки с быстрым движением сле-
дует делать большими. Чем больше мишень, тем больше должно быть поле
соответствия. В связи с этим идеальный случай - это маленькие, медленно
движущиеся цели. Если это не так, то процесс отслеживания движения может
занять очень много времени.
Общий подход одинаков для всех инструментов трекинга, хотя реальные
алгоритмы могут отличаться. Пикселы внутри поля соответствия (match box)
на первом кадре выделяются в качестве образца соответствия (match refer-
ence). На втором кадре поле соответствия многократно передвигается в пре-
делах поля поиска, меняя позицию, и пикселы внутри него сравниваются с
образцом соответствия. Для каждой такой позиции поля соответствия вы-
числяется и запоминает коэффициент корреляции, который показывает, на-
сколько близко совпадают эти пикселы с образцом.
После того, как поле соответствия побывало во всех возможных положе-
ниях внутри поля поиска, сравниваются все полученные коэффициенты, и
определяется позиция с самым высоким коэффициентом. Если наивысший
коэффициент корреляции больше минимального требуемого значения (кото-
рое, если вам повезет, задается пользователем), значит, цель достигнута, и
компьютер переходит к следующему кадру. Если же соответствия не обнару-
жено, большинство систем останавливаются, жалуются на неудачу и просят
помочь им найти нужный объект. После того как вы им поможете, автомати-
ческое отслеживание возобновляется. До тех пор, пока его снова не постигнет
неудача, пока не закончатся кадры, либо пока вы не расстреляете компьютер
(хочу заметить, ситуацию это не улучшит).
Подбор мишеней для трекинга. Один из ключевых моментов стадии от-
слеживания - выбор подходящих мишеней. Не все объекты годятся для этой
роли. Большая часть алгоритмов использует в качестве параметра контраст-
ность краев, поэтому высококонтрастные края здесь оказываются в более при-
вилегированном положении. Но это еще не все: трековые мишени должны
иметь достаточно резкие края как по оси X, так и по оси Y. На рис. 9.36 точки
трекинга №2 и №3 соответствуют эталонам с краями, резкими по обоим на-
правлениям, чего нельзя сказать о точке №1. Инструмент отслеживания не
сможет точно определить ее местоположение, поскольку она легко может
«сползти» по краю крыши вверх или вниз ввиду отсутствия четких вертикаль-
ных линий привязки. Округлые объекты (лампочки, дверные ручки, хот-доги,
266
Часть II • В поисках реализма
если смотреть на них с конца) служат хорошими образцами для отслеживания,
поскольку имеют контрастные края как по горизонтали, так и по вертикали.
Второй ключевой момент выбора мишеней для трекинга - как можно более
близкое их расположение к точке привязки (locking point), той точке на картин-
ке, к которой требуется привязать движущийся объект. Возьмем, к примеру,
фонтан на рис. 9.37. Допустим, требуется отследить движение персонажа, си-
дящего на парапете фонтана, в точке привязки, отмеченной стрелкой, если в
съемке используется движение камеры. В данном случае весь снимок состоит
из потенциальных точек отслеживания, однако движение камеры приводит к
сдвигу остальных точек картинки относительно точки привязки. Происходит это
по ряду причин.
Если камера перемещается с помощью платформы, операторской тележ-
ки или крана, в снимках будут наблюдаться некоторые параллактические
сдвиги, из-за которых точки на переднем плане и точки на заднем плане будут
двигаться неодинаково. Но даже если камера просто наклоняется или пово-
рачивается, все равно останутся незначительные параллактические сдвиги
между точками переднего и заднего планов.
Рис. 9.37 • Выбор точек привязки
Еще одним важным фактором является дисторсия объектива. Поскольку
разные точки отслеживания проходят через поле искажения объектива в раз-
ное время, их относительное расположение на картинке меняется. Вся про-
блема в том, что эти сдвиги обычно не воспринимаются глазом, в то время
как компьютер их видит отлично. Все эти тонкие различия приводят к появ-
лению ошибок в данных трекинга, в результате которых отслеживаемый объ-
Глава 9 • Движение
267
ект отходит от точки привязки и начинает «кружиться» вокруг нее. Поэтому
выбирайте точки трекинга как можно ближе к точке привязки.
Включение/выключение точек трекинга. Довольно часто бывает, что
присутствие мишеней для трекинга оказываются ненужными на всех подряд
кадрах съемки. Цель может выйти за пределы кадра, либо что-то может за-
слонить ее на несколько кадров. Для этого в любом нормальном инструменте
трекинга предусмотрена функция включения/выключения каждой точки от-
слеживания. Если, например, мишень для точки трекинга №3 выходит за гра-
ницы кадра №100, следует отключить точку №3 для этого кадра. Если цель
заслоняется каким-то объектом на протяжении 10 кадров, соответствующая
точка для этих кадров отключается. Затем, на стадии вычисления компьютер
будет использовать только включенные точки, а выключенные будет игнори-
ровать.
Сохранение формы мишени и слежение за формой мишени. Пикселы
первого из участвующих в отслеживании движения кадров хорошо работают
в качестве образцов соответствия (match reference) для всех последующих
кадров только в том случае, когда мишень для трекинга сохраняет свою фор-
му на протяжении всей съемки. Но что, если это не так?
На рис. 9.38 показан отличную мишень для отслеживания, угол черного
квадрата. Он имеет четкие вертикальные и горизонтальные границы, и пред-
ставляет собой образец соответствия, изображенный на вставке в рисунке. Но
представим теперь, что этот квадрат начинает вращаться. Рис. 9.39 изобража-
ет тот же квадрат, но несколькими кадрами позже, а на вставке показано со-
держимое поля соответствия для этого кадра. Поскольку это содержимое ма-
ло чем похоже на образец соответствия из первого кадра, система заявит «со-
ответствие не обнаружено» и остановит работу.
Рис. 9.38 • Образец соответствия
Рис. 9.39 • Изменение формы
268
Часть II • В поисках реализма
Проблемы такого рода решаются с помощью системы, способной следить
за изменением формы мишени на каждом кадре и использовать наилучшее со-
ответствие из предыдущего кадра в качестве нового образца. Этот метод рабо-
тает, если форма эталона не меняется между двумя соседними кадрами слиш-
ком сильно. Таким образом, наилучший образец соответствие из кадра 51 ста-
новится ссылочным эталоном для кадра 52, и так далее. Создание нового об-
разца соответствия для каждого кадра, учитывающее непрерывное изменение
формы эталона, называется режимом слежение за формой цели (follow shape).
Поддержание первоначальной формы образца соответствия на протяжении
всех кадров съемки называется режимом сохранения формы цели (keep shape). В
разных программах эти режимы, естественно, могут называться по-разному.
Хорошо, если программа предоставляет вам возможность выбора режима
(слежение за формой мишени или ее сохранение) и переключения между ни-
ми при необходимости. Дело в том, что режим слежения за формой цели,
разрешая проблему меняющейся формы эталона, в то же время приводит к
возникновению новой проблемы. В этом режиме получаются гораздо менее
точные данные отслеживания. Связано это с тем, что образец для каждого
нового кадра создается на основе предыдущего, поэтому маленькие погреш-
ности несоответствия имеют свойство накапливаться. В режиме сохранения
формы каждый кадр сравнивается с одним и тем же образцом соответствия,
поэтому, хотя в каждом кадре и присутствует некоторая доля неточности, эти
ошибки не накапливаются.
Ошибки измерения в двух описанных методах можно сравнить с ошиб-
ками при двух различных способах измерения длины 90-футового коридора.
В методе «сохранения формы» вам предлагается измерить коридор с помо-
щью 100-футовой измерительной ленты. Поскольку вы не можете держать
ленту абсолютно прямо, в результате измерения получится величина с неко-
торой маленькой ошибкой. В методе «слежение за формой» для измерения
длины коридора вам дают 6-дюймовую линейку. Чтобы измерить весь
90-футовый коридор, придется ползать по полу и перемещать линейку 180
раз. Всякий раз при ее перемещении появляется новая маленькая ошибка, и к
тому времени, как вы доберетесь до конца коридора, накопится уже 180 оши-
бок. Конечно, полученный результат нельзя сравнить по точности с результа-
том единичного измерения с помощью 100-футовой ленты. Отсюда мораль:
везде, где можно, используйте режим сохранения формы, и только там, где он
перестает работать, переходите к режиму слежение за формой.
9.2.2. ПРИМЕНЕНИЕ ДАННЫХ ТРЕКИНГА
После того, как данные трекинга собраны, настает черед второй стадии от-
слеживания движения - использование этих данных для создания опреде-
Глава 9 • Движение
269
ленного движения (за исключением программы Flame, где эти процессы идут
одновременно). В зависимости от конечной цели собранные данные можно
использовать различными способами. На базе необработанных данных тре-
кинга компьютер может создать различные виды движения: панорамирова-
ние, вращение, изменение размера (масштаба), а также (теоретически) сме-
щение углов по четырем точкам. Кроме того, эти данные могут быть исполь-
зованы двумя разными способами. Как собственно данные отслеживания, то
есть для создания движения статического объекта поверх движущейся мише-
ни, согласования движения, вращения и изменения размера, либо как стаби-
лизационные данные, то есть для удаления движения, вращения и изменений
размера из всех кадров с целью их стабилизации.
Итак, мы отметили множество точек трекинга, некоторые из которых
включены, а другие выключены на определенных кадрах. Теперь для получе-
ния конечного пути движения все эти данные необходимо объединить и ин-
терпретировать. Что значит интерпретировать? Дело в том, что в необрабо-
танных данных отслеживания присутствуют некоторые отклонения от нор-
мы, и поэтому всегда необходимо проводить фильтрацию и усреднение. Даже
в самом простом примере, например отслеживании панорамирования каме-
ры, теоретически все точки трекинга должны были бы перемещаться по эк-
рану в виде застывшего «созвездия».
Создание панорамного движения по таким данным было бы самой три-
виальной задачей. Нужно было бы просто усреднить все расположения этих
точек на покадровой основе, а затем объединить их в единое позиционное
смещение для каждого кадра. Но на практике точки трекинга вовсе не дви-
жутся как единое созвездие. Они слегка «подрагивают» по причине зернисто-
сти и «изгибаются» по причине дисторсии объектива и параллактического
сдвига. Поэтому каждая программа имеет свои собственные правила для вы-
числительной фазы, касающиеся решения подобных вопросов и создания
единого усредненного движения, вращения или изменения размера для каж-
дого кадра.
Результаты вычислений представляют собой не реальное расположение
на экране, а относительные передвижения. Данные трекинга обычно содер-
жат примерно такую информацию: «где бы ни находилось начальное поло-
жение объекта, на втором кадре он смещается на столько-то относительно
этого положения, на третьем кадре - на столько-то, на четвертом... и так да-
лее». Поскольку рассматривается перемещение относительно некоего началь-
ного положения, для первого кадра данных отслеживания не имеется; они
начинаются только со второго кадра.
Приведем конкретный пример. Допустим, нужно выполнить отслежива-
ние простого панорамирования. В этом случае панорамируемый объект по-
270
Часть II • В поисках реализма
мещается на исходную позицию в первом кадре, а на втором кадре согласно
данным трекинга он будет передвинут на 1,3 пиксела по оси X и на 0,9 пиксе-
лов по оси Y относительно исходной позиции. Вот почему очень важно, что-
бы точки трекинга были расположены как можно ближе к точке привязки.
Если собрать данные трекинга в верхней половине экрана, и применить их к
объекту, привязанному к элементу в нижней половине, результат получится
несколько искаженным.
9.2.3. СТАБИЛИЗАЦИЯ (STABILIZING)
Стабилизация - это второе важное применение отслеживания движения. Она
просто по-другому использует те же данные, устраняя с их помощью движе-
ние камеры. Несколько сгладив данные отслеживания, вручную или с помо-
щью фильтров, можно заменить «прыгающее» движение камеры плавным, не
выполняя полную стабилизацию. В любом случае нужно учитывать один не-
маловажный момент: при движении камеры возникает эффект размытия. Так
как камера в процессе съемки может слегка подрагивать, на некоторых кад-
рах появляется размытие движения. После стабилизации съемки это размы-
тие не исчезает, и в редких случаях может заметно портить картину.
Собранные данные интерпретируются и направляются в подходящий
узел движения, где восстанавливается все движение картинки относительно
первого кадра. Все последующие кадры выравниваются по первому, при этом
получается однородная последовательность кадров. В данном разделе описы-
ваются некоторые возникающие при этом проблемы, а также способы обма-
нуть программу и заставить ее выполнить не полную стабилизацию, а только
сглаживание движения, которое весьма часто является более разумным ре-
шением по целому ряду причин.
Проблема совмещения (Repo problem). При стабилизации снимков ка-
ждый кадр смещается таким образом, чтобы картинка на нем оставалась не-
изменной. При этом возникает серьезная проблема. Когда кадр смещается,
края картинки уходят за пределы рамки, оставляя с другой стороны на месте
картинки черное поле. Предположим, нужно стабилизировать последова-
тельность кадров, снятых «прыгающей» камерой (рис. 9.40), путем привязки к
башне и выравнивания по первому кадру всех остальных. Результат стабили-
зации снимков изображен на рис. 9.41, где сразу бросаются в глаза огромные
черные поля.
Кадр 1 на рис. 9.41, будучи первым кадром в последовательности, остался
несмещенным, поскольку он представляет собой кадр сравнения, по которо-
му выравниваются все остальные. Кадры 2 и 3 на рис. 9.41 совмещены отно-
сительно первого кадра, в результате чего на них возникли жуткие черные
поля. Единственный выход - «приблизить» каждый кадр путем увеличения
Глава 9 • Движение
271
его размера после смещения настолько, чтобы черные поля остались за его
пределами. Это означает, что коэффициент увеличения должен быть доста-
точно велик, чтобы очистить снимок с самыми большими полями.
Рис. 9.40 • Исходные кадры с целями для трекинга
Рис. 9.41 • Стабилизированные кадры
На стабилизированных снимках на рис. 9.41 имеется пунктирная контур-
ная линия, очерчивающая «наименьший общий знаменатель» для всех трех
кадров, то есть область, которая останется после увеличения размера. Однако
это увеличение, во-первых, снижает резкость изображения, а во-вторых, об-
резает кадры. В связи с этим неизбежным следствием процесса стабилизации
является уменьшение четкости и укрупнение исходных кадров. Довольно
часто заказчик ничего об этом не знает, так что прочитанная ему до начала
работы краткая лекция поможет вам избежать больших неприятностей в
дальнейшем.
Сглаживание движения (Motion smoothing). Сглаживание движения
позволяет свести к минимуму две проблемы, возникающие при стабилиза-
ции, а именно: обрезание кадров и остаточное размытие движения. Посколь-
ку обрезание и потеря резкости - проблемы, неразрешимые в принципе, их
можно минимизировать путем уменьшения отклонений. Отклонение - это
расстояние, на которое требуется сместить каждый кадр для его выравнива-
272
Часть II • В поисках реализма
ния, а степень необходимого увеличения размера определяется максималь-
ными отклонениями по осям X и Y. Уменьшить коэффициент увеличения
можно путем уменьшения максимального отклонения, которое в свою оче-
редь может быть уменьшено за счет снижения степени стабилизации. Други-
ми словами, вместо полной стабилизации можно осуществить сглаживание
движения. Поскольку изначальное движение камеры не полностью исчезает
после сглаживания, любое размытие движения благодаря перемещению ка-
меры будет выглядеть немного более естественно, чем полная стабилизация.
Фактически, если последовательность кадров требуется полностью ста-
билизировать, отклонения будут максимальными. Если отрывистое движение
камеры можно просто заменить более плавным, максимальное отклонение
может быть значительно снижено, при этом существенно уменьшится сте-
пень обрезания и уменьшения резкости. Следующая процедура имеет в своей
основе узел панорамирования, или сдвига, содержащий начальную и конеч-
ную кривые движения, как описано в подразделе «Сдвиг» раздела 9.1.1.
Данная процедура сглаживания движения представлена здесь как воз-
можное решение проблемы чрезмерного укрупнения стабилизированных
кадров, но это не значит, что ее нельзя использовать в других целях, напри-
мер, для устранения эффекта дрожания с сохранением общего движения ка-
меры.
Предположим для простоты, что на рассматриваемом снимке присутст-
вует только вертикальное дрожание, таким образом, нас интересуют данные
отслеживания только для оси Y, изображенные на рис. 9.42. Необработанные
данные показывают, насколько смещается мишень отслеживания в каждом
кадре. Они изображены в виде светло-серой кривой с надписью «нач» (на-
чальная). Это название говорит о том, что для стабилизации кадра кривая
должна быть сдвинута от своего начального положения в некоторое конечное
положение, отмеченное прямой линией с надписью «кон». Линия прямая,
поскольку при полной стабилизации кадров эталон должен быть перемещен
по вертикали на одну и ту же позицию в каждом кадре. Максимальное откло-
нение обозначено буквой А; оно соответствует наибольшему расстоянию, на
которое нужно переместить картинку при стабилизации.
На рис. 9.43 представлена версия со сглаживанием движения для того же
набора данных. В этом случае, в отличие от полной стабилизации, остается
плавное покачивание камеры вверх и вниз, то есть устраняется только дро-
жание, благодаря чему движение сглаживается. Максимальное отклонение,
обозначенное буквой В, заметно меньше по сравнению со стабилизированной
версией на рис. 9.42. Это позволяет уменьшить коэффициент увеличения для
удаления черных полей более чем в два раза, а, следовательно, понизить сте-
пень потери резкости и обрезания кадра.
Глава 9 • Движение
273
Рис. 9.42 • Полная стабилизация
Рис. 9.43 • Сглаживание движения
Возникает вопрос: каким образом все это проделать в конкретной про-
грамме? В некоторых программах инструмент трекинга представляет собой
закрытый «черный ящик», не допускающий никакой самодеятельности. Если
в программе имеется функция сглаживания движения, вам повезло. Если нет,
единственное, что вам поможет - приобретение более совершенной про-
граммы. В других пакетах предусмотрена возможность экспорта данных тре-
кинга в другие узлы, которые затем выполняют операции сдвига, вращения и
изменения размера. С такими программами еще как-то можно работать.
Суть идеи заключается в экспорте данных трекинга в начальный канал
движения узла панорамирования (сдвига) и последующем создании сглажен-
ной кривой в конечном канале движения, как показано на рис. 9.43. Сглажен-
ную кривую можно получить двумя способами. Если в программе есть функ-
ции сглаживания кривых, можно скопировать бугристый начальный канал в
конечный и затем сгладить его. Второй способ - просто нарисовать от руки
новую гладкую кривую в конечном канале. После этого узел сдвига передви-
нет каждый кадр на небольшое расстояние от начальной позиции до конеч-
ной, таким образом сгладив движение. Не забудьте проверить, являются ли
экспортируемые данные именно данными трекинга, какие используются для
получения пути объекта на изображении. В этом случае в начальный канал
вводится реальное движение точки отслеживания. Если же данные экспорти-
руются как данные стабилизации, они подвергаются инверсии и используют-
ся для удаления из кадров любого движения, что нам в данном случае совер-
шенно не нужно.
9.2.4. ТРЕХМЕРНЫЙ ТРЕКИНГ (3D MOTION TRACKING)
Существует еще более сложная форма отслеживания движения - трехмерное
отслеживание, трехмерный трекинг, иногда также называемое «согласованием
движения» (match move). Его цель - выявить реальное трехмерное движение
274
Часть li • В поисках реализма
камеры, а затем перенести эти данные в пакет ЗО-анимации, чтобы добавить
соответствующее движение камеры к CGI-элементу, участвующему в компози-
ции. Поскольку эта тема фактически относится к CGI-изображениям, она не
входит в круг рассматриваемых в настоящей книге вопросов. Однако краткий
обзор этого процесса все же представляет определенный интерес и не лишен
полезной информации. Кроме того, в нем обсуждаются также и несколько мо-
ментов относительно отслеживания движения в двух измерениях.
Три главные составляющие трехмерного трекинга - это сведения об объ-
ективе камеры, результаты измерений на съемочной площадке и хорошие тре-
кинговые маркеры. Информация об объективе необходима программе анализа,
которая определяет расположение камеры, поскольку объектив искажает ре-
альное положение маркеров, и этот эффект должен быть учтен при вычисле-
ниях. Осмотр съемочной площадки и проведение некоторых надежных изме-
рений позволяют обеспечить программу, по крайней мере, несколькими ста-
бильными точками отсчета. Процесс анализа использует подход «наилучшего
оптимального приближения», поэтому наличие хотя бы нескольких надежных
чисел в качестве начальных приближений будет совсем не лишним.
На рис. 9.44 изображена съемочная площадка внутри помещения, на ко-
торой кружками обведены многочисленные подходящие точки отслежива-
ния. Для площадки такого типа характерно наличие нескольких удобных уг-
лов и маленьких предметов, которые могут быть отличными мишенями для
трекинга. Отслеживание движения для таких снимков не требует ничего,
кроме нескольких измерений на площадке. Но не все площадки изначально
содержат подходящие мишени, поэтому часто приходится добавлять в них
маркеры, а впоследствии закрашивать их.
Снимки на зеленом экране по определению содержат большие невыразитель-
ные участки, лишенные каких-либо потенциальных точек отслеживания. По-
этому такие точки очень часто приходится добавлять вручную. На рис. 9.45 по-
казан зеленый экран с добавленными на него обычными маркерами отслежи-
вания (крестики). Ведутся большие споры по вопросу о наилучшем цвете для
этих маркеров. Один из подходов, применяемый здесь, предлагает использо-
вать для них цвет фона, что позволяет выделить их подобно основному фоно-
вому цвету. Второй подход предлагает использовать для маркеров другой фо-
новый цвет (зеленые маркеры на синем фоне, синие маркеры на зеленом фо-
не), что тоже позволяет выделить их без труда. Еще один подход предлагает
использовать маркеры любого удобного цвета, а после просто закрасить их.
Главный аргумент против этого подхода - дополнительная работа по закраши-
ванию и возникновение аномалий краев в тех местах, где передний план пере-
секает маркер и требуется ручное закрашивание линии соприкосновения.
Съемка на открытом воздухе влечет за собой собственные проблемы, ре-
шать которые приходится отделу согласования движения. В таких съемках час-
Глава 9 • Движение
275
то присутствует объемное и быстрое движение камеры с помощью платформ,
операторских кранов, вертолетов, «летающих» камер на тросах, и даже стеди-
камов или моих любимых нестационарных ручных камер. Широкие открытые
пространства, такие как поля, обычно также лишены каких-либо отличитель-
ных черт, и более или менее пригодные естественные точки отслеживания ино-
гда просто невозможно измерить, если они расположены, например, на отвес-
ной скале в 100 футах над землей. В этом случае также приходится применять
маркеры, как показано на рис. 9.46. Эти маркеры обычно делаются сфериче-
скими, чтобы их форма сохранялась при любом ракурсе камеры.
Рис. 9.44 • Точки трекинга
в трех измерениях
Рис. 9.45 • Маркеры
отслеживания на зеленом экране
Рис. 9.46 • Маркеры при наружной съемке
В то время как для 2D отслеживания достаточно 3 или 4 точек, в 3D вари-
анте их требуется гораздо больше. Фактически, чем больше точек использует-
ся для трекинга, тем более точными будут полученные данные о движении
камеры. Поэтому неудивительно, что для трехмерного трекинга используется
обычно от 50 до 100 точек, а в некоторых случаях даже больше. Программное
обеспечение также стало сильно изощренным и трудным в управлении и тре-
бует более активного вмешательства пользователя, которому приходится да-
вать программе различные «намеки» и «подсказки» по поводу того, где долж-
на находиться камера (нет, она не под землей и снимает сцену снизу!) и когда
276
Часть!! • В поисках реализма
следует избавляться от ненужных точек отслеживания. Пакеты 3 D-трекинга,
помимо всего сказанного, также сильно различаются по скорости работы и
точности полученных результатов. Однако других способов включения в жи-
вую сцену CGI-элемента с согласованным движением камеры просто нет, вот
почему эта потребность пользуется спросом среди многих и многих режиссе-
ров, которые презирают съемки нефиксированной камерой.
9.2.5. СОВЕТЫ, ТРЮКИ И МЕТОДЫ
Когда теория и практика встречаются, реальность вносит свои коррективы в
полученные результаты. В этом разделе описываются некоторые проблемы,
довольно часто возникающие при отслеживании движения, а также различ-
ные советы и приемы по их решению.
Предварительный просмотр трекинга. Перед началом трекинга выпол-
ните предварительный просмотр кадров на низком разрешении (это можно
сделать в режиме реального времени). Найдите подходящие мишени отсле-
живания и заметьте, когда они уходят за пределы кадра или заслоняются.
Проверьте, нет ли в снятой сцене параллактических сдвигов, которые могут
испортить очень хорошие мишени. Хорошо обдуманный план работы по рас-
положению точек поможет вам сэкономить время и силы на стадии непо-
средственно трекинга.
Трекинг низкого и высокого разрешения. В некоторых инструментах
трекинга предусмотрена возможность проводить эту операцию для кадров-
заменителей с низким разрешением (прокси), а после этого переключаться на
изображения с высоким разрешением. Это позволяет значительно сократить
время работы при работе с кинокадрами высокого разрешения (для видео-
кадров экономия времени будет минимальной). Суть метода состоит в том,
что отслеживание движения выполняется для кадров-заменителей низкого
разрешения, а затем, когда получен требуемый результат, производится по-
вторный трекинг уже для кадров с высоким разрешением.
Предварительный трекинг с использованием низкого разрешения дает
два больших преимущества. Во-первых, процесс в этом случае идет значи-
тельно быстрее, а значит, быстрее находятся и устраняются и различные про-
блемы. Во-вторых, любая мишень для трекинга, которая может быть обнару-
жена инструментом отслеживания на кадре с низким разрешением, еще легче
обнаруживается на кадрах высокого разрешения, поскольку на них еще
больше мелких деталей изображения. Это означает, что при переходе к кад-
рам высокого разрешения и их повторном отслеживании процесс пройдет
легко, без каких-либо заминок. Ведь все они уже были обнаружены и устра-
нены при первом трекинге, на которое требуется гораздо меньше времени,
чем на многократное отслеживание кадров высокого разрешения.
Глава 9 • Движение
277
В связи с этим еще одно предложение (опять же касающееся кинокадров
с высоким разрешением): часто бывает достаточно выполнить трекинг для
кадров с половинным разрешением, а затем применить полученные данные к
кадрам с полным разрешением. Другими словами, данные отслеживания из
кадров-заменителей с полуразрешением обычно оказываются весьма точны-
ми, что исключает необходимость фактического отслеживания движения для
кадров с высоким разрешением. При этом подразумевается, что работа инст-
румента трекинга не зависит от разрешения, то есть он достаточно умен, что-
бы должным образом «отмасштабировать» полученные данные при переходе
от половинного разрешения к полному.
Предварительная обработка кадров. На стадии отслеживания могут
возникать разнообразные сложности, причем вызываются они самыми раз-
ными причинами. Мишени могут оказаться неудобными для привязки, дви-
жение может получиться дрожащим из-за зернистости пленки, а эффекты
объектива могут вызвать появление искажения. Существует множество спо-
собов предварительной обработки кадров, которые помогут инструменту
трекинга лучше выполнить свою задачу.
Увеличение контрастности. Одна из самых досадных проблем - когда
инструмент трекинга не видит мишень, хотя тот находится прямо у него под
носом. Не будем рассматривать случай, когда мишень просто выпала из поля
поиска и поэтому ее невозможно обнаружить. Допустим, что картинке не
хватает контрастности, чтобы инструмент мог различить цель. Создайте вы-
сококонтрастную версию кадров и используйте ее для отслеживания. Многие
инструменты ориентируются только по яркости картинки и не учитывают
цвет пикселов. Возможно, такому инструменту больше понравится высоко-
контрастная черно-белая версия или, например, один только зеленый канал
изображения. Остерегайтесь слишком сильного увеличения контраста. Это
может привести к увеличению резкости краев мишени и их вибрации. В ре-
зультате движение получится дрожащим, так как оно будет повторять вибра-
цию краев. Ничего хорошего в этом нет.
Устранение зернистости (Degram). Раз уж мы заговорили о дрожании,
следует упомянуть и зернистость кинопленки - она тоже может стать причи-
ной дрожащего движения. Высокоскоростная пленка и темные снимки могут
содержать очень много зерен, из-за чего появляется эффект «танцующих ми-
шеней», приводящий в свою очередь к пресловутому дрожанию. Увеличение
контрастности в данном случае только усугубит проблему. К решению этой
проблемы есть несколько подходов. Можно устранить зернистость картинки
либо, если такая операция отсутствует, выполнить легкое размытие. Другой
подход состоит в удалении синего канала, содержащего в себе наибольшее
278
Часть II • В поисках реализма
количество зернистости. Замените синий канал красным или зеленым - полу-
чится менее зернистая версия изображения для трекинга. Либо создайте мо-
нохромную версию путем усреднения красного и зеленого каналов.
Дисторсия объектива (Lens distortion). Дисторсия объектива - еще один
источник бед при отслеживании движения. Она вызывает «кружение» отсле-
живаемого элемента вокруг точки его привязки. Чтобы понять, отчего это
происходит, посмотрим на рис. 9.47, изображающий карту дисторсии обыч-
ного объектива. По мере смещения камеры вправо точки 1 и 2, видимо,
должны, смещаться влево строго горизонтально и с равными скоростями.
Однако точка 2 движется по дуге; мало того, ее скорость отличается от скоро-
сти точки 1. Две точки смещаются по отношению друг к другу как по гори-
зонтали, так и по вертикали.
Рис. 9.47 • Воздействие эффектов дисторсии объектива на точки трекинга
В случае теоретически идеального объектива две точки оставались бы на
одинаковом расстоянии друг от друга в любой момент своего движения. Впо-
следствии при расчете реального движения камеры по этим двум точкам ус-
реднение их положений вызовет сдвиг вычисленной точки привязки, из-за
чего в данных трекинга появится искажение.
Решением этой проблемы является предварительная «обратная дистор-
сия» кадров, которая позволяет вернуть картинке исходное плоское состоя-
ние. Последующее отслеживание движения и наложение выполняются для
«плоской» версии, после чего конечный результат при желании можно снова
преобразовать в первоначальную форму. Эта операция весьма непростая, но
ее можно выполнить с помощью любого пакета деформации изображений.
Очевидно, что это имеет смысл только в том случае, если дисторсия объекти-
ва заметно «портит» результаты отслеживания. Если в съемке присутствует
увеличение, дисторсия объектива может меняться, что приводит к возникно-
вению еще более серьезных проблем.
Глава 9 • Движение
279
Вы, наверное, думаете: почему бы не создать программу, в которую просто
вводят, например, «объектив 50 мм», и она быстренько устраняет все искаже-
ния, вызванные дисторсией. Увы, это невозможно. Мало того, что длина объ-
ектива часто неизвестна, но даже если вы ее знаете, это мало чем поможет -
объективы длиной 50 мм, изготовленные разными производителями, имеют
разную дисторсию, и даже разные объективы одного производителя отличают-
ся между собой! Самый лучший способ проверить объектив - снять с его по-
мощью координатную сетку и на ее основе построить карту дисторсии.
Наложение точек (Point stacking). В общем случае, как мы уже знаем, чем
больше точек отслеживается, тем точнее получаются результаты. Это связано с
тем, что впоследствии положения разных точек будут усреднены с целью вы-
явления «истинного» маршрута мишени для трекинга, соответственно, чем
больше имеется данных для усреднения, тем более точен будет результат. Но
что если на кадрах съемки не набирается пять или шесть удобных точек отсле-
живания? Что если есть только одна или две потенциальных точки? На помощь
приходит... конечно, наложение точек. Можно просто расположить несколько
точек отслеживания одну на другой на одном и том же эталоне, как в примере
на рис. 9.48. Ведь компьютер не знает, что эти точки перекрываются или что
они расположены на одной мишени. В результате от каждой точки собираются
надежные данные, как если бы они были распределены по всему кадру.
Рис. 9.48 • Наложение точек
Главный момент в этом приеме - точки трекинга не должны располагать-
ся точно одна на другой. Иначе данные отслеживания, полученные от всех
этих точек, будут полностью идентичны, а это то же самое, что использовать
единственную точку. Когда же точки немного смещены относительно друг
друга, как три точки на рис. 9.48, каждое поле соответствия генерирует не-
280
Часть II • В поисках реализма
много отличный образец картинки для программы корреляции. В конечном
счете, данные всех трех точек усредняются, и получается единый более точ-
ный маршрут движения.
Этот прием также отлично подойдет для отслеживания дрожащего движения в
случае зернистого изображения. Из-за зерен каждая точка трекинга немного
«подрагивает», однако после усреднения всех точек дрожание, как правило,
сглаживается.
Разностный трекинг (Difference tracking). Обычно при трекинге имеется
неподвижный объект и движущаяся мишень. Но в некоторых случаях движут-
ся оба элемента, и тогда возникает необходимость разностного отслеживания.
Его цель - проследить разницу между движущимся объектом и движущейся
мишенью. Этот метод использует узлы движения с начальным и конечным ус-
ловиями, описанные в подразделе «Перемещение от начальной точки до ко-
нечной». Для простоты возьмем пример, когда отслеживаются только переме-
щения по осям X и Y. В этом случае нас вполне устроит узел панорамирования.
В данном методе выполняются операции трекинга как для движущегося
объекта, так и для движущейся мишени, после чего данные их движения объ-
единяются в единый узел разностного панорамирования, который сохраняет
движение объекта относительно движущейся мишени. Кривые движения,
изображенные на рис. 9.49-9.51, представляют характерные каналы движения
в узлах панорамирования. Ниже приведены конкретные стадии процесса.
Шаг 1. Отслеживается движение объекта, и полученные данные экспор-
тируются в узел панорамирования №1 (рис. 9.49).
Шаг 2. Отслеживается движение мишени, и полученные данные экспор-
тируются в узел панорамирования №2 (рис. 9.50).
Рис. 9.49 • Узел
панорамирования №1,
путь движения объекта
Рис. 9.50 • Узел
панорамирования №2,
путь движения мишени
Рис. 9.51 • Узел
панорамирования №3,
разностный путь
Шаг 3. Данные движения объекта из узла №1 копируются в начальные
каналы узла панорамирования №3 (рис. 9.51).
Шаг 4. Данные движения мишени из узла №2 копируются в конечные ка-
налы узла панорамирования №3 (рис. 9.51).
Глава 9 • Движение
281
Шаг 5. Узел №3 соединяется с изображением движущегося объекта для
его наложения на изображение мишени (рис. 9.52).
Шаг 6. Движущийся объект перемещается на необходимую исходную по-
зицию путем сдвига кривых движения начального канала в узле №3.
Рис. 9.52 • Блок-схема разностного трекинга
Узел №3 (узел разностного трекинга на рис. 9.51) теперь содержит данные
движения объекта в начальных каналах и данные движения мишени в конеч-
ных. Как мы помним, в методе с начальными и конечными условиями пере-
мещение каналов осуществляется как «перемещение из начального положе-
ния в конечное», поэтому узел панорамирования №3 будет передвигать объ-
ект с его позиции на позицию эталона в каждом кадре.
При этом предполагается, что движущийся объект изначально находится
на правильной позиции, для этого и нужен шаг 6. Чтобы передвинуть исход-
ную позицию объекта вправо или влево, выделите весь начальный Х-канал и
передвиньте его вниз или вверх в редакторе кривых. Аналогично, для пере-
мещения исходной позиции по вертикали передвиньте начальный Y-канал
вверх или вниз.
Если ваша программа не поддерживает какие-либо из операций, необхо-
димых для этой процедуры, на этот случай имеется резервный вариант. Мож-
но сначала стабилизировать движущийся объект, а затем выполнить трекинг
стабилизированной версии относительно движущегося эталона. Это менее
изящный способ, который выполняет две трансформации и тем самым уве-
личивает время обработки, одновременно снижая качество изображения
вследствие двукратной фильтрации, но, тем не менее, в некоторых ситуациях
у вас может просто не быть другого выхода.
9.3. Искривления и морфинг (Warps and morphs)
Искривление изображения - еще один пример тех волшебных эффектов, ко-
торые под силу только компьютеру. Средства искривления изображений
имеются далеко не во всех программах, поэтому эта операция часто выполни-
282
Часть II • В поисках реализма
ется в специально предназначенной для этого внешней программе, а затем
искривленные изображения уже импортируются в основой пакет. Хотя ис-
кривление иногда используется для придания изображению новой формы,
чтобы оно могло физически вписаться в сцену, все же основным его приме-
нением является возможность осуществления морфинга.
9.3.1. ИСКРИВЛЕНИЯ
Искривления используются для получения «нелинейных» искажений картин-
ки. В отличие от простой линейной (одинаковое изменение в каждой точке)
операции, такой как изменение размера изображения по оси X, данный про-
цесс осуществляет локальные деформации небольших участков картинки.
Например, операция смещения углов, описанная в соответствующем разделе,
является глобальной операцией: смещается один угол и соответственно де-
формируется все изображение. В случае искривления деформируется только
интересующий нас участок.
Одна из самых первых и простых методик искривления - это сетчатое
искривление (mesh warp), изображенное на рис. 9.53. Сетка представляет со-
бой двухмерную решетку, наложенную на изображение. Пересечения линий -
это точки, путем передвижения которых задается вид требуемой деформации,
а линии, соединяющие эти точки, - это сплайновые линии. Если бы линии
между точками сетки были прямыми, деформации на искривленном изобра-
жении получились бы угловатыми. Сплайновые линии позволяют получать
элегантно изгибающиеся деформации, естественным образом «перетекаю-
щие» от точки к точке. Сначала вы передвигаете точки сетки, сообщая таким
образом компьютеру, как должна выглядеть деформация, а затем он на осно-
ве этой сетки создает искривленную версию изображения.
Рис. 9.53 • Сетчатое искривление Рис. 9.54 • Искривленное изображение
Сетчатое искривление (mesh warp) - понятный и легкий в применении
метод, но его трудно контролировать. Контрольные точки не всегда располо-
Глава 9 • Движение
283
жены именно там, где требуется, а сравнить искривленное изображение с его
конечной желаемой формой сложно. Лучше всего этот метод подходит для
«процедурных» эффектов искривления, таких как дисторсия объектива, рябь
на воде и реющие на ветру флаги.
Сплайновое искривление (spline warp) - метод «второго поколения», и
работает он на совершенно других принципах. Этот метод обеспечивает более
качественный контроль искривления и отличную корреляцию с конечной
формой. Соответственно, он более сложен как для изучения, так и для ис-
пользования. Искривление можно представить как перемещение различных
участков изображения с одной позиции на другую. В связи с этим необходи-
мо придумать способ сообщить компьютеру информацию не только об этих
участках, но и об их конечных позициях. Для этого используются «началь-
ная» и «конечная» сплайновые линии, а также их корреляционные точки.
source
correuifion /
points
Рис. 9.55 • Сплайновое искривление Рис. 9.56 • Искривленное изображение
Итак, оператор (то есть вы) рисует на изображении линию произвольной
формы, которая представляет начальную позицию искривления, в данном
случае (рис. 9.55) это квадрат. Эта линия означает «взять пикселы здесь». За-
тем оператор рисует вторую линию, также произвольной формы, то есть ко-
нечную позицию. В данном случае это круг, и он означает «переместить взя-
тые пикселы сюда». В нашем примере квадратный участок искривляется до
круглой формы. После того, как начальная и конечная сплайновые линии на-
рисованы, оператор должен установить между ними корреляцию, то есть
связь. Она сообщает компьютеру, какие участки начального сплайна и в ка-
кие участки конечного должны перейти. Эти связи показаны на рис. 9.55
пунктирными линиями и соответствуют корреляционным точкам. Это рас-
положение точек дает компьютеру однозначные инструкции по перемеще-
нию каждого участка изображения в определенное место и позволяет полу-
чить желаемый вид искривления.
284
Часть II • В поисках реализма
Одно из главных преимуществ сплайнового искривления в том, что мож-
но расположить на картинке столько сплайновых линий, сколько необходи-
мо, и в любом месте, где необходимо. Это позволяет получить множество
контрольных точек, причем именно в том месте, где требуется. В методе сет-
чатого искривления контрольные точки располагаются в заранее определен-
ных местах, и если это не те места, где вы хотели бы их видеть, придется с
этим смириться. Кроме того, при сетчатом искривлении нет лишних кон-
трольных точек в тех участках картинки, которые не подвергаются искривле-
нию. Еще одним преимуществом этого метода является возможность рисова-
ния конечной линии сплайна прямо на другом изображении, конечном. Про-
грамма затем переместит пикселы с начальной линии непосредственно на ко-
нечную - отличная корреляция с конечным изображением. Эта возможность
особенно ценна при создании морфинга, поэтому самое время перейти к на-
шей следующей теме.
9.3.2. МОРФИНГ
Для создания морфинга необходимы два искривления (warp) и одно растворе-
ние (dissolve). Первый шаг - подготовка двух искривлений. На рис. 9.57 пока-
зан простой пример этой операции с пятью кадрами. Сторона «А» искривления
соответствует начальной картинке морфинга, а сторона «В» - конечной. Изо-
бражение А вначале имеет нормальную форму, а затем в ходе морфинга ис-
кривляется таким образом, чтобы соответствовать стороне В. Изображение В
изначально имеет искривленную форму, соответствующую стороне А, а в ходе
морфинга постепенно возвращается в нормальное состояние. Таким образом,
сторона А начинается с нормального состояния, а заканчивается искривлен-
ным, а сторона В наоборот, при этом обе они проходят через одинаковое коли-
чество кадров. Искривляемые объекты необходимо выделить из фона, чтобы
он не деформировался вместе с ними. По этой причине изображения А и В
обычно снимаются на зеленом экране, затем из них составляется морфинг, ко-
торый впоследствии накладывается на фоновое изображение.
После того, как искривления А и В готовы, остается только выполнить их
перекрестное растворение. Пример стандартной синхронизации процесса
растворения показан на рис. 9.58, где приблизительно первая треть морфинга
представляет сторону А, в средней части используется перекрестное раство-
рение, а последняя треть представляет сторону В. Разумеется, вид синхрони-
зации может меняться в зависимости от вкуса оператора, но для начала такое
соотношение вполне подойдет. Конечные результаты перекрестного раство-
рения искривлений А и В показаны в виде последовательности кадров на
рис. 9.59.
Глава 9 • Движение
285
—1 /3—|—1 /3—|—1 /3—
warp А
warp В
Рис. 9.58 • Типичная синхронизация перекрестного
растворения в морфинге
9.3.3. СОВЕТЫ, ТРЮКИ И МЕТОДЫ
Самое главное условие создания качественного морфинга - выбрать подхо-
дящие изображения, то есть такие, которые содержат коррелирующие между
собой элементы. Самый простой пример - метаморфоза между двумя лица-
ми, где глаза одного лица соответствуют глазам другого, нос соответствует
носу, губы - губам и так далее. Чем ближе эти лица пО размеру, повороту го-
ловы, прическе, тем лучше будет выглядеть морфинг. Другими словами, чем
более похожи стороны А и В, тем легче создать хороший морфинг.
Рис. 9.59 • Создание морфинга путем
взаимного растворения сторон А и В
286
Часть! I • В поисках реализма
Если бы лицо нужно было превратить с помощью морфинга не в другое
лицо, а в какой-то совершенно другой объект, например вид автомобиля спе-
реди, тогда потребовалось бы подойти к этому вопросу творчески и найти в
этих двух объектах сходные черты: глаза и фары автомобиля, рот и решетка
радиатора и так далее. Если же лицо нужно превратить в нечто, даже отда-
ленно на него не похожее, скажем, в бейсбольный мяч, в этом случае полное
отсутствие каких-либо сходных деталей приведет к тому, что морфинг будет
выглядеть просто как испорченное растворение. Это связано с тем, что чер-
ный зрачок, например, при отсутствии соответствующей детали на стороне В
просто растворится в участке белой кожи мяча. Именно растворение таких
высококонтрастных элементов портит всю прелесть морфинга.
Но вернемся в реальный мир. Вряд ли вам представится счастливая воз-
можность выбрать стороны А и В для создания морфинга, обычно приходит-
ся работать с тем, что есть. Создать хороший морфинг из плохо коррелирую-
щих элементов - задача вполне решаемая, но она требует гораздо больше
времени, труда и креативного воображения, чем в случае похожих элементов.
Вот несколько советов, которые могут’ помочь вам в этом нелегком деле.
1- Очень сильное искривление элемента может привести к нежелательным
* гротескным эффектам искажения в ходе морфинга. Попробуйте изменить раз-
ci , rrj Мер, повернуть или переместить один или оба элемента, чтобы добиться как
S можно лучшего выравнивания похожих деталей до начала искривления. Это
позволит минимизировать степень деформации, необходимой для превраще-
ния одного элемента в другой.
2. В некоторых случаях в один или в оба элемента можно добавить (либо уда-
лить из них) определенные детали для устранения серьезных несоответствий.
Например, при упомянутом выше превращении лица в машину на капот по-
следней можно добавить рисунок, который будет выполнять функцию «носа»
для «автомобильной» стороны морфинга. Однако удаление носа с лица - не
самая лучшая идея. Хотя вам, конечно, виднее.
3. Если высококонтрастные детали, не имеющие соответствия, выглядят «раство-
ренными», подобно тому, как зрачок в приведенном ранее примере растворяется в
белом участке мяча, попробуйте искривить этот непослушный элемент в малень-
кую точку. Сжатие или расширение обычно смотрится лучше, чем растворение.
4. Не следует начинать и заканчивать все операции искривления одновремен-
но. Поскольку в морфинге, как правило, имеется несколько отдельных участ-
ков, подвергающихся искривлению, приступайте к их обработке последова-
тельно, выполняя операцию поэтапно. Начать лучше всего с наиболее крупных
деформаций, чтобы им хватило времени на постепенное изменение формы; в
противном случае они будут привлекать к себе слишком много внимания.
5. Не следует выполнять растворение всех кадров сторон А и В одновременно.
Разбейте процесс растворения на отдельные участки, которые будут раство-
ряться в разное время и с разной скоростью. Это позволит сделать действие
более привлекательным. Допустим, участок на стороне В выглядит слишком
искаженным. Задержите сторону А в этом участке чуть дольше, чтобы дать сто-
роне В возможность вернуть себе нормальный вид.
6. Искривление и растворение не обязательно должны носить простой линей-
ный характер. Попробуйте поэкспериментировать с этими операциями. Иногда
они смотрятся лучше и интереснее, если их скорость по ходу съемки меняется.
Часть III
Это
следует знать
Глава 10 • Гамма
Глава 11 • Видео
Глава 12 • Кино
Глава 13 • Логарифмический формат против линейного
Глава 14 • Изображения в логарифмическом формате
10
Гамма
Понятие гаммы очень важно, поскольку оно пронизывает весь производст-
венный процесс, начиная со съемки изображения и заканчивая его отобра-
жением на экране, не говоря уже о стадиях его промежуточной обработки.
Тема эта непростая ввиду того, что имеет в своей основе определенные мате-
матические (о нет!) принципы, которые «настоящему художнику» кажутся не
очень-то привлекательными. Ситуация осложняется еще и неверными пред-
ставлениями об этой теме, обусловленными отчасти путаницей с названиями
и тем, что объясняется она обычно с чисто технической стороны, что означа-
ет избыток строгой математики. А это способствует скорее не просветлению
ума, а полной потере ориентации в вопросе. Однако художники компьютер-
ной графики обязаны быть больше, чем просто настоящими художниками.
Они должны быть также и квалифицированными техническими специали-
стами. В этой главе данная высокотехничная тема представлена в «легком
техническом» виде с небольшим напылением вполне безобидной математики,
а также показано, каким образом все это соотносится с реальной картинкой
на экране. Кроме того, прежде чем получить видео, нужно также поработать с
гаммой. Вопросам видео посвящена следующая глава.
Оказывается, мониторы представляют собой нелинейные устройства
отображения, и это очень хорошо. Исследование человеческого восприятия
показало, что человеку нравится маленькая гамма изображения, а насколько
маленькая - зависит от конкретных условий освещенности. Из этой главы вы
также узнаете, что для монитора, вообще говоря, существует три различных
гаммы. Кроме того, мы обсудим, какую гамму лучше использовать для кино, и
какую - для видео. Предусмотрено даже несколько тестовых образцов для
определения гаммы вашего монитора. Все примеры гаммы в этой главе отно-
сятся к обычным мониторам, поскольку сегодня они, бесспорно, занимают
лидирующее положение среди всех устройств отображения. Плоские дисплеи,
а также дисплеи Silicon Graphics и Мас описываются в отдельных маленьких
разделах.
10.1. Что такое гамма?
С математической точки зрения гамма (gamma) - это показатель степени в
степенной функции. Степенная функция - это некоторая величина, возве-
10- Цифровой К0ИП03ИТИНГ
290
Часть III • Это следует знать
денная в степень, равную другой величине. Применительно к данным пиксе-
лов это можно записать в виде простого уравнения:
новый пиксел = (пиксел)гзмма (10.1)
Другими словами, новое значение пиксела получается возведением его
исходного значения в степень, равную значению гаммы. Поскольку в вычис-
лениях гаммы значения пикселов всегда нормируются, значение 128 будет
представлено в виде 0,5, и для гаммы, равной, к примеру, 2,2, новое значение
пиксела составит 0,52,2 (0,5 в степени 2,2). Гамма, значение которой больше 1,
будет понижать значения пикселов, затемняя изображение, а гамма со значе-
ниями меньше 1 будет увеличивать значения пикселов и делать изображение
более светлым. Если гамма равна 1, значения пикселов, а значит, и картинка,
не изменятся. Рис. 10.1 иллюстрирует действие гаммы, значения которой
меньше, больше и равны 1, на примере значений 0,5 и 2,0.
Рис. 10.1 • Кривые гаммы
По умолчанию, когда речь идет о коррекции гаммы (gamma correction),
подразумеваются инвертированные значения. Например, если для изображен
ния выполняется гамма-коррекция со значением 2,0, это значит, что значения
пикселов возводятся в степень 1/2,0, то есть в степень 0,5. Так как 0,5 меньше
единицы, яркость изображения в этом случае повышается.
Во многих программах есть операция гаммы, позволяющая настраивать яр-
кость изображения, и при использовании значений больше 1 картинка обычно
становится более яркой. Это означает, что программа фактически инвертирует
введенные значения. Проверьте, не относится ли это к вашей программе. Если
при вводе значения больше единицы картинка становится ярче, значения ин-
вертируются. Если картинка темнеет, значит, они используются в исходном
виде.
Глава 10 • Гамма
291
Гамма не является неотъемлемым свойством изображения, так же как и
насыщенность. Насыщенность изображения можно повысить или понизить,
но вряд ли вам придет в голову спросить «какова насыщенность этой картин-
ки?» Для осветления или затемнения изображения можно использовать кор-
рекцию гаммы, однако изображение само по себе не имеет никакого значения
гаммы. Фактически, если картинка не просматривается в среде отображения,
для которой она предназначена, мы не можем судить о ее яркости. Подробнее
об этом занимательном вопросе чуть позже.
10.2. Как изменение гаммы влияет
на изображения
Для варьирования яркости изображения чаще используют изменение гаммы,
а не операции настройки яркости. Этому есть две причины. Во-первых, изме-
нение гаммы воздействует на изображение способом, близким к нелинейному
восприятию глаза, поэтому изменение яркости выглядит более естественным.
Во-вторых, изменение гаммы не обрезает изображения. Изменение яркости
картинки при использовании гаммы происходит по совершенно другим
принципам, нежели при использовании операций настройки яркости. Суще-
ствуют также побочные эффекты, оказывающие влияние на конечный ре-
зультат, о которых умелый художник никогда не должен забывать.
Рис. 10.2 и 10.3 иллюстрируют различное поведение пикселов при увели-
чении яркости с помощью операции настройки значений RGB и с помощью
коррекции гаммы. Пары точек, отмеченные буквами А и В, находятся на оди-
наковых начальных позициях на средних линиях обоих графиков.
Рис. 10.2 • Увеличение яркости путем
настройки значений RGB
Рис. 10.3 • Увеличение яркости путем
коррекции гаммы
292
Часть III • Это следует знать
На рис. 10.2 яркость обеих пар точек А и В увеличивается на одно и то же
значение. При этом точки еще смещаются в вертикальном направлении, это
видно по различной длине стрелок справа и слева. Пикселы в точке А (тем-
ный участок) сдвигаются совсем немного, и яркость увеличивается несущест-
венно, в то время как пикселы в точке В (светлый участок) сдвигаются на
большое расстояние, значительно увеличивая яркость этого участка. Опера-
ция настройки яркости также равномерно увеличивает контрастность изо-
бражения в целом. Обратите также внимание, что верхняя часть линии вы-
шла за предел графика, поэтому в случае наличия на картинке ярких пиксе-
лов в этом участке все они будут обрезаны.
На рис. 10.3 показано совершенно иное поведение тех же пар точек при гам-
ма-коррекции. В точке А (темный участок) пикселы стали гораздо более яркими
по сравнению с предыдущей операцией; кроме того, они переместились в верти-
кальном направлении. Стрелка слева заметно больше стрелки справа, что гово-
рит об увеличении расстояния между точками. В точке В (светлый участок) на-
блюдается обратная ситуация. Точки переместились и стали ярче, однако они
также сдвинулись ближе друг к другу по вертикали, Это означает, что на темных
участках контрастность и насыщенность изображения увеличились, а на свет-
лых, напротив, уменьшились. В целом полученное изображение будет выглядеть
менее контрастным с тенденцией к «плоскости» на ярких участках, в то время
как операция настройки яркости приводит к увеличению контрастности. Еще
одно важное свойство операции гамма-коррекции состоит в том, что при увели-
чении яркости или контрастности изображения она не обрезает черные и белые
участки, а просто «изгибает» промежуточные тона.
Операции гаммы не оказывают воздействия на 100% белые и 100% черные
пикселы изображения. Это очень важное свойство таких операций, и его всегда
следует иметь в виду.
Чтобы перейти от абстрактных рассуждений к реальным картинкам, рас-
смотрим три снимка девушки, предоставленные Kodak (цветокоррекция в этом
примере специально преувеличена в наглядных целях). Яркость изображения
на рис. 10.4 увеличена с помощью операции настройки RGB исходной картин-
ки, как на рис. 10.2. Хорошо заметны все главные особенности этого метода:
повышение контрастности, сильное увеличение яркости бликов и, что наибо-
лее важно, обрезание значений в области волос и плеча. Сравните это изобра-
жение с изображением на рис. 10.6, яркость которого увеличена с помощью
коррекции гаммы, как на рис. 10.3. Заметьте, что в нем отсутствует всякое обре-
зание, темные участки стали заметно светлее, и изображение выглядит более
«плоским», то есть менее контрастным. Конечно, при помощи коррекции гам-
мы можно точно так же сделать изображение более темным и контрастным.
Глава 10 • Гамма
293
Рис. 10.4 • Настройка яркости Рис. 10.5 • Исходное изображение
Рис. 10.6 • Коррекция гаммы
10.3. Три гаммы системы отображения
Мониторы, как и большинство других устройств отображения данных, не яв-
ляются линейными. Они показывают изображение более темным, чем оно
есть, из-за характеристик гаммы монитора. Для компенсации этого явления
применяется коррекция гаммы. По эстетическим причинам гамма-коррекция
не устраняет гамму монитора полностью, а лишь доводит ее до некоторого
остаточного уровня, называемого эффектом сквозной гаммы. Итак, для сис-
тем отображения характерны три вида гаммы: гамма монитора, коррекция
гаммы и сквозная гамма (end-to-end). В этом разделе описываются принципы
их работы и взаимодействия, а также параметры выбора той или иной гаммы
для конкретных случаев. Описываемые здесь принципы применимы ко всем
видам мониторов, будь то обычные мониторы ПК, Silicon Graphics или Мас,
поскольку в основе всех этих мониторов лежит устройство с электронно-
лучевой трубкой (ЭЛТ-устройство). Жидкокристаллические мониторы рабо-
тают немного иначе и описываются в отдельном разделе.
10.3.1. ГАММА МОНИТОРА
Загружая картинку с идеальным линейным градиентом для просмотра ее на
экране монитора, мы ожидаем увидеть ее именно в таком линейном виде. То
есть при увеличении значений пикселов яркость монитора должна увеличи-
294
Часть III • Это следует знать
ваться на такую величину - это и есть линейный градиент. Но ничего подоб-
ного, конечно, мы не увидим по той причине, что выходная яркость монито-
ра не является линейной величиной. Нелинейность отклика монитора озна-
чает, что пиксел со значением, например, 50% приведет к увеличению ярко-
сти монитора вовсе не на 50%, а примерно на 20%. Картинка на экране будет
выглядеть примерно как градиент, изображенный на рис. 10.7, который ос-
новную часть своей длины остается достаточно темным, а затем ближе к пра-
вому краю быстро светлеет. Это связано с тем, что компьютер затемняет про-
межуточные тона градиента. Крайние черные и белые участки остаются без
изменений, но средняя часть как бы «провисает» в более темную сторону по-
добно веревке, натянутой между двумя точками разной высоты.
Рис. 10.7 • Нелинейный вид градиента на экране монитора
Из рис. 10.8, где изображен нелинейный выход обычного монитора, ста-
новится ясна причина затемнения промежуточных тонов на рис. 10.7. Вход-
ное значение пиксела в центре градиента, равное 0,5, соответствует выходной
яркости монитора всего 0,18. Математической моделью, описывающей такое
поведение яркости, служит степенная функция - функция гаммы, как ни уди-
вительно. При сравнении измеренных значений яркости монитора с входны-
ми данными оказывается, что значение гаммы составляет примерно 2,5. Дру-
гими словами, если входное значение пиксела 0,5 возвести в степень 2,5, по-
лучится значение яркости приблизительно 0,18, что хорошо согласуется с ха-
рактеристиками реальных мониторов.
Причина такой нелинейности - не в отклике люминофоров экрана, а не-
посредственно в самой электронной пушке ЭЛТ-монитора. С ростом напря-
жения в этой пушке увеличивается поток электронов к люминофорам экрана,
из-за чего они начинают светиться ярче. Однако зависимость потока элек-
тронов от напряжения носит не линейной характер, а степенной, то есть вы-
ходное значение равно входному, возведенному в степень гаммы (2,5). Вот
почему яркость монитора меняется нелинейно.
Глава 10 • Гамма
295
Рис. 10.8 • Кривая гаммы типичного монитора;
значение гаммы равно 2,5
Значение гаммы 2,5 характерно для конструкции всех электронно-
лучевых трубок, независимо от того, расположены ли они в мониторе рабо-
чей станции, в домашнем телевизоре или в осциллографе инженерного отде-
ла. На практике гамма ЭЛТ-устройств может варьироваться от 2,35 до 2,5, но
здесь мы будем использовать значение 2,5 как наиболее типичное. Гамма мо-
нитора, поскольку ее значение больше единицы, ведет себя так, как показано
на рис. 10.1, то есть уменьшает значения пикселов, делая их более темными.
Другими словами, гамма монитора, особенно равная 2,5, существенно затем-
няет изображение.
10.3.2. КОРРЕКЦИЯ ГАММЫ МОНИТОРА
Итак, монитор фактически делает изображения более темными вследствие
значения гаммы больше 1, и теперь мы должны компенсировать этот эффект,
чтобы картинка не выглядела слишком темной и контрастной. Для этого ис-
пользуется коррекция гаммы изображения (monitor gamma correction), кото-
рая меняет вид отображаемой на экране картинки. Большинство систем не-
корректно называют эту коррекцию гаммы просто «гаммой экрана» или
«гаммой монитора». Поэтому неудивительно, что, вводя значение гаммы мо-
нитора 2,2, вы думаете, что действительно задаете значение гаммы для вашего
монитора. Ничего подобного. На самом деле вы задаете коррекцию гаммы,
равную 2,2, которая взаимодействует с истинной гаммой монитора.
Вид используемой гамма-коррекции описывается в таблице соответствия
между изображением и монитором. Таким образом, коррекция гаммы учиты-
вается устройством (рабочей станцией) при отображении данных, что позво-
ляет получить корректное изображение без необходимости изменения непо-
средственно данных картинки.
296
Часть III • Это следует знать
На приведенных ниже рисунках показана последовательность выполняе-
мых операций, начиная с исходного изображения, простого линейного гради-
ента (рис. 10.9). Сначала это изображение загружается в буфер кадра рабочей
станции, особый участок оперативной памяти, содержащий картинки для ото-
бражения на мониторе. По мере считывания с данных из буфера кадра каждое
значение пиксела передается в таблицу соответствия - LUT (Look Up Table), где
преобразуется в новое выходное значение. Таблица соответствия составлена
таким образом, чтобы коррекция гаммы вычислялась как 1/гамма, как показано
на рис. 10.10. Картинка при этом становится более яркой. Далее это осветлен-
ное изображение передается в ЭЛТ-устройство, которое, напротив, затемняет
его благодаря своей собственной гамме, показанной на рис. 10.11. В результате
конечное изображение на экране монитора вновь представляет собой линей-
ный градиент (рис. 10.12), являя точную копию исходной картинки.
Рис. 10.9 • Исходный инейный градиент
Рис. 10.10 • Коррекция гаммы
в таблице соответствия LUT
Теперь вы точно знаете, что происходит внутри монитора всякий раз при
отображении картинки на его экране. Ну, или почти точно. На самом деле
абсолютно линейного отображения данных на мониторе не требуется, поэто-
му коррекция гаммы монитора обычно проводится не полная, то есть вместо
значения 2,5 берут значение коррекции, равное 2,2. Почему полная коррек-
ция нежелательна, мы разберем немного позже, после того как рассмотрим
соответствующую тему. А пока предположим, что нам нужен линейный от-
клик монитора.
10.3.3. ТАБЛИЦА СООТВЕТСТВИЯ МОНИТОРА (MONITOR LUT)
На рис. 10.13 показано, как пиксел в данных изображения приобретает новое
значение в таблице соответствия. Данные изображения, содержащие значе-
ния яркости для каждого пиксела, загружаются в буфер кадра. В нашем при-
Глава 10 • Гамма
297
мере значение пиксела составляет 57 (см. рис. 10.13). Это значение затем ис-
пользуется в таблице соответствия в качестве коэффициента, с помощью ко-
торого получается новое выходное значение этого пиксела, в данном случае
85. Таким способом таблица соответствия преобразует значения всех пиксе-
лов изображения в новые значения для монитора. Что важнее всего, изменя-
ются только выходные данные для монитора, а данные исходного изображе-
ния остаются без изменения. Кроме того, создавая разные таблицы соответ-
ствий, можно получать различные версии отображения картинки на экране
монитора. Таблица соответствия для цветного монитора фактически состоит
из трех списков, по одному на каждый цветовой канал.
Рис. 10.12 • Конечное линейное
изображение
Поскольку под «коррекцией гаммы» мы понимаем инвертированное ус-
тановленное значение гаммы, то полученное значение будет меньше едини-
цы, а значит, изображение будет более светлым - это компенсирует затемне-
ние картинки, вызываемое монитором. То есть коррекция гаммы, равная 2,5,
превращается в 1 / 2,5 = 0,4. Из-за этого иногда возникает небольшая путани-
ца. Коррекция гаммы 2,5 может называться «коррекцией 2,5» или «коррекци-
ей 0,4». Вам придется догадываться по контексту, что именно имеется в виду.
Зная, что гамма со значением меньше 1 осветляет изображение, а больше 1 -
затемняет, вы легко сможете это сделать.
Итак, как же создается эта чудесная таблица соответствия для коррекции
гаммы? Когда компьютеру дают задание установить коррекцию, скажем, на
2,5, он решает небольшое уравнение следующего вида:
выходные данные = (входные данные)172,5
для диапазона данных от 0 до 255 для стандартного 8-битного буфера кадра.
Создается таблица из 256 строк, в которой теперь задана необходимая кор-
298
ЧАСТЫП • ЭТО СЛЕДУЕТ ЗНАТЬ
рекция гаммы. Так, пиксел из середины диапазона со значением 128 (0,5) со-
ответствует 128-й строке таблицы и приобретает новое значение 209 (0,82),
что соответствует осветлению картинки (см. рис. 10.10). Это новое, более яр-
кое значение пиксела преобразуется в напряжение электронной пушки, рав-
ное 0,82 от максимального значения, в то время как для исходного изображе-
ния оно составило бы только 0,5. Затем электронная пушка налагает на полу-
ченный результат собственную функцию гаммы, равную 2,5 (см. рис. 10.11),
которая уменьшает значение пиксела от 0,82 обратно до 0,5, как показано на
рис. 10.12. Таким образом, значение пиксела изображения, равное 0,5, пре-
вращается в значение яркости монитора, также равное 0,5, обеспечивая иде-
ально линейный отклик нелинейного устройства отображения. Теперь вер-
немся в реальный мир и вспомним, что нам не нужен абсолютно линейный
отклик, поэтому мы не будем использовать коррекцию гаммы 2,5.
in out
monitor
Рис. 10.13 • Преобразование значений пикселов
в таблице соответствия монитора
10.3.4. СКВОЗНАЯ ГАММА (END-TO-END GAMMA)
Возможно, каждый раз, настраивая гамму монитора на значение 2,2, вы были
уверены, что она действительно будет иметь такое значение. Но истина, как
обычно, оказывается не такой радужной. На самом деле вы задаете коррекцию
гаммы 2,2 для гаммы монитора 2,5. Конечная гамма системы отображения
составляет в таком случае примерно 1,1. Эта «конечная гамма системы ото-
бражения» называется просто сквозной гаммой. Коррекция гаммы 2,2 предва-
рительно делает изображение более ярким, а гамма монитора 2,5 снова его
затемняет. Поскольку коррекция гаммы меньше, чем гамма монитора, в ко-
нечном счете картинка на экране получится немного более темной, чем она
есть на самом деле.
Глава 10 • Гамма
299
Таким образом, сквозная гамма представляет собой итоговое изменение
гаммы изображения как результат взаимодействия гамма-коррекции с гам-
мой монитора в системе отображения. Выражение для сквозной гаммы имеет
следующий вид:
сквозная гамма = гамма монитора / коррекция гаммы. (10.2)
Например, если гамма монитора для ЭЛТ-устройства равна 2,5, а коррек-
ция гаммы задана как 2,2, то сквозная гамма всей системы отображения со-
ставит 2,5 / 2,2 = 1,1. Итак, в любом мониторе присутствуют три различных
гаммы: гамма монитора, коррекция гаммы и сквозная гамма. Реально имеет
значение только последняя, так как именно она определяет внешний вид ото-
бражаемой монитором картинки.
10.4. Измерение сквозной гаммы
Всегда следует помнить, что из всех трех гамм монитора существенную роль
играет только сквозная гамма. Это то, что мы фактически видим на экране мо-
нитора. Значение коррекции гаммы известно, поскольку его можно найти в
таблице и даже изменить. А вот о значении гаммы монитора мы можем только
догадываться, так как измерить его нельзя. Одна и та же гамма-коррекция, вы-
полненная для разных мониторов, даст разные результаты. Поэтому единст-
венное, что нас действительно интересует, - это значение сквозной гаммы.
К счастью, сквозная гамма монитора легко подвергается непосредствен-
ному измерению посредством небольшого тестового шаблона (включен в
DVD). Принцип его работы иллюстрируется на рис. 10.14, изображающем
образец для проверки гаммы. Верхняя часть образца представляет собой 50%
серый цвет (в 8-битном коде это значение 128), а нижняя полосатая часть -
альтернативные полоски из совершенно черного (значение 0) и совершенно
белого (значение 255) цветов. На достаточном расстоянии от образца полоски
его нижней части сольются и образуют однородное серое поле с яркостью
50%. Как показано выше, гамма 1 является абсолютно линейной, поэтому ес-
ли бы сквозная гамма компьютера (или этой книги) имела значение 1, то се-
рое поле в верхней части образца соответствовало бы полосатому полю в
нижней части. Но гамма монитора не равна 1, поэтому такого соответствия
не наблюдается.
Главное достоинство полосатой части образца - в том, что она будет ка-
заться серой (с яркостью 50%) независимо от значения сквозной гаммы сис-
темы отображения (включая и эту книгу). Не имеет значения, насколько сис-
тема изменяет гамму изображения, в любом случае 100% белые и черные точ-
ки останутся нетронутыми. Можно сказать, что полосатая часть образца об-
300
Часть III • Это следует знать
падает иммунитетом к воздействию гаммы. Но этого нельзя сказать о верхней
серой части. При изменении гаммы монитора эта часть меняется вместе с ней.
Это дает нам простой способ измерения сквозной гаммы любой системы ото-
бражения - ЭЛТ-монитора, ЖК-дисплея или даже книги.
Рис. 10.14 • Образец для проверки гаммы
Теперь, получив представление о принципах работы образца проверки
гаммы, мы можем перейти к более обширной идее измерения сквозной гам-
мы монитора с помощью целого набора таких образцов, объединенных в
столбчатую диаграмму, показанную на рис. 10.15. Она представляет собой
тестовую диаграмму для измерения сквозной гаммы и может быть отображе-
на на экране любого монитора (даже Macintosh!), позволяя непосредственно
увидеть, какому значению соответствует сквозная гамма. Для создания диа-
граммы взяли столбик серого цвета с яркостью 50% (кодовое значение 128)
для гаммы 1, а затем изменили значения гаммы, получив таким образом все
остальные серые столбики. Числа на каждом из них соответствуют измене-
нию гаммы для этого столбика.
Рис. 10.15 • Столбчатая диаграмма для определения гаммы
Чтобы найти значение сквозной гаммы любого монитора, просто по-
смотрите на эту диаграмму с расстояния примерно двух метров и определи-
Глава 10 • Гамма
301
те, какой столбик лучше всего соответствует полосатой нижней части. Чис-
ло, указанное на этом столбике, и будет значением сквозной гаммы вашего
монитора. В случае обычной гаммы видео-типа можно ожидать значение
примерно 1,1 или 1,2. Для типичных печатных СМИ это приблизительно
1,4. При установке гаммы монитора для обычного ПК пользователь видит
что-то вроде «Гамма монитора 2,2» или «Гамма монитора 1,8». Теперь нам
известно, что это не что иное, как коррекция гаммы, применяемая к внут-
реннему устройству монитора. Если гамма вашего монитора совпадает с
гаммой, на которую рассчитывает производитель ПО, то коррекция даст
желаемый уровень сквозной гаммы. Проблема в том, что программное
обеспечение не может определить значение гаммы монитора, и поэтому
фактически работает «вслепую». Единственный способ определить значение
сквозной гаммы - измерить его с помощью описанной выше диаграммы.
Вполне возможно, что для получения сквозной гаммы 1,1 потребуется при-
менить коррекцию со значением 2,1.
Не забудьте сначала правильно настроить яркость и контрастность мо-
нитора, в противном случае полученные данные будут неверными. Следует
заметить, что столбчатую диаграмму нельзя изменять в размере или масшта-
бировать никоим образом, поскольку эти операции приведут к усреднению
черных и белых полос и нарушат достоверность результатов. Мы кратко рас-
смотрим, как с помощью все той же диаграммы можно согласованно настро-
ить два или более монитора.
10.5. Эффект неяркого окружения (Dim surround effect)
В этом разделе объясняется, почему для отображения данных не используются
линейные устройства. Когда вы смотрите на монитор, он заполняет только не-
большую часть вашего поля зрения. Остальную его часть занимает стена поза-
ди монитора, которая его окружает. Если бы освещенность комнаты можно
было увеличивать и уменьшать, вы заметили бы очень интересное явление,
связанное с восприятием. Чем темнее становится окружающая монитор обста-
новка, тем более «плоской» и менее контрастной кажется изображенная на нем
картинка. По мере увеличения освещенности картинка вновь обретает контра-
стность. Это явление известно как адаптация к боковому затемнению, или, не-
официально, как эффект неяркого окружения. Данный эффект демонстрирует-
ся на рис. 10.16 и 10.17, где изображены два одинаковых серых образца, окру-
женные черным и белым полями. Из-за темного окружения две серые полосы
на рис. 10.16 кажутся менее контрастными (то есть более близкими по ярко-
сти), в то время как светлое окружение полос на рис. 10.17 визуально увеличи-
вает их контрастность, обеспечивая лучшую различимость.
302
Часть III • Это следует знать
Рис. 10.16 • Видимая контрастность Рис. 10.17 • Видимая контрастность
серых полос меньше серых полос больше
Если бы мы захотели, чтобы при затемнении окружающей обстановки
картинка на экране оставалась неизменной, нам пришлось бы постоянно уве-
личивать сквозную гамму монитора по мере уменьшения освещенности.
С увеличением сквозной гаммы возрастает видимая контрастность изобра-
жения, компенсируя тем самым ее потерю из-за темного окружения. Соглас-
но уравнению 10.2, для увеличения сквозной гаммы необходимо уменьшить
коррекцию гаммы монитора. Поскольку гамма монитора имеет естественный
затемняющий эффект, уменьшение коррекции гаммы делает картинку более
темной. Благодаря проведенным исследованиям удалось установить стан-
дартные значения сквозной гаммы для различных условий окружения. Имен-
но условия неяркого окружения среды просмотра определяют необходимое
значение сквозной гаммы системы отображения.
10.5.1. НЕЯРКОЕ ОКРУЖЕНИЕ ДЛЯ ТВ (DIM SURROUND FOR TV)
Среда просмотра для телевидения в обычных помещениях считается средой
неяркого окружения. Установленное оптимальное значение сквозной гаммы
для такой среды составляет от 1,1 до 1,2. Колебания значений объясняются
варьированием условий освещенности для разных помещений. Рекомендует-
ся также, чтобы в студии, где осуществляется работа с ТВ, окружение мони-
тора рабочей станции было близким к данному.
10.5.2. ТЕМНОЕ ОКРУЖЕНИЕ ДЛЯ КИНО (DARK SURROUND FOR FILM)
Среда просмотра для кино, в отличие от ТВ, является темной, и она гораздо
лучше поддается управлению и стандартизации, чем домашняя среда про-
смотра ТВ. Как нам уже известно, чем темнее окружение, тем больше требуе-
Глава 10 • Гамма
303
мое значение сквозной гаммы, поэтому неудивительно, что для фильмов с
темным окружением оно составляет 1,5.
10.6. Гамма видео
Все видеоизображения подвергаются предварительной коррекции в видеока-
мере, в результате которой сквозная гамма приобретает значение от 1,1 до 1,2
(это исключает необходимость гамма-коррекции для каждого отдельного те-
левизора). Исходя из предположения, что ЭЛТ в телевизоре имеет гамму 2,5,
рассчитаем значение коррекции гаммы для видеосигнала, которое позволит
получить сквозную гамму монитора, равную, например, 1,125. Решая уравне-
ние 10.2 относительно коррекции гаммы, получаем:
коррекция гаммы = гамма монитора / сквозная гамма. (10.3)
Таким образом, необходимое значение коррекции гаммы находится де-
лением гаммы монитора на сквозную гамму. При условии, что гамма монито-
ра равна 2,5, а желаемое значение сквозной гаммы для неяркого окружения
равно 1,125, получаем расчетное значение гамма-коррекции:
коррекция гаммы = 2,5 / 1,125 = 2,22.
Полученный результат означает, что значения пикселов возводятся в сте-
пень 1 / 2,22 = 0,45. Значение гаммы 0,45 меньше единицы, поэтому изображе-
ние в видеокамере при съемке сцены становится более светлым (см. рис. 10.1).
В этом состоит существенное отличие видеокамеры от других визуальных ис-
точников, в которых гамма-коррекция изображения осуществляется в рабочей
станции при помощи таблицы LUT между данными изображения и монито-
ром, а исходные данные не изменяются. В случае видео эти исходные данные
изменяются камерой с помощью встроенной гамма-коррекции, и таблицы со-
ответствия между изображением и монитором (телевизором) в данном случае
не требуются. Итак, на выходе из камеры видеоизображения содержат встро-
енную коррекцию гаммы, равную 2,2 (или 0,45 - языком видеоинженеров).
На рис. 10.18 - 10.21 показано последовательное изменение гаммы видео-
изображения от исходной яркости снимаемой сцены до конечной картинки
на экране телевизора. Рис. 10.18 изображает исходный линейный градиент
яркости, как его видит видеокамера. На рис. 10.19 показана встроенная гам-
ма-коррекция 2,2, которая заметно повышает яркость промежуточных тонов
видеоизображения на выходе из камеры, а на рис. 10.20 - гамма монитора
телевизора 2,5, которая снова затемняет картинку. Так как значение гаммы
монитора больше значения коррекции гаммы в видеокамере, яркость кар-
тинки восстанавливается не полностью, из-за чего она выглядит более кон-
304
Часть III • Это следует знать
изображением благодаря результирую-
Рис. 10.18 • Линейный градиент,
снятый видеокамерой
Рис. 10.20 • Результирующая
сквозная гамма 1,1
Рис. 10.20 • Гамма монитора
для ЭЛТ телевизора, равная 2,5
Значение коррекции гаммы (2,2) довольно велико и может преподнести не-
которые неприятные сюрпризы. Обратите внимание, что нижний конец кривой
на рис. 10.19 имеет весьма крутой наклон. Данные в интервале от 0 до 0,10 по го-
ризонтальной входной оси растягиваются в интервал от 0 до 0,35 по вертикаль-
ной выходной оси. Такое сильное растяжение темных участков в случае 8-
битньгх изображений может привести к появлению в них полос (banding). В слу-
чае преобразования киноизображений в видео на темных участках негатива при
этом могут неожиданно проявиться ранее скрытые детали. Вы когда-нибудь
смотрели по телевизору старые фильмы о космических приключениях, напри-
мер «Звездные войны - Эпизод IV», где используется оптическая композиция?
Космические корабли в них часто окружены призрачными движущимися очер-
Глава 10 • Гамма
305
таниями прямоугольной формы. Это «мусорные» маски из исходной оптической
композиции, плотность которых совсем чуть-чуть отличается от плотности фо-
нового изображения. При просмотре в кинотеатре они незаметны, так как на
позитивной пленке черные участки сжаты. В процессе преобразования в видео
они сильно растягиваются, и это становится заметным. Прием «сброса гаммы»,
описанный в главе 7, избавит вас от возможных неприятностей.
10.7. Гамма кино
Негативная пленка в камере имеет гамму 0,6, а позитивная - приблизительно 2,5.
Результирующая сквозная гамма после проявления негатива составляет 0,6 х 2,5
- 1,5, что точно соответствует необходимому значению гаммы для темного ок-
ружения в кино. Фактически параметры гаммы телекинопреобразователя (film
chain) тщательно задаются в соответствии с требованиями темного окружения.
Кривая отклика негатива содержит большой прямолинейный участок, где значе-
ние гаммы постоянно и равно 0,6; в случае позитивной пленки все гораздо слож-
нее. Ее кривая отклика, как описывается в главе 12, имеет S-образную форму.
Значение гаммы на коротком прямолинейном участке этой кривой может дости-
гать 3,0, но в целом гамма позитивной пленки считается равной 2,5.
--------
Какую коррекцию гаммы для монитора следует использовать при работе с ки-
но на Рабочей станции? В принципе конечное значение сквозной гаммы долж-
фЯК/ но составлять 1,5, для этого требуется коррекция, равная 1,7 (из уравнения 10.2
получаем 2,5 / 1,7 = 1,5). Однако нет никакой гарантии, что ваши киноданные
не были подвергнуты гамма-коррекции на каком-либо этапе: в сканирующем
устройстве, во время преобразования или в кинорекордере. Необходимо про-
консультироваться с собственным специалистом по гамме.
10.8. Настройка гаммы монитора
Хотя настройка монитора технически не является частью композитинга, все
же уделим ей немного внимания, поскольку она вносит существенный вклад
в конечный вид изображений с компьютерными эффектами, особенно если
выполнена неверно. В этом разделе предлагается немного общей информации
о мониторах ПК, Мас и Silicon Graphics, а также совсем чуть-чуть сведений об
индикаторных панелях.
10.8.1. МОНИТОРЫ ПК
По умолчанию для мониторов персональных компьютеров используются на-
стройки для видео. Операционная система использует таблицу LUT с коррек-
цией гаммы, равной 2,2, которая, как мы уже знаем, характерна именно для
видео. Гамма-коррекция 2,2 в совокупности с собственной гаммой дисплея
2,5 в результате дает значение сквозной гаммы от 1,1 до 1,2.
306
Часть III • Это следует знать
Многие приложения, такие как Adobe Photoshop, позволяют пользовате-
лям настраивать гамму монитора. Главным отличием между монитором ПК и
телевизором является яркость. Экран типичного телевизора гораздо ярче,
чем экран типичного монитора. Если вы собираетесь работать с видеоизоб-
ражениями на ПК, подключите монитор NTSC к одному из видеовыходов,
которые сегодня есть практически на любой видеокарте.
10.8.2. МОНИТОРЫ МАС
Раньше для мониторов Мас использовались настройки по умолчанию для
позитивов, но сейчас они заменены настройками видео, как и в мониторах
ПК. Более старые операционные системы использовали таблицы LUT по
умолчанию с гамма-коррекцией 1,8, которая больше подходит для представ-
ления «расплывчатых точек», разновидности гаммы процесса печати. Сквоз-
ная гамма в этом случае составляет примерно 1,4, то есть мониторы Мас бо-
лее темные, чем обычные ПК. По этой причине изображение, созданное на
ПК и затем отображенное на Мас старого поколения, будет выглядеть не-
сколько темнее. В более поздних мониторах Мас используется ориентиро-
ванная на видео гамма-коррекция 2,2, как и в мониторах ПК.
Замечание о меньшей яркости монитора ПК по сравнению с телевизором
в полной мере относится и к мониторам Мас. Работа с видео требует подклю-
чения монитора NTSC, позволяющего проконтролировать внешний вид изо-
бражений на ТВ.
10.8.3. МОНИТОРЫ SILICON GRAPHICS
Мониторы Silicon Graphics (SGI) имеют настройку по умолчанию для кино. Опе-
рационная система использует таблицу LUT по умолчанию с гамма-коррекцией
1,7, которая, взаимодействуя с собственной гаммой монитора 2,5, дает характер-
ное для кино значение сквозной гаммы, равное примерно 1,5. Мониторы SGI
более терпимо относятся к настройке, чем мониторы ПК или Мас, и позволяют
пользователю свободно менять их параметры. Существуют утилиты unix (и
linux) для изменения гаммы монитора из командной строки, а большинство при-
ложений содержат также собственные средства настройки гаммы.
<чА//^ -——
При работе с кино вы, вероятно, захотите установить значение гамма-
коррекции 1,7, но этот вопрос связан с оборудованием и определяется внут-
ренними параметрами сканирующего устройства. Работа с видео требует зна-
чения гамма-коррекции 2,2, а для позитивов - значения 1,8. В любом случае
рекомендуется проверить тестовое изображение на том устройстве, для кото-
рого оно предназначается (кинорекордер, видеомонитор, печатная машина и
т.д.) перед тем, как штамповать его тысячным тиражом. Кроме того, замечание
по поводу яркости монитора и телевизора относится к мониторам SGI как ни к
каким другим.
Глава 10 • Гамма
307
10.8.4. ПЛОСКОПАНЕЛЬНЫЕ ДИСПЛЕИ
Различные технологии плоскопанельных дисплеев (плазменных, ЖК и т.д.)
имеют в своей основе совсем другие физические и оптические принципы, чем
ЭЛТ, и поэтому их характеристики отображения сильно различаются. Однако
их внешний вид далек от ЭЛТ-мониторов, что позволяет доверчивым поль-
зователям легко заметить эту разницу. Но будьте осторожны при покупке
плоскопанельных дисплеев, поскольку не все производители одинаково хо-
рошо подгоняют их характеристики к стандартам ЭЛТ, поэтому перед покуп-
кой рекомендуется взглянуть на так называемую колориметрию дисплея. Ис-
кажения цветов могут быть настолько сложными, что вам не поможет ника-
кая цветокоррекция.
10.9. Согласование характеристик двух мониторов
Бывают ситуации, когда требуется просматривать изображения на двух или
более мониторах, причем необходимо, чтобы на всех этих мониторах изо-
бражения выглядели одинаково. Даже если рядом нет специалиста по цвету
или парня из компьютерного сервиса, можно справиться с этой задачей само-
стоятельно, следуя нескольким простым правилам:
Установите температуру цвета монитора, соответствующую области, в
которой вы работаете (для видео это 6500°), на каждом мониторе.
Установите сначала яркость, а потом контрастность на каждом мониторе,
и больше их не меняйте.
Выберите один монитор, который будет служить «образцом» для на-
стройки гаммы всех остальных. Измерьте его сквозную гамму с помощью
столбчатой диаграммы, изображенной на рис. 10.15, и запишите полученное
значение. Перенесите диаграмму на второй монитор и увеличивайте или
уменьшайте его коррекцию гаммы, пока не получите значение сквозной гам-
мы, точно соответствующее «образцу».
Если вы по каким-то причинам не хотите менять коррекцию гаммы монитора
рабочей станции, можно вместо этого изменить коррекцию, применяемую ко
всем изображениям, выводимым данной станцией. Сначала выберите мони-
тор-«образец», по которому будут настраиваться все остальные, и измерьте его
сквозную гамму. Допустим, ее значение составило 1,4. Затем выведите изо-
бражение диаграммы на монитор второй рабочей станции и с помощью про-
граммы композитинга примените к нему гамма-коррекцию, чтобы добиться
соответствия со значением 1,4. Предположим, что для этого потребовалось
выполнить коррекцию гаммы, равную 0,8. Если теперь применить такую же
коррекцию ко всем изображениям на второй рабочей станции, ее монитор
будет точно соответствовать образцу.
11
Видео
Кино - удивительно простая, в общем-то, вещь. Затвор объектива открывает-
ся на долю секунды и экспонирует кадр фильма, запечатлевая определенный
момент времени во всех красках. Если в кадре при этом движется какой-то
объект, он оставляет на пленке характерные признаки, говорящие о наличии
движения. С видео все не так просто. Его главный бич - необходимость уме-
стить картинку максимального размера в минимальном сигнале, чтобы по-
зволило бы передавать ее по радиоканалам. Все движущиеся картинки требу-
ется сжать в единую быстро колеблющуюся радиоволну. Эта фантастическая
высокочастотная волна должна содержать черно-белую картинку, все ее цве-
товое покрытие, а также небольшой саундтрек вдобавок.
Несмотря на то, что видеокадр занимает всего лишь крошечную часть
кинокадра, выглядит он на удивление не так уж плохо. Это объясняется тем,
что ученые и инженеры, создавшие современные видеосистемы, смогли уме-
стить максимум информации о картинке именно в тех частях видимого спек-
тра, к которым наиболее чувствительно зрение человека. Везде, где глаз спо-
собен различать подробные детали изображения, заключено огромное коли-
чество информации. В тех же областях, где глаз практически не воспринима-
ет, информация почти отсутствует. Но все эти методы сжатия, несмотря на
свое удобство как с практической, так и с теоретической точек зрения, имеют
обратную сторону. Они являются причиной появления дефектов.
По сравнению с эквивалентным кинокадром каждый кадр видео имеет
гораздо более низкое качество по многим тонким параметрам, как простран-
ственным, так и временным - такова цена тщательного сжатия данных. Все
эти дефекты аккуратно прячутся по визуальным «углам» системы восприятия
человека, но немедленно всплывают на поверхность при оцифровке видео и
попытке его обработать. Данная глава посвящена анализу причин каждого из
таких дефектов и методам борьбы с ними.
11.1. Перенос видео на рабочую станцию
и обратно
Заказчик может предоставить вам уже оцифрованное видео в виде фильма
QuickTime (файл .mov), файлов YUV или последовательности tiff-файлов, за-
писанных на firewire-устройство или какую-либо ленту данных. В этом случае
Глава 11 • Видео
309
можно начинать работать с ними, как только они будут загружены на жест-
кий диск. Однако иногда заказчик приносит вам видеоленту, которую требу-
ется сначала преобразовать в файлы.
Видеолента, которую вы получаете от заказчика, может быть либо анало-
говой, либо цифровой. В любом случае ее необходимо преобразовать в файл
цифрового изображения на рабочей станции, только после этого вы сможете
ее как-то обработать. Существует два общих подхода к переносу кадров с ви-
деоленты на рабочую станцию. В первом методе используется цифровой ре-
кордер (Digital disk recorder - DDR). Цифровой рекордер - это не что иное,
как высокоскоростной дисковод с несколькими видеосхемами. Преобразова-
ние видео с помощью рекордера схематически показано на рис. 11.1. Видео-
магнитофон подсоединяется к цифровому рекордеру для воспроизведения.
Воспроизведение идет на нормальной скорости, и видеоизображение записы-
ваются на дисковод рекордера в реальном времени. Если продолжительность
съемки составляет 10 секунд, на рекордере она займет такой же отрезок вре-
мени. У DDR есть два входа, один для цифровых видеомагнитофонов (на-
пример, D1), а второй для аналоговых (например, BetaSP). В аналоговом вхо-
де происходит оцифровка исходных видеоданных, в то время как в цифровой
вход поступают уже цифровые данные, которые требуется просто передать на
диск.
Рис. 11.1 • Перенос видео с помощью цифрового рекордера
Когда видеокадры уже записаны на диск рекордера, остается только пе-
редать их на рабочую станцию как обычные файлы через компьютерную сеть,
например Ethernet. После окончания обработки кадров они передаются об-
ратно на DDR точно таким же способом. Команда переноса включает также
информацию о том, где именно на диске рекордера следует разместить полу-
ченные кадры. После того, как все готовые кадры собраны на рекордере,
можно воспроизвести всю съемку на мониторе для просмотра в реальном
времени, а затем просто дублировать ее на видеоленту с помощью того же
видеомагнитофона, с которого она была первоначально взята.
310
Часть III • Это следует знать
На рис. 11.2 показана схема переноса видео с помощью платы оцифровки
видеоизображений. Этот метод требует меньше экономических затрат, чем
первый. На рабочую станцию устанавливается специальная видеоплата, по-
зволяющая оцифровывать входящие аналоговые видеоданные в режиме ре-
ального времени. Если вводятся цифровые данные, они просто передаются на
диск рабочей станции. Видеоизображение, полученное рабочей станцией,
подвергается обработке, после чего плата оцифровки отправляет их обратно
на магнитофон. Если это аналоговый магнитофон, то цифровые файлы пред-
варительно преобразуются в аналоговые данные.
analog I
VTR |
digital
VTR
capture
-* card
workstation!
Рис. 11.2 • Перенос видео
с помощью платы оцифровки видеоизображений
11.2. Принципы работы видео
Видео - очень сложная для работы среда, и простое заучивание нескольких
правил или инструкций здесь не поможет. Чтобы с полным правом считать
себя специалистом, нужно действительно разбираться в нем. В этом разделе
рассказывается, каким образом видеокадры комбинируются во времени и
пространстве, и какие дефекты при этом могут возникать. Эта базовая ин-
формация крайне важна для понимания остальной части главы, где обсужда-
ются вопросы практического устранения или минимизации этих дефектов.
После рассмотрения принципов работы видео описываются различия между
системами NTSC и PAL, в основе которых лежат одни и те же принципы с
минимальными отличиями только в размере кадров и их скорости.
В этом разделе я попытался уйти от обычного технического красносло-
вия по поводу видео и просто рассказать об основных аспектах его работы,
имеющих реальное значение для цифровой обработки видеоизображений.
Иными словами, видео здесь описывается с точки зрения художника компь-
ютерной графики. Это значит, что, мягко говоря, описание немного непол-
ное. Информация о том, что видео изобрел Файлоу Т. Фарнуорт и что оно
кодируется на поднесущей частоте 3,58 МГц, мало чем поможет вам в деле
выделения маски или изменения размера кадра. А вот информация о том, как
Глава 11 • Видео
311
работает чересстрочная развертка и как компенсировать неквадратные пик-
селы, будет весьма полезна. Здесь есть все, что вам нужно знать - и ничего
лишнего. Приступим.
11.2.1. КОНСТРУКЦИЯ КАДРА
Здесь описывается принцип построения видеокадра из чересстрочных полу-
кадров, а также рассматриваются нежелательные последствия этого процесса
для размытия движения объектов. Эта информация крайне важна для успеш-
ной работы с чересстрочными изображениями. Рассказывается также о том,
как формируются данные пикселов, поскольку они не являются простой ком-
бинацией красного, зеленого и синего значений, хотя при* просмотре видео-
кадров на мониторе кажется, что это так и есть. Этот факт оказывает сущест-
венное влияние на количество деталей при выделении маски.
Сканирующий растр. В самом первом приближении мы рассмотрим по-
лучение видеокадра с помощью идеального сканирующего растра. В кино вся
картинка снимается одновременно при открытии затвора, в видео же ее при-
ходится получать постепенно, пиксел за пикселом, поскольку изображение
передается на ТВ-приемник единственной несущей волной. Это похоже на
рассматривание сцены сквозь очень узкую движущуюся трубку, когда одно-
временно можно видеть только один пиксел (см. рис. 11.3).
Рис. 11.3 • Получение цифрового видеоизображения
с помощью сканирующего растрового луча
Настоящие телекамеры, конечно, вовсе не сканируют снимаемую сцену
растровыми лучами в буквальном смысле. Изображение в них фокусируется
на задней стенке кинескопа, где подвергается цифровому сканированию дви-
жущимся «растром». Нижеследующее описание является удобной аналогией,
которая выявляет проблемы и аномалии, связанные с чересстрочной раз-
верткой и размытием движения.
312
ЧАСТЫН • Это СЛЕДУЕТ ЗНАТЬ
Растровое сканирование начинается с верхнего левого угла и движется
вправо. Когда луч достигает правого края экрана, он выключается и переска-
кивает на левый край, затем спускается на следующую линию сканирования и
снова включается. По достижении нижнего края экрана растр отключается и
возвращается в верхний левый угол, чтобы начать все сначала.
Это самое простое первое приближение не реализуется на практике, по-
скольку оно генерирует слишком много данных, которые не могут быть пере-
даны ввиду ограниченной пропускной способности несущего видеосигнала.
Нужен способ, который позволил бы снизить количество передаваемых дан-
ных, в то же время не очень сильно испортив картинку. Простое снижение
частоты кадров от 30 до 15 кадр/сек не поможет в данной ситуации, так как
при такой низкой скорости смены изображений появляется мигание. Чтобы
решить эту небольшую проблему, сообразительные видеоинженеры из NTSC
придумали идею «чересстрочного» видео, когда за один раз сканируется толь-
ко половина картинки, что позволяет снизить требования к электронике и
пропускной способности передающего сигнала. Но «половина картинки» -
это не верхняя или нижняя половина, а половина, содержащая строки раз-
вертки (или полосы сканирования) через одну.
Чересстрочные поля (Interlaced fields). Чересстрочная развертка означа-
ет, что производится два отдельных сканирования сцены, в результате чего
получаются «полукадры», которые называются поля, что затем объединяются
и образуют один видеокадр. Поле 1 сканирует всю сцену сверху донизу, но
только по нечетным строкам развертки. Начиная с первой строки видео (мы
не берем во внимание гашение обратного хода развертки и другие подобные
явления, которые никак не влияют на картинку, которую мы видим на экра-
не), это поле сканирует затем строки 3, 5, 7, 9 и так далее до конца кадра. За-
тем луч перескакивает обратно вверх и повторно сканирует все изображение
для поля 2, но уже по четным строкам, начиная со строк 2, 4, 6, 8 и так до
конца. После этого два полученных поля объединяются, или «сплетаются» на
телеэкране, образуя целый видеокадр.
На рис. 11.4 показано, как осуществляется объединение чересстрочных
полей 1 и 2 в единый кадр. Для наглядности число строк развертки уменьше-
но до 28. Если бы картинки полей 1 и 2 совместились, они бы точно заполни-
ли пустые строки друг друга, и получилась бы цельная картинка. Благодаря
инертности зрительного восприятия мелькание картинок не замечается гла-
зом. Каждое поле высвечивается на экране в течение нескольких миллисекунд
после того, как он был нарисован растром, и медленно затухает (говоря язы-
ком электроники). Таким образом, пока затухает, или исчезает, поле 1, между
Глава 11 • Видео
313
его строк рисуется поле 2. Пока медленно исчезает поле 2, между его строк
проступает следующее поле 1, и так далее. Эти чересстрочные поля быстро
сменяют друг друга, сливаясь для глаза в одно непрерывное движение.
odd scan lines
even scan lines
all scan lines
21
23
25
27
Рис. 11.4 • Четные и нечетные строки развертки
полей 1 и 2 комбинируются и образуют единый видеокадр
Размытие движения (Motion blur). Чередование четных и нечетных по-
лей было отличной идеей, позволившей сократить требуемую пропускную
способность передачи ТВ-картинки, однако оно повлекло за собой некоторые
серьезные проблемы. Одна из них - это размытость изображения движущих-
ся объектов. Давайте обсудим этот вопрос. В случае кино все гладко: затвор
открывается, объект движется и «размазывается» в кадре, пока затвор от-
крыт. Все очень просто, легко объяснимо и выглядит отлично. В случае видео
имеется непрерывно сканирующий растр, который пересекает движущийся
объект много раз в одном полукадре - поле, и при каждом таком пересечении
объект оказывается немного смещенным. Затем луч начинает сканирование
того же кадра заново для следующего поля, но объект уже сместился в про-
странстве и времени. Основная проблема здесь заключается в том, что каждое
отдельное поле в видео представляет собой немного смещенный во времени
«моментальный снимок». Достаточно сказать, что это приводит к некоторым
крайне неестественным эффектам размытия движения на картинке. При про-
смотре на чересстрочной видеосистеме эти дефекты незаметны, но при по-
пытке цифровой обработки полей в виде статических изображений они не-
медленно проявляются.
Давайте рассмотрим, как происходит горизонтальное размытие движе-
ния в чересстрочных полях. Рис. 11.5 изображает обычный мячик, движу-
щийся горизонтально, который мы будем «фотографировать» в движении с
помощью кино- и видеокамеры для сравнения. Изображение мячика, снятое
кинокамерой, получается «размазанным» в горизонтальном направлении, как
показано на рис. 11.6. Результат вполне понятный и предсказуемый. В случае
314
Часть III • Это следует знать
чересстрочного видео мячик фиксируется в два разных момента времени в
течение одного кадра, находясь при этом в разных местах. Что еще хуже, два
эти изображения расщеплены на четные и нечетные полосы, причем нечет-
ный набор полос (поле 1) отражает положение мяча в более ранний момент
времени, а четный (поле 2) - в более поздний, как показано на рис. 11.7. Это
можно сравнить с двумя взглядами на сцену через жалюзи, которые то от-
крываются, то закрываются.
Рис. 11.5 • Объект,
движущийся
горизонтально
Рис. 11.6 Размытие Рис. 11.7 • Размытие
движения движения в чересстроч-
в кино ных полях видео
Теперь рассмотрим тот же пример, только с вертикальным движением
мячика. Рис. 11.8 изображает исходный мяч, движущийся вертикально. На
рис. 11.9 представлена его киноверсия с вертикальным размытием, очень по-
хожим на горизонтальное. На чересстрочном видеокадре (рис. 11.10) опять
наблюдаются неестественные аномалии, вызванные теми же причинами, что
и в случае горизонтального движения. Для одного кадра мячик фиксируется
дважды, каждый раз в немного другом положении, затем четные и нечетные
строки комбинируются. Во время обработки таких изображений эти чересст-
рочные дефекты должны быть тщательно устранены, иначе результат может
движущийся вертикально
движения
в кино
Рис. 11.10 • Размытие
движения в чересстроч-
ных полях видео
Порядок полукадров, доминирующее поле. Вероятно, этот вопрос мо-
жет показаться вам ненужной технической мелочью, однако хочу вас заве-
Глава 11 • Видео
315
рить, если вам когда-нибудь случится иметь дело с неправильным порядком
полей, знание этого материала сильно облегчит вам жизнь. Вы сможете од-
ним махом решить всю проблему, просто изменив порядок чередования.
В предыдущем разделе было описано, как образуется единый видеокадр из
двух чересстрочных полей. Но видеокамера - устройство, работающее непре-
рывно. По сути, она генерирует не цельные кадры, а постоянно сменяющие
друг друга поля. Единственное отличие поля 1 от поля 2 состоит в том, что
первый содержит нечетные строки развертки, а второй - четные. Глазу они
представляются как непрерывный ряд полей, и какие именно четные, а какие
нечетные, не играет абсолютно никакой роли. Это означает, что с тем же ус-
пехом можно составить видеокадр из поля 2 и сменяющего его поля 1. От
этой замены ничто не пострадает, до тех пор, пока видео не будет оцифровано
и передано на рабочую станцию.
Видео, оцифрованное и перенесенное на рабочую станцию, уже не явля-
ется непрерывной чередой полей. Эти полукадры как бы «замораживаются» и
группируются попарно с образованием полных кадров. Теоретически каждый
видеокадр состоит из поля 1 и следующего за ним поля 2, как изображено на
рис. 11.11. Такая последовательность называется доминированием поля 1.
Однако если в процессе оцифровки произошла задержка, и процесс начался с
поля 2, каждый видеокадр в этом случае будет состоять из последовательно-
сти полей 2, 1, а не 1, 2. Это называется доминированием поля 2. Такая после-
довательность полей на рабочей станции будет выглядеть нормально, по-
скольку просматривается она не на видеомониторе с чересстрочной разверт-
кой. Монитор рабочей станции имеет простую построчную развертку; это
означает, что он сканирует каждую строку изображения сверху донизу. Даже
небольшой «фильм» при воспроизведении на рабочей станции будет выгля-
деть отлично, но это только до тех пор, пока вы не отправите его обратно на
видеомонитор.
При передаче изображений на записывающее устройство строки раз-
вертки укладываются так же, как в системе. Верхняя, нечетная, строка соот-
ветствует полю 1, вторая, четная, - полю 2 и т. д. Проблема в том, что систе-
ма предполагает, что поле 1 каждого кадра следует до поля 2 того же кадра,
но не после него. Если в оцифрованном видео первое - это поле 2, то каждое
поле 1 фактически принадлежит следующему кадру, который соответствует
более позднему моменту времени. Программа переноса, пересылающая кадры
с рабочей станции на рекордер, ничего об этом не знает и считает, что пер-
вым идет поле 1, а не поле 2. В результате в цифровом рекордере два поля
меняются местами во времени. При воспроизведении такого видео любое
движение в картинке имеет толчкообразный, отрывистый вид, поскольку
316
Часть III • Это следует знать
действие в буквальном смысле делает два шага вперед и один назад; выгля-
дит это ужасно.
♦-SEQUENTIAL VIDEO FIELDS
— FIELD 1 DOMINANT FRAMES
♦" FIELD 2 DOMINANT FRAMES
Рис. 11.1 • Порядок полей
Чтобы убедиться, что проблема порядка полей действительно имеет место,
установите рекордер на режим одного поля и прокрутите видео, чтобы про-
следить за движением. Вы увидите, что действие совершает один шаг вперед, а
затем один шаг назад. Это и есть заключительный тест. Теперь пришло время
проявить себя героем. Можете объявить потрясенным коллегам и заказчикам,
что проблема здесь всего лишь в порядке чередования полей, и вы справитесь
с ней безо всякого труда. Самый быстрый и простой способ - изменить порядок
полей в программе, переносящей их с рабочей станции на рекордер. Если это
невозможно по техническим или политическим причинам, тогда придется за-
ново перенести исходное видео на рабочую станцию, изменив порядок чере-
дования полей.
Система кодировки цвета. Просматривая кадр NTSC видео размером
720 х 486 на рабочей станции в режиме RGB, вы имеете полное право думать,
что он содержит 720 х 486 пикселов красного, зеленого и синего цветов. Но
это, разумеется, не так. Причина различия опять же обусловлена другой схе-
мой сжатия данных, преследующей все ту же цель сократить пропускную спо-
собность передачи картинки. В основе этой схемы лежит наблюдение, что че-
ловеческий глаз гораздо более чувствителен к деталям по яркостным, а не по
цветовым характеристикам. Зачем вкладывать в изображение больше цвето-
вой информации, чем способен воспринять глаз?
На выходе из камеры RGB-изображение преобразуется в другую форму,
называемую YUV. Таким образом используются преимущества пониженной
чувствительности глаза к цвету.
Изображение YUV тоже трехканальное, но вместо одного канала для ка-
ждого цвета каналы YUV представляют собой математическую смесь каналов
RGB. Канал «Y» включает только яркость - это та яркость, которая получи-
лась бы при преобразовании RGB-изображения в черно-белую версию. Вся
информация о цвете смешана по сложному алгоритму и помещена в каналы
«U» и «V», называемые поэтому «цветностью». Это не тот случай, когда цвет
содержится в одном канале, а насыщенность - в другом. В одном из каналов
хранятся данные о цвете и насыщенности оранжевых и голубых тонов, а в
другом - данные о желтых, зеленых и фиолетовых тонах.
Глава 11 • Видео
317
После преобразования видеосигнала в один канал яркости и два канала
цветности можно начинать сжатие данных. Так как глаз наиболее чувствите-
лен к яркости, она оцифровывается на полном разрешении. Цветность кар-
тинки глаз воспринимает хуже, поэтому два ее канала оцифровываются на
полуразрешении. Такой вид оцифровки обозначается 4 : 2 : 2, то есть четырем
значениям яркости соответствуют два значения одного канала цветности и
два значения другого. Это означает, что кадр YUV состоит из яркостного ка-
нала с полным разрешением и двух каналов цветности с полуразрешением в
горизонтальном направлении. При этом получается полный кадр эквива-
лентный двум каналам, вместо трех каналов для настоящего изображения
RGB-формата. В результате загруженная картинка уменьшается на одну
треть, что соответствует сжатию данных от 1,5 до 1.
Для системы NTSC правильное название сигнала - YIQ, а для системы PAL -
YUV. Однако в компьютерном мире неправильный термин YUV так часто ис-
пользовался по отношению к NTSC, что стал уже привычным. Я не буду никого
вводить в заблуждение, настаивая на использовании корректного термина.
Оставим все как есть и будем называть его YUV, но на самом-то деле и я, и вы
прекрасно знаем, что это не совсем верно.
Рис. 11.12 иллюстрирует разницу между настоящим RGB-изображением
и YUV-изображением. Для каждого из них приведена короткая «строка раз-
вертки», состоящая из четырех пикселов. В случае RGB-изображения все че-
тыре пиксела имеют различные значения в каждом канале, чего нельзя ска-
зать о YUV-изображении. Его Y-канал (яркость) содержит четыре различных
значения пикселов, но в каналах U и V им соответствует только по два значе-
ния.
Этот факт не предвещает ничего хорошего для любой операции с цветом,
например выделения маски на синем фоне. Такая маска будет содержать до-
вольно заметные «ступеньки». Однако ситуация не так безнадежна, как может
показаться при взгляде на рис. 11.12. Поскольку Y-канал имеет полное разре-
шение, при преобразовании YUV-изображения в RGB каждый пиксел насле-
дует от него некоторое количество деталей по всем трем каналам. Но эти де-
тали скорее являются математической интерполяцией, чем следствием пря-
мой оцифровки исходной сцены, поэтому определенная часть информации
оказывается потерянной, равно как и детали картинки. Картинка, снятая ки-
нокамерой, а затем оцифрованная в 24-битное RGB-изображение и переве-
денная в видеоразрешение, будет содержать больше мелких деталей, чем
4:2:2 YUV-версия, преобразованная в RGB, несмотря на то, что их разреше-
ние и размер файла одинаковы. Природу не обманешь.
318
Часть III • Это следует знать
Рис. 11.12 • Разрешение цветопередачи для RGB и YIIV
Итак, в описанном выше методе дискретизации 4:2:2 каждым двум зна-
чениям цветности видеосигнала соответствуют четыре значения яркости. Ко-
нечно, существуют и другие схемы дискретизации. В некоторых из них для
дальнейшего сжатия видеоданных используются соотношения 4 : 1 : 1, 4 : 2 : О
и даже 4:1:0! Вдаваться в подробности отличий между этими схемами не
имеет никакого смысла, поскольку это ни на йоту не улучшит качество ваших
изображений. Достаточно сказать, что при уменьшении частоты дискретиза-
ции постепенно снижается и качество картинки, поэтому рекомендуется ис-
пользовать максимально возможную частоту. Разумеется, если видеоизобра-
жение было подвергнуто дискретизации по схеме 4 : 1 : 1, то абсолютно нере-
ально его улучшить продублировав в формат 4:2:2. Но об этом вы, навер-
ное, догадывались и раньше.
Временной код (Time code). Стандарты профессионального видео пре-
дусматривают наличие непрерывного временного кода, встроенного в изо-
бражение в виде отдельной дорожки в формате часы:минуты:секунды:кадры.
По этому вопросу могут возникнуть некоторые разногласия: в то время как
ваша версия видео представляет собой оцифрованные кадры, пронумерован-
ные по порядку, начиная с первого, заказчик неизбежно будет ориентиро-
ваться на временной код.
Можно потратить кучу времени и составить список соответствия временного
кода °ЦиФР°ванным кадрам, а затем с его помощью определить, какой именно
eSe*/ каДР имеет в виду заказчик, но существует гораздо более удобный способ.
Нужно просто попросить, чтобы вместе со снятыми кадрами вам также предос-
тавили «временной штамп» съемки. Временной штамп - это дубль видеолен-
ты, в котором на картинке каждого кадра напечатан (проштампован) времен-
ной код, который выглядит примерно следующим образом:
Глава 11 • Видео
319
03:17:04:00* типичный временной код в видео
Он означает «час 3, минута 17, секунда 04, кадр 00» (да, нумерация кадров
начинается от 0 и заканчивается 29). Код также содержит небольшую пометку
(в данном случае звездочку), которая отмечает поля 1 и 2. Форма пометки за-
висит от производителя.
Временной код с пропуском кадров в системе NTSC. Пока ваша голова
еще переваривает информацию о временном коде в видео, самое время ого-
рошить вас еще одним известием: существует два вида временного кода - с
пропуском и без пропуска кадров - и поэтому необходимо точно знать, какой
из них используете вы и ваш заказчик.
Дело в том, что частота кадров в видео стандарта NTSC не равна точно 30
кадр/сек. Фактически ее значение составляет 29,97 кадр/сек; обусловлено это
еще одним техническим моментом, касающимся видеоизображений. Видимо,
много лет назад, когда люди решили добавить в первоначальный черно-
белый ТВ-сигнал с частотой ровно 30 кадр/сек немного цвета, обнаружилось,
что гармонические колебания нового цветового сигнала взаимодействуют с
поднесущей аудиочастотой, вызывая появление в аудиосигнале скрипучих
шумов. Чтобы устранить эту небольшую проблему, частоту общего видеосиг-
нала сдвинули на минимальное значение, при котором она уже не воздейст-
вовала на аудиосигнал. Это значение было достаточно маленьким, чтобы не
выйти за пределы спецификаций старых черно-белых телевизоров, но частота
видеокадров с тех пор понизилась с 30 кадр/сек до 29,97 кадр/сек. Телезрите-
ли, судя по всему, не заметили, что скорость видео упала на несколько сотых
долей.
Однако это маленькое хитрое решение привело к появлению другой про-
блемы, требующей в свою очередь еще одного маленького хитрого решения
(и эта тенденция продолжает развиваться). Новая проблема заключалась в
нарушении синхронизации временного кода. Учитывая, что каждому видео-
кадру соответствует свое значение временного кода, то есть фактически идет
подсчет кадров, а не реального времени, подумаем, что произойдет всего
лишь через 5 минут. При скорости 30 кадр/сек за 5 минут сменится ровно
9000 кадров, а при скорости 29,97 кадр/сек - только 8991. За какие-то пять
минут отставание составило целых 9 кадров. Представьте теперь размер упу-
щенного дохода от рекламы за 1 час! Решение для этой очередной маленькой
проблемы придумали следующее: пропускаются 9 значений временного кода
(не видеокадров), распределенных в интервале 5 минут, при этом временной
код остается согласованным с реальным временем. Существует сложное пра-
вило для определения значений кода, которые требуется пропустить. Соглас-
320
Часть III • Это следует знать
но этому правилу, пропускается одно значение из интервала примерно в 30
секунд или около того, но точная формулировка нам здесь не так уж важна.
Итак, какое же отношение все это имеет к вашей работе? Во-первых, ко-
гда заказчик приносит вам видеокассету, необходимо узнать у него, какой
временной код в ней используется, с пропуском или без пропуска кадров, по-
скольку от этого зависит итоговое число кадров, которые вам нужно будет
обработать. Две видеоленты одинаковой продолжительности, одна из кото-
рых использует код с пропуском кадров, а другая - без пропуска, уже через
одну минуту будут отличаться на два кадра. Подобное несовпадение крайне
критично при комбинировании элементов с пропуском и без пропуска кад-
ров и попытке синхронизировать их на основе временных кодов. Во-вторых,
при передаче видеоленты заказчику всегда необходимо знать, какой тип вре-
менного кода он предпочитает.
Официальные требования к компьютерным эффектам рекомендуют по-
всеместно использовать временной код без пропуска кадров. Это связано с
тем, что код с пропуском кадров применяется только для телевещания, а ра-
ботать с этим нелогичным кодом нам, логичным до кончиков пальцев ком-
пьютерным художникам, просто стыдно.
11.2.2. РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ СИСТЕМАМИ NTSC И PAL
NTSC - американская система, a PAL - европейская. Работа и той, и другой
основана на принципах, описанных выше, но между ними есть важные отли-
чия: это число строк развертки в кадре, частота кадров и соотношение сторон
пикселов. Да, видеопикселы имеют неквадратную форму, поэтому при про-
смотре видеокадров на мониторе рабочей станции с квадратными пикселами
возникают искажения.
Частота кадров
NTSC. Видео NTSC воспроизводится с частотой 30 кадр/сек, то есть за
одну секунду сменяется 60 чересстрочных полукадров. Ну да, это не совсем
так. Дело тут обстоит намного сложнее, как, в общем, и в любом вопросе, ка-
сающемся видео. Как уже было сказано, на самом деле реальная частота кад-
ров равна 29,97 кадр/сек. Что это меняет для нас? Да практически ничего.
Единственное, что должно вас волновать - это тип используемого заказчиком
временного кода.
PAL. Видео PAL воспроизводится с частотой ровно 25 кадр/сек, то есть за
одну секунду сменяется 50 чересстрочных полей. В системе PAL нет необходи-
мости пропуска кадров, поскольку частота его кадров точно равна указанной.
Размер изображения
NTSC. Оцифрованный кадр NTSC имеет размер 720 х 486. Это значит,
что каждая строка развертки разбивается при оцифровке на 720 пикселов, и
Глава 11 • Видео
321
всего таких строк получается 486. На самом деле из 720 пикселов только 711
составляют картинку, а остальные 9 просто черные. Но для упрощения расче-
тов мы будем считать, что все 720 пикселов принадлежат картинке. Ошибка
вычислений при этом составит всего около 1% - это гораздо ниже порога ви-
зуальной чувствительности для видео. Соотношение сторон изображения
NTSC при просмотре на экране телевизора составляет 4 : 3 (1,33).
PAL. Оцифрованный кадр PAL имеет размер 720 х 576. То есть каждая
строка развертки разбивается при оцифровке на 720 пикселов, и всего таких
строк получается 576. Опять же из 720 пикселов на картинку приходятся не
все, а только 702, остальные 18 - черные пикселы. Аналогично, для упроще-
ния расчетов мы будем считать все 720 пикселов принадлежащими картинке,
поскольку ошибка в этом случае также пренебрежимо мала. Соотношение
сторон изображения PAL такое же, как у NTSC, и составляет 4 : 3 (1,33).
Соотношение сторон пикселов (Pixel Aspect Ratio)
Если вы вычислите соотношение сторон видеоизображения (image aspect
ratio) по данным о его размере, приведенным выше, то получите неожидан-
ный сюрприз. Видеоизображения обеих систем (как PAL, так и NTSC) теоре-
тически должны иметь соотношение сторон 1,33, но по результатам расчета
получается, что для NTSC оно составляет 720 : 486 = 1,48, а для PAL - 720 : 576
= 1,25. Это объясняется тем, что ни одна, ни другая система не работает с
квадратными пикселами! Однако пикселы рабочей станции именно такие, и
из-за этого возникает масса проблем. В этом разделе объясняется, как дейст-
вуют неквадратные пикселы; о том, как с ними бороться, будет рассказано
ниже, в разделе 11.5.4 «Неквадратные пикселы».
NTSC. Соотношение сторон пиксела (Pixel Aspect Ratio - PAR) в систе-
ме NTSC равно 0,9. Это значит, что ширина пикселов на 10% меньше их вы-
соты. Вот в чем загвоздка. Видеокадр имеет строго определенное число
строк развертки - ровно 525, из них ровно 486 содержат картинку, с кото-
рой мы работаем, и поэтому внимание мы обращаем только на эти пикселы.
Мы не можем произвольным образом увеличить или уменьшить вертикаль-
ное разрешение оцифровки, так как одной строке развертки видео должна
соответствовать ровно одна строка развертки данных. В горизонтальном же
направлении такие строгие требования отсутствуют. Исходный аналоговый
видеосигнал можно оцифровать с любым необходимым горизонтальным
разрешением. Ограничивающим фактором здесь служит только скорость
устройства. Принято разбивать каждую строку развертки при оцифровке на
720 пикселов - это своеобразный компромисс между ограничивающей про-
пускной способностью передачи данных и достаточностью для визуального
восприятия.
11- Цифровой композитинг
322
Часть III • Это следует знать
Это, однако, означает, что по горизонтали разрешение видео гораздо
больше, чем по вертикали. Если бы горизонтальное разрешение при оциф-
ровке соответствовало вертикальному, образуя тем самым квадратные пиксе-
лы, то каждая строка развертки разбивалась бы не на 720 пикселов, а прибли-
зительно на 648. Это не представляет никакой проблемы до тех пор, пока вы
не пытаетесь просмотреть видеоизображение на мониторе рабочей станции.
В этом случае оно внезапно оказывается растянутым по горизонтали на 10%.
На рис. 11.13 показано, что происходит при отображении видеокартинки
с неквадратными пикселами на мониторе рабочей станции, пикселы которого
имеют квадратную форму (в целях наглядности все эффекты преувеличены).
Обратите внимание, что круг на видеомониторе (слева) имеет идеальную
форму, но при отображении посредством квадратных пикселов монитора ра-
бочей станции растягивается по горизонтали. Это растяжение картинки име-
ет ряд следствий, которые также обсуждаются в разделе 11.5.4 «Неквадратные
пикселы».
Рис. 11.13 • При просмотре на мониторе рабочей станции
изображение NTSC растягивается по горизонтали на 10%
SQUARV RIXILS
ON WORKSTATION
PAL. Соотношение сторон пиксела (PAR) в системе PAL составляет 1,07.
То есть ширина пикселов на 7% больше их высоты. Видео PAL при оцифров-
ке разбивается на те же 720 пикселов, что и NTSC, но число строк развертки в
нем составляет не 486, как для NTSC, а 576. Переданное на компьютерный
монитор изображение PAL сжимается по горизонтали, что приводит к суже-
нию его пикселов. Изображение NTSC, напротив, растягивается по горизон-
тали, и его пикселы также растягивается. При отображении картинки PAL на
мониторе рабочей станции с квадратными пикселами происходит ее сужение
по горизонтали. В этом случае круг, изображенный на рис. 11.13, стал бы «ху-
дым».
Региональные стандарты. Существует три основных телевизионных
стандарта, распространение которых во многом обусловлено политическими
Глава 11 • Видео
323
пристрастиями стран-изобретателей. Система NTSC, изобретенная в Амери-
ке, преобладает в соседних и дружественных ей странах. Система PAL изобре-
тена в Европе и поэтому наибольшее распространение получила именно там.
Франция придумала свой собственный телевизионный стандарт (SECAM),
чтобы сохранить и защитить свою культурную уникальность. Бывший СССР
предпочел принять французскую систему SECAM, видимо, из-за ее единст-
венного достоинства - она не является ни американской, ни европейской.
Франция, понимаете ли, на самом деле не относится к Европе. Франция - это
Франция.
Ниже приведен неполный список стран, с которыми вероятнее всего вы
можете иметь дело. Если вдруг вы будете работать, например, с Зимбабве, вам
придется найти эту страну в справочнике по мировым телевизионным стан-
дартам.
NTSC: Америка, Япония, Тайвань, Канада, Мексика, большинство стран
Центральной и Южной Америки.
PAL: Великобритания, Австралия, Китай, Германия, Италия, большинст-
во стран Европы.
SECAM: Франция, Россия, большинство стран бывшего соцлагеря.
11.2.3 . ТИПЫ ВИДЕО
Мало того, что в видео хватает серьезных проблем, связанных с чересстроч-
ными полями и неквадратными пикселами, так еще и само видеоизображение
может иметь различные типы. Раздельный видеосигнал замечателен тем, что
содержит гораздо больше информации для цифровой обработки. Полный
(составной) видеосигнал необходим для телевизионного вещания. Некоторые
видеоформаты являются цифровыми, другие - аналоговыми. В этом разделе
мы ознакомимся с каждым из этих типов в достаточной степени, чтобы по-
нять идею форматов видео, которые являются темой следующего раздела. Я
предупреждал, что видео - жутко сложная штука. Разве я соврал?
Компонентный видеосигнал. Видеокамера изначально снимает сцену
как RGB-изображение, но на выходе преобразует его в формат YUV, как опи-
сано в разделе «Система кодировки цвета». Видео в таком формате называет-
ся компонентным видеосигналом, поскольку имеет место разделение сигнала
на яркость и цветность. По сути, мы будем рассматривать именно этот тип
видео. Его разрешение максимально для видеоданных, что делает его наибо-
лее пригодным для цифровой обработки.
Композитный видеосигнал. Раздельный видеосигнал не подходит для
телевещания из-за своего трехканального формата. Чтобы этот сигнал можно
было использовать для модуляции единой несущей волны, он должен быть
324
Часть III • Это следует знать
преобразован в одноканальный формат. Когда раздельный видеосигнал ко-
дируется в единый канал, полученный формат называется полным, состав-
ным, или композитным видеосигналом, поскольку он состоит из трех компо-
нентов. Этот процесс кодирования представляет собой еще один способ сжа-
тия данных, который также вызывает различные дефекты и в очередной раз
снижает качество картинки по сравнению с исходной раздельной версией.
Чтобы оцифровать для рабочей станции видео с композитным сигналом,
необходимо сначала декодировать его с помощью транскодера обратно в раз-
дельный формат (YUV), а затем преобразовать в RGB. Это конечное RGB-
изображение не будет содержать всех деталей резкости и цвета исходной раз-
дельной версии.
Цифровое и аналоговое видео. Видео не только делится на два формата,
компонентный и композитный; каждый из них еще существует в двух вари-
антах - аналоговом и цифровом. В аналоговом формате видеосигнал фикси-
руется на видеоленте в виде непрерывно колеблющегося аналогового сигнала
из видеокамеры, примерно как при записи на аудиокассету. Для оцифровки
такого видео аналоговый видеомагнитофон подключается к соответствую-
щим входам DDR, который осуществляет оцифровку видео по мере его вос-
произведения и записывает его на свой диск. Далее эту оцифрованную вер-
сию можно преобразовать в RGB-формат и передать на рабочую станцию.
При последовательном копировании (дублировании) аналоговой видеоленты
ее качество с каждым разом становится все хуже, а оцифровка видеоленты,
выполняемая несколько раз, дает слегка отличающиеся результаты вследст-
вие некоторых изменений в чтении аналогового сигнала при каждом воспро-
изведении.
В цифровом формате видеосигнал фиксируется на видеоленте в виде
цифровых данных, подобных компьютерным. На магнитный носитель видео-
ленты записывается только последовательность нулей и единиц, в отличие от
непрерывно колеблющегося сигнала в аналоговом формате. Для передачи
данных с цифровой видеоленты на рекордер видеомагнитофон подключается
к его цифровым входам, и данные просто копируются с видеоленты на диск
рекордера. Последовательное копирование цифровой видеоленты ничуть не
ухудшает ее качество, и многократная запись видеоданных этого формата на
рекордер дает идентичные результаты, поскольку при каждом воспроизведе-
нии копируются одни и те же цифровые данные.
Конечно, реально цифровой формат видео вовсе не является таким безу-
пречным, и получить неограниченное количество идентичных копий вы не
сможете. Дело в том, что на магнитной видеоленте случаются ошибки, и по
этой причине в цифровых форматах предусмотрены операции обнаружения и
Глава 11 • Видео
325
исправления/маскирования ошибок. При обнаружении ошибки система ис-
правления ошибок предпринимает попытку воссоздать проблемный пиксел по
данным исправления, содержащимся на видеоленты. Если эта попытка терпит
неудачу, за дело берется система маскирования ошибок, которая создает замену
для проблемного пиксела путем усреднения его соседей. Это, конечно, не точ-
ная копия неудачного пиксела, но этого обычно никто не замечает.
11.2.4 . ФОРМАТЫ ВИДЕО
А теперь пришло время собрать воедино всю информацию о наиболее из-
вестных и часто встречающихся видеоформатах. В описании указывается,
принадлежат ли они к раздельному или полному, аналоговому или цифрово-
му типам, а также несколько слов говорится об областях их применения и о
том, в какой степени качество картинки удовлетворяет требованиям цифро-
вого композитинга. Стандартная четкость (Standard definition - SD) соответ-
ствует системам NTSC и PAL, а высокая четкость (High definition - HD) - это
новый формат цифрового видео с высоким разрешением; он также кратко
описывается.
Полностью цифровые форматы. Здесь приводится перечень основных
профессиональных полностью цифровых форматов видеоленты. Существует
несколько производителей, выпускающих различные модели техники с этими
типами видеоленты.
D1 - Компонентный цифровой формат, использующий видеоленту ши-
риной 19 мм. Это современный стандарт для студийной и постпроизводст-
венной работы, который обеспечивает высокую точность данных, позволяю-
щую сохранить качество изображения в процессе его цифровой обработки.
D2 - Композитный (составной) цифровой формат, также использующий
видеоленту шириной 19 мм. Это современный стандарт для производства и
передачи телепрограмм, принимающий как аналоговые, так и цифровые
входные данные. Входной аналоговый сигнал подвергается внутренней
оцифровке. На выходе возможны и аналоговые, и цифровые данные.
D3 - Композитный (составной) цифровой формат, использующий видео-
ленту полудюймовой ширины. Также принимает и аналоговые, и цифровые
входные данные. Входной аналоговый сигнал подвергается внутренней
оцифровке. На выходе возможны и аналоговые, и цифровые данные.
D4 - Такого формата нет. Существует легенда, что японская компания
Sony решила пропустить этот номер, поскольку в Японии число 4 считается
несчастливым, подобно числу 13 в западных странах.
D5 - Компонентный цифровой формат, использующий полудюймовую
видеоленту. Поддерживает стандарты NTSC и PAL. Имеет также режим
HDTV (High definition television - телевидение высокой четкости) со сжатием
326
Часть III • Это следует знать
данных порядка 5 : 1. В этом режиме размер кадра составляет 1920 х 1080 в
квадратных пикселах.
D6 - Чересстрочный и построчный HDTV-формат без сжатия данных,
использующий 19-миллиметровую видеоленту. Используется преимущест-
венно для видеопроекции в кинотеатрах. Размер кадра составляет 1920 х 1080
в квадратных пикселах.
Форматы Sony. Компания Sony решила выделиться и разработала собст-
венные видеостандарты, получившие название бета-формата. Все они явля-
ются компонентными форматами, предназначенными для профессионально-
го использования:
Beta - компонентный аналоговый формат, использующий полудюймовую
видеоленту. Имеет отличное качество и применяется главным образом в ви-
деожурналистике.
BetaSP - компонентный аналоговый формат с полудюймовой видеолен-
той. Это разновидность бета-формата с улучшенным качеством. Для аналого-
вого формата это очень качественный источник видео.
DigiBeta - компонентный цифровой формат, использующий полудюймо-
вую видеоленту. Высококачественный источник видео, несмотря на сжатие
данных порядка 2:1.
Форматы DV. В последнее время появилось новое поколение видеокамер
и магнитофонов, общим признаком которых является то, что на выходе они
дают цифровые видеоданные, подвергающиеся затем сжатию в DV, и лишь
после этого попадающие на видеоленту. Это позволяет увеличить размер кад-
ра, снизить затраты видеоленты и минимизировать дефекты сжатия данных.
DVC-PRO - компонентный цифровой формат со стандартной четкостью,
использующий коэффициент сжатия 5 : 1 и частоту дискретизации 4:1:1.
DVC-PROP - это формат со стандартной четкостью, использующий построч-
ную развертку и частоту дискретизации 4 : 2 : 0, a DVC-PROHD - это HD вер-
сия.
DV-САМ - компонентный цифровой формат со стандартной четкостью,
использующий степень сжатия 5 : 1 и частоту дискретизации 4:1:1.
HD-САМ - компонентный цифровой HD формат с коэффициентом сжа-
тия 7 : 1 и частотой дискретизации 4:2:2. Имеет режим записи со стандарт-
ной четкостью без сжатия.
Потребительские и промышленные форматы. Эти форматы предназна-
чены либо для домашнего использования, либо для промышленного рынка
производителей. Ни один из них не подходит для телевизионного вещания.
Но за неимением ничего лучшего заказчик может предоставить вам данные в
каком-либо из этих форматов.
Глава 11 • Видео
327
VHS - стандартный композитный аналоговый формат для потребитель-
ских целей, использующий полудюймовую видеоленту. Низкое качество.
SVHS - компонентный аналоговый формат для профессионального по-
требителя либо для промышленного применения; использует полудюймовую
видеоленту. Будучи раздельным форматом, обладает более высоким качест-
вом, чем простой VHS.
U-Matic - древний композитный аналоговый формат для промышленно-
го применения, использующий видеоленту шириной три четверти дюйма.
Качество низкое, но выше, чем у VHS.
DV - компонентный цифровой формат как для полупрофессионального
потребителя, так и непрофессионального любителя; использует 8-
миллиметровую видеоленту. Имеет очень эффективную схему сжатия данных
на основе дискретного косинусного преобразования (Discrete cosine trans-
form - DCT). Самый высококачественный формат среди непрофессиональ-
ных стандартов видео.
11.3. HD видео
Все вопросы, обсуждаемые нами до этого момента, касались исключительно
так называемого SD видео, или видео стандартной четкости. Однако HD видео
(видео высокого разрешения) сейчас быстро развивается в телевизионной ин-
дустрии и даже делает попытки посягнуть на производство художественных
фильмов. Это означает, что современный художник-профессионал должен
быть готов работать также и со снимками HD, независимо от того, специали-
зируется ли он на видео или на кино. Хотя HD видео представлено двумя вер-
сиями, NTSC и PAL, возможности каждой из них ограничены определенным
размером кадра, режимом сканирования и соотношением сторон пиксела. Ви-
део HD, в отличие от SD, представляет собой семейство стандартов с тремя раз-
личными режимами сканирования, двумя размерами изображения и тремя
частотами кадров, которые можно сочетать в любых возможных комбинациях.
У меня есть две хорошие новости. Во-первых, все HD форматы имеют
квадратные пикселы (какая удача!). Во-вторых, обычно используется всего
несколько из всех возможных комбинаций характеристик HD. Но даже если в
один прекрасный день вы столкнетесь с каким-то непонятным форматом,
ваши новоприобретенные знания о собранных здесь принципах видео высо-
кого разрешения позволят вам быстро разобраться в ситуации.
11.3.1. СООТНОШЕНИЕ СТОРОН КАРТИНКИ
Соотношение сторон картинки (то есть отношение ширины к высоте) наряду
с квадратными пикселами является одним из немногих постоянных факторов
328
Часть III • Это следует знать
в HD стандарте. Все изображения HD, независимо от размера, имеют соот-
ношение сторон 16 : 9 (16 к 9), в то время как соотношение сторон изображе-
ний SD составляет 4 : 3. Это связано с попыткой сделать HD видео более со-
вместимым с художественными фильмами, которые имеют широкоэкранный
формат (см. рис. 11.14). Специалисты, работающие с кино, иногда используют
название «соотношение сторон 1,77» или «соотношение сторон 1,78» - в зави-
симости от точности округления десятичных знаков (16 : 9 - 1,7777777...).
Это объясняется тем, что в практике кино принято называть соотношения
сторон картинки числами вида 1,66, 1,85, 2,35 и т.д.
Рис. 11.14 • Сравнение соотношения сторон изображения в SD и HD
11.3.2. РАЗМЕР ИЗОБРАЖЕНИЯ
Комитет стандартов современного телевидения (Advanced Television
Standards Committee - ATSC) установил различные размеры изображения для
цифрового телевидения, включая как SD, так и HD. Для системы HD это два
размера: 1920 х 1080 и 1280 х 720. Путем несложных математических вычис-
лений можно убедиться, что в обоих случаях соотношение сторон картинки
составляет 1,78 (то есть 16 : 9). Изображения HD размером 1920 х 1080 иногда
называют просто «1080», а изображения 1280 х 720 - «720». Так как соотно-
шение сторон постоянно и равно 16 : 9, то количество строк развертки всегда
однозначно определяет ширину изображения.
11.3.3. РЕЖИМЫ СКАНИРОВАНИЯ
К несчастью, стандарты HD тоже используют чересстрочный инпгерлейсный ре-
жим сканирования с двумя смещенными полями, описанный в разделе «Черес-
строчные поля». К счастью, HD поддерживает еще и построчный прогрессивный
режим, который приобретает все большую популярность по причинам, которые
мы вскоре рассмотрим. О принципе работы построчного сканирования неслож-
но догадаться: растр начинает движение с верхнего левого угла экрана и скани-
рует горизонтальную строку слева направо, затем переходит на следующую стро-
Глава 11 • Видео
329
ку и сканирует ее также слева направо - и так до тех пор, пока не дойдет до ниж-
него края кадра. Можно сказать, что растр моделирует движение затвора камеры
при экспозиции пленки, когда каждый кадр представляет отдельный момент
времени с соответствующим размытием движущихся объектов.
Технически существует еще и третий режим сканирования, называемый
режимом построчного сегментированного кадра (progressive scan segmented
frame - PsF). Он был разработан с целью совместить построчное видео с су-
ществующим чересстрочным оборудованием и мониторами. Его плюс в том,
что на выходе вы получаете отличные чистые построчные видеокадры, а вся
чересстрочная часть находится внутри, так что о ней можно смело забыть.
11.3.4. ЧАСТОТА КАДРОВ
HD видео поддерживает три частоты кадров: 60, 30 и 24 кадр/сек. Реально,
однако, чаще всего используются частоты 30 и 24 кадр/сек.
11.3.5. ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Итак, для описания типа HD видео, которое вам предстоит обрабатывать,
нужно указать три параметра, которые полностью его идентифицируют. Это
размер изображения (в строках развертки), режим сканирования и частота
кадров. Обозначение записывается следующим образом:
[число строк развертки] [режим сканирования] [частота кадров]
Например, видео размером 1920 х 1080 с интерлейсным (чересстрочным) ре-
жимом сканирования и частотой кадров 30 кадр/сек обозначается 1080i30.
Видео размером 1920 х 1080 с прогрессивной разверткой и частотой 24
кадр/сек обозначается 1080р24. Однако здесь тоже, конечно же, появились
сокращенные обозначения. Сегодня видео 1080i30 называют просто «30i», а
видео 1080р24 - просто «24р». Так как число строк при этом опускается, счита-
ют, что оно равно 1080, поскольку никто, находясь в здравом уме, я полагаю,
не будет использовать формат с 720 строками.
11.3.6. ВЕЛИКИЙ И МОГУЧИЙ 24Р
Из всех возможных HD форматов видео формат 24р (1080р24) был выбран в
качестве «эталонного». Он используется для преобразования художественных
фильмов в видео. Он же используется для записи на видеоленту и редактиро-
вания HD-телепередач. Выбор именно этого формата объясняется тем, что из
него можно легко и быстро получить все остальные версии без всякой потери
качества. Поскольку он не использует интерлейсную (чересстрочную) раз-
вертку, исключается возможность возникновения проблем, связанных с де-
интерлейсингом. Данный формат имеет максимальный размер кадра, что по-
зволяет получать из него любые версии такого же или меньшего размера.
Частота кадров 24 кадр/сек обеспечивает ему полную совместимость с систе-
330
Часть III • Это следует знать
мами, использующими частоту 24 и 25 кадр/сек; кроме того, его можно легко
преобразовать в видео с частотой 30 кадр/сек.
Чтобы получить стандартную чересстрочную версию с частотой 30 кадр/сек
для телевещания в системе SD, нужно всего лишь уменьшить размер изображе-
ния и добавить чередование 3:2 (рассматривается в следующем разделе), как при
преобразовании кино в видео. Для создания DVD-версии нужно только умень-
шить размер 24р до стандарта SD. Если было добавлено чередование 3 : 2, его не-
обходимо удалить. Чтобы получить версию PAL, все, что нужно сделать - это
преобразовать 24р в видео системы PAL с частотой 25 кадр/сек. При этом вос-
произведение ускорится на 4%, но это происходит со всеми фильмами, и кро-
шечной разницы в скоростях никто не замечает. Конечно, саундтрек тоже при-
дется подправить на те же 4%, но это не представляет проблемы.
11.3.7. АНАМОРФНОЕ ВИДЕО
Производители DVD очень хотели угодить обладателям новых телевизоров с
широким экраном и поэтому изобрели анаморфный (вытянутый по горизон-
тали) видеоформат, который гораздо лучше смотрится на телевизорах систе-
мы HD, чем- обычный формат «леттербокс» с черными полосами вверху и
внизу экрана. Такие DVD-изображения можно назвать «адаптированными
для широкоэкранных телевизоров» или «адаптированными для формата 16 :
9». В стандартном формате «леттербокс» видеоизображение на экране огра-
ничено сверху и снизу большими черными полосами, которые только зани-
мают лишнее место в кадре, а в анаморфном формате картинка заполняет все
пространство экрана, благодаря чему смотрится заметно лучше. Иногда при-
ходится работать с видео в анаморфном формате, поэтому имеет смысл крат-
ко рассмотреть принцип его работы.
Рис. 11.15 изображает процесс получения и использования анаморфного ви-
део. Исходное видеоизображение имеет формат 16 : 9 (widescreen). Анаморфная
версия создается путем сжатия HD изображения на 33% по горизонтали и
уменьшения его размера до стандарта SD. Эта сжатая версия записывается на
DVD-диск, и именно ее вы можете получить от заказчика для обработки. До-
машний DVD-плеер настраивается на тот тип телевизора, к которому он под-
ключен. Если это телевизор системы SD, плеер сжимает видеоизображение по
вертикали и добавляет черные полосы по краям картинки вверху и внизу экрана,
то есть в телевизор передается изображение в формате «леттербокс». Если же это
HD телевизор, DVD-плеер передает ему полный анаморфный кадр, и монитор
HD растягивает его таким образом, чтобы он заполнил весь экран. Несмотря на
то, что на DVD-диске записано всего лишь сжатое до SD изображение, относи-
тельно высокая пропускная способность DVD-видео позволяет получить на ши-
рокоэкранном телевизоре удивительно качественную картинку.
Глава 11 • Видео
331
16x9 widescreen
Рис. 11.15 • Принцип работы анаморфного видео
Любое анаморфное изображение можно «выпрямить», чтобы его пикселы
стали квадратными, а затем после выполнения необходимых операций снова
сжать его в анаморфную форму.
11.4. Телекинопреобразователь (Telecine)
Даже если вы работаете исключительно с видео, большая часть этих видео-
изображений, вероятно, была первоначально снята на кинокамеру, а затем пре-
образована в видео с помощью устройства под названием телекинопреобразо-
ватель (телекино). Такие видеокадры в корне отличаются от кадров, снятых на
видеокамеру. Чтобы успешно с ними работать, необходимо понять причины
этих отличий. Кроме того, заказчику могут потребоваться рекомендации по
соответствующим настройкам телекинопреобразователя для оптимального
преобразования изображений в видео в предстоящем проекте, поэтому вам
следует знать основные термины и процедуры, связанные с этим процессом.
11.4.1. ЧЕРЕДОВАНИЕ 3 : 2 (3 : 2 PULLDOWN)
Частота кадров в кино составляет 24 кадр/сек, а в видео системы SD она равна
30 кадр/сек, и от этого никуда не деться. Одна секунда кино должна стать од-
ной секундой видео, а это означает, что каким-то образом 24 кинокадра необ-
ходимо «сопоставить» с 30 кадрами видео. Некоторые специалисты называют
это явление «кинорасширением». Используемый для этого метод имеет исто-
рическое название «чередование 3: 2». Этот хитрый способ позволяет рас-
пределить кинокадры по переменному числу полукадров видео и добиться их
согласования.
Наименьшим общим множителем для 24 и 30 является 6, таким образом,
проблема упрощается: нужно сопоставить каждые 4 кадра кино с 5 видеокад-
332
Часть III • Это следует знать
рами. Здесь приходит на помощь полукадровая система видео. 5 кадров видео
фактически содержат 10 полей, поэтому наша задача сводится к тому, чтобы
распределить 4 кинокадра по 10 полям видео.
Для этой цели используется прием «чередования» спусков затвора кинока-
меры. В процессе преобразования кино в видео происходит спуск электронного
«затвора» для каждого поля (конечно, никакого затвора там нет, это просто удоб-
ная аналогия для нас, малознакомых с телекинопреобразователем). Чтобы пре-
образовать один кинокадр в один видеокадр, затвор должен опуститься два
раза - первый раз для поля 1 и второй раз для поля 2. Но что если мы «снимем»
один и тот же кинокадр три раза, превратив его в три последовательных полу-
кадра? В этом случае данному кинокадру будет соответствовать Р/г кадров видео.
Мы можем преобразовать первый кинокадр в два полукадра, второй - в три по-
лукадра, третий - снова в два, и четвертый - опять в три. Таким образом, четыре
кинокадра превратятся в 10 полукадров, или 5 полных видеокадров. По непо-
нятным причинам глаз не замечает двойного спуска затвора в повторяющихся
полукадрах, и движение оказывается плавно сглаженным.
На рис. 11.16 изображена схема чередования 3 : 2 для одного полного
цикла (вследствие технических усовершенствований сегодня это чередование
приобрело вид 2 : 3, но мы будем чтить традиции и использовать историче-
ское название 3 : 2). Кинокадры помечены буквами А, В, С и D, и каждому из
них соответствует своя структура полей видео. Например, кинокадр А явля-
ется единственным кадром, который точно соответствует одному видеокадру,
состоящему из полей 1 и 2. Обратите внимание, что остальные кинокадры
могут начинаться или заканчиваться где-то посередине видеокадра, и это их
ничуть не смущает. Например, кинокадр В заканчивается в середине видео-
кадра 3, а кинокадр С начинается там же и состоит из двух полукадров. Таким
образом, кинокадры преобразуются в последовательность полей видео по
системе 2:3:2:3:2:3и т.д.
FILM I I
FRAMES В |
video _►
FIELDS
FRAMES
clean
mixed
mixed
clean clean
Рис. 11.16 • Преобразование кино в видео по схеме чередования 3 : 2
Глава 11 • Видео
333
Посмотрим на ситуацию с точки зрения видео: если воспроизвести эту последо-
вательность кадров на рабочей станции, станет очевидной повторяющаяся струк-
тура из «чистых» и «смешанных» видеокадров. Поскольку смешанные кадры
состоят из двух полей, относящихся к разным исходным кинокадрам, движение
оказывается «разорванным» вдоль строк развертки подобно чересстрочному
размытию движения, изображенному на рис. 11.7. Чистые видеокадры состоят из
полей, соответствующих одному кадру кино. На схеме, изображенной на рис.
11.16, видно, что два соседних смешанных видеокадра всегда являются кадрами
3 и 4. Если вернуться назад на два кадра, получим кадр 1, соответствующий кино-
кадру А. Разумеется, отличить смешанные кадры от чистых можно только в том
случае, если в картинке присутствует движение.
11.4.2. ПРИВОДОЧНАЯ ПЕРФОРАЦИЯ (PIN REGISTERED)
Во всех телекинопреобразователях для продвижения пленки используется
ведущая перфорация, однако в устройстве, где производится оцифровка ки-
ноданных, может также быть (а может и не быть) приводочная перфорация -
лентопротяжный механизм с контргрейфером, позволяющая удерживать
пленку в неподвижном состоянии и точно подгонять ее расположение в про-
цессе сканирования. По этой причине в видеокадрах может присутствовать
некоторое дрожание (gate weave - смещение кадра) или вибрация, степень
которых определяется качеством настройки механизма перемещения пленки
в телекинопреобразователе. Если вы приглядитесь к углам экрана телевизора
во время просмотра фильма, в некоторых случаях вы сможете заметить это
смещение кадра, которое, однако, не является в данном случае чем-то ужас-
ным. Но в процессе компьютерной обработки таких видеоизображений эта
проблема будет очень даже существенной.
Наложение неподвижного текста или рисунка на дрожащий фоновый слои,
х или, что еще хуже, наложение двух дрожащих слоев друг на друга - не самая
лучшая идея. Поэтому, если вы не хотите стабилизировать элементы перед
наложением (поскольку это требует времени и приводит к сглаживанию кар-
тинки), вам нужно работать с видеоизображениями, преобразованными с по-
мощью телекинопреобразователя, имеющим лентопротяжный механизм с
контргрейфером (pin-registered film transport).
11.4.3. РЕКОМЕНДАЦИИ ЗАКАЗЧИКУ
Если вам удастся обсудить с заказчиком предстоящую работу до того, как
данные с кинопленки будут преобразованы в видео, можете считать, вам по-
везло. В этом случае у вас будет возможность дать ему несколько советов по
выполнению этой процедуры, которые помогут получить более качественный
результат. Итак, два главных условия - это использование телекинопреобра-
зователя с приводочной перфорацией и отсутствие чередования 3 : 2.
Преобразование с приводочной перфорацией обойдется заказчику не-
много дороже. Просто обратите его внимание на то, что если вам придется
стабилизировать изображение, то используемая для смещения кадров фильт-
334
ЧАСТЬ III • Это СЛЕДУЕТ ЗНАТЬ
рация приведет к сглаживанию картинки, то есть потере мелких деталей. Ес-
ли заказчик останется равнодушным к потенциальному снижению качества
изображения, переходите к тяжелой артиллерии - скажите ему, что за стаби-
лизацию видео вы возьмете в три раза больше, чем стоит использование теле-
кинопреобразователя, обладающего лентопротяжным механизмом с контр-
грейфером. Вот и все! Дело улажено.
Второй важный момент - это чередование 3 : 2; оно вам не нужно, по-
скольку для его удаления придется затратить много времени и сил. При рабо-
те в системе Flame беспокоиться об этом не стоит, так как она содержит ис-
кусный инструмент для удаления чередования 3 : 2. Если вы работаете с
обычным пакетом композитинга на рабочей станции, ситуация осложняется.
Самая главная трудность тут заключается в том, чтобы донести до заказчика
суть проблемы. Художники компьютерной графики, как правило, являются
высококвалифицированными специалистами в своей области, однако в сфе-
рах кино и видео существуют, так сказать, некоторые «различия» в уровнях
квалификации. Когда возникает необходимость обсудить конкретный вопрос
с человеком, даже не знающим, что такое чередование 3 : 2, иногда бывает
очень трудно сформулировать просьбу таким образом, чтобы заказчик понял,
чего от него хотят. Вот несколько вариантов:
Использовать преобразование с частотой 30 кадр/сек. Это наиболее кор-
ректная с профессиональной точки зрения форма запроса к оператору теле-
кинопреобразователя. Она означает, что если частота фильма будет равна 30
кадрам в секунду, то фильм не надо преобразовывать из 24 кинокадров, как
обычно, в 30 телевизионных, следовательно, и чередования 3 : 2 не требуется.
Это не такое уж странное требование, как может показаться с первого взгля-
да, так как многие коммерческие телепередачи снимаются с частотой 30
кадр/сек и затем преобразуются в видео с такой же частотой.
Использовать преобразование один к одному. При этом один кадр кино
преобразуется в один кадр видео, то есть никакого чередования 3 : 2 не требу-
ется.
Не использовать кинорасширение. Не нужно расширять (растягивать)
кино, чтобы сопоставить 24 кинокадра с 30 видеокадрами.
Не использовать чередование 3 :2. По-моему, яснее уже некуда.
Учитывая все вышесказанное, рекомендую вам посоветовать заказчику
убедиться в том, что настройка процесса преобразования оптимальна для по-
следующей компьютерной обработки изображений. Это поможет избежать
ряда довольно неприятных проблем на рабочей станции и тем самым умень-
шить временные (а значит, и финансовые) затраты и поднять общее качество
изображения.
Глава 11 • Видео
335
Еще один вопрос о телекинопреобразователе, который следует упомянуть, -
это чрезмерное увеличение резкости изображения. Когда качество работы
старого датчика начинает снижаться, оператор, чтобы компенсировать это яв-
ление, иногда включает увеличение резкости. Оно может вызвать усиление
зернистости изображения и привести к появлению дефектных вертикальных
полос развертки по краям изображения. Эти дефекты гораздо проще заметить
на стоп-кадрах рабочей станции, чем во время просмотра пленки на видеомо-
ниторе. Посоветуйте заказчику проследить за тем, чтобы оператор не переста-
рался с увеличением резкости, поскольку никаких алгоритмов обработки, по-
зволяющих убрать такие дефекты краев, не существует.
В телекинопреобразователе есть еще один настраиваемый параметр - подав-
ление шума. Уменьшая количество шума (зернистости), он в то же время сгла-
живает изображение, поэтому в этой операции также нужно знать меру. Если
видео требует сглаживания, лучше выполнить его на рабочей станции, которая
позволяет настроить этот процесс нужным образом. Если же видеоизображе-
ние было подвергнуто сглаживанию в телекинопреобразователе, с ним уже
ничего нельзя сделать. Еще один дефект, вызываемый чрезмерным подавле-
нием шума, - это «призрачное» просвечивание одного кадра сквозь другой,
следующий за ним.
11.5. Работа с видео
А теперь соберем всю полученную информацию о принципах работы видео и
посмотрим, какие существуют способы обойти те проблемы, с которыми при-
ходится сталкиваться при компьютерной обработке видеоизображений. По-
знакомившись с чересстрочной разверткой, мы можем теперь рассмотреть
методы, позволяющие избавиться от нее. Узнав о чередовании 3 : 2, можем
обсудить пути его устранения. И, наконец, поскольку мы теперь «на ты» с не-
квадратными пикселами, рассмотрим способы их «квадратизации».
Все нижеописанные процедуры и методы предназначены для работы с
видеокадрами на стандартных рабочих станциях, снабженных определенным
пакетом программ. Если вы используете Flame или интерактивную систему
создания видеоэффектов, такую как Harry, вы счастливчик, так как в этих
системах имеются внутренние автоматические процессы, скрывающие от
оператора все самое сложное в видео.
11.5.1. ВЫДЕЛЕНИЕ МАСОК ИЗ ВИДЕО С ЧАСТОТОЙ ДИСКРЕТИЗАЦИИ 4:2:2
Низкое разрешение цветопередачи видео с частотой дискретизации 4:2:2 (не
говоря уже о формате DV-САМ с частотой дискретизации 4:1:1!) может стать
причиной серьезных проблем при попытке выделить маску из изображения. В
этом разделе описывается небольшой хитрый приемчик, позволяющий улуч-
шить качество маски, выделяемой из видеоизображений SD и DV-CAM.
336
Часть III • Это следует знать
Как мы знаем из раздела «Система кодировки цвета», видеоформат YUV
имеет полное разрешение по яркости и полуразрешение по цветности. Когда
YUV-кадр преобразуется в RGB-формат, полученная RGB-версия наследует
этот недостаток цветовых деталей. На рис. 11.17 крупным планом изображен
край объекта на зеленом фоне в RGB-изображении, полученном из YUV-
файла. Рис. 11.18 представляет Y-канал, содержащий полную информацию о
яркости картинки, а рис. 11.19 - каналы U и V, содержащие информацию о
цветности с полуразрешением. Обратите внимание на «лохматость» краев
объекта в последнем случае.
Рис. 11.17 • RGB- Рис. 11.18 • Y-канал Рис. 11.19 • U- и V-
изображение объекта YUV-файла каналы YUV-файла
на зеленом фоне
Если для наложения использовать элемент, изображенный на рис. 11.17,
результат получится довольно плачевный (рис. 11.20). Композиция выглядит
намного хуже, чем исходное изображение на зеленом экране. Выход есть:
размыть каналы U и V перед выделением маски. Результат такого размытия
показан на рис. 11.21, а на рис. 11.22 представлена заметно «похорошевшая»
итоговая композиция.
Рис. 11.20 • Композиция
с участием исходного
RGB-изображения
Рис. 11.21 • Размытые
каналы U и V
Рис. 11.22 • Композиция
с участием размытого
YUV-изображения
Глава 11 • Видео
337
Последовательность выполняемых операций приведена на блок-схеме на
рис. 11.23. Сначала RGB-изображение [RGB] преобразуется в YUV-формат
{YUV], после чего размываются [blur UV] только U- и V-каналы. Их следует
слегка размыть по горизонтали, а по вертикали не размывать совсем (кон-
кретные значения определяются режимом размытия). Таким образом, сни-
жение UV-разрешения происходит только в горизонтальном направлении и
на минимально необходимую величину. Не забывайте, что размытие - злей-
ший враг деталей. Далее размытый YUV-файл преобразуется обратно в RGB
для последующего выделения маски [pull matte] и наложения.
Рис. 11.23 • Блок-схема операции размытия каналов U и V
Разумеется, применение этого ловкого трюка не останется безнаказан-
ным. Выравнивая края элемента композиции, операция размытия в то же
время разрушает тонкую структуру этих краев. Поэтому ее количество долж-
но быть минимальным - ровно столько, сколько требуется для улучшения
внешнего вида картинки, и не более. Ищите компромисс.
11.5.2. ДЕИНТЕРЛЕЙСИНГ
Если видеоизображение было изначально снято на видеокамеру, то все его кад-
ры имеют чересстрочную развертку, и перед обработкой их, возможно, потре-
буется подвергнуть деинтерлейсингу, то есть устранению чересстрочной раз-
вертки. Если вы собираетесь просто выделить маску, откорректировать цвет и
выполнить наложение, то деинтерлейсинг может и не понадобиться. Он необ-
ходим в том случае, если присутствует любая фильтрация пикселов. Фильтра-
ция (resampling) используется в операциях сдвига, изменения размера, враще-
ния, размытия и увеличения резкости. Операции сдвига пикселов в целых чис-
лах, например перемещение изображения на одну строку (или на 2 пиксела)
вверх, не требуют фильтрации. Чтобы убедиться в необходимости деинтерлей-
синга, возьмите кадр чересстрочного видео с заметным размытием движения,
поверните его на 5° и ужаснитесь полученному результату.
Существует три различных стратегии деинтерлейсинга. Они различаются
по сложности и по качеству, и чем сложнее стратегия, тем, естественно, более
качественные результаты она дает. Выбор одной из них зависит от природы
исходных кадров, требований к работе и возможностей программного обес-
338
Часть III • Это следует знать
печения. Если вы будете иметь представление обо всех трех подходах, у вас
просто будет более богатый «методический» арсенал. Иными словами, есть
много способов снять шкуру с кота, и чем больше таких способов вы знаете,
тем лучше сможете снять шкуру с различных видов котов. Ой, я надеюсь, вы
не из Гринпис?
Для вас операция деинтерлейсинга затруднительна. Ситуации, когда требуется
что-то нарисовать на видеокадре, встречаются довольно редко, но если вам
все-таки повезло, распорядитесь, чтобы вам предоставили видео с уже устра-
ненной чересстрочной разверткой. И не путайте деинтерлейсинг с чередовани-
ем 3 : 2, которое как раз не представляет особой проблемы.
Интерполяция строк развертки (Scan line interpolation). Этот метод -
самый простой, между тем, он может давать вполне неплохие результаты.
Суть его заключается в следующем: одно из двух полей каждого видеокадра
отбрасывается, а оставшийся подвергается интерполяции с целью заполнить
недостающие строки развертки.
На рис. 11.24 показана последовательность операций при интерполяции
строк развертки. Из каждого кадра выбирается одно поле, на котором затем
путем интерполяции восстанавливаются отсутствующие строки развертки.
Секрет успеха здесь состоит в выборе правильного метода интерполяции.
Большинство программ предложат вам на выбор несколько интерполяцион-
ных схем: дублирование строк (ужасные результаты), усреднение строк (пло-
хие результаты) и впечатляющий интерполяционный фильтр Митчелла-
Нетравали (хорошие результаты).
Рис. 11.24 • Расперемежение методом интерполяции строк развертки
Глава 11 • Видео
339
Пример на рис. 11.24 выглядит жутко, поскольку для его получения было
использовано простое дублирование строк, а не хороший алгоритм интерпо-
ляции, что и привело к столь неприглядному результату (вкупе с крайне низ-
ким разрешением, взятым в наглядных целях). В нормальных программах
предусмотрена возможность выбора алгоритма интерполяции, поэтому в ка-
ждом конкретном случае рекомендую провести несколько тестов, чтобы вы-
брать оптимальный вариант. Недостаток этого метода в том, что ровно поло-
вина информации о картинке бесследно теряется, и никакие даже самые
сложные алгоритмы интерполяции не смогут ее вернуть. Правильно подоб-
ранный способ интерполяции может дать неплохие и даже хорошие резуль-
таты, но они в любом случае будут далеки от исходного изображения.
Усреднение полей (Field averaging). Этот метод позволяет лучше сохранить
качество исходной картинки для изображений с медленным движением, однако
он чуть более сложен. Последовательность операций в методе усреднения полей
приведена на рис. 11.25. Сначала кадр разделяется на два составляющих его поля.
Затем каждое поле подвергается интерполяции строк, описанной выше, в ре-
зультате чего получаются два полных интерполированных видеокадра. Далее эти
два кадра усредняются и образуют единый конечный кадр.
Рис. 11.25 • Расперемежение методом усреднения полей
Хотя полученный результат, без сомнения, смотрится лучше, чем после
простой интерполяции строк развертки, он все еще недостаточно хорошо по
сравнению с исходным кадром. Технически вся информация об исходной
картинке сохранилась, однако интерполяция и усреднение данных слегка
«взбаламутили» первоначальное изображение. Статические элементы в этом
методе лучше сохраняют свою резкость, и при достаточно медленном движе-
нии результат получается удовлетворительный, но быстрое движение будет
производить нежелательный эффект «двойной экспозиции». Создайте проб-
340
ЧАСТЫП • Это СЛЕДУЕТ ЗНАТЬ
ный вариант и отправьте его на DDR для воспроизведения в реальном време-
ни на чересстрочном мониторе, чтобы выбрать наиболее подходящий метод
для конкретной съемки.
Разделение полей (Field separation). Описанные выше методы приводят
к ухудшению качества видеоизображения, поскольку поля в той или иной
форме подвергаются интерполяции, которая неизбежно ведет к потере дан-
ных. В данном же методе сохраняется вся информация о картинке, а это оз-
начает, что он наиболее качественный из всех. Но он также и гораздо более
сложный. Идея метода, проиллюстрированная на рис. 11.26, заключается в
разделении каждого видеокадра на отдельные поля и последующем их ис-
пользовании в качестве новых полных кадров без какой-либо интерполяции.
При этом видео, по сути, преобразуется в формат «60 кадр/сек». Отсутствие
интерполяции исключает потерю качества картинки, однако вместо этого
возникает ряд неприятных осложнений.
Рис. 11.26 • Деинтерлейсинг методом разделения полей
Все новые «кадры» в два раза ниже исходных, так как в них отсутствует
половина строк развертки, а количество их в два раза больше. И тот, и другой
факт нисколько не облегчают задачу, зато мы сохранили всю информацию о
картинке - можете утешать себя этим. После окончания компьютерной обра-
ботки этих «низких» полукадров они подвергаются обратному перемежению
или, точнее сказать, чередованию и передаются на DDR в точно таком же по-
рядке. Следите за порядком полей!
Глава 11 • Видео
341
Так, а теперь не очень хорошие новости. Поскольку высота «низких» по-
лукадров в два раза меньше обычных, все геометрические операции с ними
должны проводиться также в дважды уменьшенном размере по оси Y по
сравнению с осью X. Например, чтобы увеличить размер изображения в це-
лом на 20%, нужно увеличить его размер на 20% по оси X и на 10% по оси Y.
Это связано с тем, что «низкие» полукадры при последующем чередовании
будут «растянуты» по оси Y в два раза, поэтому все преобразования по этой
оси окажутся «удвоенными». То же самое касается и операций размытия и
сдвига - по оси Y в два раза меньше, чем по оси X. Особый случай представ-
ляют операции вращения. Если необходимо повернуть изображение, кадр
нужно сначала в два раза увеличить в размере по оси Y, чтобы «квадратизи-
ровать» картинку, затем повернуть и снова сократить по Y в два раза. Конеч-
но, это немного хлопотно, но если требуется сохранить как можно больше
деталей, то это единственный выход. Опять же, специальные видеосистемы
типа Flame и системы компьютерных видеоэффектов имеют встроенные
средства, автоматически решающие эти проблемы.
11.5.3. УДАЛЕНИЕ ЧЕРЕДОВАНИЯ 3 : 2 (3 : 2 PULLUP)
Если изображение было изначально снято на кинопленку, а затем преобразо-
вано в видео с частотой 24 кадр/сек, значит, было использовано чередование
3 : 2, которое обычно требуется удалить перед тем, как начинать работу с эф-
фектами. Удаление чередования 3 : 2 просто убирает лишние полукадры, не
приводя к потере данных и не снижая качество картинки.
Чем нам «обычно» мешает чередование 3 : 2? Дело в том, что оно создает
дополнительные чересстрочные кадры, которые являются источником про-
блем в большинстве операций обработки изображений. Если требуется про-
сто выделить маску, выполнить цветокоррекцию и создать композицию, уда-
лять чередование 3 : 2 вовсе не обязательно. Это необходимо только в том
случае, когда используется фильтрация пикселов. Фильтрация (resampling)
пикселов производится в операциях сдвига, изменения размера, вращения,
размытия и увеличения резкости.
При удалении чередования 3 : 2 возникает одна проблема: количество
кадров уменьшается на 20%, вследствие чего полученная информация о вре-
менном коде теряет смысл. Однако временной код можно откорректировать,
всего лишь умножив все значения для версии без чередования на 0,8. Но это
еще не все проблемы, связанные с временным кодом. Код для видео базирует-
ся на частоте 30 кадр/сек, а когда удаляется чередование 3 : 2, частота стано-
вится равной 24 кадр/сек. В результате некоторые значения временного кода
окажутся в промежутках между кинокадрами, что сильно осложнит опреде-
ление времени.
342
Часть III • Это следует знать
Теоретически во всех программах должна быть функция удаления чередования
3 : 2. В этом случае единственное, что вам необходимо сделать - это опреде-
лить, какая из пяти возможных схем чередования используется (они называют-
ся «каденции»), и внести поправки во временной код. Обратите внимание, что
при переходе видео к другой сцене каденция может меняться. Если кино было
сначала смонтировано, а затем преобразовано в видео в непрерывном режиме
(как фильм), то каденция будет постоянной. Если кино было сначала преобра-
зовано в видео, а уже затем смонтировано (как телепередача), то каждая сцена
будет иметь собственную каденцию.
Если в вашей программе нет функции удаления чередования 3 : 2, вам придет-
ся создать ее самостоятельно. Тщательно изучив рис. 11.16, можно разработать
не совсем легкую, но все же действенную процедуру. Сложнее всего будет оп-
ределить каденцию съемки - место, где начинается последовательность, то
есть кадр «А». Внимательно посмотрев на рис. 11.16, вы увидите, что последо-
вательность состоит из чистых и смешанных кадров. Если смотреть с первого
кадра, то последовательность кадров выглядит следующим образом: чистый,
чистый, смешанный, смешанный, чистый. Перебирайте видеокадры до тех пор,
пока не наткнетесь на два смешанных кадра, после этого вернитесь назад на
два кадра. Это и будет кадр «А». Удачи!
Если вы работаете с видео, которое было преобразовано из кино, и вам дают
видеокадр, содержащий чересстрочные поля, отдайте его обратно. Вниматель-
но изучив рис. 11.16 и определив каДры, окружающие данный кадр, вы пойме-
те, что удаление чередования 3 : 2 потребует у вас очень много времени и сил.
Поэтому, если есть возможность, лучше получить кадры с уже удаленным че-
редованием.
11.5.4. НЕКВАДРАТНЫЕ ПИКСЕЛЫ
Неквадратные пикселы в видео системы NTSC, изображенные на рис. 11.13,
вызывают множество проблем, будучи перенесенными на рабочую станцию.
Размытие и вращение в этом случае работают не совсем корректно. Стано-
вится проблематичным добавлять новые элементы, созданные в квадратных
пикселах (например, нарисованные в программе Photoshop). При переносе на
рабочую станцию картинки, созданной в формате видео с неквадратными
пикселами, она неожиданно растягивается по оси X на 10%. Чтобы избежать
подобных проблем, можно предварительно «квадратизировать» изображе-
ние, растянув его перед обработкой на 10% по оси Y, а после снова вернуть в
исходное состояние.
Создавая новые изображения на мониторе с квадратными пикселами
(монитор рабочей станции) вы, конечно же, захотите, чтобы они имели
«квадратный» формат с соотношением сторон изображения 1,33, чтобы ис-
ключить необходимость постоянно компенсировать «неквадратность» пиксе-
лов во время операций обработки. И это правильно. После завершения всех
операций изображение деформируется до соотношения сторон 1,48 путем
сжатия по оси Y, и только потом отправляется на DDR.
Глава 11 • Видео
343
Обработка имеющегося видеоизображения. Если бы вы размыли рас-
тянутый кадр на 20 пикселов по осям X и Y на рабочей станции, при про-
смотре этого кадра на видеомониторе ось X оказалась бы размытой только на
18 пикселов. Все дело в том, что при обратной передаче на видеомонитор
изображение сжимается по оси X на 10%, на столько же уменьшая и количе-
ство размытия. На самом деле эта разница обычно незаметна, и в большинст-
ве случаев о ней можно просто забыть. Главное - иметь представление, из-за
чего она возникает и как с ней бороться, если это будет необходимо.
Куда более серьезную проблему представляет вращение больше чем на
несколько градусов. Чтобы понять, с чем это связано, проведем небольшой
мысленный эксперимент. Помните тот растянутый круг на рис. 11.13? Если
повернуть его на 90°, он станет высоким и тонким. Если его в таком состоя-
нии отправить на видеомонитор, он окажется еще более тонким и уже не бу-
дет кругом как таковым. Опять же, если вращение осуществляется всего на
несколько градусов, то разницу можно и не заметить. В противном случае
изображение придется «квадратизировать» перед вращением.
step 1
1.33
video
monitor
На рис. 11.27 показана последовательность операций «квадратизации» видео-
изображения. Степень растянутости и сжатости изображений, как обычно, пре-
увеличена.
step 2 step 3 step 4 step 5
Рис. 11.27 • «КвадратиЗация» видеоизображения на рабочей станции
Шаг 1. Исходное видеоизображение отображается на видеомониторе с
неквадратными пикселами. Соотношение сторон изображения составляет
1,33, и круг имеет правильную форму.
Шаг 2. Видеокадр передается на монитор рабочей станции с квадратны-
ми пикселами. Его размер остается тем же (720 х 486), но соотношение сторон
из-за квадратной формы пикселов теперь составляет 1,48, и круг растягивает-
ся по горизонтали на 10%, как и вся картинка.
Шаг 3. «Квадратизированный» видеокадр на мониторе рабочей станции.
Размер изображения увеличен до 720 х 540 путем растяжения по оси Y, круг
снова обрел правильную форму, а соотношение сторон картинки - исходное
344
Часть! 11 • Это следует знать
значение 1,33. Все трансформации и операции размытия выполняются с этой
версией.
Шаг 4. После завершения всех операций с фильтрацией «квадратное»
изображение вновь возвращается в свое растянутое состояние путем обрат-
ного уменьшения размера до 720 х 486. Теперь оно готово к отправке на DDR.
Шаг 5. После передачи на рекордер видеоизображение благодаря неквад-
ратным пикселам сжимается по оси X на 10%, при этом кругу возвращается
его правильная форма, а картинке - исходное соотношение сторон 1,33.
Несмотря на то, что эта последовательность операций восстанавливает
для фильтрации исходное состояние картинки, без потерь здесь все же не об-
ходится. Простое изменение размера изображения от 720 х 486 до 720 х 540 и
обратно приводит к некоторой потере резкости в направлении оси Y, и поде-
лать с этим ничего нельзя. Не забывайте также, что для чересстрочных видео-
кадров такие операции изменения размера проводить не следует.
Создание нового изображения для видео. Если исходное изображение,
созданное на рабочей станции и состоящее поэтому из квадратных пикселов,
преобразовать в видеоформат со сжатыми пикселами, вся картинка сожмется
на 10% по горизонтали. Что можно предпринять в этом случае? Начните с
«квадратизированного» изображения размером 720 х 540, которое показано в
шаге 3 на рис. 11.27. Ширина такой картинки составляет 720, а соотношение
сторон равно 1,33. Создайте или поместите необходимый рисунок на это изо-
бражение. На этой стадии форма объектов не искажается, то есть круг, на-
пример, будет иметь правильную «круглую» форму. После того, как изобра-
жение готово, измените его размер до 720 х 486 (шаг 4). При этом оно со-
жмется по оси Y на 10%, создав эффект 10%-го «растяжения» по X. Теперь
круг будет выглядеть как в шаге 4 при отображении на мониторе рабочей
станции. Передайте эту растянутую версию изображения на видеомонитор.
Круг снова сожмется и примет свою первоначальную естественную форму,
как показано в шаге 5.
Если вам пришла мысль создать картинку размером 640 х 486 и растянуть
ее по оси X до 720, отбросьте ее. С математической точки зрения здесь все в
порядке, но данные изображения при этом окажутся растянутыми по гори-
зонтали, и оно потеряет свою четкость. Сжатие же исходного изображения
размером 720 х 540, напротив, сокращает данные и позволяет предотвратить
потерю четкости.
Пикселы в системе PAL. Видео системы PAL имеет точно такую же про-
блему неквадратных пикселов; различие только в том, что в этой системе со-
отношение сторон пиксела составляет 1,07, а не 0,9, как в системе NTSC.
Глава 11 • Видео
345
Вследствие этого все операции растяжения и изменения размера, описанные
выше, просто выполняются с точностью до наоборот. При переносе видео-
изображения на монитор рабочей станции с квадратными пикселами проис-
ходит его сжатие по оси X. Однако проблемы, связанные с размытием и вра-
щением, остаются неизменными. Для получения «квадратной» версии кадра
PAL его размер нужно изменить с 720 х 576 на 768 х 576.
11.5.5. ИНТЕРЛЕЙСНОЕ МЕРЦАНИЕ
Если бы вы создали на рабочей станции видеокадр, состоящий из белого
квадрата на черном фоне, никаких проблем с его отображением на мониторе
станции не возникло бы. Но при просмотре этого же кадра на видеомониторе
вы бы заметили, что верхний и нижний края белого квадрата начали мерцать.
Причина такого мерцания заключается в том, что эти края состоят из белой
строки развертки, которая граничит с черной строкой. В процессе чередова-
ния чересстрочных полукадров на экране высвечиваются попеременно то бе-
лая, то черная строка, что и приводит к мерцанию.
В середине квадрата белая строка развертки соседствует с другой белой
строкой, поэтому при их чередовании не возникает эффекта мерцания. На
мониторе рабочей станции квадрат не мерцает вовсе, поскольку там исполь-
зуется прогрессивная (построчная) развертка. Как отмечено в разделе «Черес-
строчные поля», чересстрочная развертка была придумана специально для
телевещания с целью понизить пропускную способность передаваемой кар-
тинки. В случае съемки на камеру сцен с естественным движением мерцание
обычно вообще не является проблемой, так как при этом довольно редко воз-
никают ситуации, когда идеально прямая высококонтрастная кромка объекта
точно совпадает с какой-то строкой развертки. Но если такое все же случает-
ся, то даже в сцене с естественным движением может появиться чересстроч-
ное мерцание.
Линии графических рисунков любого типа, созданных на рабочей стан-
ции, неизменно будут точно совпадать со строками развертки, и в итоге вы
получаете все шансы вдоволь полюбоваться на чересстрочное мерцание этих
изображений. Посмотрим, что с ними можно сделать. Главная причина мер-
цания, как мы уже выяснили, - это две контрастные соседние строки, как в
приведенном выше примере. Зная причину проблемы, можно придумать и ее
решение. Фактически, даже два решения.
Решение первое: понизить контрастность. Не нужно располагать рядом 100%
черную и 100% белую строки. Лучше взять светло- и темно-серую либо другие
цвета.
346
Часть III • Это следует знать
Решение второе: сгладить края. Сделайте так, чтобы белая кромка объекта пе-
реходила в черный фон не сразу, а через одну-две строки. Если вы не хотите
использовать легкое размытие, можно передвинуть рисунок на полстроки
вверх или вниз. В ходе операции перемещения, выполняемой в дробных чис-
лах, происходит естественная интерполяция пикселов, которой может оказать-
ся достаточно, чтобы «утихомирить» мерцающий рисунок.
И, конечно, если в вашем графическом пакете есть кнопка с надписью
«antialiasing», нажимайте ее не раздумывая. Фильтрация-сглаживание - это
операция, устраняющая «ступенчатость» рисунка. Она вычисляет, сколько
процентов каждого пиксела закрывает элемент рисунка, и сообщает этому
пикселу соответствующую долю цвета элемента. Например, если серый эле-
мент с яркостью 80% закрывает 50% пиксела, этому пикселу будет задана яр-
кость 40%. Однако даже фильтрация-сглаживание не сможет вам помочь, ес-
ли в рисунке присутствуют горизонтальные линии, точно совпадающие со
строками развертки - эти линии все равно будут мерцать, словно привиде-
ния.
11.6. Применение видео в кинопроизводстве
Бывают ситуации, когда вы получаете для обработки художественный фильм
со вставками видео или непосредственно видео, которое требуется включить
в этот фильм. В любом случае вам придется иметь дело с особенностями ви-
деоизображений, если есть хоть малейшая надежда на хороший результат.
Видеоизображения, являющиеся таковыми изначально и преобразованные из
кино, требуют совершенно разных подходов при обработке. В данном разделе
рассматриваются все эти вопросы, а также способы совмещения видеокадров
формата 1,33, имеющих неквадратные пикселы, с кадровым окном кино.
11.6.1. НАИБОЛЕЕ ПОДХОДЯЩИЕ ВИДЕОФОРМАТЫ
Заказчик, вероятно, поинтересуется, в каком формате лучше всего предоста-
вить вам видеоматериалы для кинопроизводства. Здесь все зависит от того, в
каком формате была изначально записана видеолента. Если это был формат
VHS, то дублирование его в D1 нисколько не улучшит качество конечного
результата. Просто удивительно, что некоторым заказчикам это приходится
объяснять.
Если видеоматериал заказчика записан в BetaSP или другом аналоговом
формате, попросите его сделать цифровой дубль (DigiBeta или D1) для ис-
пользования в предстоящей работе. Это необходимо главным образом из-за
того, что BetaSP - формат, использующий аналоговую видеоленту, поэтому
настройки магнитофона могут сдвинуть уровни видео и повлиять на цвет и
Глава 11 • Видео
347
яркость изображения. Когда заказчик дублирует BetaSP в цифровой формат,
именно он, а не вы, задает цветовые характеристики, и каждый раз с цифро-
вой видеоленты считываются одни и те же данные.
Итак, самым высоким качеством обладает видеоформат D1. Это цифровой
компонентный формат без сжатия данных (если не учитывать маленькую де-
таль - полуразрешение по цветности, описанное в разделе «Система кодиров-
ки цвета»). Следующим по качеству является формат DigiBeta. Это тоже цифро-
вой компонентный формат, но в нем уже присутствует сжатие данных порядка
2,5 к 1 (вдобавок к полуразрешению по цветности). Такое сжатие приводит к
некоторой потере деталей, хотя Sony этого и не признает. Этот факт может быть
существенным при работе со снимками на зеленом или синем экране, по-
скольку потеря цветовых деталей, характерная для видео, в этом случае уже
довольно ощутима. Но данный видеоформат все же имеет 10 бит на пиксел
вместо стандартных 8 бит, поэтому он весьма неплох. Третьим по счету идет
формат BetaSP. Это аналоговый (плохо), но компонентный (хорошо) формат со
сжатием данных 2,5 к 1 (плохо). Но это не мешает ему быть высококачествен-
ным видеоисточником.
Если видеоматериал заказчика записан в полном цифровом формате D2,
качество изображения будет не таким высоким, как в форматах D1 или
DigiBeta или даже в старом добром аналоговом BetaSP. Поскольку D2 - фор-
мат составной (композитный), информация о картинке в нем сжимается и
записывается в системе NTSC с соответствующей потерей деталей. Такую за-
пись необходимо преобразовать в компонентный формат с помощью транс-
кодера, а затем - в RGB-версию для рабочей станции.
11.6.2. ВИДЕО, ИЗНАЧАЛЬНО СНЯТОЕ НА ВИДЕОЛЕНТУ
Видео стандарта SD, снятое на видеоленту, имеет частоту кадров 30 кадр/сек
(29,97, если быть точными) и чересстрочную развертку. Чтобы объединить
кино- и видеоматериалы путем внедрения видео в качестве контрольной
вставки либо просто путем его переноса в киносъемку, видео необходимо
подвергнуть деинтерлейсингу и уменьшить его частоту до 24 кадр/сек. Мето-
дика деинтерлейсинга была досконально рассмотрена нами во всех деталях в
разделе 11.5.2 «Деинтерлейсинг». На изменении скорости, пожалуй, остано-
вимся подробнее.
Когда чересстрочная развертка видео устранена выбранным способом,
можно уменьшить его частоту с 30 до 24 кадр/сек при помощи средства ус-
реднения кадров в программе композитинга. Оно дает неплохие результаты,
если в кадре немного движения (если это не съемка в центре дискотеки) или
если движение не очень контрастное (если это не белый кот, бегущий через
угольный бункер). Техника усреднения кадров приводит к их перекрестному
растворению, результат которого напоминает двойную экспозицию, потому
348
Часть III • Это следует знать
что по сути таковой и является. Просто закрыть на это глаза удается не все-
гда. В некоторых современных программах есть «переключатель скоростей»,
который использует векторы движения, компенсацию движения и техноло-
гию оптического потока. Эти штуки сделают за вас всю работу прямо на ра-
бочей станции, но потребуют больших вычислительных мощностей. И не за-
бывайте, что видеокадры, подвергнутые деинтерлейсингу, могут терять до
половины информации о картинке.
Самым лучшим подходом к изменению скорости от 30 кадр/сек в чересстроч-
ном видео до 24 кадр/сек в кино обладает один из новых инструментов преоб-
разования стандартов в хорошо оборудованных центрах компоновки про-
грамм, который использует алгоритмы «компенсации движения». Эти системы
фактически проводят анализ движения каждого пиксела, выявляя его покадро-
вый «маршрут», а затем создают на основе этих данных промежуточные кадры.
Это не усреднение кадров. Пикселы здесь перемещаются именно на то место,
где они находились бы, если бы затвор камеры был спущен в данный момент
времени. При этом используются оба поля чересстрочного видео, что позволя-
ет сохранить всю информацию о картинке. Кроме того, эти методы способны
также преобразовывать изображение в формат с прогрессивной разверткой и
даже при необходимости поднимать разрешение видео до стандарта HD (1920
х 1080). Попросите заказчика, чтобы это было сделано до того, как вы получите
видеоматериал, так как в процессе преобразования иногда требуется выбирать
между различными вариантами, и лучше, если заказчик сделает этот выбор по
своему вкусу. И заплатит за преобразование видео.
11.6.3. ВИДЕО, ИЗНАЧАЛЬНО СНЯТОЕ НА КИНОПЛЕНКУ
Если видео было изначально снято на кинопленку, а затем преобразовано
собственно в видео с частотой 30 кадр/сек, значит, в нем присутствуют кадры
с чередованием 3 : 2, которые следует удалить. Процедура удаления подробно
рассмотрена в разделе 11.5.3 «Удаление чередования 3 : 2». Когда ненужные
кадры устранены, частота видео становится равной 24 кадр/сек, как у исход-
ного киноматериала, и кадры теперь готовы к обработке.
Если кино было снято на частоте 30 кадр/сек и затем преобразовано в ви-
део с той же частотой, никакого чередования 3 : 2 в нем не будет, поскольку
один кадр кино будет соответствовать одному кадру видео, за исключением
изменения скорости, конечно. В этом случае опять можно воспользоваться
двумя функциями, описанными выше: усреднением кадров и преобразовани-
ем стандартов.
11.6.4. РАЗМЕР И СООТНОШЕНИЕ СТОРОН КАДРА
Допустим, у вас есть видеоизображение размером 720 х 486, которое требует-
ся вставить в кинокадр с учетом поправки на неквадратные видеопикселы.
Если заказчик хочет, чтобы видео полностью вписалось в стандартное кадро-
вое окно (обычная ситуация для вставки видео в кино), просто измените раз-
Глава 11 • Видео
349
мер видеокадра до размера этого окна (всего одна операция), и дело сделано.
Не следует разбивать эту процедуру на две стадии: «квадратизацию» видео до
формата 1,33 и увеличения размера полученной версии до размера кинокад-
ра. Каждая из этих стадий включает операцию фильтрации, которая всякий
раз сглаживает изображение, и без того уже лишенное первоначальной чет-
кости. В связи с этим имеет смысл немного увеличить резкость кадров с ки-
норазрешением, но не забывайте о том, что это приводит к возрастанию шу-
ма, а в крайних случаях - к появлению излишне резких контуров на изобра-
жении.
Стандартное кадровое окно имеет соотношение сторон 1,37, которое не-
намного отличается от значения 1,33 для видеокадров, и потому этой разни-
цей можно пренебречь. Когда исходный видеокадр размером 720 х 486 (с со-
отношением сторон 1,48 при просмотре на рабочей станции) преобразуется в
стандартный размер кадрового окна, соотношение его сторон вновь стано-
вится равным 1,33, как при просмотре на экране телевизора, при этом ком-
пенсируется эффект неквадратных пикселов. Видеокадр отлично умещается в
кинокадре. Но что делать, если не удается так ловко «втиснуть» один в дру-
гой?
Если нужно, к примеру, уместить видеоизображение в кадровое окно с
соотношением сторон 1,85, у вас есть две альтернативы, проиллюстрирован-
ные на рис. 11.28. Можно вставить видеокадр целиком, подогнав его к верти-
кальному размеру кадрового окна, но при этом кинокадр формата 1,85 будет
представлять собой «окно» видеокадра формата 1,33 с двумя черными «ко-
лоннами» по краям (так называемый формат «pillarbox»). Плюсы этого спосо-
ба в том, что изображение более четкое и сохраняет всю информацию о кар-
тинке. Минус - черные полосы по краям. Второй альтернативой служит об-
резка видеокадра до размера 1,85, при этом картинка заполняет все кадровое
окно. Минусы этого подхода заключаются в значительном сглаживании ис-
ходной картинки вследствие увеличения ее размера и в заметной потере дан-
ных, вызванной обрезанием. Видеокадры формата 1,33 обычно компонуются
(снимаются) гораздо более крупно, чем кадры кино формата 1,85, и поэтому
подобная обрезка видеокадров иногда приводит к тому, что на экране оста-
ются только глаза и нос персонажа. Мораль: нужно обсудить с заказчиком оба
варианта вставки и выбрать нужный (либо найти какой-то промежуточный,
компромиссный способ). Как ни странно, для многих из них необходимость
подобного выбора оказывается настоящим откровением.
Самый простой способ получить обрезанную версию видеокадра - изме-
нить его размер до размеров стандартного кадрового окна (или полного кад-
350
Часть III • Это следует знать
рового окна - в зависимости от используемого формата кино), а затем при
необходимости с помощью маскирования получить формат 1,85. Не забудьте
проконсультироваться с заказчиком. Некоторым из них не нравится, когда
видео подгоняется под размер проекционного кадрового окна.
Рис. 11.28 • Альтернативные способы размещения видеокадра
в кадровом окне формата 1,85
11.7. Применение кино в видеопроизводстве
Чтобы включить кадры отснятого кино в видео, нужно предварительно под-
вергнуть их ряду операций. Так, необходимо изменить соотношение сторон
кинокадра, чтобы оно соответствовало соотношению сторон в видео; превра-
тить квадратные пикселы в неквадратные; уменьшить размер кадра и, нако-
нец, изменить скорость движения пленки. Все эти операции позволяют под-
готовить кинокадры к преобразованию в видеоформат.
Изменить размер кинокадра (а заодно и решить проблему неквадратных
пикселов) можно за одну операцию. Просто обрежьте кадры до формата 1,33,
а затем уменьшите их размер до 720 х 486. При этом пикселы станут неквад-
ратными, а формат изображения будет идеален для просмотра на видеомони-
торе. Для системы PAL размер кадра (уже обрезанного до формата 1,33) сле-
дует уменьшить до 720 х 576. Если кинокадр уже был обрезан до более широ-
кого формата, например 1,85, тогда просто растяните его вверх и вниз до
формата 1,33, а затем уменьшите размер до необходимого значения.
Если киноматериал снят с частотой 30 кадр/сек, никаких проблем не возникает.
Но чаще всего кино снимается с частотой 24 кадр/сек, и тогда возникает необ-
ходимость чередования 3 : 2. Некоторые программы позволяют выполнять эту
операцию, но есть более быстрый и легкий способ. Можно передать кадры с
частотой 24 кадр/сек на DDR и настроить его таким образом, чтобы при записи
этих кадров на видеоленту он использовал чередование 3 : 2. Конечно, кино
можно замечательно преобразовать в видео с помощью телекинопреобразо-
вателя, но это будет недешево. Если кинокадров не очень много, гораздо вы-
годнее сделать это с помощью программы композитинга.
Глава 11 • Видео
351
11.8. Применение CGI-изображений
в видеопроизводстве
В идеале программа рендеринга CGI-изображений должна содержать опции
для чересстрочных изображений с частотой 30 кадр/сек, размером 720 х 486 и
соотношением сторон пиксела 0,9. Любая программа должна, по крайней ме-
ре, предоставлять возможность выбрать правильный размер и частоту кад-
ров. Если каких-то опций не хватает, это, скорее всего, будут чересстрочная
развертка и соотношение сторон пиксела.
Рендеринг с полями и чересстрочная развертка в принципе оправдывают
себя, когда в кадре присутствует очень быстрое движение. Обычно оказыва-
ется вполне достаточно хорошего размытия движения и рендеринга на часто-
те 30 кадр/сек. Некоторые специалисты предпочитают 24 кадр/сек с кинорас-
ширением. По их мнению, это придает CGI более «киношный» вид.
Если в вашей программе не предусмотрена опция неквадратных пикселов, вам
придется создать изображение формата 1,33, а затем изменить его размер.
В случае NTSC создается изображение 720 х 540 и уменьшается до 720 х 486.
В случае PAL создается изображение 768 х 576 и уменьшается до 720 х 576.
Такое сжатие вызывает легкое искажение эффекта сглаживания «ступенчатого»
изображения, чего нельзя сказать о правильном рендеринге кадров с пиксела-
ми, имеющими правильное соотношение сторон. Если искажение становится
заметным, попробуйте увеличить степень фильтрации-сглаживания.
12
Кино
С сегодняшними цифровыми технологиями неудивительно, что многие совре-
менные художники компьютерной графики за все время своей профессио-
нальной деятельности ни разу не держали в руках настоящую кинопленку.
Первый раз они видят отснятый материал на мониторе. Последний раз - на
экране в проекционном зале. Таким образом, за весь процесс обработки ху-
дожнику не представляется возможности встретиться с кинокадром, за исклю-
чением съемки с оптическим клином. В связи с этим при общении с заказчи-
ком иногда возникают терминологические трудности. Ведь заказчик, как пра-
вило, напротив, постоянно работает с реальным киноматериалом. И хотя сам
он может даже не знать, что такое пиксел, тем не менее, он предполагает, что
вы-то как раз хорошо разбираетесь в его терминах и определениях.
Эта глава посвящена рассмотрению кино с той точки зрения, как его ви-
дит художник компьютерной графики, а не монтажер или оператор. В связи с
этим многие вопросы здесь не затрагиваются - вопросы, весьма важные в
техническом плане, но не представляющие особого интереса для нас как ху-
дожников. Одна из наиболее важных тем касается различных форматов кино.
Художнику важно знать, например, где расположен центр полного кадрового
окна. Очень часто приходится включать элементы произвольного размера из
одного формата (либо совсем не имеющие никакого формата) в другой. Так-
же очень важно знать, на какие части кадра следует обратить особое внима-
ние и о каких можно не беспокоиться. Кроме того, в главу включено краткое
описание принципов работы кинорекордеров и киносканеров, а также под-
робное описание процесса с участием цифровых интермедиатов, крайне важ-
ной разработки в области финализации киноматериала.
12.1. Обработка кинопленки
Прежде чем зрители увидят художественный фильм, кинопленка, на которой
он записан, проходит через несколько стадий. Будучи художником компью-
терной графики, вы, вероятно, не имели шанса наблюдать за ходом процесса
постпроизводства, результатом которого является позитивная пленка, кото-
рую с помощью проектора демонстрируют зрителям в кинотеатре. Заказчики
же, с которыми вы работаете, буквально живут среди этих процессов, и по-
этому хотя бы приблизительное представление об их работе может в значи-
тельной степени облегчить ваше общение. В данном разделе приводится
Глава 12 • Кино
353
краткий обзор стадий обработки кинопленки - от исходного оригинального
негатива до конечной прокатной версии стандартного фильма (рис. 12.1). Эта
информация также существенна для понимания раздела, посвященного циф-
ровым интермедиатам, который вы, конечно, не пропустите.
Рис. 12.1 • Процесс обработки кинопленки
от стадии оригинального негатива до прокатной версии
Camera negative (OCN) - оригинальный негатив, полученный камерой во
время съемок фильма. После того, как пленка отснята, она «консервируется»
(извлекается из камеры и помещается в светонепроницаемую коробку), а за-
тем доставляется в лабораторию, где ее всю ночь проявляют. К следующему
утру получают первые «быстрые» позитивы проявленной пленки, называе-
мые текущим съемочным материалом, чтобы режиссер и оператор могли
просмотреть результаты вчерашней съемки. Наблюдается тенденция про-
сматривать текущий материал не в киноформате, а как HD видео.
Edited negative - смонтированный негатив после того, как фильм «за-
крыт» (приняты окончательные решения по монтажу; locked), выбранные из
разных оригинальных негативов сцены вырезаются и склеиваются. В резуль-
тате этой процедуры получается смонтированный негатив («edited neg»).
Обычно требуется от 1500 до 2000 вырезанных фрагментов из 400-500 ориги-
нальных негативов.
InterPositive (IP) - интерпозитив промежуточного позитива, который
получают при печати смонтированного негатива (edited neg) с поставленным
12- Цифровой композитинг
354
Часть III • Это следует знать
светом, что позволяет проводить цветокоррекцию IP на покадровой основе.
В конце этой стадии фильм уже смонтирован и откорректирован по цвету.
InterNegative (IN) - интернегатив промежуточного негатива. Из одного
IP обычно получают несколько (от 4 до 10) IN, из которых затем создаются
все позитивы для показа в кинотеатрах. IN служат двум целям. Во-первых, в
процессе их печати используются высокоскоростные устройства, применять
которые к IP было бы слишком рискованно. Во-вторых, IN нужны прежде
всего для тиражирования позитивов.
Print - предназначенный для показа позитив. Из нескольких полученных
IN «штампуются» сотни и даже тысячи позитивов, которые затем распро-
страняются по кинотеатрам для показа. С одного IN можно напечатать от 400
до 500 позитивов, каждый из которых стоит несколько тысяч долларов.
12.2. Термины и определения
Прежде чем окунуться в мир кадровых окон, предлагаю вам познакомиться с
некоторыми терминами и определениями из области кино, которые широко ис-
пользуются и потому заслуживают нашего внимания. Они помогут вам обога-
тить свой словарный запас кинотерминами и, соответственно, облегчат общение
с заказчиком и ориентирование в последующих разделах этой книги. Вы ведь не
хотите, чтобы заказчик решил, что вы ничего не смыслите в кинопроизводстве.
12.2.1. ПЕРЕХОДЫ МЕЖДУ ЕДИНИЦАМИ ИЗМЕРЕНИЯ
Компьютерные художники представляют кино как совокупность кадров и
пикселов. Заказчик же живет в совершенно другом мире - аналоговом, в ко-
тором на вещи смотрят совсем иначе и пользуются другими единицами изме-
рения. Например, длину пленки заказчик может выражать в футах и кадрах: 4
фута 6 кадров. Запомнить соотношения единиц можно с помощью следую-
щих примеров перехода от одной системы измерения к другой:
24 кадра в секунду;
1440 кадров в 1 минуте;
16 кадров в одном футе пленки;
90 футов пленки в 1 минуте.
12.2.2 . АПЕРТУРЫ
В кинокамере есть металлическая пластинка, называемая «затвором», с пря-
моугольным отверстием, которое располагается непосредственно перед плен-
кой. Пластинка блокирует часть падающего на пленку света, определяя таким
образом экспонируемый участок. Прямоугольное отверстие в затворе и экс-
понируемый участок пленки называются одним термином - кадровое окно -
апертура камеры (camera aperture). В кинопроекторе, с помощью которого
Глава 12 • Кино
355
демонстрируется фильм, есть похожая пластинка, но уже с другим прямо-
угольным отверстием, называемым проекционным кадровым окном - апер-
тура проекционная (projection aperture). Проекционное окно немного мень-
ше, чем окно камеры. Это позволяет оставить небольшой «гарантийный ре-
зерв» по периметру кадра на случай неточной центровки проекционного кад-
рового окна. На рис. 12.2 изображены апертуры камеры и стандартного про-
ектора и показана разница в их размерах.
camera
aperture^
Рис. 12.2 • Апертуры
Итак, действие сцены сосредоточено в проекционном окне, которое на-
ходится внутри окна камеры. Кадровые окна некоторых проекторов настоль-
ко меньше окна камеры, что приходится тщательно выбирать, какие участки
кадра наиболее важны и как лучше расположить элементы в этом окне. Не-
удивительно, что оцифровывается на киносканере и передается в киноаппа-
рат часто именно апертура камеры, хотя всю эту работу достаточно сделать
для проекционного окна. Существует очень много проекционных кадровых
окон - апертур, и наиболее часто встречающиеся из них подробно описаны в
разделе 12.3 «Форматы кино».
12.2.3 . КОМПОНОВКА (COMPOSITION)
Прежде чем начать съемку, выбирают подходящий киноформат, в соответст-
вии с которым затем компонуются все кадры. Это означает, что все объекты и
действия, представляющие интерес в данной сцене, снимаются в пределах
кадрового окна для данного формата. Если, например, принято решение ис-
пользовать стандартный формат 1,85, то вся сцена будет сниматься внутри
соответствующего окна.
Очень важно знать предполагаемый формат фильма, так как от этого существенно
зависят как художественные, так и технические стороны работы. Вам могут дать
материал в формате полного кадрового окна, но, просто посмотрев на него, вы не
сможете сказать, на какой стандарт он рассчитан. В связи с этим советую вам узнать
проекционный формат фильма как можно раньше, еще до начала работы.
356
Часть III • Это следует знать
Посмотрим, как компоновка влияет на вид кадра. На рис. 12.3 изображе-
на картинка с соотношением сторон 1,33, скомпонованная для проекционно-
го формата 1,33. Объект отлично вписывается в кадр и не требует никакого
обрезания в кадровом окне с соотношением сторон 1,33. На рис. 12.4 показа-
но, что происходит при просмотре этой картинки с помощью проектора с
отверстием формата 1,85. Верхняя и нижняя части изображения оказываются
обрезанными. Помимо чисто эстетического фактора, следует отметить, что
это может привести к потере важных участков картинки, а, следовательно, к
потере части информации, которую предполагалось донести до зрителя.
Рис. 12.5 изображает тот же объект на картинке с тем же соотношением
сторон 1,33, но скомпонованной для формата 1,85. Обратите внимание, что
этот кадр захватывает большее пространство, чем кадр на рис. 12.3. При его
просмотре в проекционном кадровом окне формата 1,85 объект виден полно-
стью, и картинка не обрезается. Несмотря на то, что в обоих примерах исход-
ные изображения имеют одинаковое соотношение сторон 1,33, компоновка
кадра в них различается в зависимости от предполагаемого проекционного
формата фильма.
Рис. 12.5 • Компоновка для формата 1,85 Рис. 12.6 • Просмотр в формате 1,85
Глава 12 • Кино
357
Здесь следует упомянуть еще один вопрос, связанный с «безопасной» аперту-
рой (safe aperture area). Заказчик может пожелать, чтобы материал, скомпоно-
ванный для формата 1,85, был «доступен для 1,66». Это означает, что, хотя сце-
на составлялась с учетом конечного формата 1,85, вы должны сделать так, что-
бы готовый материал хорошо смотрелся также и в формате 1,66. И не важно,
что картинка при этом получится не лучшего качества. В некоторых случаях это
помогает избавиться от огромного объема ненужной работы, например, когда
требуется провести покадровую обработку, такую как ротоскопирование, за-
крашивание или коррекция краев маски. Если эти операции необходимы в тех
областях, которые не войдут в кадровое окно, их можно смело пропустить.
12.2.4 . СООТНОШЕНИЕ СТОРОН (ASPECT RATIO)
Соотношение сторон кадра - это число, описывающее его форму, то есть по-
казывающее, насколько она отличается от квадрата. Находится это число де-
лением ширины кадра на его высоту:
соотношение сторон = ширина кадра : высота кадра. (12.1)
При этом не имеет значения, в каких единицах выполняются измерения.
Например, соотношение сторон стандартного кадрового окна в пикселах
Cineon составляет 1828 : 1332 = 1,37. Если измерить непосредственно сам кадр
в дюймах, получится соотношение 0,864 : 0,630 = 1,37. Кроме того, соотноше-
ние сторон можно выразить в виде фактической пропорции, например 4 : 3.
Это значит, что кадр имеет ширину 4 «единицы» и высоту 3 «единицы». То же
соотношение 4 : 3 можно выразить десятичным числом, разделив 4 на 3 (4 : 3
= 1,33). Я предпочитаю именно такой способ по двум причинам. Во-первых,
многие реальные соотношения весьма нелегко представить в виде пропор-
ции. Как по-вашему, что звучит понятнее: «соотношение сторон 61 : 33» или
«соотношение сторон 1,85»? Во-вторых, соотношение довольно часто исполь-
зуется в вычислениях ширины и высоты изображения, и в этом случае его все
равно придется преобразовать из пропорции в десятичное число.
На рис. 12.7 приведен ряд соотношений сторон: значение 1 соответствует
идеальному квадрату, а по мере увеличения значений форма прямоугольника
становится все более «широкоэкранной». Если прямоугольник с соотношени-
ем сторон больше 1 обрезать по всему периметру на одинаковую величину,
скажем, на 100 пикселов, его соотношение сторон увеличится.
Разные значения соотношения сторон
Рис. 12.7
358
ЧАСТЬ III • Это СЛЕДУЕТ ЗНАТЬ
Соотношение сторон кадра также играет важную роль при вычислении
ширины и высоты изображения, например, при вырезании картинки форма-
та 1,85 из полного кадрового окна. Зная, что ширина полного окна составляет
2048 пикселов, мы легко сможем вычислить высоту окна для формата 1,85.
Для этого потребуется вспомнить математику и решить уравнение 12.1 отно-
сительно высоты и ширины картинки:
высота = ширина : соотношение сторон, (12.2)
ширина = высота х соотношение сторон. (12.3)
Чтобы найти высоту изображения, воспользуемся уравнением 12.2:
высота = 2048 :1,85 = 1107 пикселов.
<4A//z,
jKMjZy Картинка с соотношением сторон 1,85, вписанная в полное кадровое окно,
имеет размеры 2048 х 1107. Значения можно округлить до 2048 х 1108, чтобы
они легко делились на 2 - на тот случай, если потребуется использовать кадры-
заменители (прокси).
12.2.5 . РАЗРЕШЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ (IMAGE RESOLUTION)
Разрешение картинки для разных киноформатов выражается через скан изо-
бражения от Cineon, так как этим стандартам следуют большинство других
производителей киносканеров и киноаппаратов. И в киносканерах, и в кино-
аппаратах Cineon на полной ширине 35-миллиметровой пленки помещается 4k
(4096) пикселов (полное кадровое окно). Высота зависит от формата. Специа-
листы, работающие с 70-миллиметровыми форматами, предпочитают исполь-
зовать разрешение 4k, в то время как для подавляющего большинства 35-
миллиметровых форматов вполне достаточно разрешения 2k (2048 пикселов),
которое требует гораздо меньше места в базе данных и времени на обработку,
чем 4k. В стандартах Cineon изображения 4k называются «полным разрешени-
ем», a 2k - «полуразрешением». В табл. 12.1 собрана информация о разрешении
картинки и соотношениях сторон для различных форматов, которые подробно
описываются далее. Для полноты картины в таблицу также внесены разреше-
ния, которые встречаются крайне редко (они выделены серым цветом).
В последующих разделах, где описывается каждый формат кино, все 35-
мм разрешения выражены через изображения 2k, поскольку это самый рас-
пространенный формат. Если вам понадобятся значения для 4k, обратитесь к
табл. 12.1. Аналогично, для 70-мм форматов разрешения выражены через
изображения 4k, а значения для 2k можно найти в таблице.
12.3. Форматы кино
Для 35-миллиметровой пленки существует ряд киноформатов, которые не-
редко путают. В данном разделе рассматриваются формат полного кадрового
Глава 12 • Кино
359
окна и его вариации, формат стандартного кадрового окна и его вариации, а
также форматы Синемаскоп и VistaVision. Кроме того, описывается стан-
дартный 65-миллиметровый формат и его разновидность - Imax. Как уже бы-
ло отмечено, все размеры изображений даются в пикселах Cineon в наиболее
характерном для данного формата разрешении. Предлагаются различные ме-
тоды и советы по преобразованию форматов, например VistaVision в стан-
дартный формат, а также особое внимание уделяется особенностям работы с
форматом Синемаскоп.
ТАБЛИЦА 12.1 • Разрешение киноизображений Cineon
Формат Изображения 2k Изображения 4k Соотношение сторон
Стандартный Academy 1828х1332 3656 х 2664 1,37
Полное кадровое окно 2048 х1556 4096 х 3112 1,33
Синемаскоп (Cinemascope) 1828 х1556 3656x3112 2,35
VistaVision 3072 х 2048 6144 х 4096 1,5
70 мм 2048 х 920 4096 х1840 2,2
Imax (70 мм) 2808 х 2048 5616 х 4096 1,37
12.3.1. ПОЛНОЕ КАДРОВОЕ ОКНО (FULL APERTURE)
Полное кадровое окно - это изображение с соотношением сторон 1,33, зани-
мающее на кинопленке весь кадр от левой перфорации и до правой. По вер-
тикали его размер составляет четыре отверстия перфорации (это маленькие
отверстия по краям пленки), и от другого кадра он отделен совсем тонкой
межкадровой полосой (см. рис. 12.8). Поскольку экспонируется все простран-
ство негатива, для фонограммы места не остается, поэтому данный формат не
подходит для показа в кинотеатре. Размер полного кадрового окна в пикселах
Cineon составляет 2048 х 1556.
Но если полное кадровое окно не годится для кинопроекции, откуда оно
вообще взялось на моем мониторе, спросите вы. Тому может быть два объяс-
нения. Первое: кадры были скомпонованы для формата полного окна, а впо-
следствии для кинопроката будут преобразованы в стандартный формат.
Второе: хотя использовалось полное кадровое окно, кадры компоновались
для стандартного формата, который описывается в следующем разделе. Стан-
дартное кадровое окно занимает только часть полного окна, поэтому вы мо-
жете серьезно «испортить» кадр, если забудете об этой маленькой детали.
Супер-35 (Super-35). Полное кадровое окно (full up), которое часто назы-
вают «Супер-35», является довольно популярным форматом благодаря своей
гибкости, позволяющей получить из него практически все остальные форма-
360
Часть III • Это следует знать
ты. Не забудьте выяснить у заказчика размеры исходного (camera aperture) и
конечного кадровых окон (projection aperture). Вы можете услышать что-то
вроде «полное окно 185» или «супер-185». Это означает, что съемка проводи-
лась с полным кадровым окном, кадры компоновались для формата 1,85
внутри полного окна (full up frame), а в дальнейшем планируется преобразо-
вать их в стандартный формат 1,85 (academy 1,85 format). Единственное, о чем
должен заботиться мастер композитинга - чтобы изображение в полном кад-
ровом окне оставалось доступным для формата 1,85. За исключением, конеч-
но, тех случаев, когда требуется уменьшить размер полного кадра до стан-
дартного формата (academy) цифровым методом.
Рис. 12.8 • Полное кадровое окно
Здесь следует обратить особое внимание на тот факт, что полный кадр имеет
соотношение сторон 1,33, а стандартный (academy) - 1,37. Во избежание гори-
зонтального растяжения картинки можно вырезать окно формата 1,37 из пол-
ного кадра, а затем уменьшить его размер до стандартного academy.
Очень важным форматом является Супер-35 с соотношением сторон
2,35. В нем также экспонируется все пространство кадра, но компоновка осу-
ществляется для формата 2,35 внутри полного окна. Таким образом, ширина
изображения в этом формате равна ширине полного кадра (2048), а высота
составляет 2048 : 2,35 = 872. Это не формат Синемаскоп, хотя его соотноше-
ние сторон также равно 2,35. Синемаскоп (Cinemascope) - это еще и анаморф-
ный формат (сжатый по оси X); он будет описан немного позже. Со временем
формат Синемаскоп планируется ввести в кинопрокат. Впоследствии Супер-
35 будет преобразован в Синемаскоп либо оптическим, либо цифровым ме-
тодом. Возможно, этим займетесь именно вы.
«Общий верх» (Common top) и «общий центр» (Common center). Нали-
чие нескольких проекционных форматов и целой кучи ТВ-форматов ставит
Глава 12 • Кино
361
перед оператором проблему выбора единственного подходящего. Один из
компромиссных вариантов - снимать в формате Супер-35 с «общим верхом»
или «общим центром», как показано на рис. 12.9. На нем изображено полное
кадровое окно с форматами 1,66, 1,85 и 2,35 внутри.
Суть подхода с «общим верхом» состоит в совмещении верхней границы
кадров для всех форматов, как если бы они были «подвешены» за нее. Впо-
следствии, при проекции фильма, внизу просто остается «запас», величина
которого зависит от формата.
Более популярен, однако, формат с «общим центром», в котором изобра-
жение всегда остается выровненным по центру полного кадра. Затем из цен-
тральной части окна формируются различные прокатные форматы, при этом
размер картинки равномерно увеличивается как сверху, так и снизу.
Помимо формата кино, который необходимо соблюдать, в случае Супер-35
нужно также уточнить у заказчика его разновидность - «общий верх» или «об-
щий центр».
12.3.2. СТАНДАРТНОЕ КАДРОВОЕ ОКНО (ACADEMY APERTURE)
Стандартное кадровое окно - это изображение с соотношением сторон 1,37
(которое часто называют «1,33»), меньшее по размеру и сдвинутое вправо от-
носительно полного окна, чтобы освободить место для фонограммы. Естест-
венно, на ваших кинокадрах нет никаких фонограмм, так как они создаются
только на позитивах для кинопроката, но не на оригинальных негативах. На
рис. 12.10 пунктирной линией обозначен контур полного кадрового окна (full
aperture), показывающий его расположение относительно стандартного кадра
(academy aperture). На рисунке также отображено смещение центра стандарт-
ного кадра (черный крестик) по сравнению с полным (светло-серый крестик).
Таким образом, когда мы говорим о центре стандартного кадра, мы фактиче-
ски имеем в виду его «нецентрированный» центр. Размер стандартного кад-
рового окна в пикселах Cineon составляет 1828 х 1332.
Чтобы преобразовать любой другой формат в стандартный academy,
нужно вырезать (crop) из исходного кадра «кусок» с соотношением сторон
1,37 и подогнать его размер под 1828 х 1332. Если у вас есть съемка со стан-
дартным кадровым окном academy, а кинорекордер может записывать только
в полном окне (full aperture),, тогда стандартные кадры необходимо размес-
тить внутри черного полного кадроврго окна. При этом стандартный academy
кадр следует центрировать по вертикали и сдвинуть вправо таким образом,
чтобы правые края кадров совпали.
Размер изображения в стандартном кадровом окне составляет 1828 х 1332.
Это кадровое окно камеры (camera aperture), а не проекционное (projection
362
Часть III • Это следует знать
aperture). Изображение именно такого размера получается на выходе из сканера
Cineon и отправляется в кинорекордер Cineon. Внутри окна камеры находится
проекционное окно, обозначенное контуром на рис. 12.11. Это та часть кинокад-
ра, которая будет видна при проекции в полном кадровом окне. По периметру
кадра при этом остается небольшой «гарантийный резерв» (safety margin) для
кинопроектора, показанный на рис. 12.11 в виде черной линии. Кадровое окно
1,85 соответствует не картинке с соотношением сторон 1,85 внутри изображения
размером 1828 х 1332 (так как это окно камеры), а картинке с соотношением 1,85
внутри проекционного окна, которое немного меньше.
Рис. 12.9 • Форматы Супер-35
Рис. 12.10 • Стандартное academy кадровое окно
с фонограммой и пунктирным контуром полного окна
Глава 12 • Кино
363
Не забывайте, что даже если съемка проводилась в формате 1,85, для работы
вам могут дать кадры либо с полным, либо со стандартным academy кадровым
окном. Особый случай представляют кадры с полным окном, которые были
скомпонованы для стандартного формата. Иногда материал снимается, скани-
руется, монтируется и записывается в формате полного кадрового окна, в то
время как компоновался он для стандартного. Центр сцены при этом находится
в центре стандартного кадра, который, как мы знаем, смещен вправо относи-
тельно центра полного кадрового окна (рис. 12.10). Объектив также «нацели-
вается» на эту точку, а с ним и его дисторсия. Если бы нужно было, к примеру,
повернуть кадр вокруг центра полного окна, центр вращения для стандартной
части кадра оказался бы заметно смещенным, и при проекции это выглядело
бы не совсем корректно.
12.3.3. СИНЕМАСКОП (CINEMASCOPE)
Синемаскоп - это широкоэкранный формат с соотношением сторон 2,35,
изображение в котором сжато по оси X в два раза. Во время проекции специ-
альный «анаморфный» объектив растягивает картинку по горизонтали в те
же два раза, возвращая ей первоначальный вид. Растянутое анаморфное изо-
бражение называют «широким». На рис. 12.12 показано соотношение 2 : 1
между сжатым кинокадром и широким проекционным кадром.
— camera
—camera
projection-------------
----------:--------1.66
-------------------1.85
-------------------1.85
-------------------1.66
projection
Рис. 12.11 • Стандартное кадровое окно камеры и проектора
364
Часть III • Это следует знать
Каким образом на пленке получается сжатое изображение? Для этого
сцена изначально снимается анаморфным объективом, который сжимает
изображение по горизонтали в 2 раза. Такие объективы менее популярны по
сравнению с обычными «сферическими» объективами, именно поэтому
большинство фильмов снимается в форматах Супер-35 со сферическими объ-
ективами, а затем переформатируется в Синемаскоп.
film frame projected image
Рис. 12.12 • Анаморфная проекция сжатого кинокадра
Значительное преимущество формата Синемаскоп состоит в том, что для
картинки используется гораздо больше пространства на кинопленке. Это
видно из рис. 12.13, где изображено кадровое окно для формата Синемаскоп.
Его ширина равна стандартной, а высота соответствует высоте полного кад-
рового окна (1828 х 1556). Отсюда соотношение сторон кадра получается 1828
: 1556 = 1,175. Во время проекции, когда изображение растягивается в 2 раза,
мы видим на экране картинку с соотношением сторон 1,175 х 2 = 2,35. По-
скольку ширина изображения соответствует стандартной, то и центр его так-
же совпадает с центром стандартного кадра.
Рис. 12.13 • Кадр формата
Синемаскоп с контуром полного кадрового окна для сравнения
ГЛАВА 12 • Кино
365
Формат Супер-35 с соотношением сторон 2,35 немного шире, поскольку
использует полное кадровое окно, но высота его гораздо меньше. Поэтому на
картинку в нем приходится значительно меньше пленочного пространства по
сравнению с форматом Синемаскоп. Эта разница составляет более 60%.
Вы можете столкнуться с киноматериалом Синемаскоп, снятым в формате
полного кадрового окна, когда картинка закрывает область фонограммы.
Активная часть картинки прр] этом все равно имеет стандартную ширину, и
сцена скомпонована под стандартный формат. А также, что более важно,
объектив все равно «нацелен» на центр стандартного кадрового окна. Дру-
гими словами, тот факт, что область фонограммы закрыта экспонированным
изображением, не должен сбивать вас с толку. Просто поддерживайте цен-
тровку кадра по стандартной ширине, равно как и центр вращения или изме-
нения размера.
Работа с форматом Синемаскоп. Раз уж мы заговорили о вращении и
изменении размера, стоит отметить, что Синемаскоп относится к таким ве-
щам не очень хорошо. Если в вашей программе нет средства просмотра ана-
морфных изображений, вам придется либо довольствоваться сжатыми кар-
тинками, либо добавить узел увеличения размера, чтобы удваивать ширину
кадра каждый раз при необходимости взглянуть на него. Что еще хуже, ана-
морфно сжатое изображение нельзя повернуть или масштабировать без по-
явления серьезных искажений. Если вы увеличите анаморфную картинку,
например, на 10%, впоследствии при проекции на экран она окажется увели-
ченной на 10% по Y и на 20% по X.
Если вы попытаетесь повернуть анаморфное изображение, картинка в
результате получится не только повернутой, но еще и перекошенной. Пред-
ставить такие искажения в уме довольно трудно, поэтому в качестве примера
приведен рис. 12.14. Исходное изображение сжато на 50% по оси X, подобно
формату Синемаскоп, повернуто на 10°, а затем растянуто до первоначально-
го размера. Как вы можете видеть, картинка после анаморфного вращения
приобрела серьезные искажения.
Рис. 12.14 • Искажения, возникающие
при вращении анаморфно сжатого изображения
366
Часть III • Это следует знать
К сожалению, единственным выходом здесь является растяжение изображе-
ний Синемаскоп путем удвоения их размера по горизонтали. Если имеется
только одна или две «анаморфно неправильных» операций, изображение
можно растянуть непосредственно перед операцией и сжать обратно сразу
после нее. Если таких операций несколько, возможно, придется растянуть кар-
тинку перед первой операцией и оставить ее в таком виде, пока не будет вы-
полнена последняя. Проблема тут в том, что количество пикселов изображения
в этом случае увеличивается в два раза, что приводит к резкому возрастанию
времени обработки. Кроме того, картинка при этом подвергается многократ-
ной фильтрации, которая, как известно, ведет к потере резкости. Возможно,
кто-нибудь когда-нибудь придумает анаморфное вращение... Если в операции
изменения размера предусмотрена возможность отдельного масштабирова-
ния по X и по Y, можно создать собственную операцию анаморфного измене-
ния размера, которая позволит избежать общего растяжения картинки. Для
этого нужно просто взять коэффициент масштабирования по оси У в два раза
больше, чем по оси X.
Отслеживание движения (motion tracking) в сжатом анаморфном изображении
может быть корректным в том случае, если имеет место только панорамирова-
ние (сдвиг по X и Y). Если требуется отследить вращение или масштабирование
(изменение размера), данные, полученные из сжатого изображения, будут
искажены и потому непригодны для использования. Возможно, кто-нибудь
когда-нибудь придумает анаморфное «отслеживание движения».
Преобразование других форматов в Синемаскоп. В некоторых случаях
требуется включить кадры других форматов в киноматериал Синемаскоп,
при этом потребуется их преобразовать. Главным условием тут является ми-
нимальное количество операций фильтрации, в данном случае всего одна.
Независимо от того, какой начальный формат у вас имеется - неудобный
VistaVision или стандартный кадр (тогда вам повезло) - процедура будет одна
и та же:
Шаг 1. Вырезать из исходного кадра окно с соотношением сторон 2,35.
Шаг 2. Довести размер вырезанного окна до 1828 х 1556 за одну операцию.
Практически все операции преобразования размера (resize) имеют опцию от-
дельного изменения размера по осям X и Y, что позволяет провести операцию
в одну стадию и, соответственно, фильтрация выполняется только один раз.
Если слой Синемаскоп растягивается при комбинировании с импортированным
элементом до размера 3656 х 1556, этот элемент можно обрезать до формата
2,35, оставить в растянутом виде во время изменения размера (до соответствия
картинке 3656 х 1556), затем скомбинировать со слоем Синемаскоп, а после
этого сжать объединенные слои. При этом вы избавитесь от необходимости
сжимать импортированный слой, затем растягивать его для создания компози-
ции и снова сжимать полученный результат. И не забывайте, что число опера-
ций фильтрации должно быть минимальным.
12.3.4. ФОРМАТ «3 PERF»
Все рассмотренные нами форматы кино относятся к так называемым форма-
там «4 perf», поскольку по краям каждого кадра расположено по 4 отверстия
Глава 12 • Кино
367
перфорации (perforation, perf). Однако существует, хотя и мало известен,
формат с тремя отверстиями на один кадр - «3 perf» (рис. 12.15). Я включил
его в этот раздел из-за того, что в последнее время он становится не таким уж
малоизвестным в связи с развитием цифровых интермедиатов, которые будут
описаны позже.
Преимущество этого формата - его относительно маленькая стоимость
по сравнению с обычным «4 perf», поскольку он требует меньше пленки и ла-
бораторных затрат. Так как на один кадр приходится не четыре отверстия
перфорации, а всего три, экономия пленки составляет 25%. А чем меньше
пленки отснято, тем меньше вы заплатите за ее обработку в лаборатории. Од-
нако для съемок в таком формате необходима специальная 3 perf-камера.
Размер изображения «3 perf» составляет 2048 х 1168, а соотношение сто-
рон равно 1,75, что очень близко к соотношению сторон в HD видео (имеется
в виду 16 : 9 = 1,78). Благодаря этому формат «3 perf» хорошо согласуется с
HD. Кроме того, соотношение сторон 1,75 легко вписывается в стандартный
американский широкоэкранный формат для кинотеатров с соотношением
сторон 1,85. Для этого необходимо просто немного обрезать верхний и ниж-
ний края кадра. Вполне вероятно, что уже в ближайшем будущем вы будете
работать с «3 perf» кинокадрами.
Рис. 12.15 • Кинокадр формата «3 perf»
12.3.5. VISTAVISION
Vista - это 35-миллиметровый формат с очень высоким разрешением, имею-
щий соотношение сторон 1,5 и довольно часто использующийся при съемке
фоновых изображений для композиций. Поскольку исходный элемент имеет
крайне высокое разрешение, видимое ухудшение качества после операций
компьютерной обработки оказывается минимальным, к тому же зернистость
конечного изображения очень мала. Формат Vista, который иногда также на-
зывают «8 perf», требует гораздо больше пленки, чем любой другой 35-
368
ЧАСТЫИ • Это СЛЕДУЕТ ЗНАТЬ
миллиметровый формат, так как кадры в Vista располагаются не один над
другим, а в ряд, соприкасаясь боковыми сторонами, из-за чего на один кадр
приходится не 4 отверстия перфорации, как обычно, а 8 (рис. 12.16). Это оз-
начает, что негатив Vista в два раза длиннее обычного негатива с полным кад-
ровым окном «4 perf». Горизонтальное расположение кадров, очевидно, тре-
бует специальных камер и проекторов, но пленка и процессы лабораторной
обработки ничем не отличаются от остальных 35-мм форматов.
«-----8 pert»
Рис. 12.16 • Кадр Vista
Изображения Vista имеют огромный размер 3096 х 2048 и соответствую-
щий размер файла. Вряд ли вам когда-нибудь придется работать с кадрами в
формате Vista, но вполне возможна ситуация, когда нужно будет включить
элемент Vista в кадр обычного формата. Наиболее распространенный случай: в
обычную 35-мм фотокамеру заправляют кинопленку и делают фотоснимки для
использования в качестве фойа. Обычные 35-миллиметровые фотоснимки
имеют такой же формат «8 perf» и соотношение сторон 1,5, что делает их от-
лично совместимыми с киносканерами Cineon. В итоге вы получаете замеча-
тельные кадры Vista без всякого участия съемочной бригады или кого-то еще,
кроме фотографа и фотокамеры. Увеличенный размер кадров Vista может так-
же пригодиться, когда необходим фоновый снимок размером больше обычно-
го для движения с «наездом» или увеличения размера картинки.
12.3.6. ФОРМАТЫ 65 ММ/70 ММ
Оригинальный негатив 65 мм - это пленка формата «5 perf» с соотношением
сторон 2,2. Такой формат часто называют «5 perf 70». Если добавить к этой
пленке 5 мм с внешних сторон ведущей перфорации для дополнительных ка-
Глава 12 • Кино
369
налов фонограммы, получится 70-миллиметровая прокатная киноверсия,
обозначенная на рис. 12.17 пунктирными линиями. Размер изображения «5
perf» 65 мм на полном разрешении составляет 4096 х 1840, а полуразрешение
при работе с 65-мм форматом используется крайне редко, так как это проти-
воречило бы самой идее большого формата.
Рис. 12.17 • 65-миллиметровый кадр
с 5 отверстиями перфорации и соотношением сторон 2,2
12.3.7. IMAX
Imax, отец всех форматов, представляет собой 70-миллиметровый «15 perf»
киноформат с соотношением сторон 1,37. Его также часто называют «15/70».
Негатив - стандартная 65-мм пленка. Кадры, как и в формате Vista, распола-
гаются горизонтально - это особенность проекторов в кинотеатрах Imax.
Размер изображения Imax на полном разрешении составляет 5616 х 4096 пик-
селов Cineon; полуразрешение, как вы уже догадались, в формате Imax прак-
тически не используется. Хотя сканеры Cineon могут работать с 65-мм нега-
тивами, кинорекордеров Cineon, рассчитанных на пленку 65 мм, не существу-
ет. При переносе изображений Imax на обычные кинорекордеры может по-
требоваться уменьшить их размер примерно до 4096 х 3002.
Кадр Imax действительно огромен - он занимает в 10 раз больше места на
негативе, чем обычный 35-миллиметровый кадр со стандартным окном. Но
особенности этого формата не исчерпываются только гигантскими размера-
ми кадра. Особую конструкцию имеют и кинотеатры Imax: сиденья для зри-
телей расположены на гораздо меньшем расстоянии от экрана по сравнению
с размерами этого экрана. В обычном кинотеатре такая ситуация наблюдается
только для первых пяти рядов кресел. В кинотеатре Imax экран занимает зна-
чительную часть поля зрения, поэтому кадр должен быть скомпонован осо-
бым образом, как показано на рис. 12.18.
Идея киноформата Imax заключается в визуальном «погружении» в кар-
тину; в связи с этим большая часть экрана фактически исполняет роль окру-
370
ЧАСТЬ III • ЭТО СЛЕДУЕТ ЗНАТЬ
жения. Все действие, включая титры, сосредоточено в зоне наилучшего вос-
приятия (sweet spot), которая расположена ниже центра кадра. Если бы
фильм Imax был скомпонован подобно обычным 35-мм фильмам, где дейст-
вие сцены сосредоточено в центре кадра, зрителям пришлось бы целых сорок
минут сидеть, задрав голову. Более низкая центровка кадра и использование
оставшейся части огромного экрана для заполнения периферийного поля
зрения создают потрясающий эффект «погружения».
Рис. 12.18 • Кадр Imax с зоной наилучшего восприятия,
расположенной ниже центра
Работать с форматом Imax очень тяжело, и не только из-за его большого
размера, но еще и по причине совершенно другого соотношения «зритель-
экран». На видеомониторе или мониторе рабочей станции кадры Imax выгля-
дят весьма странно, поскольку все титры и основное действие «скучены» в
маленьком участке - зоне наилучшего восприятия. Непроизвольно возникает
желание поднять их повыше и увеличить, но это только до тех пор, пока вы
не увидите это изображение в кинотеатре Imax. Тогда все вдруг становится
таким большим и «уезжает» куда-то высоко. Чтобы хотя бы приблизительно
представить, как будет выглядеть изображение в кинотеатре Imax, опустите
лицо вниз, но не дальше, чем на три дюйма от монитора. Без шуток.
12.4. Киносканеры
Киносканеры (film scanners) оцифровывают негатив (или интерпозитив) и
выдают файлы с данными для компьютерной обработки. Все кинокадры, с
которыми вы имеете дело на рабочей станции, вышли из сканера, поэтому
узнать о нем немного подробнее будет совсем не лишним. Информация об
аппаратном разрешении и коррекции кадрового окна может оказаться полез-
ной при выборе отдела сканирования.
Глава 12 • Кино
371
На рис. 12.19 показано устройство типичного киносканера. Он содер-
жит линейную матрицу с зарядовой связью (Charge-coupled device - CCD),
которая за один раз оцифровывает одну полную строку развертки изобра-
жения, а также очень точный движущий механизм, который обеспечивает
продвижение пленки через матрицу ровно по одной строке в определенный
интервал времени. Поскольку сконструировать движущий механизм и сис-
тему объективов, которые обладали бы высокой точностью и воспроизво-
димостью и легко регулировались, очень сложно, большинство киноскане-
ров имеют «жесткую конструкцию», предназначенную только для горизон-
тального сканирования полного кадрового окна на фиксированном разре-
шении. Однако высоту изображения можно менять путем простого варьи-
рования числа строк развертки в кадре. Например, для получения изобра-
жения в формате стандартного кадрового окна осуществляется горизон-
тальное сканирование полного кадра, после чего полученная картинка обре-
зается до стандартного размера. Для получения изображения Синемаскоп
требуется горизонтальная обрезка стандартного кадра и вертикальное ска-
нирование полного окна. В формате Vista (формат с горизонтальным распо-
ложением кадров) пленка за один раз продвигается не на 4 отверстия пер-
форации, как в других форматах, а на 8.
Рис. 12.19 • Киносканер
Одной из главнейших характеристик киносканера является его аппарат-
ное разрешение сканирования. Горизонтальное разрешение зависит от того,
сколько элементов («пикселов») содержит линейная матрица. Вертикальное
разрешение определяется «тонкостью» движущего механизма, то есть на-
372
Часть III • Это следует знать
сколько маленький шаг пленки он может обеспечить при ее вертикальном
продвижении.
Все киносканеры имеют квадратные пикселы. Большинство сканеров работают
на 2k (2048) либо 4k (4096) - это разрешение их матриц. В процессе оцифровки
изображение отчасти теряет резкость; причины этого явления хорошо объяс-
няются загадочной наукой о сигналах (которую мы без всякого сожаления про-
пустим). В целях компенсации данного эффекта в некоторых сканерах исполь-
зуется «коррекция кадрового окна» (aperture correction) - так называется алго-
ритм увеличения резкости в киносканере. Здесь следует отметить один очень
важный момент. Хотя в кинопроизводстве практически повсеместно использу-
ются изображения 2k, тем не менее, изображения 4k, уменьшенные до разре-
шения 2k, оказываются намного более качественными. Поэтому, независимо от
разрешения предоставленных кадров, всегда следует осведомиться об аппа-
ратном разрешении сканирования.
На заре развития киносканеров было установлено, что сканирование
пленки, не вызывающее потерь информации, требует разрешения 4k. Практи-
ческие же исследования показали, что хорошие изображения с разрешением 2k
смотрятся довольно неплохо и годятся практически для всех приложений, за-
нимая к тому же в четыре раза меньше места на диске, времени на передачу
данных и на обработку по сравнению с кадрами 4k Большинство сканеров
оцифровывают кинокадры с разрешением 12 или 14 бит, а затем уменьшают
его до 8 или 10 бит. Разрешение 8 бит соответствует линейной версии отскани-
рованного изображения, а 10 бит - логарифмической. Различия между линей-
ным и логарифмическим форматами кино подробно описываются в главе 13.
Практически все сканеры способны оцифровывать как негативы, так и проме-
жуточные позитивы. Интерпозитив (IP) имеет тот же интервал плотностей, что
и негатив, поэтому оптическая система сканера не требует никаких изменений.
Единственное, что потребуется сделать с данными сканирования IP - инверти-
ровать их, чтобы получить данные для негатива.
12.5. Кинорекордеры
Кинорекордеры (film recorders) используют цифровые данные изображения,
чтобы записать их обратно на пленку. Существует два основных типа киноре-
кордеров: ЭЛТ и лазерные. Чем меньше «зерен» создает на пленке рекордер,
тем лучше, поскольку задача рекордера - заново «снять» предварительно
оцифрованный фильм, который уже и так содержит заметное количество зер-
нистости. Решение этой проблемы - использовать очень мелкозернистую
пленку. Такая пленка является к тому же очень «медленной», то есть для ее
экспонирования требуется очень много света либо, если большое количество
Глава 12 • Кино
373
света недоступно, большая выдержка. Поскольку ЭЛТ не может генерировать
свет такой интенсивности, как лазер, неудивительно, что лазерные киноре-
кордеры намного быстрее ЭЛТ-рекордеров.
12.5.1. ПРИНЦИП РАБОТЫ КИНОРЕКОРДЕРА
ЭЛТ-рекордер (CRT film recorder) использует кинокамеру для съемки изо-
бражения с ЭЛТ-монитора, как показано на рис. 12.20. Здесь используется
особая черно-белая модель ЭЛТ-монитора с высоким разрешением. Откуда
же тогда берется цвет? Каждый кадр снимается сквозь цветовой круг по од-
ному разу для каждого канала; это означает, что для каждого кадра необхо-
димо сделать три «снимка». Допустим, сначала на мониторе отображается
красный канал, тогда цветовой круг поворачивается так, чтобы над монито-
ром оказался красный фильтр, и затвор камеры опускается, но пленка при
этом не продвигается. Затем на мониторе отображается зеленый канал, место
красного фильтра занимает зеленый, затвор камеры опускается второй раз,
но пленка опять остается на месте. Далее этот процесс повторяется для синего
канала, и лишь после этого пленка продвигается к следующему кадру.
Лазерный кинорекордер (laser film recorder) буквально «рисует» каждый
кадр строку за строкой непосредственно на негативе, медленно двигаясь
сверху вниз. Сначала лазер проходит сквозь модулятор луча, который меняет
его яркость для каждого отдельного пиксела в строке развертки, а затем
сквозь дефлектор, рассеивающий луч в горизонтальной плоскости, чтобы он
охватывал всю ширину кадра. Хотя на рис. 12.21 для наглядности показан
всего один лазерный луч, на самом деле их три - по одному на каждый канал.
Каждый луч имеет собственный модулятор и дефлектор; этим обеспечивается
синхронное действие всех трех лазеров, позволяющее записать на пленку весь
кадр в одну стадию.
Рис. 12.20 • ЭЛТ-кинорекордер
374
Часть III • Это следует знать
12.5.2. СРАВНЕНИЕ ЛАЗЕРНЫХ И ЭЛТ-КИНОРЕКОРДЕРОВ
Несмотря на то, что ЭЛТ-рекордеры неплохо работают в большинстве случа-
ев и гораздо дешевле, тем не менее, лазерные рекордеры легко выигрывают их
по всем производственным параметрам. Итак, лазерный кинорекордер обла-
дает следующими достоинствами:
Рис. 12.21 • Лазерный кинорекордер
Быстрее - источник света в лазерном рекордере гораздо ярче, чем в ЭЛТ,
поэтому для каждого кадра требуется гораздо меньшая выдержка. Кроме то-
го, ЭЛТ-рекордер на каждый кадр тратит три «снимка», в то время как лазер-
ный записывает на пленку все три канала одновременно.
Более мелкозернистая пленка - еще одно преимущество интенсивного
света, генерируемого лазером, заключается в возможности использовать бо-
лее «медленную» (более мелкозернистую) пленку.
Более высокая четкость - размер записывающего пятна на ЭЛТ-мониторе
достаточно мал, но его нельзя поддерживать постоянным, так как оно имеет
тенденцию «раздуваться» с увеличением яркости. Лазер же можно сфокуси-
ровать на том же самом очень маленьком пятне независимо от интенсивно-
сти света.
Более высокая насыщенность цвета - поскольку лазерные лучи имеют
крайне узкий интервал частот, красный лазер, например, экспонирует только
красный слой пленки, практически не затрагивая два других слоя. Это обу-
словливает отличное разделение цветов в лазерном рекордере и обеспечивает
потрясающую насыщенность цвета. Так как цветовой крут в ЭЛТ-рекордере
не обладает такой избирательностью, красный фильтр пропускает небольшое
количество синего и зеленого света, снижая тем самым качество разделения
цветов и, соответственно, уменьшая их насыщенность.
12.5.3. КАЛИБРОВКА РАБОЧЕЙ СТАНЦИИ ПО КИНОРЕКОРДЕРУ
Единственный вопрос, касающийся кинорекордера, который может прийти в
голову компьютерному художнику, звучит примерно так: «почему картинка
Глава 12 • Кино
375
на моем мониторе не похожа на кинокадр?» Чтобы ответить на вопрос, как
сделать их одинаковыми, понадобится, без преувеличения, еще одна книга.
Единственное, что мы можем сейчас сделать - это понять причины, по кото-
рым так трудно выполнить настолько, казалось бы, очевидное действие: на-
строить монитор таким образом, чтобы картинка на нем действительно вы-
глядела как кинокадр. Эти вопросы не входят в компетенцию художника
компьютерной графики. На то существуют таблицы соответствия для кино-
рекордеров и калибровка мониторов рабочих станций, а заниматься всем
этим должны специалисты из инженерного отдела. К сожалению, даже при
правильной настройке монитора соответствие изображений может быть
лишь приблизительным. Ниже рассматриваются некоторые аспекты этой
проблемы.
Темное окружение (Dark surround). Человеческая система восприятия
адаптируется к окружающей зрительной среде. В кинотеатре (или проекци-
онном зале) эта среда представляет собой «темное окружение» (dark
surround), поскольку все помещение, за исключением экрана, совершенно
темное. Однако в типичных студиях компьютерной обработки имеет место
«неяркое окружение» (dim surround), так как комната обычно слабо (а иногда
даже ярко) освещена. Подробно этот вопрос рассматривается в главе 10.
Главное, что следует понять - даже если вам каким-то чудом удастся перемес-
тить экран из кинотеатра в студию, он будет выглядеть там совсем иначе
именно из-за неяркого окружения. Единственный способ воспроизвести в
студии темное окружение - завесить все окна и выключить весь свет, чего,
конечно, никто никогда не делает.
Степень контрастности (Contrast ratio). Степень контрастности системы
отображения - это отношение самого яркого изображения, которое может
быть отображено данной системой, к самому темному. Самое темное, что
может отобразить ваш монитор - это цвет его экрана при выключенном пи-
тании и погашенном свете. Самое темное, что может отобразить экран кино-
театра - пленка с максимальной плотностью, через которую пытается «про-
биться» проекционная лампа. Самое яркое, что может отобразить монитор -
это пиксел со значением 255 при правильной настройке яркости и контраст-
ности монитора. Самое яркое, что может отобразить экран кинотеатра - это
пленка с минимальной плотностью (практически чистая), через которую про-
екционная лампа светит прямо на экран. Если перейти к количественным ха-
рактеристикам, то степень контрастности прокатной пленки составляет свы-
ше 150 : 1, в то время как для качественного студийного монитора она меньше
100 : 1 даже в идеальных условиях. Современные мониторы просто не имеют
376
Часть III • Это следует знать
такого «размаха», который соответствовал бы степени контрастности кино-
пленки.
Основные цвета (Primary colors). Красители в кинопленке действуют по
принципу цветных фильтров, пропускающих основные цвета (красный, зеле-
ный и синий), которые затем комбинируются системой восприятия человека
и создают ощущение определенного цвета. Эти красители пропускают основ-
ные цвета в определенном диапазоне частот. Редкоземельные люминофоры в
электронно-лучевой трубке монитора также генерируют красный, зеленый и
синий основные цвета, но их диапазон частот немного отличается от диапа-
зона красителей. В итоге красный цвет на экране монитора не будет точно
соответствовать красному цвету на пленке, и т.д. В некоторой степени это не-
соответствие можно компенсировать путем тщательной калибровки монито-
ра и кинорекордера, но совсем его устранить не получится.
Эффекты слоев пленки. Современная кинопленка представляет собой
сложную слоистую структуру, состоящую из светочувствительных веществ, а
также различных соединителей, ингибиторов, усилителей, блокировщиков и
тому подобного. Когда на пленку попадает красный свет, это не значит, что
экспонируется один только красный слой. Некоторое количество эта света
также экспонирует синий слой, небольшая его часть поглощается каким-либо
ингибитором, другая часть отражается при каком-либо взаимодействии, еще
одна молекула вдруг меняет свою частоту и излучает теперь в диапазоне УФ,
и т.д. Выводы здесь можно сделать такие: 1) оптическая химия реальной ки-
нопленки очень сложна; 2) многочисленные слои пленки взаимодействуют
друг с другом. В отличие от пленки, когда вы поднимаете на 10% уровень
красного канала в картинке на мониторе, он поднимается точно на 10%. Не
больше и не меньше. Что же касается реальной кинопленки, никаких «моде-
лей», позволяющих описать ее поведение при отображении картинки, не су-
ществует. Поэтому отображение по сути является неполным и не совсем кор-
ректным. Калибровка кинорекордера помогает решить эту проблему лишь
отчасти.
Калибровка монитора. Как мы убедились, разница между кинопленкой
и монитором настолько велика, что ее нельзя скомпенсировать с помощью
одной только таблицы соответствия (LUT). Однако правильная калибровка
монитора вкупе с правильной калибровкой кинорекордера может обеспечить
вполне приемлемое соответствие. Все рекордеры имеют средства предвари-
тельной калибровки и таблицы соответствия, так что с ними никаких про-
блем не возникает. Чего нельзя сказать о мониторах. Чтобы правильно отка-
либровать монитор рабочей станции, требуется специальное дорогостоящее
оборудование со светочувствительным устройством, которое подключается к
Глава 12 • Кино
377
монитору и считывает реальный цвет испускаемого экраном света для данно-
го значения RGB из буфера кадра. Затем создается таблица соответствия цве-
тов, согласно которой цвет излучаемого монитором света меняется таким об-
разом, чтобы соответствовать определенной спецификации. Вся эта процеду-
ра требует наличия оборудования, квалифицированного персонала, таблиц с
данными, разных технических операций и данных калибровки кинорекорде-
ра. Плюс к тому, подобная калибровка мониторов должна производиться раз
в несколько недель по причине нестабильности, свойственной ЭЛТ-
мониторам. Полученные таблицы соответствия будут содержать три немного
различающихся S-образных кривых отклика пленки для каждого цветового
канала, и для каждой рабочей станции таблица будет своя. Теперь вы не уди-
витесь, узнав, что простая настройка гаммы не сделает ваш монитор иден-
тичным по характеристикам кинопленке.
12.6. Цифровые интермедиаты (Digital Intermediate)
Теперь, когда вы познакомились с обработкой пленки, форматами кино, ки-
носканерами и кинорекордерами, самое время собрать вместе всю получен-
ную информацию и рассмотреть процессы с участием цифровых интерме-
диатов (Digital intermediate - DI). Как было отмечено в разделе 12.1 «Обра-
ботка кинопленки», отснятый киноматериал необходимо подвергнуть цвето-
вой синхронизации, чтобы откорректировать цвет каждого кадра. Этот про-
цесс уже переходит в компетенцию компьютеров, и вскоре цветокоррекция
всех художественных фильмов будет осуществляться в цифровой форме. Не-
удивительно, что это определенным образом отражается и на процессах ком-
пьютерной обработки кадров. В связи с этим имеет смысл побольше узнать о
DI-процессах финализации фильмов.
12.6.1. DI-ПРОЦЕСС
Первым шагом в обработке пленки является ее оцифровка - оцифровка всего
отснятого материала. Все 400 или 500 оригинальных катушек пленки доставля-
ются в отдел DI вместе со списком всех отрывков из каждой катушки и указа-
нием места, которое они должны занять в готовом фильме. Выбранные кадры
сканируются и записываются на диск, на что уходит порядка нескольких не-
дель при условии работы с разрешением 2k. По окончании этого процесса об-
разуется гигантская база данных. Например, для 100-минутного фильма, со-
стоящего из 144000 кадров, разбитых на 1500 или 2000 отрывков, требуется
около 1,5 терабайт (это 1500 гигабайт!) свободного дискового пространства.
После этого каждый кадр должен быть проверен и очищен от «грязи».
378
Часть III • Это следует знать
Затем кадры проходят высокоэффективную цифровую цветокоррекцию
на разрешении 2k для синхронизации цветов. Помогает им в этом высокооп-
лачиваемый оператор цветокоррекции. Современные цветокорректоры 2k
обладают гораздо большими возможностями по сравнению с любыми лабо-
раторными процессами. Они содержат «грубые окна» (необработанные мас-
ки), могут включать хромакей и люмакей а также использовать их в разных
комбинациях для выделения и обработки определенных участков экрана, на-
пример, только области неба (прямо как настоящий компьютерный худож-
ник!). Помимо потрясающего контроля цвета, доступны также другие опера-
ции обработки изображений, такие как увеличение резкости и устранение
«зерен», все в реальном времени.
После того, как первая катушка синхронизирована по цвету, она направ-
ляется в кинорекордер для записи на пленку. Обычно получается пять-шесть
• катушек по 2000 футов каждая; порядок их обработки не имеет значения.
Титры, как несложно догадаться, будут на первой и последней катушках. Для
международного рынка производятся «бестекстовые» версии синхронизиро-
ванного кино (то есть не содержащие титров). Это позволяет каждой стране
включать в фильм титры на своем языке.
После завершения обработки всего фильма и создания бестекстовой вер-
сии приходит очередь следующей стадии - видеозаписи. Чаще всего записы-
вают в формате HD 24р, как было отмечено в главе 11. Когда видеозапись 24р
готова, создают версию «pan & scan» 4x3 для DVD-формата. При малом
бюджете фильма это будет просто обрезанный 24р. Если же бюджет позволя-
ет, оператор цветокоррекции фактически перекомпонует (центрирует) весь
фильм на исходных отсканированных кадрах, чтобы получить более «привле-
кательную» версию 4x3.
В кинопроизводстве довольно часто пользуются следующим приемом:
весь фильм снимают в режиме полного кадрового окна, а затем в ходе DI-
процесса преобразуют его в стандартный формат. Большинство американ-
ских художественных фильмов имеют конечный формат 1,85 или 2,35. Чтобы
получить формат 1,85, кадры с полным окном (full aperture frame) просто
уменьшают (down scale) до размеров стандартного окна (academy aperture).
Чтобы получить формат 2,35, из полного кадрового окна (2048 х 872) выре-
зают «кусок» формата 2,35, а затем изменяют его размер до формата Синема-
скоп (1828 х 1556), при этом происходит анаморфное сжатие картинки. Про-
веденные исследования показали, что цифровое изменение границ кадра дает
гораздо более четкую картинку, чем оптическое. Конечно, полученное таким
способом изображение далеко не такое качественное, как оригинально снятое
Глава 12 • Кино
379
в формате Синемаскоп, зато оно позволяет избежать многочисленных труд-
ностей, связанных со съемками фильма в этом формате.
12.6.2. ПРЕИМУЩЕСТВА DI-ПРОЦЕССА
Главное преимущество, которое дает DI-процесс создателям фильма, - это от-
личный контроль операции цветокоррекции. Возможность обрабатывать только
выделенные области картинки, экзотические методы контроля цвета, например
настройка насыщенности (недоступная в лаборатории), а также возможность
выполнения различных операций обработки изображения, таких как увеличение
резкости и устранение зернистости - все это предоставляет режиссеру и опера-
тору невиданный уровень контроля. В результате готовый фильм выглядит более
качественно с художественной точки зрения по сравнению с тем же фильмом,
прошедшим ограниченную лабораторную цветокоррекцию. Помимо высокого
качества, DI-процесс также предлагает возможность устранять дефекты в филь-
ме, чего нельзя сделать в лаборатории. Процесс с участием цифровых интерме-
диатов имеет еще один побочный плюс: он исключает необходимость разрезать
драгоценный и неповторимый оригинальный негатив для монтажа. Ни один
режиссер или кинооператор, хоть раз попробовавший использовать DI-процесс,
не захочет возвращаться в лабораторию.
Второе преимущество цифровых интермедиатов - полная свобода в соче-
тании различных сред в одном фильме, потребность в котором все возраста-
ет. Используя DI-процесс, вы без труда сможете скомбинировать 35-
миллиметровые форматы «3 perf» и «4 perf», 16-миллиметровый формат, HD
видео, кадры с компьютерной обработкой и даже DV-CAM (ого!). При лабо-
раторной финализации фильма все эти среды потребовалось бы сначала пре-
образовать в единый формат (например, 16 мм - в 35 мм «4 perf»), и только
после этого появилась бы возможность начать работу. Помимо возрастания
финансовых затрат, это влечет за собой еще и потери электроэнергии. DI-
процесс позволяет комбинировать различные среды кино и видео, при этом
исходная версия каждого формата направляется в цветокорректор, где ее
размер и цвет корректируются таким образом, чтобы она соответствовала
остальной части фильма.
И, наконец, третье преимущество процесса с цифровыми интермедиата-
ми - это, собственно, цифровая версия фильма. Видео формата 24р получают
из исходных отсканированных кадров, а не с помощью телекинопреобразова-
теля из готового фильма. Соответственно, качество его намного выше. Вер-
сию 4x3 можно получить путем перекомпоновки, а не простым обрезанием
формата «letterbox». Кроме того, когда в процесс включается цифровая каме-
ра, ей необходима именно цифровая версия фильма. Некоторые предусмот-
рительные режиссеры сохраняют цифровые пленки с готовыми фильмами
для будущего (еще не совсем понятного им самим) использования.
380
Часть III • Это следует знать
12.6.3. ЦИФРОВЫЕ ИНТЕРМЕДИАТЫ И КОМПЬЮТЕРНЫЕ ЭФФЕКТЫ
Итак, имеет ли какое-то отношение все вышесказанное к нам как художникам
компьютерной графики? Еще как имеет. В прошлом по окончании работы вы
передавали заказчику обработанные кадры фильма, которые затем нужно было
монтировать в единый негатив. В будущем по окончании работы вы будете пере-
давать ему конечный файл с данными. В DI-процессе все кадры с компьютерной
обработкой передаются в цифровом виде, обычно путем пересылки через уст-
ройство Firewire из отдела DI в отдел компьютерной обработки и обратно. Кадры
с цифровой обработкой объединяются с цифровыми отсканированными кадра-
ми в цифровом цветокорректоре и подвергаются процессу цифровой синхрони-
зации по цвету, после чего передаются в цифровой кинорекордер.
Это ставит перед нами ряд новых проблем, самая простая из которых за-
ключается в выборе форматов файлов. В каком формате предоставлять изо-
бражения - в формате tiff с линейной записью данных или в формате Cineon
либо DPX с логарифмической записью (рассматриваются в следующей главе)?
Следующая проблема - калибровка цветов. В отделе компьютерной обработ-
ки проводится тщательная калибровка цвета на маршруте между монитором
и кинорекордером, вследствие чего готовый фильм получается согласован-
ным по цвету с монитором рабочей станции. Когда вы пересылаете ваши дан-
ные незнакомым людям из незнакомого отдела, вы понятия не имеете о цве-
товых характеристиках их устройств, и поэтому ваша картинка на их монито-
рах внезапно может приобрести очень неожиданный вид.
Еще одна проблема касается непосредственно процесса цветовой син-
хронизации. Оператор выполняет коррекцию цвета кадров с компьютерной
обработкой вместе с обычными отсканированными кадрами. Суть проблемы
в том, что композиция, которая отлично смотрелась на вашем мониторе, в
устройстве цветокоррекции довольно часто поднимается в контрастности,
что приводит к ее визуальному «разрыванию». Почти незаметные отличия
между элементами композиции после синхронизации цвета становятся со-
вершенно очевидными. Решение тут одно: создавать композиции из уже син-
хронизированных элементов. Правда, возникает маленькая загвоздка. Конеч-
ный вид фильма определяется лишь через несколько недель после того, как
вы завершите свою работу, поэтому никто не сможет выполнить для вас цве-
токоррекцию, пока вы не закончите.
Настоятельно рекомендуется проводить хотя бы базовую цветокоррекцию фо-
новых кадров перед созданием композиции, даже если конечный вариант
фильма еще не утвержден. Это поможет минимизировать изменения, возни-
кающие в ходе цветовой синхронизации, и не даст вашей композиции «разва-
литься на куски».
d □ Логарифмический
_L 3 ФОРМАТ ПРОТИВ ЛИНЕЙНОГО
Всего лишь несколько лет назад сканирование кинопленки было очень не-
обычным и дорогостоящим явлением и потому было мало распространено.
Поскольку этот процесс был довольно медленным и дорогим, его могли по-
зволить себе лишь проекты с большим бюджетом. В наше время благодаря
возросшей скорости киносканеров и бурному развитию процессов с цифро-
выми интермедиатами сканирование стало быстрым, недорогим и получило
широкое распространение. В результате резко возросло число специалистов,
работающих с отсканированными кинокадрами. Перед такими людьми неиз-
бежно встает вопрос: какой использовать формат - линейный или логариф-
мический?
Это один из самых спорных вопросов в сфере цифрового кино. Его
сложность обусловлена тем, что он затрагивает множество самых разных
областей: систему человеческого восприятия, кривые отклика в кино и, ко-
нечно же, математику. Много математики. Строго научное истолкование
всех этих вопросов сделало бы книгу трудночитаемой, к тому же, как мне
кажется, в этом нет настоятельной необходимости. Вместо этого я смело
взял некоторые научные термины, такие как «яркость», упростил математи-
ческую часть, выбросил слишком сложные подробности, и попытался со-
ставить более или менее понятный рассказ, который хотя бы можно про-
честь и принять к сведению. Мною была предпринята попытка представить
поведение кино и его цифровой формы с точки зрения художника компью-
терной графики, а не инженера. Прочитав эту главу, вы будете (я надеюсь)
иметь некоторое представление об основных принципах, которое вам дал
бы и строго научный подход, но ценой гораздо меньших усилий. Если же вы
хотите помучаться, обратитесь в компанию Kodak и попросите у них техни-
ческие описания процесса оцифровки в логарифмическом формате. Мало
вам не покажется.
Существует три причины, по которым стоит побольше узнать о логариф-
мическом формате киноданных, не говоря просто об углублении и обогащении
знаний в области выбранной вами профессии. Когда кинофильм оцифровыва-
ется и преобразуется в 8- или 16-битные линейные данные для компьютерной
обработки в типичной студии, качество изображения неизбежно снижается.
Вы теперь понимаете, каким образом и почему. Во-вторых, если 8- или 16-
битная линейная композиция преобразуется в лог-формат (логарифмический
382
Часть III • Это следует знать
формат) для записи на кинорекордере, вы получаете ограниченное изображе-
ние, которое не использует все преимущества динамического диапазона кино.
Причины этого явления вы также должны понимать. И последнее: если вы со-
бираетесь работать с 10-битным лог-форматом, вы должны четко представлять
себе, насколько он отличается от линейного формата, чтобы не наделать в ком-
позиции ошибок и дефектов, которые невозможно будет исправить. Итак, при-
стегните ремни - мы отправляемся в логарифмический мир.
13.1. Динамический диапазон окружающего мира
Одним из первых напрашивается вопрос: насколько окружающий нас мир
ярче, чем нам кажется? Этот мир имеет обманчиво большой динамический
диапазон (ДД), то есть разницу между самым темным предметом и самым яр-
ким. В целях наложения практических ограничений условимся, что самым
темным предметом в окружающем нас мире является черная пластинка со
значением яркости 1%, отражающая только 1% падающего на нее света. Это
«диффузная» поверхность (плоская, матовая, войлокообразная), которая рас-
сеивает падающий на нее свет подобно большинству объектов, за исключени-
ем блестящих поверхностей. Перейдем к противоположному концу диапазо-
на яркости. В качестве самого яркого предмета мы будем использовать солн-
це - это ярчайший источник света не только в кино, но и на всей планете. Это
сложно представить, но солнце не в 10 и даже не в 1000 раз ярче упомянутой
черной пластинки, а примерно в 20 000 раз!
Между солнцем и черной пластинкой с яркостью 1% необходимо вы-
брать точку отсчета, за которую мы примем белую пластинку с яркостью 90%.
Как вы наверняка догадались, она диффузно отражает 90% падающего на нее
света. В качестве примера такой поверхности можно привести очень чистую
белую футболку. Почему эта точка представляет для нас такую важность? Де-
ло в том, что она соответствует верхнему пределу диффузно-отражающих по-
верхностей. На практике очень сложно получить диффузную поверхность,
которая отражала бы больше 90% света. К тому же, такая поверхность уже
напоминает зеркало, что приводит к возникновению так называемых зер-
кальных (бликовых) отражений. Таким образом, диффузные отражения соз-
даются поверхностями, подобными войлоку или белой футболке, а зеркаль-
ные отражения - блестящими поверхностями, такими как хромированные
изделия или, собственно, зеркало.
Итак, у нас есть три контрольных точки в диапазоне яркости: черная пла-
стинка (1%), белая пластинка (90%) и солнце. Эти точки делят весь диапазон
Глава 13 • Логарифмический формат против линейного
383
на две части: от черной пластинки до белой (мы будем называть этот участок
«нормальной яркостью») и дальше белой пластинки («супербелый» участок,
или сверхбелый). Интервал «нормальной яркости» включает обычные диф-
фузно-отражающие поверхности, которые мы все знаем и любим: одежда,
кожа, здания, лягушки и т.п. Супербелый интервал включает источники све-
та - свечи, лампы, солнце и т.п. - и их отражения от блестящих предметов
(зеркальные блики). Именно супербелые объекты делают динамический диа-
пазон таким огромным, поскольку их яркость может в сотни и тысячи раз
превышать яркость «нормальных» диффузно-отражающих поверхностей.
Динамический диапазон диффузных областей по сравнению с супербелыми
объектами кажется просто ничтожным. Наша белая пластинка (90%) ярче
черной (1%) всего лишь в 90 раз, в то время как солнце ярче той же черной
пластинки в 20 000 раз.
Чтобы лучше представить ситуацию, посмотрим на колонку «Реальный
диапазон яркости» на рис. 13.1. Черная пластинка расположена в самом низу
колонки (ей соответствует яркость 1), а солнце - в самом верху (его яркость
составляет 20 000). Чтобы уместить на рисунке весь диапазон, расстояния
между значениями были намеренно искажены. Если бы картинка была изо-
бражена в правильном масштабе, интервал «нормальной яркости» от 1 до 100
сжался бы в тоненькую полоску в самом низу колонки, которую было бы не-
возможно различить и даже напечатать на странице книги. Искаженное изо-
бражение диаграммы на рис. 13.1 позволяет получить некоторое представле-
ние о размерах динамического диапазона окружающего мира для кино. Су-
пербелые объекты на самом деле в сотни и тысячи раз ярче, чем они кажутся
нашему глазу.
Каким образом глаз воспринимает такие объекты? Человеческий глаз
тоже имеет очень большой динамический диапазон, примерно в четыре раза
больше диапазона кино, однако он все же не идет ни в какое сравнение с
соотношением 20 000 : 1. Выйти из этой ситуации позволяет нелинейный
отклик глаза. Это означает, что по мере возрастания яркости чувствитель-
ность глаза падает. В случае линейного отклика предмет А, яркость которо-
го превышает яркость предмета В в 100 раз, казался бы глазу в 100 раз ярче.
В случае нелинейного отклика (то есть в нашем случае) объект А кажется
ярче, допустим, всего в 10 раз. С математической точки зрения такое пове-
дение глаза хорошо описывается логарифмической функцией. Но об этом
позже.
Колонка «Воспринимаемый диапазон яркости» на рис. 13.1 показывает,
как глаз воспринимает те же самые значения яркости. Он «растягивает» тем-
ный участок, чтобы различить в нем больше деталей, и «сжимает» яркий для
384
Часть III • Это следует знать
уменьшения детализации. Что интересно, точно так же ведет себя и кино.
Оно имеет такой же логарифмический отклик, как и глаз, что и делает его та-
ким удобным для записи изображений. Мораль всего этого повествования
такова: окружающий нас мир на самом деле совсем не такой, каким мы его
видим. Диффузно-отражающие объекты очень тусклые по сравнению с су-
пербелыми поверхностями и потому находятся в самом низу диапазона ярко-
сти. Однако глаз очень чувствителен в этом интервале, что позволяет ему
«растягивать» данный участок для большей детализации изображения. В ре-
зультате супербелый участок, занимающий основную часть реального диапа-
зона, сжимается в воспринимаемом диапазоне в маленький интервал. То же
самое происходит и в кино.
BRIGHTNESS
RANGES
PERCEPTUAL
RANGES
sun
sun
glints
light bulbs
glints
candle
Рис. 13.1 • Реальная яркость и воспринимаемая яркость
13.2. Поведение кинопленки
Под действием света (при экспонировании) кинопленка темнеет. Это связа-
но с тем, что кристаллы галогенидов серебра, содержащиеся в пленке, ста-
Глава 13 • Логарифмический формат против линейного
385
новятся непрозрачными, причем степень непрозрачности определяется ко-
личеством падающего на них света. Чем больше света, тем более непрозрач-
ной будет пленка, вплоть до максимальной непрозрачности, которая выра-
жается в «плотности» (density). Экспозиция (exposure) - это общая сумма
всего падающего на пленку света. Она определяется не яркостью света, а
общим числом фотонов, попавших на пленку за время экспозиции. Большое
количество света за короткий промежуток времени и малое количество све-
та за более длинный промежуток могут привести к одинаковой экспозиции,
а значит, к одинаковой плотности пленки. Соотношение между экспозици-
ей и конечной плотностью пленки - одна из важнейших технических харак-
теристик ее поведения. Графически эта характеристика изображается в виде
кривой отклика (response curve) кинопленки. Разные типы пленок имеют
разные кривые отклика, и знание точного отклика пленки вкупе с количест-
вом используемой экспозиции поможет избежать ситуаций пере- и недо-
экспонирования.
Однако для компьютерного художника кривая отклика конкретной
пленки представляет мало интереса, поскольку пленка уже отснята, ее плот-
ность зафиксирована, и светочувствительность исходной пленки теперь не
имеет значения. Что его действительно должно интересовать, так это прин-
цип работы кривой отклика, причем на то есть две причины. Во-первых, с
художественной точки зрения, знание местонахождения картинки на кривой
отклика играет большую роль в цветокоррекции и преобразовании линейных
данных в логарифмические. Во-вторых, с технической точки зрения, без по-
нимания этого принципа вы не сможете разобраться с проблемами, возни-
кающими при работе с линейными данными, а также с огромным динамиче-
ским диапазоном кино.
13.2.1. КРИВЫЕ ОТКЛИКА КИНОПЛЕНКИ (FILM RESPONSE CURVES)
Кривая отклика пленки показывает, как меняется ее плотность под действи-
ем света. Обычно кривые представляются в логарифмической форме, и мы
скоро узнаем, почему. Мы же начнем с наиболее понятного варианта, изо-
браженного на рис. 13.2, где показана типичная кривая отклика кинопленки
в довольно необычном виде. Она построена в знакомых нам линейных еди-
ницах, а не в традиционных, хотя и менее понятных, логарифмических. По-
скольку мы привыкли мыслить «линейно», в линейной форме график ка-
жется гораздо более понятным, тем не менее, довольно быстро обнаружи-
ваются его недостатки, о которых мы скоро поговорим. На рис. 13.2 плот-
ность временно обозначена как «непрозрачность» (opacity), поскольку тех-
нически мы не имеем права называть ее плотностью (density), пока она не
13- Цифровой коипозитинг
386
Часть III • Это следует знать
преобразована в логарифмические единицы. Но это неудобство всего на не-
сколько страниц.
13.2.2. ЭКСПОЗИЦИЯ (EXPOSURE)
По горизонтальной оси, обозначенной «экспозиция» (exposure), откладыва-
ются значения экспозиции пленки от 1 до 1000 единиц. Вы спросите: едини-
цы чего? На самом деле это не имеет значения. Это с равным успехом могут
быть люкс-секунды, фотон-недели или Таинственные Единицы Экспозиции
(я их только что придумал). Совершенно неважно, сколько таких единиц за-
нимает диапазон: от 1 до 1000, от 0,001 до 1 или от 3,97 до 3973. Главное -
чтобы максимальное значение экспозиции было в 1000 раз больше мини-
мального. Имеет значение только длина диапазона, но не единицы ее измере-
ния. К тому же, что может сказать слово «люкс-секунда»* 1 настоящему худож-
нику? Я просто взял единицы с наиболее удобным масштабом, чтобы ими
легче было оперировать.
103
EXPOSURE
Рис. 13.2 • Кривая отклика кинопленки в неудобных линейных единицах
Проанализируем форму кривой на рис. 13.2. Вначале, в области низких
значений экспозиции, она имеет крутой наклон, а затем постепенно вырав-
/
1 Одна люкс-секунда - это 1 люкс света за промежуток времени, равный 1 секунде. Это то \ке самое, что
одна нормальная свеча на расстоянии 1 метр за период, равный 1 секунде.
Глава 13 • Логарифмический формат против линейного
387
нивается по мере роста экспозиции. Это означает, что в области низкой экс-
позиции непрозрачность (плотность) пленки меняется быстро, а при увели-
чении экспозиции пленка становится менее чувствительной. Некоторое ко-
личество света, добавленное на темном участке, может поднять значение не-
прозрачности на 10%, но, будучи добавленным на светлом участке, приведет
лишь к ее 1%-му увеличению. Причина такого «спада» отклика пленки скры-
вается в насыщении ее зерен по мере возрастания экспозиции.
13.2.3. СКАЗКА О ШАРИКАХ
Спад кривой отклика кинопленки можно проиллюстрировать на таком неза-
мысловатом примере. Представьте себе стену, покрытую 100 воздушными
шариками. Если вы возьмете горсть дротиков и одновременно, не целясь,
бросите их в стену, вам удастся лопнуть, скажем, 10 шариков - то есть 10% от
всего количества. Если затем вы возьмете вторую горсть дротиков и снова
бросите их, лопнет приблизительно 9 шариков (90%), поскольку часть из них
уже лопнула в первый раз. С каждым следующим броском количество лоп-
нувших шариков будет все меньше и меньше, так как все больше и больше
дротиков будут попадать в уже «готовые» шарики. График такого постепен-
ного «насыщения» изображен на рис. 13.3 сплошной линией. Пунктирная ли-
ния соответствует линейному отклику, который имел бы место в том случае,
если бы каждая брошенная горсть дротиков лопала одинаковое число шари-
ков. Реальный отклик, как мы видим, далек от линейного.
•AUOOM*
Рис. 13.3 • Спад количества лопнувших шариков
Шарики - это аналог зерен пленки, лопнувшие шарики - это экспониро-
ванные зерна, а дротики - это фотоны света. Соответственно, при соударении
фотонов с зернами пленки мы получаем похожую ситуацию. Спад количества
лопнувших шариков с каждым броском дротиков, изображенный на рис. 13.3,
аналогичен спаду непрозрачности с увеличением экспозиции (рис. 13.2). Со-
ответствие между ними не совсем точное, поскольку процесс экспонирования
388
Часть III • Это следует знать
пленки все-таки более сложен, чем стрельба по шарикам, но основной мате-
матический принцип тот же.
13.2.4. ВОЗВРАЩАЯСЬ К КИНОПЛЕНКЕ...
Вы обратили внимание, что ось «экспозиция» на рис. 13.2 имеет два ряда чи-
сел? Верхний ряд - это обычные значения экспозиции, а нижний - те же са-
мые значения, но записанные в показательной форме.
Показательная форма записи - это своеобразная математическая «стеногра-
фия» для записи очень больших или очень маленьких чисел. Вместо того чтобы
переписывать все нули в числе 10 000 000 (десять миллионов), можно записать
то же число в показательной форме: 107, что означает «10 в степени 7», или
«единица с семью нулями».
Обратите также внимание, что расстояния между показательными числа-
ми неравномерны. Расстояние между 10° и 101 совсем крошечное, в то время
как между 102 и 103 очень большой промежуток. Фактически в левой части гра-
фика числа так «скучены», что даже не хватает места, чтобы вместить все зна-
чения - число 101 кое-как втиснуто сбоку с помощью небольшой стрелки.
Что, если нам потребуется подробная информация о том, что происходит
на интервале от 1 до 100? Дело в том, что наши любимые черная и белая пла-
стинки попадают как раз в этот самый интервал. Следовательно, там же будут
находиться и все остальные объекты в нормально экспонированном кино-
кадре. Другими словами, все интересующие нас объекты, которые мы хотели
бы видеть на кривой отклика, оказываются «смятыми» в маленький прямо-
угольник в левой нижней части графика, отмеченный надписью «Область ин-
тереса» (Area of Interest). Это связано с тем, что график отображает весь диа-
пазон экспозиции, доступный для пленки. Именно дефицит подробной ин-
формации на начальном участке кривой является главным недостатком ли-
нейного представления.
13.2.5. НЕПРОЗРАЧНОСТЬ (OPACITY)
Вертикальная ось графика на рис. 13.2 названа «непрозрачностью», поскольку
нанесенные на нее значения показывают, насколько непрозрачным становит-
ся негатив под действием света (мы переименуем эту ось в «плотность»
(density) сразу же, как только перейдем к логарифмическим единицам). В са-
мом низу графика, где непрозрачность равна 1, пленка практически прозрач-
на2, а по мере возрастания значений становится все более непрозрачной. По
2 На самом деле неэкспонированная часть пленки не является абсолютно прозрачной. Эта маленькая сте-
пень непрозрачности обозначена за единицу, так как она представляет собой точку отсчета для определе-
ния непрозрачности негатива по мере увеличения экспозиции.
Глава 13 • Логарифмический формат против линейного
389
этой оси значения измеряются уже не в таинственных единицах. Они пред-
ставляют собой отношения текущих значений к минимальной непрозрачно-
сти неэкспонированной части пленки. Значение «100» говорит о том, что не-
гатив настолько непрозрачен, что пропускает только 1/100 света по сравне-
нию с негативом со значением «1». На 50 единицах негатив пропускает 1/50
света, на 10 единицах - 1/10 света, и т.д. Обратите также внимание на колонку
чисел слева от значений непрозрачности - это те же числа, только в показа-
тельной форме. Поскольку диапазон значений на этой оси не так велик (от 1
до 100), все они уместились на рисунке без всяких стрелочек.
Тем не менее, в нижней части графика опять получилось скопление чи-
сел, и по той же самой причине, что и в случае горизонтальной оси. При ра-
боте с большим диапазоном значений подробно рассмотреть маленький на-
чальный участок можно двумя путями: сильно увеличить масштаб всего гра-
фика либо вырезать маленький участок (область интереса) и «раздуть» его.
Ни одно из этих решений не отличается элегантностью. Но что если попро-
бовать растянуть показательные значения, причем так, чтобы они располага-
лись равномерно?
13.3. Представление данных
в логарифмическом формате
Представление линейных данных в логарифмическом формате фактически
означает две вещи. Во-первых, это изменение обозначений. Например, для
числа 100 вместо обозначения 102 (10 в степени 2) пишут просто «2». Таким
образом, логарифм 100 равен 2, логарифм 10 (101) равен 1, а логарифм еди-
ницы (100) равен нулю. Во-вторых, это изменение положения. Положения
чисел 1 (логарифм равен 0), 10 (логарифм 1) и 100 (логарифм 2) на числовой
прямой сдвигаются таким образом, что их логарифмы распределяются по ней
равномерно. При этом величины, которые им соответствуют, разумеется,
расположены уже не равномерно. Чем больше становятся числа, тем сильнее
они сближаются.
Рис. 13.4 иллюстрирует, что происходит при переходе от линейного фор-
мата данных к логарифмическому. Обе числовые прямые представляют один и
тот же диапазон данных. На ЛИНЕЙНОЙ (LINEAR) числовой прямой (вверху)
линейные значения (от 1 до 100) распределены равномерно в отличие от пока-
зательных на той же прямой, только ниже (10°, 101 и 102), как на рис. 13.2. На
ЛОГАРИФМИЧЕСКОЙ (LOG) числовой прямой (внизу) можно заметить два
изменения: во-первых, изменились обозначения, то есть записываются только
390
ЧАСТЬ III • Это СЛЕДУЕТ ЗНАТЬ
И4 t а —ма. а » [МДГСИ J а а , а
* я ....да 1 т* я ? дммоддаяь. * ярдададада ' я 5 ~
показатели степеней (0, 1, 2 и т.д.); во-вторых, изменились положения, то есть
логарифмические числа сдвинулись и распределились по прямой равномерно.
Ниже этой числовой прямой приведены исходные линейные значения (обо-
значены синим цветом). Видно, как они перераспределились гармошкоообраз-
но, то есть чем дальше вправо, тем сильнее они сближаются.
।. _fr...। । ।. ' “ j
10>10 777.....................................
1 2 3 4 5 6*810 20 30 * 50 70 100
Рис. 13.4 • Линейные данные,
преобразованные в логарифмическую форму
На верхней, ЛИНЕЙНОЙ числовой прямой не хватает места для всех чи-
сел в интервале от 1 до 10, в то время как на ЛОГАРИФМИЧЕСКОЙ прямой
этот интервал занимает гораздо больший участок. Однако числа в интервале
примерно от 30 до 100 сильно сжаты, и все они не умещаются на таком ма-
леньком промежутке. Если мы посмотрим на исходные линейные данные,
приведенные внизу, то увидим, что одна единица между значениями 99 и 100
соответствует участку на прямой не больше точки в этой книге, а та же одна
единица, но между значениями 1 и 2, занимает добрую половину дюйма. Та-
ким образом, в результате преобразования данных из линейного формата в
логарифмический мы получили дополнительную информацию на начальном
участке прямой, но потеряли часть информации на конечном участке.
Вспомним кривую отклика кинопленки на рис. 13.2. Если бы мы выпол-
нили то же самое преобразование по обеим осям, оно имело бы такой же эф-
фект уширения для распределения данных. При этом область низких значе-
ний непрозрачности оказалась бы растянутой, в то время как часть информа-
ции о высоких значениях была бы потеряна. Но это не имеет особого значе-
ния, поскольку глаз также воспринимает в этом интервале меньше информа-
ции. Нас больше интересует, что происходит на начальном участке кривой,
поэтому рассмотрим подробнее «Область интереса».
На рис. 13.5 показано, что произойдет, если взять линейный график, изо-
браженный на рис. 13.2, и сдвинуть значения таким образом, чтобы показа-
тельные числа распределились равномерно, как на рис. 13.4, иными словами,
преобразовать кривую отклика пленки в логарифмическое представление.
Глава 13 • Логарифмический формат против линейного
391
Чтобы было легче понять, что и куда перемещается, логарифмы на рис. 13.5
показаны черным цветом вдоль соответствующих линий, а исходные линей-
ные значения, приведенные для сравнения, - серым.
Прежде всего, следует отметить, что изменилась форма графика: теперь
он представляет собой прямую линию, что очень удобно. Кроме того, на обо-
их концах кривой неожиданно появились горизонтальные участки. Слева та-
кой участок был и раньше, но на линейном графике (рис. 13.2) он был «втис-
нут» в маленький прямоугольник в самом углу рисунка, где его было почти не
видно. На логарифмическом же графике, несмотря на то, что масштабный
коэффициент непрерывно возрастает справа налево, наиболее увеличенным
оказывается именно левый угол. Такое увеличение позволяет выявить наи-
большее количество деталей в области маленьких значений - там, где это
больше всего необходимо. Крошечная «Область интереса», почти незаметная
на линейном графике, теперь составляет основную часть логарифмического
графика - это еще один его плюс.
10° 101 102 103
1 10 100 1000
LOG EXPOSURE
Рис. 13.5 • Характеристическая кривая кинопленки
в логарифмических координатах
Теперь, поскольку мы представили непрозрачность (opacity) в логариф-
мической форме, мы можем официально назвать ее плотностью (density).
Изменилось только название. Плотность, равная 2 - это то же самое, что и
392
Часть III • Это следует знать
непрозрачность, равная 102, но под другим именем. Она тоже пропускает
только 1/100 света по сравнению с самой прозрачной частью пленки. Короче
говоря, пленка с плотностью 2 пропускает в 100 раз меньше падающего света
по сравнению с пленкой, плотность которой равна 0.
Отлично. Теперь оставим в покое «тренировочную» кривую на рис. 13.5 и
перейдем к стандартной характеристической кривой пленки, изображенной
на рис. 13.6, с логарифмическими координатами по обеим осям. Кривая от-
клика имеет три зоны, каждая из которых соответствует определенному по-
ведению пленки. Эти зоны обозначены на рисунке как «подножие» (toe),
«склон» (straight line) и «плато» (shoulder). Имеются также три важных кон-
трольных точки: черная с яркостью (black ref) 2%, серая с яркостью (grey ref)
18% и белая с яркостью (white ref) 90%.
LOG EXPOSURE
Рис. 13.6 • Стандартная характеристическая кривая кинопленки
в логарифмических координатах
13.3.1. ТРИ ЗОНЫ КИНОПЛЕНКИ
В зоне «подножие» (toe) при изменении экспозиции плотность пленки меня-
ется крайне мало либо не меняется вовсе. Это означает, что в очень темных
участках, таких как густые тени, все небольшие колебания яркости сглажива-
ются и дают одно и то же значение плотности, что приводит к неизменной
потере мелких деталей изображения. Любая деталь густой тени, попавшая на
этот участок, будет «выровнена», и колебание яркости будет минимизирова-
но, если не устранено совсем. Это связано с тем, что ниже определенного
уровня экспозиции зерна пленки просто перестают реагировать на падающий
Глава 13 • Логарифмический формат против линейного
393
свет. По мере плавного увеличения экспозиции зерна постепенно начинают
проявлять ответную реакцию, и с черной контрольной точки (2%) начинается
прямолинейный участок графика, «склон» (straight line). Непосредственно
под этой точкой должна располагаться наша черная пластинка с яркостью
1%, однако вследствие выравнивания отклика пленки такие мелкие различия
стираются.
Следующая зона - это прямолинейный «склон» (straight line). Именно в
этом участке должна содержаться большая часть информации о картинке в
случае правильно экспонированного кадра. Увеличение экспозиции вследст-
вие возрастания уровня освещенности, яркости объектов или площади кад-
рового окна камеры приводит к соответствующему увеличению плотности
пленки. На данном прямолинейном участке любые изменения яркости объ-
ектов в снимаемой сцене вызывают аналогичные изменения плотности плен-
ки. Эта часть кривой отклика пленки отвечает «нормальной экспозиции», где
должны находиться все диффузно-отражающие объекты.
«Плато» (shoulder) в верхней части кривой показывает, как пленка посте-
пенно перестает реагировать на увеличение экспозиции. Причина этого явле-
ния заключается в «насыщении» пленки, которая больше не может увеличи-
вать свою плотность, из-за чего яркость любого объекта на этом участке мяг-
ко обрезается до максимального значения. Помните сказку о шариках? Когда
лопнули уже почти все шарики, сколько бы вы ни бросали дротиков, количе-
ство лопнувших шариков от этого не увеличится. Аналогично, когда экспо-
нированы все зерна кинопленки, сколько бы света на нее ни падало, больше
экспонированных зерен не станет. Поскольку кривая отклика выходит на
«плато» уже при экспозиции, равной 1000 (Ой! Я имел в виду логарифм экс-
позиции, равный 3), солнце с яркостью 20 000 окажется плавно обрезанным
до значения 1000.
13.3.2. ТРИ КОНТРОЛЬНЫХ ТОЧКИ (TREE REFERENCE POINTS)
Черная контрольная точка (black reference point) представляет значение
плотности экспонированной пленки, соответствующее черной пластинке с
яркостью 2% при правильной экспозиции. Эта точка не заходит на «подно-
жие» (toe) кривой, а значит, на этом участке можно различить некоторые де-
тали изображения. Ранее мы упоминали черную пластинку с яркостью 1%,
теперь же мы говорим о черной пластинке с яркостью 2%. Первая не является
контрольной точкой, она просто представляет самый черный объект, кото-
рый мы можем получить на практике, и попадает в область изгиба в нижней
части кривой. Так как она находится практически на «подножии», различи-
мых деталей в ней очень мало, и на пленке она имеет густой черный цвет.
394
Часть III • Это следует знать
В отличие от нее, точка 2% является важной активной частью картинки и
имеет выраженную детализацию. Следовательно, она должна находиться вы-
ше «подножия». Хотя это и звучит странно, но точки 2% и 1% сильно разли-
чаются по яркости - ведь точка 2% в два раза ярче, чем точка 1%.
Серая контрольная точка (grey reference point) .Серая пластинка с ярко-
стью 18% отражает только 18% окружающего света, но из-за логарифмиче-
ского отклика глаза она кажется нам точкой с яркостью 50%, которая нахо-
дится ровно посередине между черной и белой контрольными точками. Точ-
ка 18% также очень важна в лабораторных процессах, где ее значение необхо-
димо для определения необходимой экспозиции и проявления пленки. Плен-
ка экспонирована правильно, если серая пластинка с яркостью 18% дает оп-
ределенное значение плотности, измеренное с помощью денситометра. Это
позволяет привязать центральную точку участка с «нормальной экспозици-
ей» к определенному положению на кривой отклика, чтобы более темные и
более яркие диффузные объекты всегда попадали на прямолинейный участок,
а не сползали к «подножию» и не взлетали на «плато».
Белая контрольная точка (white reference point). Белая пластинка с ярко-
стью 90% представляет самую яркую диффузно-отражающую поверхность в
кадре и располагается существенно ниже «плато» (shoulder). Это позволяет
оставить небольшой запас на случай переэкспонирования, чтобы участок
«нормальной экспозиции» не залезал на «плато». На правильно экспониро-
ванной пленке все объекты выше белой контрольной точки становятся су-
пербелыми и плавно обрезаются в линейном пространстве как в видео, так и
в кино.
13.3.3. ПЕРЕ-И НЕДОЭКСПОНИРОВАНИЕ
В случае переэкспонирования (overexposure) сцены возникает эффект смеще-
ния всех значений плотности пленки в направлении «плато» (shoulder). При
этом не только увеличивается яркость всех объектов. Те значения, которые
раньше находились на верхнем краю «склона» (straight line), залезают на «пла-
то» и оказываются обрезанными на белых участках. Это приводит к безвоз-
вратной потере данных, и никакая цветокоррекция не поможет исправить
ситуацию. Пленка не содержит информации об объекте вследствие того, что
вся эта информация «уползла» вверх, в область насыщения пленки. Измене-
ния яркости объекта в этом случае уже не вызывают соответствующих изме-
нений в плотности пленки.
В случае недоэкспонирования (underexposure) пленки информация о кар-
тинке «съезжает» вниз, на «подножие» (toe) кривой отклика. При этом не
только уменьшается яркость всех объектов. Те значения, которые раньше на-
Глава 13 • Логарифмический формат против линейного
395
ходились на нижнем краю «склона», выезжают на «подножие» и оказываются
обрезанными на черных участках. Это также означает невосполнимую поте-
рю данных, и цветокоррекция здесь тоже оказывается бессильной. Пленка
здесь также не содержит информации об объекте вследствие того, что вся эта
информация «съехала» вниз, в область минимальной плотности пленки. Из-
менения яркости объекта не вызывают соответствующих изменений в плот-
ности пленки.
Ключевыми моментами здесь являются два удивительных свойства ки-
нопленки. Во-первых, она имеет такой обширный динамический диапазон,
что способна фиксировать как очень темные, так и Супербелые объекты, яр-
кость которых буквально в тысячи раз больше. Второе удивительное свойство
состоит в том, что пленка сохраняет довольно подробные детали изображе-
ния на темных участках, но все меньше и меньше деталей для очень ярких
объектов. Это отлично согласуется с человеческим зрением, так как мы тоже
видим большое количество подробностей в темных областях и все меньше
различаем деталей по мере возрастания яркости объектов.
13.4. Оцифровка пленки
Чтобы с киноматериалом можно было работать на компьютере, его нужно
предварительно оцифровать, то есть превратить в набор цифр - ведь компью-
тер умеет обращаться только с ними. При этом негатив математически инвер-
тируется, в результате чего темные участки становятся светлыми, как при про-
явке пленки. Процесс оцифровки (digitizing), или «квантования», изображения
фактически разрезает исходный непрерывный аналоговый элемент на отдель-
ные числовые «ломтики». Способ квантования (оцифровки) изображения
очень сильно влияет на конечный результат - файл данных изображения. Ка-
залось бы, самый простой и очевидный способ линейной оцифровки - просто
присвоить каждому возрастающему значению яркости возрастающее цифро-
вое кодовое значение. Однако такой метод имеет ряд неприятных побочных
эффектов. Этот раздел раскрывает причины появления этих эффектов и под-
водит нас, с пинками и понуканиями, к заключению, что оцифровку киноплен-
ки лучше выполнять в логарифмическом формате.
13.4.1. НЕДОСТАТКИ ЛИНЕЙНОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДАННЫХ
При выборе критериев качественной схемы оцифровки на ум приходят три
вещи. Во-первых, на изображениях не должно появляться никаких полос
(banding). Во-вторых, при работе с художественными фильмами не должно
быть никакого обрезания значений, чтобы сохранялся полный динамический
396
ЧАСТЬ III • ЭТО СЛЕДУЕТ ЗНАТЬ
диапазон кино 1000 : 1. И в-третьих, размер базы данных должен быть мини-
мальным. Давайте кратко рассмотрим математическую составляющую оциф-
ровки в линейном формате и проверим, насколько она удовлетворяет пере-
численным критериям.
Паразитная полосатосгь (Banding). Одним из главных критериев про-
цесса оцифровки является достаточно маленький шаг дискретизации, кото-
рый позволяет избежать появления нежелательных раздельных полос на изо-
бражении - бэндинга (контуров, ложных контуров, множественных каемок и
т.д.). В роли лимитирующего фактора здесь выступает система человеческого
восприятия. Ряд проведенных исследований показал, что глаз не способен
различить две расположенные рядом серые пластинки, если относительная
разница в их яркости составляет меньше 1%. Ключевое слово в этом предло-
жении - «относительная». Оно означает, что разница в яркости соседних
тонов серого цвета по отношению друг к другу должна быть меньше 1%, в
противном случае глаз увидит не один, а два отдельных цвета и линию между
ними, разделяющую два соседних тона серого цвета. Это правило одного
процента справедливо для всего диапазона яркости. Относительность разни-
цы также говорит о том, что, если пластинки будут темными, то разница в 1%
будет почти незаметна, в случае же светлых пластинок та же самая разница
окажется довольно значительной.
Маленький шаг яркости на темных участках и большой - на светлых.
Звучит проще некуда. Оказывается, однако, что поддерживать относительное
изменение яркости при переходе между данными на уровне менее 1% - задача
весьма непростая и может иметь серьезные последствия. В связи с этим имеет
смысл остановиться на ней немного подробнее.
На рис. 13.7 показан неожиданный результат линейной оцифровки изо-
бражения. Здесь представлен типичный случай, когда диапазон яркости 100 :
1 преобразуется в цифровое 8-битное изображение. Крайняя левая колонка
содержит 8-битные кодовые значения от 0 до 255, а соседняя с ней колонка -
фактические значения яркости, которые требуется перевести в цифровой
формат, от 1 до 100. Следующая колонка содержит разность двух соседних
кодовых значений яркости для нескольких точек из темных и светлых участ-
ков. Крайняя правая колонка представляет относительное изменение ярко-
сти между двумя соседними кодовыми значениями для тех же точек. Помни-
те, что именно это относительное изменение должно оставаться в пределах
1% во избежание появления разделительных полос. Наибольший интерес
представляет не столько сам процент изменения, сколько его поведение, то
есть каким образом меняется этот процент при переходе от темных участков
к светлым. На светлых участках относительное изменение яркости мало, но
Глава 13 • Логарифмический формат против линейного
397
при переходе к темным участкам оно постепенно увеличивается, и это выли-
вается в серьезную проблему.
coos brightness
VALUt
VAWt
BRIGHTNESS BRIGHTNESS
гмсксвеыгс wr*m“*W"S**5*
255
254
192
191
128
127
64
63
50
49.6
25
24.6
75
74.6
_ 100
f 99.6
75
0.4 -a- 50
___
0.40%
0.53%
Т60%
о
1
Рис. 13.7 • Относительное изменение яркости
при линейной оцифровке
В верхней части рис. 13.7 видно, что разность яркости для кодовых зна-
чений 255 и 254 составляет 100 - 99,6 = 0,4. Эта разность одинакова для всех
пар соседних кодовых значений и в каждом случае равна 0,4. Именно этого и
следовало ожидать от линейного формата данных - равных интервалов ярко-
сти между всеми кодовыми значениям. Это, по сути, вытекает из самого оп-
ределения линейного формата. Однако посмотрим, что же происходит с важ-
ным (для глаза, во всяком случае) относительным изменением яркости для
каждой выбранной нами точки.
Для двух верхних точек разность яркости составляет 0,4. Она делится на
значение яркости 100, в результате чего получается относительное измене-
ние яркости 0,40%; это гораздо ниже порога возникновения полос. На темном
участке разность яркости между кодовыми значениями 63 и 64 составляет
тоже 0,4, однако делится она уже на значение 25, и относительное изменение
получается равным 1,60% - это гораздо более резкий скачок, чем для кодово-
го значения 255, и он уже превышает порог возникновения бэндинга, т.е. по-
явления паразитных полос. Естественно, чем ниже, тем относительное изме-
нение яркости становится все больше. Именно этим при линейной оцифров-
ке объясняется наибольшая склонность к появлению бэндинга - полосатости
изображения в темных областях.
На самом деле зернистая структура кинопленки отчасти скрывает пара-
зитные разделительные полосы в оцифрованных кадрах, но только до опре-
398
Часть III • Это следует знать
деленного предела. Вероятно, вы уже поняли это по собственному опыту, так
как для устранения бэндинга в CGI-изображениях используется как раз до-
бавление зернистости (grain) или шума (noise).
Обесценивание данных (Data inflation). Вторая неприятность, возни-
кающая при линейной оцифровке, называется «обесцениванием данных». Оно
связано с потерей кодовых значений. Поскольку процентное изменение ярко-
сти между кодовыми значениями 254 и 255 составляет всего 0,4%, нам даже не
нужно значение 254. Мы можем от 255 сразу перейти к 253, и никакие полосы
при этом не возникают, поскольку разность в этом случае все еще не превыша-
ет 1%. Если бы оцифровка проводилась в 16-битном формате с 65 535 кодовы-
ми значениями, мы пропустили бы целые тысячи значений от промежуточных
тонов до ярких участков. К тому же в 16-битном формате кодовые значения
даже в темных участках располагаются так близко друг к другу, что раздели-
тельные полосы не появляются. Однако у этой медали есть и обратная сторона:
размер 16-битного файла в два раза больше по сравнению с 8-битным.
В примере на рис. 13.7 диапазон яркости 100 : 1 оцифровывается в 8-
битное изображение. Могу вас заверить: даже если уменьшить диапазон до 50
: 1 или провести оцифровку в 16-битном формате, проблему это не решит;
она просто отодвинется в сторону, но ее природа останется неизменной. При
линейной оцифровке относительное изменение яркости в темных участках
всегда будет больше, чем в светлых. Однако путем достаточного уменьшения
диапазона и/или увеличения битовой глубины можно достичь такого уровня,
на котором полосы будут практически неразличимыми для глаза. Но при
этом на ярких участках будет наблюдаться весьма ощутимая потеря кодовых
значений, Что приведет к ненужному увеличению объема базы данных.
Ограниченный динамический диапазон (Limited dynamic range). При
работе с видео данные киноизображений приходится обрезать на белых уча-
стках по причине ограниченного динамического диапазона (limited dynamic
range) видео. Однако для создания качественного художественного фильма
необходимо сохранить полный диапазон исходного негатива. Тут-то и выяс-
няется, что линейный формат плохо подходит для этой цели. На рис. 13.8 по-
казан полный динамический диапазон (1000 : 1) кино, оцифрованный в 8-
битные данные. Эта идея абсолютно бесполезна по двум причинам. Во-
первых, основная часть диапазона (выше отметки 90%) тратится на супербе-
лые области картинки. При этом на «нормально экспонированные» участки
между черной и белой контрольными точками остается всего лишь около 25
кодовых значений, которых явно недостаточно. Если бы оцифровка проводи-
лась в 16-битном режиме, на «нормальный» участок пришлось бы порядка
Глава 13 • Логарифмический формат против линейного
399
6400 кодовых значений, что уже неплохо. Но здесь еще одна, куда более серь-
езная проблема, с которой не справится даже 16-битный формат.
Поскольку основную часть полного динамического диапазона занимает
супербелый участок, «нормально экспонированная» область картинки оказы-
вается сосредоточена в самом низу диапазона и занимает лишь около 10% его
длины. В нормированных значениях супербелый диапазон занимает участок
от 0,1 до 1, в то время как «нормальный» - только от 0 до 0,1. Это означает,
что основная часть картинки будет выглядеть практически черной. При про-
смотре такого изображения на мониторе все, что вы увидите - это черная
картинка с несколькими яркими пятнами там и тут, отвечающими зеркаль-
ным бликам из супербелой области. 16-битная оцифровка нисколько не
улучшит ситуацию. Она просто использует более мелкий шаг дискретизации,
но минимальное и максимальное значения яркости при этом остаются таки-
ми же, как и в 8-битном формате. Именно они и представляют проблему.
Итак, что же здесь можно предпринять? Самый распространенный подход -
исключение супербелой области.
Рис. 13.8 • Оцифровка полного диапазона кинопленки
в 8-битном формате
400
Часть III • Это следует знать
Рис. 13.9 иллюстрирует метод «отбрасывания» супербелой области. Изо-
бражение с полным динамическим диапазоном 1000 : 1 обрезается до уровня
белой контрольной точки (white reference point), и новый диапазон составляет
всего 100 : 1. Но «нормальная» часть диапазона сохраняется, а ведь именно она
как раз и интересует нас больше всего. Теперь основная часть картинки на мо-
ниторе будет выглядеть как полагается. Именно такую версию с обрезанным
супербелым участком обычно представляют 8- или 16-битные оцифрованные
кинокадры. Видеоизображения обрезаются аналогично. Это решение пробле-
мы имеет один очевидный недостаток: обрезание супербелого участка приво-
дит к снижению качества изображения, и иногда довольно серьезному.
sun
glints
light bulbs
black ref
candle
Рис. 13.9 • Оцифровка только «нормального» участка диапазона
Попытка оцифровать полный динамический диапазон кинопленки при-
вела к двум большим проблемам. Во-первых, основная, наиболее важная
часть картинки оказалась практически в черной области, что сделало ее почти
неразличимой. Во-вторых, мы выяснили, что оцифровка должна проводиться
не менее чем в 16-битном формате во избежание возникновения бэндинга.
Размер данных при этом увеличивается в два раза по сравнению с 8-битным
форматом. Но это ведет к потере кодовых значений. Все эти проблемы реша-
Глава 13 • Логарифмический формат против линейного
401
ются (отчасти) путем отбрасывания супербелой области и последующей
оцифровки этого редуцированного изображения. Но при этом появляются
обрезанные плоские участки на изображении. Существует другое решение
проблемы, которое позволяет справиться со всеми этими недостатками. Это
логарифмическая оцифровка киноизображений.
13.4.2. ПРЕИМУЩЕСТВА ЛОГАРИФМИЧЕСКОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДАННЫХ
Обсудив недостатки оцифровки кинопленки в линейном пространстве, мы
теперь можем по достоинству оценить преимущества логарифмического ва-
рианта этого процесса. Итак, проверим, насколько он соответствует требуе-
мому качеству по трем критериям: отсутствия паразитных раздельных полос,
динамического диапазона и объема данных.
Бэндинг. На рис. 13.10 показано поведение относительного изменения
яркости в логарифмическом пространстве (log data). Хотя здесь используется
тот же самый диапазон 100 : 1 и та же 8-битная оцифровка, что и в линейном
примере на рис. 13.7, ситуация в корне меняется. При линейной оцифровке
разность яркости оставалась постоянной, однако относительное изменение
увеличивалось при переходе к более темным участкам. При логарифмической
оцифровке (log digitizing) разность яркости меняется, а относительное изме-
нение остается постоянным. На протяжении всего диапазона изменение ко-
дового значения на одну единицу воспринимается глазом как одно и то же
изменение яркости. В то время как линейное пространство равномерно по
яркости, логарифмическое равномерно по восприятию. Это очень важный
шаг в правильном направлении в поисках оптимальной схемы оцифровки.
Рис. 13.10 • Относительное изменение яркости
при логарифмической оцифровке
402
ЧАСТЬ III • Это СЛЕДУЕТ ЗНАТЬ
Итак, при оцифровке в логарифмическом формате относительное изме-
нение яркости остается постоянным на всем диапазоне. Но в 8-битном фор-
мате легче от этого не становится - оно все равно слишком высокое (1,79%) и
превышает порог возникновения паразитных полос. Однако эта проблема
легко решается. Так как относительное изменение яркости везде одинаково,
то при увеличении битовой глубины все значения уменьшатся на одинаковую
величйну. Так, переход от 8 бит к 9-битному формату приведет к двукратному
уменьшению относительного изменения яркости (от 1,79% до 0,9%). Новое
значение уже ниже порога возникновения разделительных полос. Конечно,
реально с форматом 9 бит работать не очень-то удобно, и мы использовали
его только в качестве иллюстрации того факта, что в логарифмическом про-
странстве для понижения относительного изменения яркости достаточно
просто поднять битовую глубину.
Полный динамический диапазон. Следующая проблема: каким образом
можно оцифровать полный динамический диапазон (full dynamic range) кино,
избежав при этом обрезания данных? Если мы увеличим яркостный диапазон
и выйдем за границы 100 : 1, относительное изменение яркости снова подни-
мется, но все равно останется постоянным для всех участков. Если при оциф-
ровке полного динамического диапазона кино 1000 : 1 увеличить битовую
глубину до 10 бит, постоянное относительное изменение яркости составит
0,67%. Это значение ниже порога возникновения бэндинга. Следовательно,
логарифмическая оцифровка позволяет преобразовать полный динамиче-
ский диапазон кино в цифровую форму при битовой глубине 10 бит без риска
появления паразитных раздельных полос.
Полный динамический диапазон кино разбивается примерно десятью
«стопами» - диафрагмами (stops), которые соответствуют удвоению экспози-
ции. Это означает, что, начиная с самой маленькой экспозиции, способной
вызвать заметное изменение в плотности пленки, значение экспозиции мо-
жет быть удвоено 10 раз. Это очень большой диапазон. 10-битный стандарт
Cineon обычно имеет чуть больше 11 диафрагм, что позволяет сохранить не-
который запас для настройки яркости как сверху, так и снизу и тем самым
избежать обрезания. В изображениях Cineon один «стоп» соответствует 90
кодовым значениям.
На рис. 13.11 показана оцифровка полного диапазона кино 1000 : 1 в ло-
гарифмическом пространстве и с разрешением 10 бит. Диапазон данных в
этом случае составляет 0-1023, что соответствует стандарту Kodak Cineon.
Когда линейные данные яркости преобразуются в логарифмическую форму,
происходит их перераспределение таким образом, чтобы расстояния между
логарифмическими значениями были одинаковыми, после чего выполняется
Глава 13 • Логарифмический формат против линейного
403
оцифровка логарифмических значений. При таком перераспределении диа-
пазон «нормальной экспозиции» между черной (black reference point) и белой
(white reference point) контрольными точками занимает две трети всего диа-
пазона данных - сравните с ничтожными 10% в линейном пространстве (см.
рис. 13.8). Кроме того, вся супербелая область теперь сжата в верхней трети
диапазона, в то время как раньше она занимала в нем 90%. Логарифмическая
оцифровка позволяет сохранить полный динамический диапазон кино и вы-
нести «нормальный» участок изображения в центральную часть диапазона
данных, где ему и положено находиться.
sun |
glints
light bulbs |
cahdle i
white ref |
i
I
olack ref
---1023
---959
---895
---831
---767
---703
---639
---575
---511
---447
---383
---319
---255
— 191
---127
---63
---0
Рис. 13.11 • Логарифмическая оцифровка
полного динамического диапазона кино
Эффективность данных. В работе с художественными фильмами сжатие
данных в отсканированных кинокадрах практически малоэффективны. Дело
в том, что применяемые схемы сжатия должны быть обратимыми во избежа-
ние снижения качества изображения, то есть выполнять компрессию данных
без потерь (lossless), и в их основе лежат алгоритмы сжатия пикселов с одина-
ковыми значениями, которых в скане очень мало. CGI-изображения (3D
анимации, matte painting и т.п.) могут иметь множество одинаковых значений
404
Часть III • Это следует знать
соседних пикселов, в отличие от кинокадров. Любое оцифрованное «естест-
венное изображение» (реально снятая сцена, в отличие от созданной компью-
тером) априори содержит определенную долю «шума» вследствие зернисто-
сти кинопленки. Этот шум практически исключает возможность появления
на картинке двух соседних пикселов с одинаковыми значениями, а заодно и
шанс использовать эффективно обратимое сжатие данных.
В этом случае единственное, на что нам остается надеяться - это «грубое»
двоичное отображение кинокадров, которое сохраняет всю необходимую ин-
формацию без потери битов, байтов или пропускной способности. Мы уже
выяснили, как происходит потеря кодовых значений от промежуточных то-
нов до ярких участков в линейном формате, когда постепенно уменьшающее-
ся относительное изменение яркости становится таким маленьким, что мно-
гие кодовые значения оказываются просто бесполезными. В случае логариф-
мических данных относительное изменение яркости остается постоянным,
благодаря чему ни одно кодовое значение не теряется. При глубине 10 бит на
канал все три канала одного пиксела можно уместить в одном 32-битном
«слове» (с двумя запасными битами). При глубине 16 бит на каждый пиксел
приходится по три 16-битных «слова», то есть всего 48 бит (с соответствую-
щим увеличением размера файла); кроме того, линейные 16-битные изобра-
жения еще и обрезаются в белых участках.
Вывод. Линейный способ представления данных очень прост и очевиден,
однако страдает недостатками разделительных полос, потери данных и ограни-
ченного динамического диапазона. Причина всех этих проблем одна и та же -
данные представлены в линейном формате, в то время как глаз является лога-
рифмическим «устройством», в результате чего между реальной картинкой и
нашим восприятием этой картинки существуют серьезные отличия. Логариф-
мические же данные отлично согласуются с нашей формой восприятия и по-
тому как нельзя лучше подходят для отображения информации о картинке.
Лог-формат позволяет эффективно передавать весь динамический диапазон
кино с глубиной 10 бит без опасности появления бэндинга. Таким образом, 10-
битная логарифмическая оцифровка обладает тремя большими преимущест-
вами:
® отсутствие паразитных раздельных полос;
® полный динамический диапазон 1000 : 1;
® меньший размер базы данных.
Но если логарифмический формат так хорош, почему же его не исполь-
зуют повсеместно? Дело в том, что с ним очень сложно работать, а почему -
мы узнаем в следующей главе.
Глава 13 » Логарифмический формат против линейного
405
13.5. Битовая глубина
Битовая глубина - это один из тех «темных» технических моментов, которые
время от времени вылезают наружу и сводят на нет все ваши усилия. Хотя
маленькая битовая глубина может привести к появлению бэндинга, тем не
менее, мы работаем с минимально возможной глубиной по одной простой
причине: увеличение битовой глубины приводит к увеличению размера фай-
лов, дискового пространства, памяти компьютера, времени передачи по сети
и вычислительного времени. Однако при сегодняшнем быстром уровне раз-
вития сетевых технологий и скоростей компьютеров, а также падением стои-
мости дисков и микросхем памяти мы уже можем представить тот великий
день, когда можно будет работать на нормальной битовой глубине. А пока
прочитайте следующий раздел, возможно, он вам чем-то поможет.
13.5.1. ЧТО ТАКОЕ БИТОВАЯ ГЛУБИНА?
Битовая глубина (bit depth) показывает, сколько компьютерных битов выде-
ляется на то, чтобы представить значения яркости каждого канала одного
пиксела изображения. Чем больше выделяется битов, тем больше битовая
глубина. Число битов определяет, сколько может быть получено кодовых
значений. Из четырех битов можно получить только 16 кодовых значений,
занимающих диапазон от 0 до 15. Обратите внимание, что максимальное зна-
чение (15) на единицу меньше общего числа возможных значений (16), по-
скольку диапазон начинается с нуля. Затем каждому кодовому значению (от 0
до 15) присваивается значение яркости (от черного до белого), которое оно
будет представлять. Таким образом, в 4-битном изображении может быть
только 16 возможных значений яркости. Важно понимать разницу между ко-
довым значением и яркостью изображения, которую оно передает, поскольку
одно и то же кодовое значение в разных ситуациях может представлять раз-
ные значения яркости. Рассмотрим этот момент чуть подробнее.
Возьмем самый распространенный пример: 8-битное изображение, для ко-
торого возможны 256 различных значений яркости (или оттенков серого), от
белого до черного. Для трехканального изображения (RGB) число возможных
цветов составляет 2563 (256 в кубе), а это целых 16,7 миллионов (если точно, то
16 777 216, но зачем нам такая точность?). 16 миллионов цветов - звучит по-
трясающе, но не следует забывать, что все эти цвета образуются всего лишь из
256 возможных «оттенков серого» для каждого цветового канала.
На рис. 13.12 изображен график серых оттенков от черного до белого для
нескольких значений битовой глубины. 4-битное изображение имеет 16 очень
больших ступенек, ступеньки 6-битного изображения гораздо меньше по
размеру, но их значительно больше, а 8-битное изображение содержит 256
406
Часть! 11 • Это следует знать
ступенек, но кажется нам непрерывной гладкой линией, поскольку его сту-
пеньки слишком малы, чтобы глаз мог их различить. В этом заключается ос-
новная идея: «ступеньки» яркости в изображении должны быть достаточно
маленькимй, чтобы восприниматься глазом в виде плавного перехода. Когда
разница в яркости между соседними кодовыми значениями становится за-
метной, возникают раздельные полосы - бэндинг.
Рис. 13.12 • График оттенков серого
Рис. 13.13 • Градиенты, изображающие
визуальный эффект битовой глубины
На рис. 13.13 показана та же самая информация, но с точки зрения наше-
го восприятия. Она демонстрирует постепенное увеличение «ступенек» ярко-
сти с увеличением битовой глубины. 4-битное изображение с 16 значениями
яркости содержит раздельные полосы вследствие очевидных скачков яркости
Глава 13 • Логарифмический формат против линейного
407
от одного кодового значения к другому, в то время как 8-битное изображение
с 256 значениями яркости кажется нам сглаженным. Но не следует забывать,
что оно также состоит из отдельных ступенек, как и картинки с более низкой
битовой глубиной, и в определенных условиях даже эти маленькие ступеньки
могут стать заметными и вызвать появление полос.
Из рис. 13.13 можно почерпнуть еще несколько важных сведений. Во-
первых, независимо от битовой глубины кодовое значение «О» соответствует
черному цвету, и этот черный цвет одинаков для всех значений битовой глу-
бины. Во-вторых, то же самое относится к белому цвету: максимальное для
каждой битовой глубины кодовое значение (15 для 4 бит, 255 для 8 бит и т.д.)
соответствует одному и тому же белому цвету. Это может вызвать путаницу.
В 8-битном изображении кодовое значение 15 соответствует практически
черному цвету, а в 4-битном 15 - это белый цвет. Далее,' в 16-битных изобра-
жениях максимальное кодовое значение 65 535 соответствует точно такому
же белому цвету, что и 255 в 8-битном изображении. Это один из ключевых
моментов: переход к глубине 16 бит не сделает белые участки более яркими,
он просто увеличит количество и уменьшит размер ступенек яркости.
Замечание о более ярких белых участках имеет два исключения. Одно из
них - это 10-битные логарифмические изображения, такие как Cineon и DPX, а
другое - файлы формата Pixar - EXR. В этих изображениях белая контрольная
точка (white reference point) расположена гораздо ниже их максимального ко-
дового значения, что позволяет им отображать информацию в широком дина-
мическом диапазоне, включая супербелые объекты, такие как зеркальные бли-
ки. Это значительно усложняет работу с изображениями этих типов, и потому
обычные 8- и 16-битные линейные изображения пользуются большей попу-
лярностью, поскольку хорошо работают в большинстве случаев. Обычно.
Итак, какие битовые глубины наиболее часто встречаются на практике? Ве-
роятнее всего, вам придется иметь дело только с 8-, 10- и 16-битными изображе-
ниями (одно- или четырехканальными, включая матте - или альфа-канал). Од-
нако иногда возникает путаница в их названиях. В табл. 13.1 перечислены самые
распространенные обозначения битовой глубины и их описания.
ТАБЛИЦА 13.1 • Распространенные принятые обозначения различных битовых
глубин
Обозначение Обычно имеется в виду
8 бит 3-канальное изображение (RGB) с 8 битами на канал,
либо 4-канальное изображение (RGBA) с 8 битами на канал,
либо одноканальное изображение размером 8 бит (матте, монохромное изо-
бражение и т.д.)
408
Часть III • Это следует знать
Обозначение Обычно имеется в виду
10 бит 3-канальное изображение (RGB) с 10 битами на канал
16 бит 3-канальное изображение (RGB) с 16 битами на канал, либо 4-канальное изображение (RGBA) с 16 битами на канал, либо одноканальное изображение размером 16 бит (матте, монохромное изображение и т.д.)
24 бит 3-канальное изображение (RGB) с 8 битами на канал
32 бит 4-канальное изображение (RGBA) с 8 битами на канал
Вы заметили, что 10-битное изображение не имеет четырехканальной или
одноканальной версии, подобно другим? Хотя 10-битные форматы файлов
Cineon и DPX технически поддерживают одно- и четырехканальные версии,
вы вряд ли с ними когда-нибудь столкнетесь. Дело в том, что они обычно ис-
пользуются для трехканальных RGB-сканированных фотоизображений (кино
или видео), не содержащих матте. В формате Cineon записывается оцифро-
ванное кино, а в DPX - и кино, и видео. CGI-изображения могут иметь фор-
мат DPX, однако это встречается редко.
13.5.2. НЕПОНЯТНЫЕ 10-БИТНЫЕ ФАЙЛЫ ФОРМАТА DPX
Говоря о 8-, 16-, 24- и 32-битных изображениях, мы обычно исходим из того
предположения, что данные этих изображений практически всегда имеют
линейный, а не логарифмический, формат. 10-битные файлы Cineon по умол-
чанию всегда логарифмические. Однако если вам попадутся файлы DPX, вы
уже не сможете ничего сказать о них, поскольку они могут быть как линей-
ными, так и логарифмическими. Если файл DPX получен из видеоисточника,
он будет линейным. Если он получен оцифровкой кино на киносканере, ско-
рее всего, он будет логарифмическим.
Но как это узнать? Если вам, предположим, не у кого спросить, вы можете най-
ти соответствующую информацию в заголовке правильно отформатированного
DPX-файла. Если у вас нет никаких средств, позволяющих прочитать заголовок,
попробуйте отобразить картинку на обычном мониторе рабочей станции (не
откалиброванном для кино, а таких мониторов большинство). Если изображе-
ние кажется низкоконтрастным, белесым и выцветшим, значит, оно имеет ло-
гарифмический формат. Если же оно выглядит нормально, значит, оно линей-
ное. Если вы все еще продолжаете сомневаться, попробуйте преобразовать
таинственное изображение из лог-формата в линейный. Если оно было линей-
ным, произойдет сильное смещение в сторону черного цвета, и картинка станет
безнадежно темной. Если же полученная картинка выглядит гораздо лучше,
чем исходная, значит, это было лог-изображение.
Глава 13 * Логарифмический формат против линейного
409
13.5.3. ИЗМЕНЕНИЕ БИТОВОЙ ГЛУБИНЫ
В некоторых случаях имеет смысл поднять битовую глубину с 8 до 16 бит, не-
смотря на то, что это значительно увеличит время обработки. Одна из таких
ситуаций - это создание градиентного графического элемента (линейного или
радиального) с помощью CGI, компьютерной системы рисования или непо-
средственно системы композитинга. Это, например, может быть небо. При
работе с глубиной 8 бит существует опасность появления на градиенте раз-
дельных полос. Если это произошло, создайте градиент заново с глубиной
16 бит, слегка «запылите» его шумом или зернистостью, после чего преобра-
зуйте перед использованием в 8 бит, если это необходимо. Если 16-битное
изображение преобразовать в 8-битное без добавления шума, оно будет со-
держать те же самые полосы, что и изображение, изначально созданное при
глубине 8 бит.
Второй случай, когда может понадобиться изменение битовой глубины - это
объединение двух изображений (путем операций наложения, screen, dissolve,
multiply и т.д.) с различной битовой глубиной, например 16-битного CGI и 8-
битного видео. Программа композитинга потребует, чтобы оба изображения
имели одинаковую битовую глубину. Ясно, что разумнее поднять глубину ви-
део до 16 бит, чем понизить ее до 8 бит в CGI-изображении. Некоторые про-
граммы даже делают это «автоматически». Если решающим фактором является
время обработки, после операции наложения картинке можно вернуть исход-
ную глубину 8 бит.
И третий случай: вы работаете с 8-битным изображением, и все идет замеча-
тельно, пока вы не пытаетесь выполнить определенную операцию обработки -
и тут появляется бэндинг. В качестве примера можно привести сильное размы-
тие (blur) элемента неба. Размытие устраняет естественные колебания значе-
ний пикселов и выравнивает до состояния плоского неглубокого градиента.
Еще одним отличным способом увидеть на своей картинке раздельные полосы
является последовательное выполнение ряда операций цветокоррекции. Уве-
личение битовой глубины изображения с 8 бит до 16 бит до последовательно-
сти операций исключит вероятность возникновения полос. Согласитесь, гораз-
до легче предотвратить появление бэндинга, чем искать способы удалить его,
когда он уже появился.
13.5.4. ФОРМАТ С ПЛАВАЮЩЕЙ ЗАПЯТОЙ
До сих пор мы говорили о битовой глубине, выражаемой только в целых чис-
лах, как их называют компьютерщики, и не использовали никаких дробных
или десятичных значений. В 8- и 16-битных данных в формате целых чисел
можно увидеть значения пикселов, равные 170, или 32 576, или 1023, но вы ни-
когда не увидите таких значений, как 170,00145 или -32567, 801. В формате чи-
сел с плавающей запятой значения пикселов выражаются десятичными числа-
ми от 0 до 1, причем 0 отвечает черному цвету, а 1 - белому. Здесь уже возмож-
ны такие значения как 0,35787 или 0,98337819. Количество поддерживаемых
410
Часть III • Это следует знать
десятичных знаков называется «точностью» плавающей запятой. В 8-битной
системе серому цвету с яркостью 50% будет соответствовать целое кодовое зна-
чение 128, а в формате с плавающей запятой - значение 0,5 или 0,50, в зависи-
мости от того, на какую точность отображения данных настроен GUI.
Формат с плавающей запятой представляет наивысшее возможное каче-
ство изображения для компьютерной графики. В нем нет ошибок округления
и проблемы разделительных полос, поскольку значения пикселов не разби-
ваются на несколько сотен отдельных «ступенек» яркости, как в 8-битных
изображениях. Данный формат также поддерживает возможность «перепол-
нения» и «потери значимости». Математика целых чисел для 8-битных изо-
бражений не позволяет получать значения больше 255 (переполнение) или
меньше 0 (потеря значимости). Если в результате вычислений получаются
значения, выходящие за пределы интервала от 0 до 255, они обрезаются, что
приводит к ошибкам округления. В формате с плавающей запятой возможны
значения как больше 1, так и меньше 0, например -0,7576 или 1,908, которые
не подвергаются обрезанию.
Вычисления для CGI всегда проводятся в формате с плавающей запятой,
после чего данные преобразуются в целый 8- или 16-битный формат для за-
писи изображения на диск. Текстурные карты, карты отражений, рельефные
карты и другие элементы изображений, составляющие CGI, могут иметь на
входе 8- или 16-битный целый формат, но внутри программы они преобразу-
ются для вычислений в формат с плавающей запятой. Аналогичная ситуация
и в программах композитинга: входные и выходные изображения могут быть
в 8- или 16-битном целом формате, однако вполне возможно выполнять все
внутренние вычисления в формате с плавающей запятой. В наше время
большинство пакетов композитинга поддерживает такую функцию.
Итак, мы убедились, что формат чисел с плавающей запятой - это здоро-
во. Почему же в таком случае он не используется всегда и везде? Причина в
очень высоких вычислительных затратах, которых он требует. Конкретные
значения меняются для разных систем, однако вычисления в таком формате
могут быть в 4 раза медленнее по сравнению с 16-битными вычислениями в
целых числах, и это еще не худший вариант. Формат с плавающей запятой
редко используется в композитинге просто из-за того, что 16-битные данные
в целых числах имеют достаточно высокое разрешение, чтобы не вызвать по-
явления проблем, к тому же они требуют намного меньше времени для вы-
числений.
Компания Pixar придумала особую версию данных изображения в формате
с плавающей запятой и назвала ее форматом EXR. Хотя этот формат и исполь-
зует плавающую запятую для представления данных пикселов, он все же явля-
Глава 13 Логарифмический формат против линейного 411
ется «коротким» форматом, так как состоит всего из 16 бит, в то время как
обычные числа с плавающей запятой имеют размер 32 бита или больше. Это
позволяет объединить огромный диапазон и точность данных в формате с пла-
вающей запятой с размером файла, характерным для 16-битных изображений в
целых числах. Однако вычислительных затрат здесь требуется все-таки больше,
чем для обычного 16-битного целого формата. Кроме того, для работы с таким
форматом представления данных необходим некоторый опыт и определенные
средства (инструменты). Тем не менее, этот формат представляет собой удиви-
тельное сочетание очень высокого качества изображения с относительно ма-
леньким размером файлов и меньшими вычислительными затратами по срав-
нению с обычным форматом чисел с плавающей запятой.
13.6. Паразитная полосатость (Banding)
Бэндинг - крайне неприятный дефект, поскольку избавиться от него, если он
все-таки возник, бывает очень сложно. В этом разделе мы рассмотрим приро-
ду восприятия паразитной полосатости, методы их устранения или предот-
вращения, а также возникновение полос на мониторе.
13.6.1. ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ПОЯВЛЕНИЯ БЭНДИНГА НА ИЗОБРАЖЕНИИ
Как не допустить появления паразитной полосатости? Это зависит от типа
изображения, с которым вы работаете. Между фотографическими и компью-
терными изображениями существует большая разница, которая сильно влияет
на битовую глубину и появление бэндинга. Оригинальное фотоизображение
(диапозитивы, негативы кинопленки или фотографии) содержит огромное ко-
личество мелких непрерывных колебаний в значениях яркости от точки к точ-
ке. При оцифровке в 8 бит, однако, эти непрерывные колебания «собираются»
(квантуются) всего лишь в 256 возможных значений яркости на один цветовой
канал. Тем не менее, тот факт, что в исходном изображении присутствовали
эти мелкие колебания, означает, что конечная оцифрованная версия также бу-
дет включать колебания значений пикселов даже в тех участках, которые тео-
ретически должны иметь один цвет. При ближайшем рассмотрении отскани-
рованные кинокадры оказываются «зернистыми». Более корректный термин -
«стохастические», то есть случайные. На рис. 13.14 изображен график нарезки
градиента сфотографированного неба (помечен буквой А) - он имеет опреде-
ленный наклон, однако состоит из стохастических значений пикселов, вызван-
ных мелкими колебаниями в исходной фотографии. В случае видео исходная
сцена также содержит эти колебания, и в конечной цифровой версии видео
стохастические значения пикселов квантуются в 256 значений яркости.
412
Часть III • Это следует знать
Рис. 13.14 • График нарезки фотоградиента (А)
и компьютерного градиента (В)
А теперь рассмотрим график с тем же самым наклоном для 8-битного гради-
ента, но созданного с помощью компьютерной графики (CGI, компьютерной
программы рисования или пакета композитинга), он отмечен на рис. 13.14 бук-
вой В. Сразу бросаются в глаза равномерные ступени, состоящие из плоских го-
ризонтальных участков с резкими краями - результат сильно отличается от от-
сканированной фотографии. Даже если разница между ступенями составляет
всего одно кодовое значение, она может проявиться в виде отдельных полос,
различимых по цвету, поскольку глаз очень чувствителен к однородным сосед-
ним участкам с немного отличающейся яркостью. Это разновидность полос, ко-
торая наблюдается в градиентах с низкой битовой глубиной (см. рис. 13.13).
Это различие между фото- и компьютерным изображениями имеет два
следствия. Во-первых, минимальная битовая глубина, при которой на фото-
изображении не возникают раздельные полосы, ниже, чем для искусственно-
го изображения. Это большой плюс, позволяющий сохранить данные, и по-
тому его часто используют. Во-вторых, если нужно убрать полосы из компью-
терного изображения, мы должны либо увеличить битовую глубину, либо
сообщить значениям пикселов стохастические колебания. На самом деле в
хорошем CGI могут быть колебания, имитирующие реальные колебания в
фотографиях. Они встраиваются в модели CGI путем добавления текстурных,
рельефных и «искаженных» карт (между прочим, смотрится неплохо). Далее,
хорошие программы композитинга добавляют в CGI-элементы зернистость
(или видеошум), что придает им более натуральный «фотографический» вид.
Если раздельные полосы возникают на градиенте, созданном в системе ком-
пьютерного рисования или программе композитинга, решение тут то же самое:
«ЯК/ заново создать элемент на глубине 16 бит, а затем добавить легкое «запыле-
ние» зернистостью. При необходимости его можно затем преобразовать в
8 бит, и оно уже не будет содержать полос.
Глава 13 • Логарифмический формат против линейного
413
Если очень сильно понизить битовую глубину, даже в фотоизображениях
может появиться бэндинг. Особенно это касается изображений, подвергав-
шихся сильному сжатию данных. Некоторые из современных цифровых
форматов видеолент способны записывать видео с полноценным движением
на совсем крошечную кассету с очень сильным сжатием. На рис. 13.15 пока-
зан преувеличенный пример, 4-битная версия исходного 8-битного снимка,
изображенного на рис. 13.16. Понижение битовой глубины уменьшает число
возможных значений яркости для каждого канала с 256 до 16. По этой при-
чине небо разбивается на несколько обширных участков с определенными
кодовыми значениями, из-за чего появляются раздельные полосы. Рис. 13.17
представляет график нарезки для участка неба, на котором видны обширные
участки выровненных кодовых значений по сравнению с мелкими колеба-
ниями в нормальном градиенте на фотоизображении (рис. 13.14).
Обратите внимание, что 4-битная картинка на рис. 13.15 очень мало по-
теряла в качестве на других своих участках. На всех остальных участках, кро-
ме неба, присутствует достаточно текстуры (колебаний), чтобы понижение
битовой глубины никак на них не отразилось. В первую очередь бэндинг про-
является на гладких градиентных участках картинки. Конечно, вряд ли вам
когда-нибудь придется работать с 4-битными изображениями, однако данная
разновидность полос, обусловленная выровненными (отсутствующими) ко-
довыми значениями, может явиться результатом определенных операций
обработки. Все кодовые значения группируются всего в несколько значений,
как показано на графике нарезки на рис. 13.17, и, несмотря на наличие сто-
хастических значений пикселов, глаз все равно видит отдельные полосы.
Рис. 13.15 • Бэндинг на градиенте неба Рис. 13.16 • Чистый градиент неба в ис-
в 4-битном изображении ходном 8-битном изображении
Бэндинг, обусловленный низкой битовой глубиной, более характерен для
8-битных CGI-изображений. Пример одного из них приведен на рис. 13.18. 8-
битные CGI обычно хорошо подходят для видеоработ, однако для кино они
не годятся из-за его слишком большого динамического диапазона. Почему
414
Часть III • Это следует знать
CGI-изображения так сильно подвержены возникновению бэндинга? Причи-
на в том, что они часто содержат гладкие градиенты, крайне притягательные
для «полосатого» дефекта. Единственное спасение - текстурные карты и до-
бавление зернистости, описанное ранее.
Рис. 13.17 • Бэндинг в отсканированной Рис. 13.18 • Бэндинг в CGI-изображении
фотографии, обусловленный
выравниванием кодовых значений
13.6.2. УСТРАНЕНИЕ БЭНДИНГА В ИЗОБРАЖЕНИИ
Избавление от бэндинга - перспектива не из приятных, поэтому, повторюсь,
лучше предотвратить его появление. Однако в некоторых случаях повторное
создание проблемного элемента невозможно, и тогда приходится устранять
полосы самостоятельно. Стандартное решение - добавить некоторое количе-
ство шума (или зернистости). Но иногда для этого требуется столько шума,
что картинка после его добавления становится жуткой и просто бесполезной.
В связи с этим к проблеме необходим более деликатный подход.
Следующий шаг - определить, какая разновидность бэндинга имеет место:
обусловленная гладким градиентом, как на рис. 13.14, или выровненными ко-
довыми значениями, как на рис. 13.17. Если в нормальном изображении вне-
запно на какой-то стадии композитинга появляются паразитная полосатость,
значит, вы столкнулись со вторым типом проблемы (выровненные значения).
Она может быть вызвана рядом операций цветокоррекции, следующих одна за
другой (об этом уже упоминалось ранее). В 8-битных изображениях это приво-
дит к накоплению ошибок округления, из-за чего происходит выравнивание
кодовых значений, на определенной стадии которого возникает бэндинг. Если
это возможно, замените последовательность операций цветокоррекции еди-
ной операцией, объединяющей их все - это поможет избавиться от полос. Если
такое решение недоступно, преобразуйте изображение в 16 бит до операций
цветокоррекции, а после их выполнения осуществите обратное преобразова-
ние в 8 бит (если нужно). В 16-битной версии останутся ошибки округления, но
они будут пренебрежимо малы. Для успешного проведения некоторых опера-
ций, например для создания рельефа, требуется преобразование изображения
в формат с плавающей запятой.
Глава 13 • Логарифмический формат против линейного
415
Если имеется проблема бэндинга первого типа (гладкий градиент), помочь
может только следующий радикальный подход. К сожалению, области его
применения ограничены, но, тем не менее, все же рассмотрим данную проце-
дуру на тот случай, если в один прекрасный день она вам понадобится. Об ог-
раничениях поговорим немного позже.
1. Преобразовать 8-битное изображение в 16-битное.
2. Применить очень сильное размытие.
3. Добавить немного зернистости.
4. Преобразовать изображение обратно в 8 бит (если это необходимо).
Преобразование градиента в 16 бит на первой стадии не решает проблему
появления отдельных полос, однако открывает возможности 256 новых дос-
тупных значений между всеми кодовыми значениями в исходной 8-битной
картинке. Проблема в том, что в 16-битной версии все кодовые значения оста-
ются собранными в 256 значений - это свойство данная версия унаследовала от
исходной 8-битной. Сильное размытие на второй стадии приводит к интерпо-
ляции новых кодовых значений между исходными 256, в результате чего не-
сколько больших ступеней данных разбиваются на много маленьких. Теперь
данные уже не собраны в 256 значений, а равномерно распределены по 16 би-
там. Легкое «запыление» шумом на третьей стадии завершает процесс и прида-
ет градиенту более натуральный стохастический вид. Поэкспериментируйте с
радиусом размытия, чтобы определить минимально необходимое значение.
Некоторые программы очень медленно работают с большими радиусами, по-
этому, вероятно, быстрее будет сильно уменьшить изображение, применить
размытие с маленьким радиусом, а затем вернуть ему исходный размер.
А теперь - не очень приятные новости. Эта процедура позволяет превра-
тить жуткие отдельные полосы в красивый гладкий градиент, однако ее нель-
зя применять для части изображения, например, только для неба. Операция
тяжелого размытия (heavy blur) «затягивает» пограничные объекты (облака,
деревья и т.д.) в размываемый участок, что приводит к искажению его цвета.
Однако в некоторых ситуациях она может дать отличные результаты, так что
оставьте ее где-нибудь в дальнем углу памяти.
13.6.3. БЭНДИНГ НА ДИСПЛЕЕ
Если вы работаете с изображениями на довольно высокой битовой глубине и
все равно наблюдаете раздельные полосы, это могут быть вызвано бэндингом
монитора. На дисплее рабочей станции даже в качественных 10- или 16-
битных изображениях иногда проявляются полосы. На самом деле никаких
раздельных полос в изображении нет - они есть в мониторе. Дело в том, что
для отображения на мониторе рабочая станция преобразует все изображения
416 ЧАСТЫП • ЭТО СЛЕДУЕТ ЗНАТЬ
с более высокой битовой глубиной в 8 бит. Поэтому если ваше изображение
имеет высокую битовую глубину, но при его просмотре вы видите полосы,
вспомните о полосах экрана. Было бы очень досадно пытаться исправить
проблему, которой не существует в принципе.
Чтобы проверить, вызван ли бэндинг непосредственно экраном, умень-
шите значения RGB подозрительного изображения в 5 раз, а затем увеличьте
обратно, чтобы восстановить исходную яркость. Если полосы содержались в
самом изображении, восстановленная версия будет содержать еще больше
полос. Если же они «принадлежали» монитору, их количество в восстанов-
ленной версии не изменится.
М ИЗОБРАЖЕНИЯ
В ЛОГАРИФМИЧЕСКОМ
ФОРМАТЕ
Я надеюсь, что вы прочитали предыдущую главу, посвященную линейному и
логарифмическому форматам, поскольку материал данной главы опирается
на ключевые понятия, изложенные в ней. Там мы узнали обо всех преимуще-
ствах лог-формата данных, который позволяет сохранить полный динамиче-
ский диапазон кино и является наиболее эффективным способом записи ин-
формации о картинке, не приводящим к тому же к потере данных. Также мы
узнали, что работать с логарифмическими изображениями непросто. В этой
главе мы рассмотрим, с чем это связано и что с этим можно сделать.
Все вопросы разбиты на два раздела. Первый посвящен преобразованию
логарифмических кинокадров в линейный формат. Это необходимо для того,
чтобы с ними можно было работать в линейной среде композитинга, которая
используется большинством студий. Во втором разделе рассматриваются во-
просы, касающиеся операций наложения, цветокоррекции и других с лог-
изображениями. Кроме того, предлагаются способы включения линейных
элементов, таких как matte painting или CGI, в логарифмические композиции.
Художники, уже работающие с программой логарифмического композитинга
Cineon, смогут просто побольше узнать о принципах ее работы. Для тех, кто
хотел бы работать в логарифмическом пространстве с помощью другой про-
граммы, предлагаются пошаговые процедуры обработки лог-изображений.
14.1. Преобразование логарифмических изображений
Если вы работаете в линейном пространстве, но вынуждены использовать
кинокадры, записанные в лог-формате Cineon или DPX, необходимо сначала
преобразовать их в линейный формат. Если же вы создали линейную компо-
зицию и собираетесь записать ее на пленку с помощью кинорекордера или
вставить ее в цифровой интермедиат, для этого опять же потребуется преоб-
разовать ее в лог-формат. В этом разделе мы рассмотрим, как работают эти
преобразования и как выполнить их наиболее эффективно.
14.1.1. ПАРАМЕТРЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
Преобразование изображений из линейного формата в логарифмический и
обратно предусматривает три параметра, правильная настройка которых по-
может избежать искажений картинки. Эти параметры - уровень белого, уро-
14- Цифровой композитинг
418
Часть III • Это следует знать
вень черного и гамма монитора. Мы рассмотрим, что из себя представляет
каждый параметр и как они влияют на процесс преобразования в обоих на-
правлениях.
Уровень белого и уровень черного (Black and white references). При
сканировании кинокадров в 10-битный лог-формат сохраняется полный ди-
намический диапазон кино 1000 : 1. На рис. 14.1 показано, как распределяется
информация о картинке в логарифмическом изображении. Супербелые уча-
стки (superwhites) - это участки, яркость которых намного выше, чем у обыч-
ных отражающих поверхностей. Это зеркальные блики, горящие лампочки,
солнце. Переэкспонированная пленка может начать «сползать» в эту область.
«Нормальная экспозиция» (normal exposure) - это участок, содержащий ин-
формацию о «нормальной» части картинки, то есть правильно экспониро-
ванных диффузно-отражающих поверхностях, таких как люди, машины, зда-
ния. Ниже приведены несколько ключевых моментов, касающихся эталонов
и имеющих непосредственное отношение к преобразованию изображений.
Cineon Image
Рис. 14.1 • Распределение изображения
в логарифмическом пространстве
Эталонный уровень белого, или просто - уровень белого (white reference).
Поскольку кино может поддерживать диапазон яркостей до яркости солнца
включительно, необходимо определить максимальное значение белого цвета
для нормально экспонированной части картинки. Это максимальное значение и
называется эталонным уровнем белого. Это точка, соответствующая на негати-
ве белой отражающей пластинке с яркостью 90% и имеющая 10-битное лога-
рифмическое значение равное 685 для нормально экспонированной пленки.
Глава 14 • Изображения в логарифмическом формате
419
Эталонный уровень черного, или просто - уровень черного (black reference).
Очевидно, самый черный цвет, который может иметь пленка - это ее цвет при
полном отсутствии экспозиции. Однако даже неэкспонированная пленка обла-
дает некоторой плотностью, которую киносканер измеряет (на участке между
кадрами или возле отверстий перфорации) и принимает за эталонный уровень
черного. Уровню черного соответствует кодовое значение 95. Почему не ноль?
Потому что необходимо оставить небольшой «запас» для колебаний значений
зернистости вокруг этого «уровня абсолютного черного», в противном случае на
черных участках не было бы никакой зернистой структуры.
Здесь сама собой напрашивается очевидная мысль: преобразовать пол-
ный динамический диапазон 10-битного лог-изображения в линейный фор-
мат. Однако это, оказывается, приводит к серьезной проблеме. Чтобы понять,
в чем она заключается, давайте рассмотрим, что происходит во время преоб-
разования полного динамического диапазона лог-изображения в 16-битный
линейный формат.
На рис. 14.2 показан поразительный результат этого способа преобразо-
вания. Участок нормальной экспозиции неожиданно сжался в крошечный
интервал, занимающий меньше 10% полного диапазона данных, а супербелый
участок, напротив, растянулся и заполнил 90% диапазона! Этот факт объяс-
няется тем, что значения яркости между кодовыми значениями 1023 (супер-
белый участок) и 685 (уровень белого) отличаются в сотни раз.
10 bit
log
16 bit
linear
Рис. 14.2 • Сравнение линейных и логарифмических данных
420
Часть III • Это следует знать
Итак, в линейной версии подавляющая часть диапазона данных занята
супербелым участком, который используется довольно редко. Это одна из
трех причин, заставивших людей изобрести логарифмический формат. В ло-
гарифмической версии участок нормальной экспозиции занимает примерно
две трети всего диапазона данных, в то время как супербелый участок - толь-
ко одну треть. Такое распределение данных о картинке намного удобнее. Тем
не менее, преобразование полного диапазона лог-изображения в линейный
формат все же находит применение в операциях наложения и операции
screen, о которых мы скоро поговорим.
Если бы мы попытались просмотреть результат такого преобразования
на мониторе, мы увидели бы картинку, подобную изображенной на рис. 14.4.
Учитывая резкое падение яркости изображения (см. рис. 14.2), не стоит удив-
ляться тому, что промежуточные тона стали практически черными, а види-
мыми остались только супербелые объекты. Именно по этой причине лог-
изображение необходимо обрезать по уровням черного и белого, ограничив
тем самым диапазон яркости участком нормальной экспозиции, который
способен отобразить монитор. Результат такого преобразования показан на
рис. 14.3. Часть картинки за окнами имела яркость выше эталона белого и по-
тому оказалась обрезанной.
Рис. 14.3 • Преобразование
лог-изображения
в линейный формат с обрезкой
Рис. 14.4 • Преобразование
лог-изображения
в линейный формат без обрезки
Теперь вы знаете, почему в процессе преобразования логарифмических
изображений в линейный формат происходит обрезка супербелого участка
выше уровня белого, и на картинке остаются только нормально экспонирован-
ные участки. Линейные устройства отображения, такие как мониторы, просто
не обладают соответствующими кривыми отклика и динамическим диапазо-
ном, чтобы передать полный диапазон негатива кинопленки. Что-то должно
быть принесено в жертву, и этим что-то оказались супербелые объекты.
Гамма монитора. Кино - среда отображения с фиксированными пара-
метрами, чего нельзя сказать о мониторах. Весь процесс кинопроизводства,
Глава 14 • Изображения в логарифмическом формате
421
от камеры до лабораторной обработки и кинопроекторов, очень тщательно
калибруется и стандартизируется с целью максимально точной передачи цве-
та. Один и тот же позитив в разных кинотеатрах будет выглядеть одинаково.
Однако, как мы все знаем по собственному опыту, с мониторами этот фокус
не проходит. Одно и то же изображение при просмотре на трех разных мони-
торах будет каждый раз выглядеть по-другому. Эти отличия обусловлены не-
сколькими факторами: температурой цвета монитора, параметрами яркости и
контрастности и, конечно, коррекцией гаммы монитора. Для настройки па-
раметров яркости и контрастности нужно просто выполнить обычную ка-
либровку монитора; что же касается гаммы - это дело вкуса, философии, ре-
лигии и так далее, поэтому она может быть у каждого своя.
Цель параметра гаммы монитора - компенсировать различия гамма-
коррекции для разных мониторов. Представьте два монитора с идентичной
калибровкой, но разными коррекциями гаммы - в этом случае один будет
выглядеть ярче, чем другой. Если преобразовать логарифмическое изображе-
ние в линейное, а затем отобразить его на обоих мониторах, очевидно, на од-
ном оно будет казаться более ярким, чем на другом. Так как мы хотим до-
биться, чтобы картинка выглядела одинаково на неодинаковых мониторах,
нам необходимо два разных линейных изображения, каждое с индивидуаль-
ной настройкой для конкретного монитора. Получить две разных версии по-
зволяет именно параметр гаммы монитора. Только благодаря ему киноизо-
бражение может выглядеть одинаково на двух разных мониторах.
Наоборот, при преобразовании линейного изображения в логарифмиче-
ский формат у вас есть картинка на переменном устройстве отображения
(мониторе), которую необходимо преобразовать в фиксированное простран-
ство отображения кино. Здесь тоже не обойтись без гаммы монитора - с по-
мощью этого параметра вы сообщаете процессу преобразования, предназна-
чено ли изображение для просмотра на ярком либо на темном мониторе. Та-
кой тип преобразования сопряжен с определенной проблемой: необходимо
иметь возможность видеть полученное лог-изображение правильно отобра-
женным, иначе придется работать вслепую.
14.1.2. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЛОГАРИФМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
В ЛИНЕЙНЫЕ
Преобразование из лог-формата в линейный (log to linear conversion) - един-
ственный вид преобразования форматов изображения, в котором большая
часть логарифмической картинки приносится в жертву (теряется) при обрез-
ке линейной версии по уровню белого. Кроме того, если забыть об осторож-
ности, можно случайно изменить и настройки яркости и контрастности.
422
Часть III • Это следует знать
В других видах преобразований, например из targa в tiff, происходит только
перевод компьютерных данных из формата файла в другой, но картинка при
этом не меняется. В преобразовании из лог-формата в линейный все не так.
Студии, в которых для компьютерной обработки выполняется преобразова-
ние 10-битных лог-изображений в 8- или 16-битный линейный формат, фак-
тически работают с очень ограниченными версиями исходной картинки. Во
всех приведенных ниже примерах в демонстрационных целях взяты 8-битные
данные изображения с диапазоном кодовых значений от 0 до 255.
Параметры преобразования. В процессе преобразования лог-
изображения (log) в линейное (lin) происходят две вещи. Во-первых, все дан-
ные картинки выше эталона белого и ниже эталона черного отбрасываются,
как показано на рис. 14.5. Во-вторых, задается гамма монитора для конечной
линейной версии. Она определяет гамма-коррекцию, которая будет к ней
применена. Параметры преобразования по умолчанию, определенные для
правильно экспонированной пленки, приведены в табл. 14.1.
ТАБЛИЦА 14.1 • Параметры по умолчанию для преобразования
из лог-формата в линейный
Уровень белого 685
Уровень черного 95
Гамма монитора 1,7
Рис. 14.5 • Преобразование
из логарифмического формата в линейный
Глава 14 • Изображения в логарифмическом формате
423
Важное замечание: если лог-изображение преобразовать в линейный формат,
а затем обратно в логарифмический с точно такими же параметрами («симмет-
ричное» преобразование), полученное лог-изображение будет идентично ис-
ходному лог-изображению за двумя исключениями. Во-первых, в новой кар-
тинке не будет значений данных выше уровня белого и ниже уровня черного,
поскольку все они были обрезаны при первом преобразовании. Во-вторых,
если линейное изображение имеет глубину 8 бит, а не 16, на темных участках
полученного лог-изображения появятся разбросанные там и тут «дыры» в дан-
ных. Это связано с тем, что 256 кодовых значений 8-битной линейной версии
соотносятся с 685- 95 = 590 кодовыми значениями новой лог-версии, и исход-
ных значений оказывается недостаточно. Из-за нелинейной природы такого
соотнесения большинство отсутствующих точек в темных участках объединяют-
ся в группы.
Уровень белого. Уровень белого - это максимальное логарифмическое
кодовое значение, сохраняющееся в линейной версии и соответствующее
максимальному линейному значению 255. Вся информация о логарифмиче-
ской картинке выше этого значения обрезается. Если уровень белого поднять,
например, до 750, то в линейной версии сохранится больше бликов. Однако в
связи с тем, что обширный динамический диапазон лог-изображения необхо-
димо согласовать с ограниченным диапазоном монитора, промежуточные
тона сдвигаются вниз и становятся более темными.
Уровень черного. Уровень черного - это минимальное логарифмическое
кодовое значение, сохраняющееся в линейной версии и соответствующее ми-
нимальному линейному значению 0. Вся информация о логарифмической
картинке ниже этого значения обрезается. Если уровень черного поднять,
например, до 150, то в линейной версии окажется обрезанным более широкий
диапазон черных участков. Чем больше обрезаемый диапазон, тем более тем-
ными становятся промежуточные тона.
Гамма монитора. Параметр гаммы монитора определяет гамму конечно-
го линейного изображения и задается таким образом, чтобы при проведении
коррекции гаммы, которая используется на мониторе рабочей станции, вид
лог-изображения настраивался в соответствии с данным монитором. Напри-
мер, если вы используете откалиброванный монитор SGI со значением гамма-
коррекции 1,7, то в процессе преобразования нужно ввести значение гаммы
монитора, равное 1,7. Гамма-коррекция мониторов Мас и ПК обычно состав-
ляет 2,2, но никто не запрещает вам поэкспериментировать с разными значе-
ниями, чтобы найти оптимальное, поскольку программа может переписать
значение гамма-коррекции монитора по умолчанию.
Настройка параметров преобразования. Параметры по умолчанию, ука-
занные выше, определены для правильно экспонированной пленки и стан-
дартного содержания картинки. Но многие снимки не вписываются в эти
рамки. По этой причине очень важно уметь настраивать соответствующие
424
Часть III • Это следует знать
параметры преобразования, чтобы правильно перенести зону наилучшего
восприятия из лог-изображения в линейное. В этом разделе предлагается не-
сколько советов и процедур по настройке цвета лог-изображений для линей-
ного пространства.
Очень важным фактором в преобразовании из лог-формата в линейный явля-
ется оптимальная коррекция цвета, выполняемая путем тщательной настройки
параметров преобразования. Использовать параметры по умолчанию для всех
изображений, а затем пытаться откорректировать цвет линейной версии - не
самая лучшая идея. Изображение, преобразованное в линейный формат, ста-
новится менее качественным и теряет часть информации о цвете. Соответст-
венно, цветокоррекция такого низкокачественного изображения может ухуд-
шить ситуацию еще больше. Если настроить параметры преобразования, ли-
нейная версия получится более похожей на желаемый результат, и в линейном
пространстве потребуется, возможно, только минимальная настройка. При
работе с глубиной 16 бит или в формате с плавающей запятой это не вызовет
никаких затруднений.
Ниже приводится несколько сценариев преобразования и рекомендации
по ним, а также рассматриваются проблемы, которые могут возникнуть в хо-
де операции.
Переэкспонированные изображения (overexposed) - лог-изображение пере-
экспонировано, и нужно вернуть линейную версию в нормальный диапазон. На
кинопленке имеется «запас», по меньшей мере, в два «стопа» (два значения
диафрагмы), чтобы картинку еще можно было спасти. Поднимите уровень бе-
лого и черного на одинаковую величину. Картинка при этом «съедет» вниз по
кривой отклика до нормально экспонированного участка. Не изменяйте пара-
метр гаммы монитора, если только вы не преследуете цель внести в яркость
картинки художественные изменения. Один «стоп» составляет 90 кодовых зна-
чений Cineon, поэтому если негатив был переэкспонирован на один «стоп»,
эталоны белого и черного следует поднять на 90 кодовых значений каждый.
Недоэкспонированные изображения (underexposed) - лог-изображение недо-
экспонировано, и нужно вернуть линейную версию в нормальный диапазон.
Понижение уровня белого поможет компенсировать дефект, но при этом не-
пременно возникнут проблемы с уровнем черного. Дело в том, что недоэкспо-
нированное изображение как бы «сползло» вниз по кривой отклика негатива, и
часть его оказалась на «подножии» (toe) кривой. При опускании уровня черно-
го ниже отметки 95 черные участки станут более светлыми, однако деталей в
них не прибавится по той простой причине, что их нет на исходном негативе.
Снижение уровня белого без изменения уровня черного позволит сделать кар-
тинку более светлой, но приведет также к увеличению контрастности. В данном
случае может потребоваться понизить гамму монитора, чтобы компенсировать
эффект недостаточной экспозиции.
Растянутый диапазон (extended range) - иногда в изображении могут присутст-
вовать очень яркие пикселы, значения которых превышают уровень белого по
умолчанию, равный 685, и которые очень важно сохранить в линейной версии.
Глава 14 • Изображения в логарифмическом формате
425
Это могут быть, например, огненные взрывы с максимальным значением пик-
селов 800. В такой ситуации не остается ничего иного, как поднять уровень бе-
лого до значения 800. К сожалению, это вызовет затемнение промежуточных
тонов. Чтобы компенсировать это явление, можно понизить параметр гаммы
монитора - это увеличит яркость промежуточных тонов, однако приведет так-
же к снижению насыщенности линейной версии. Потерянную насыщенность
можно будет частично восстановить с помощью цветокоррекции.
Мягкая обрезка (Soft clip). Более элегантные способы преобразования
лог-формата в линейный предусматривают опцию «мягкой обрезки», позво-
ляющую сохранить блики в линейной картинке. Обрезание весьма пагубно
сказывается на любом изображении. Оно оставляет на картинке «плоские»
пятна с резкими краями, которые сразу же привлекают к себе внимание сво-
им неестественным видом. Помимо плоских пятен, оно также часто приводит
к сдвигу цветов на обрезанных участках. Рассмотрим эти явления более под-
робно на конкретном примере.
На рис. 14.6 показаны значения RGB для одного пиксела в районе точки
обрезания, отмеченной пунктирной линией. В результате жесткой обрезки
(hard clip на рис. 14.7) значение красного существенно понизилось, в то время
как зеленое и синее остались нетронутыми - в итоге мы получили цветовой
сдвиг. В случае мягкой обрезки (soft clip на рис. 14.8) расстояния между зна-
чениями RGB уменьшились, вследствие чего понизилась контрастность, но
зато их соотношения остались прежними, то есть цвет пиксела не поменялся.
Кроме того, мягкая обрезка не оставляет после себя резких краев, она плавно
закругляет их, и обрезанные участки не так сильно выделяются.
Рис. 14.6 • Исходное Рис. 14.7 • Жесткая
изображение обрезка
Рис. 14.8 • Мягкая
обрезка
Если ваша программа поддерживает работу с логарифмическими изображения-
ми, но не содержит опцию мягкой обрезки, вы вполне можете создать ее сами с
помощью узла цветовой кривой. Просто нарисуйте кривую мягкой обрезки, как
на рис. 14.8, которая плавно обрезает лог-изображение до необходимого уровня
эталона белого. После того, как изображение пройдет через узел цветовой кри-
вой, в нем не останется ни одного пиксела со значением выше данного уровня,
которое могло бы быть обрезанным в процессе преобразования.
426
Часть III • Это следует знать
Прежде всего следует установить подходящий уровень белого для данного
преобразования, исходя из того, каковы значения белых участков в нормально
экспонированной части картинки. Затем с помощью статистики необходимо
определить максимальное кодовое значение в логарифмическом изображении.
Допустим, вы решили, что оптимальное значение уровня белого - это 710, а
максимальное кодовое значение составляет 900. В этом случае вам потребуется
цветовая кривая мягкой обрезки, которая плавно снижает значение 900 до 710,
как это изображено на рис. 14.9. Но мы все же хотим сохранить основную часть
картинки в линейном формате. Для этого добавляется точка фиксации (locking
point, в нашем примере это точка 600, 600). Обратите внимание, что продол-
жать цветовую кривую дальше входного значения 900 не имеет смысла, по-
скольку в этом интервале нет кодовых значений. Кроме того, кривая должна
сохранять некоторый наклон даже по мере приближения к значению 710.
В противном случае горизонтальный участок кривой проявится на конечном
изображении в виде плоского пятна без каких-либо деталей.
14.1.3. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
В ЛОГАРИФМИЧЕСКИЕ
Существует три варианта, когда вам может понадобиться преобразовать ли-
нейное изображение в логарифмический формат (linear to log conversion):
Вы работаете в логарифмической среде, но полученные вами изображе-
ния, которые требуется включить в проект, имеют линейный формат (напри-
мер, видео или рисунки Adobe Photoshop).
-I-
Л*?.
SGT-Г , -ч;
VUk : к- -
и' \ 'ч‘ '
т-г-i 1
' I9
1.8
.7
.6
.5
.4
.3
1.2
1.1
0
0 .1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 .8 .9 1
Рис. 14.9 • Цветовая кривая мягкой обрезки
для преобразования лог-формата в линейный
Глава 14 • Изображения в логарифмическом формате
427
Вы работаете с линейными изображениями, но для записи на кинорекор-
дере их необходимо преобразовать в логарифмический формат.
Вы работаете с линейными изображениями, но для внедрения в цифро-
вой интермедиат их необходимо преобразовать в логарифмический формат.
Возникает вопрос: где лучше выполнять преобразование - самостоятель-
но на своей рабочей станции или оставить эту работу специалистам, которым
вы передаете готовые изображения. Если это возможно, лучше сделайте это
сами, поскольку данный процесс может потребовать принятия творческих
решений, а мнение и вкус специалистов, работающих с кинорекордером, мо-
жет сильно отличаться от вашего.
Трудность здесь в том, что вам необходимо просмотреть преобразованное лог-
изображение на мониторе, откалиброванном для кино. В противном случае
получится, что вы работаете наугад, не имея никакого понятия о том, как будет
выглядеть полученное вами изображение. Если имеется монитор Cineon или
любой другой, откалиброванный для кино, вам крупно повезло. Однако про-
верьте, не преобразует ли при просмотре этот «калиброванный» монитор лог-
изображения в линейный формат. За неимением подобного монитора можно
создать несколько лог-версий одного изображения с разными параметрами
преобразования, затем доставить их по назначению (то есть в кинорекордер
либо цифровой интермедиат) и просмотреть на соответствующем киномонито-
ре. Лучшие параметры, определенные таким способом, используются затем
для преобразования всех остальных изображений.
Параметры преобразования. Когда линейное изображение преобразу-
ется в логарифмическое, максимальное линейное кодовое значение 255 со-
относится с уровнем белого, а минимальное значение 0 - с уровнем черного
конечного лог-изображения (см. рис. 14.10). Гамма, или яркость, промежу-
точных тонов этого изображения определяется параметром гаммы монито-
ра. Параметры преобразования по умолчанию полностью идентичны пара-
метрам преобразования лог-формата в линейный, которые приведены в
табл. 14.1.
Уровень белого. Максимальное линейное кодовое значение (255) соот-
носится с уровнем белого в логарифмической версии изображения, который
по умолчанию равен логарифмическому кодовому значению 685. Но это не
значит, что в лог-изображении непременно будет хоть один пиксел со значе-
нием 685. Если самому яркому пикселу в линейном изображении соответст-
вовало значение 200, то в лог-версии оно превратится в значение 550, что
значительно ниже уровня белого.
Уровень черного. Минимальное линейное кодовое значение (0) соотно-
сится с уровнем черного в логарифмической версии изображения, который
по умолчанию равен логарифмическому кодовому значению 95. Это опять же
428
Часть III • Это следует знать
не означает, что в лог-изображении непременно будет хоть один пиксел со
значением 95. Если самому темному пикселу в линейном изображении соот-
ветствовало значение 20, то в лог-версии оно превратится в значение 200, что
значительно выше уровня черного.
Рис. 14.10 • Преобразование
по умолчанию линейного формата в логарифмический
Гамма монитора. Параметр гаммы монитора определяет гамму (яркость
промежуточных тонов) конечного лог-изображения и задается таким обра-
зом, чтобы при вводе коррекции гаммы, которая используется на мониторе
рабочей станции, вид линейного изображения настраивался в соответствии с
данным монитором. Например, если вы используете монитор со значением
гамма-коррекции 1,7, то в процессе преобразования нужно ввести значение
гаммы монитора, равное 1,7.
14.2. Работа
с логарифмическими изображениями
Сегодня нередко приходится работать с 10-битными логарифмическими изо-
бражениями в формате Cineon или DPX. Хотя лог-изображения характери-
зуются наилучшим качеством для художественного кинопроизводства, рабо-
тать с ними весьма непросто. Для того чтобы должным образом просмотреть
такое изображение на обычном мониторе рабочей станции, требуется специ-
альная калибровка и особые программы. Более того, определенные операции,
например наложение, должны выполняться в линейном пространстве.
Глава 14 • Изображения в логарифмическом формате
429
Основную часть этих проблем позволяет решить использование программы
композитинга Cineon, однако даже в этом случае вы не застрахованы от раз-
ных неприятностей, связанных с логарифмическим форматом.
Многие современные программы поддерживают лог-формат, но всесто-
роннюю встроенную поддержку логарифмических изображений имеет только
Cineon. Тем не менее, работать с художественными фильмами в логарифми-
ческом пространстве можно и в других программах, если должным образом
изучить особенности этого формата. В этом разделе объясняется, какие опе-
рации можно выполнять в логарифмическом пространстве, а какие требуют
преобразования в линейный формат, и как осуществить преобразование, не
потеряв качество картинки.
14.2.1. ПРОСМОТР ЛОГАРИФМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ CINEON
Компания Kodak столкнулась с очень серьезной проблемой, которую можно
назвать главной проблемой цифрового кино, а именно - необходимо сделать
так, чтобы изображение на мониторе выглядело так же, как на экране киноте-
атра. Что же этому мешает? Мешает очень ограниченный динамический диа-
пазон монитора рабочей станции по сравнению с диапазоном кино, разница в
температуре цвета, и полное несовпадение кривых отклика. Чтобы получить
хотя бы примерное представление о том, как будет выглядеть 10-битное лог-
изображение при показе в кинотеатре, используйте для его просмотра мони-
тор рабочей станции, откалиброванный для формата Cineon с помощью сле-
дующей процедуры.
1. Прежде всего монитор нужно проверить системой цифрового анализа
(Digital Analysis System - DAS), которая подгоняет заводские настройки,
увеличивая динамический диапазон: делает черные цвета еще чернее, а
белые - белее.
2. Таблицы соответствия монитора (LUT) должны быть специальными таб-
лицами Cineon LUT - никаких простых кривых гаммы. Эти LUT коррек-
тируют характеристические кривые отклика позитивной пленки. На рис.
14.11 и 14.12 показано отличие простой кривой гамма-коррекции мони-
тора от S-образной кривой отклика позитива Cineon, разработанной спе-
циально для лог-изображений.
В таблице соответствия следует изменить температуру цвета монитора со
стандартного значения 9000° на температуру лампы кинопроектора 5400°.
При этом изображения будут иметь более теплый (более красный) оттенок.
Выключите все освещение в комнате, чтобы создать эффект «темного ок-
ружения» (dark surround), как в кинотеатре. Степень контрастности монито-
ра, проверенного системой DAS и находящегося в темном окружении, под-
430
Часть III • Это следует знать
нимается от стандартного значения 50 : 1 почти до 150 : 1, что уже довольно
близко к контрастности изображения на экране кинотеатра.
1
.9
.8
.7
.6
.5
.4
.3
.2
.1
0
Рис. 14.11 • Кривая коррекции гаммы
монитора
0 .1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 .8 .9 1
Рис. 14.12 • S-образная кривая
для логарифмического формата Cineon
14.2.2. КОРРЕКЦИЯ ЦВЕТА, ЦВЕТОУСТАНОВКА
Логарифмические изображения принципиально отличаются от линейных.
В линейных изображениях данные соответствуют значениям яркости картин-
ки. В логарифмических данные представляют собой показатели степени (ex-
ponents) значений яркости картинки. Одни и те же операции, выполняемые для
таких разных типов данных, естественно, приводят к совершенно разным ре-
зультатам. В связи с этим ниже приведены некоторые правила цветокоррекции
изображений в логарифмическом пространстве (log space).
Сдвиг оттенков (hue shifts). Допустим, изображение имеет нежелательный
голубой оттенок. Добавьте или отнимите постоянные величины от одного или
нескольких цветовых каналов. Если вы работаете в нормированном цветовом
пространстве, величины порядка 0,03 вызовут небольшие, но заметные изме-
нения. При работе в 10-битном режиме (0-1023) для подобного изменения
следует взять величину около 30. Чтобы получить такие же цветовые сдвиги в
линейном пространстве, потребовалось бы понизить значения RGB практиче-
ски до нуля.
Яркость (brightness). Добавьте или отнимите одинаковую постоянную
величину от всех трех цветовых каналов. Используйте те же значения, что
указаны выше для цветовых сдвигов. Этот прием позволяет поднять яркость
изображения без увеличения контрастности или потери насыщенности. Один
«стоп» яркости составляет все те же 90 кодовых значений Cineon. В линейном
I
Глава 14 • Изображения в логарифмическом формате
431
пространстве изменение яркости влечет за собой изменения в контрастности
и насыщенности.
Насыщенность (saturation). Операции изменения насыщенности для ло-
гарифмических изображений ничем не отличаются от линейных.
Контрастность (contrast). Для увеличения или уменьшения контрастно-
сти поднимите или опустите значения каналов RGB - точно так же, как для
линейных изображений.
Коррекция гаммы (gamma correction). Настройка яркости промежуточ-
ных тонов в лог-изображениях выполняется с помощью операции гамма-
коррекции точно так же, как и в линейном пространстве.
14.2.3. НАЛОЖЕНИЕ ЛОГАРИФМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
(COMPOSITING LOG IMAGES)
Если вы просто импортируете логарифмические изображения в узел наложе-
ния без использования программы Cineon, все математические расчеты ока-
жутся неправильными, и результат вас просто испугает. Чтобы выполнить
наложение двух картинок в лог-формате, необходимо сначала преобразовать
их в линейный формат, затем произвести наложение, а после этого осущест-
вить обратное преобразование. В этом разделе рассказывается, каким обра-
зом задать параметры преобразования до и после операции наложения, на
какой стадии проводить цветокоррекцию и как создать полупрозрачную
композицию. Все приведенные здесь настройки по умолчанию подразумева-
ют использование обычного обратно умноженного (unpremultiplied) изобра-
жения для переднего плана, со сгенерированной какого-либо рода маской,
например, применяемой для съемок на зеленом экране. Наложение CGI и
лог-изображений - отдельный вопрос; он рассматривается в разделе 14.2.7
«CGI-изображения».
Конвертация из логарифмического формата в линейный. Операция
конвертации изображения из лог-формата в линейный (converting log to
linear) должна иметь правильную гамму и не должна приводить к потере дан-
ных. Чтобы исключить потерю данных, лог-изображение следует преобразо-
вать либо в формат с плавающей запятой, либо в 16-битный линейный фор-
мат без обрезания данных. Чтобы предотвратить обрезание, нужно устано-
вить уровень белого на максимальное логарифмическое кодовое значение
(1023), а уровень черного - на ноль.
Правильное значение параметра гаммы монитора для операции наложе-
ния составляет 1,7. Это значение предназначено не для просмотра изображе-
ния на мониторе, а именно для правильного наложения (correct composite).
Если взять другое значение гаммы монитора, изменятся характеристики кра-
432
ЧАСТЫН • Это СЛЕДУЕТ ЗНАТЬ
ев в композиции - они станут темнее или светлее, чем должны быть. Однако
в некоторых случаях значение гаммы монитора может быть изменено в ху-
дожественных целях, чтобы придать картинке какой-то особый вид. Пра-
вильные параметры преобразования из логарифмического формата в линей-
ный сведены в табл. 14.2.
ТАБЛИЦА 14.2 • Преобразование лог-изображения
в линейный формат для операции наложения
Параметры Примечания
Уровень белого 1023 Для предотвращения обрезания супербелых участков
Уровень черного 0 Для предотвращения обрезания черных участков
Гамма монитора 1,7 Внутренняя настройка по умолчанию для операций композитинга
Если для преобразования логарифмического изображения в 16-битный
(или с плавающей запятой) линейный формат и для обратного преобразова-
ния используются параметры, указанные в табл. 14.2, полученное лог-
изображение будет идентично исходному. В противном случае, если парамет-
ры прямого и обратного процессов преобразования не совпадают, два лог-
изображения будут несколько отличаться. Как можно видеть на рис. 14.4, ли-
нейные версии переднего плана и фона настолько темные, что на них практи-
чески невозможно что-либо рассмотреть, однако пусть это вас не смущает:
если их кто-то и будет рассматривать на данной стадии, то только узел нало-
жения.
Операция наложения (Compositing operation). Поскольку мы работаем
с обратно умноженными изображениями (unpremultiplied), в узле наложения
должна быть включена операция настройки плотности (scaling) переднего
плана, которая умножает переднеплановый слой на канал маски. В результате
этой операции все пикселы вокруг выделяемого объекта становятся черными.
После этого узел наложения умножает (multiply) фоновый слой на инверти-
рованную маску (inverse matte), чтобы вырезать «дырку» для объекта на пе-
реднем плане, а затем умноженный переднеплановый слой и слой фона скла-
дываются (add), образуя конечную композицию. Такова краткая схема про-
цесса.
Обратная конвертация в логарифмический формат. На выходе из узла
наложения вы получаете композицию в линейном формате, настолько темную,
Глава 14 • Изображения в логарифмическомформате
433
что о ее содержании можно только догадываться. Последней стадией операции
является обратное преобразование готовой композиции в логарифмический
формат (converting linear to log). Для этого процесса необходимо использовать
точно такие же параметры, как и для прямого преобразования, иначе готовая
композиция не будет соответствовать исходным составным частям. На рис.
14.13 изображена блок-схема типичной операции логарифмического наложе-
ния. Узел наложения Cineon содержит встроенные операции прямого [log21in]
и обратного преобразования [lin21og]. В других программах может потребо-
ваться добавить эти операции дополнительно, как показано на блок-схеме.
Рис. 14.13 • Блок-схема операции наложения
Как видно из рис. 14.13, маски не преобразуются в логарифмический формат.
Маски, альфа-каналы, рирпроекции или ключи - все они предназначены для
определения процента смешения переднего плана и фона либо для маскиро-
вания каких-либо операций. Они не являются «изображениями» в том смысле,
что не несут информации о значениях яркости света, поэтому нет необходимо-
сти выполнять их преобразование.
Коррекция цвета. Все операции цветокоррекции переднего плана и фона
выполняются в логарифмическом пространстве до преобразования в линей-
ный формат. Соответствующее расположение узла цветокоррекции [color
correct] показано в блок-схеме на рис. 14.14. Линейные версии здесь имеют
полный динамический диапазон, из-за чего кажутся почти черными. Соот-
ветственно, если вы попытаетесь откорректировать их цвет, вы ничего не
увидите. Используйте процедуры цветокоррекции лог-изображений, описан-
ные в разделе 14.2.2 «Коррекция цвета».
Прозрачность (Transparency). Чтобы добавить в композицию, например,
эффект плавного проявления, наплыва (fade up), можно использовать обыч-
ный параметр прозрачности в узле наложения. Разумеется, и передний план, и
фон, вводимые в узел, должны быть преобразованы в линейный формат, как
показано на рис. 14.13. Внутри узла наложения маска умножается на необходи-
434
Часть III • Это следует знать
мое значение прозрачности. Однако не все узлы содержат внутренний кон-
троль прозрачности. Если ваш узел как раз из таких, вы можете настроить про-
зрачность композиции вручную, добавив перед узлом наложения [comp] опе-
рацию настройки плотности маски [scale matte], как показано на рис. 14.15.
Рис. 14.14 • Добавление узла цветокоррекции в операцию наложения
Рис. 14.15 • Добавление операции проявления переднего плана
в логарифмическую композицию
14.2.4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОПЕРАЦИИ НАЛОЖЕНИЯ
ДЛЯ СОВМЕЩЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ И ЛОГАРИФМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
В некоторых случаях в логарифмическую композицию требуется включить
линейное изображение. Это могут быть рисунки Adobe Photoshop, отскани-
рованные картинки, видеоэлементы или изображения из программы мор-
финга. CGI-элементы, хотя.и имеют линейный формат, обладают некоторыми
особенностями, поэтому им посвящен отдельный раздел 14.2.7 «CGI-
изображения». Суть подхода заключается в преобразовании линейного изо-
бражения в лог-формат и его последующей обработке как обычного лог-
изображения.
Основное внимание следует обратить на то, чтобы цвет линейного изо-
бражения, переводимого в лог-формат, был как можно ближе к желаемому;
Глава 14 • Изображения в логарифмическом формате
435
это позволит избежать жесткой цветокоррекции после преобразования. Для
этого нужно правильно настроить параметры преобразования; обычно в на-
стройке нуждается только гамма монитора. Если в логарифмической версии
появляется бэндинг, попробуйте добавить в линейную версию зернистость
или шум, прежде чем выполнять ее преобразование.
14.2.5. ОПЕРАЦИЯ SCREEN
Во многих пакетах композитинга есть операция «экранирующего засвечива-
ния». Если в вашей программе ее нет, вернитесь к главе 6 - там рассказано,
как создать собственную операцию screen. А сейчас рассмотрим, как приме-
нить эту операцию к логарифмическим изображениям. Никак! Операция
screen, как и наложение, выполняется в линейном пространстве. Лог-
изображения [log BG], [log screen element] сначала преобразуются в линейный
формат [log21in], затем подвергаются операции screen [screen], после чего
осуществляется обратное преобразование [lin21og] (см. блок-схему на рис.
14.16). Как и в случае наложения, процесс преобразования не должен вызы-
вать потерю данных.
Рис. 14.16 • Блок-схема операции screen
для логарифмических изображений
Чтобы в процессе преобразования лог-изображений в линейный формат
не происходило обрезания данных, используйте параметры из табл. 14.2. Если
установить уровень белого на значение 1023, а уровень черного - на 0, конеч-
ные линейные изображения не будут обрезаны. И, конечно, для обратного
преобразования изображения, над которым была произведена операция
screen, в лог-формат следует использовать те же самые параметры. Кроме то-
го, как вы помните, все операции цветокоррекции выполняются в логариф-
мическом пространстве до преобразования в линейный формат.
Операция screen линейного изображения с логарифмическим. Допус-
тим, у вас есть логарифмическое фоновое изображение и screen-элемент,
представляющий рисунок Adobe Photoshop либо CGI-изображение. Необхо-
димо сначала преобразовать линейный элемент в логарифмический формат, а
затем следовать описанной выше процедуре для операции screen двух лог-
436
ЧастЫН • ЭТО СЛЕДУЕТ ЗНАТЬ
изображений. Главное отличие здесь заключается в способе перевода линей-
ного элемента в логарифмическое пространство.
Хитрость состоит в следующем: исходное линейное изображение ото-
бражается на правильную «позицию» в логарифмическом пространстве, по-
сле этого полученный результат, а также логарифмический фоновый элемент
преобразуются в линейный формат при помощи описанной выше процедуры.
Теоретически можно оставить линейный элемент в линейном виде, преобра-
зовать логарифмический фон также в линейный формат, а затем выполнить
операцию screen. Но дело в том, что два этих линейных изображения будут
находиться в разных диапазонах линейных данных, и для их согласования
потребуется ряд сложных операций настройки RGB. Гораздо проще выпол-
нить преобразования лин-»лог->лин->лог, хотя на первый взгляд это может
показаться ненужной тратой времени. В табл. 14.3 приведены параметры пер-
вичного преобразования линейного элемента в логарифмический формат для
операции screen.
В данном случае нет строгих математических ограничений, как в опера-
ции наложения. Можно поднять уровень белого, чтобы сделать блики более
яркими, или понизить гамму, чтобы увеличить контрастность, но ни в коем
случае не следует поднимать уровень черного. Если уровень черного отличен
от нуля, участки, имевшие в линейной версии черный цвет (значение 0), в
лог-версии станут более светлыми. Это приведет к появлению легкого «тума-
на» на всей картинке.
ТАБЛИЦА 14.3 • Параметры преобразования screen-элемента
из линейного формата в логарифмический
Параметры Примечания
Уровень белого 685-1023 Настройка по вкусу
Уровень черного 0 Только 0
Гамма монитора 0,6-1,7 Настройка по вкусу
Как и при наложении, операции цветокоррекции должны проводиться
для логарифмических версий изображений. При этом, однако, необходимо
убедиться, что ни одна из этих операций не повлияла на уровень черного в
фоновом слое. Не забывайте о «тумане». Рекомендуется сравнить полученное
логарифмическое изображение с исходным логарифмическим фоном, чтобы
проверить, нет ли в нем тонких цветовых сдвигов.
Утяжеленный screen (Weighted screen). В главе, посвященной операции
наложения, мы подробно рассмотрели, как выполняется операция утяжелен-
Глава 14 • Изображения в логарифмическом формате
437
ного screen обычных линейных изображений. То же самое можно сделать и
для лог-изображений, но операция настройки плотности (scaling), «утяже-
ляющая» фоновое изображение, выполняется в линейном пространстве.
Операция «настройка RGB» [scale RGB] на рис. 14.17, выполняемая для ли-
нейной версии фона, уменьшает его значения RGB путем умножения на маску
[screen matte], в результате чего операция утяжеляется. То есть получается
операция утяжеленный screen.
Рис. 14.17 • Блок-схема операции тяжелого просеивания
Маска яркости (luminance matte - показанная как screen matte на рис.
14.17) создается, однако, из логарифмической версии screen-элемента.
14.2.6. МАТТЕ PAINTING
В этом разделе мы рассмотрим процесс наложения с участием компьютерных
рисованных задних планов и масок, согласованных по цветам с логарифмиче-
скими изображениями. Чаще всего требуется выполнить рисунок на кино-
кадре, чтобы получить новую версию для использования в качестве фона, ли-
бо создать отдельный элемент для переднего плана для наложения на лог-
изображение. В любом случае линейный рисунок должен в конце концов ока-
заться в логарифмическом пространстве и соответствовать по цвету осталь-
ным элементам композиции.
Основная проблема в том, что рисунок создается в линейном простран-
стве, а элемент, которому он должен соответствовать по цвету, имеет лога-
рифмический формат. Используется следующая процедура: сначала лог-
изображение преобразуется в линейный формат с параметрами по умолча-
нию, указанными в табл. 14.1. Затем цвет рисунка согласовывается с цветом
линейной версии изображения, после чего готовый рисунок преобразуется в
лог-формат для операции наложения. Ключевой момент: убедитесь в том, что
в обоих процессах преобразования используются одни и те же параметры.
Советы и методы. Самое важное, что вы можете сделать в этом процес-
се - это проверить всю последовательность преобразований до создания ри-
438
Часть III • Это следует знать
сунка. Некоторые проблемы можно заметить только в линейном пространст-
ве на станции рисования. Они могут потребовать пересмотра параметров
преобразования из лог-формата в линейный. Другие проблемы всплывают на
поверхность только после перевода рисунка в логарифмическое пространст-
во; они уже потребуют пересмотра параметров преобразования из линейного
формата в лог-формат. Лучше найти и исправить все эти дефекты до того, как
художник, выполняющий matte painting потратит много часов, тщетно пыта-
ясь спасти положение. Ниже приведены некоторые проблемы, с которыми вы
можете столкнуться, а также возможные способы их решения.
Логарифмическое изображение кажется на станции рисования слишком
светлым или слишком ярким.
Если гамма-коррекция системы рисования сильно отличается от гаммы
монитора по умолчанию, используемой в процессе преобразования, изобра-
жение может оказаться слишком темным или слишком ярким. В этом случае
может потребоваться изменить гамму монитора. Чтобы сделать линейную
версию более яркой, необходимо понизить гамму монитора, и наоборот. Дру-
гой вариант - выполнить компенсирующую настройку гаммы монитора
станции рисования, однако немногие художники не одобряют такой метод,
поскольку он нарушает обычный вид их графического интерфейса.
В линейной версии наблюдается обрезание данных.
Иногда на участках, где требуется выполнить рисунок, присутствуют су-
пербелые пикселы, значения которых превышают уровень белого по умолча-
нию и потому подвергаются обрезанию в процессе преобразования. Напри-
мер, вам нужно что-то нарисовать на покрытой снегом вершине горы. Чтобы
сохранить супербелые детали картинки, необходимо поднять эталон белого.
Но при этом промежуточные тона станут более темными. Если это становит-
ся очень заметным, можно попробовать поднять гамму монитора. Но не пе-
рестарайтесь: увеличение гаммы может привести к появлению бэндинга в 8-
битных системах рисования.
Если супербелые элементы присутствуют только на участках, не входя-
щих в область рисования, поднимать уровень белого не следует. Конечный
рисунок будет обрезан до уровня белого, однако это можно будет легко ис-
править после возвращения в логарифмическое пространство. Чтобы сохра-
нить супербелые участки, примените к ним защиту на исходном лог-
изображении и наложите их на рисунок.
После преобразования рисунка в лог-формат на нем появляется бэндинг.
Конечно, появления паразитных отдельных полос можно избежать, если
использовать 16-битную систему рисования, так как при этом увеличивается
точность данных. Но что если вы работаете в 8-битной системе? Здесь суще-
Глава 14 • Изображения в логарифмическом формате
439
ствует два варианта. Во-первых, в закрашиваемые участки можно добавить
немного зернистости (шума). В процессе рисования они потеряют часть этого
шума и таким образом «спасут» картинку от бэндинга. Во-вторых, в процессе
преобразования исходного лог-изображения в линейный формат можно по-
низить гамму монитора от 1,7 примерно до 1. Чем выше значение параметра
гаммы монитора, тем больше вероятность возникновения полос. Проблема,
естественно, в том, что на станции рисования изображение будет выглядеть
слишком темным. Компенсировать этот факт можно путем изменения гаммы
монитора данной станции.
Линейное изображение выглядит иначе, чем логарифмическое.
Да, это бывает. Не следует думать, что линейная версия на станции рисо-
вания будет абсолютно идентична логарифмической версии на рабочей стан-
ции, использующей Cineon LUT. Помимо обрезания, линейная версия также
будет иметь некоторый синеватый оттенок, меньшую насыщенность и пере-
менную контрастность на темных участках. Эти различия обусловлены тем,
что при отображении линейной картинки используется гамма-коррекция
монитора, а логарифмической - таблицы соответствия Cineon. Самое боль-
шее, на что стоит надеяться - это умеренное сходство.
14.2.7. CGI-ИЗОБРАЖЕНИЯ
В большинстве студий CGI-изображения создаются в линейном формате, а
затем преобразуются в логарифмический, чтобы их можно было использо-
вать в композициях с реальными сценами. Теоретически можно создавать
CGI непосредственно в лог-формате, однако это не совсем обычный процесс,
и мы не будем рассматривать его в этой книге, посвященной композитингу.
Главная проблема с линейными CGI-элементами в том, что после преобразо-
вания в лог-формат они приобретают иной вид. Искажение CGI возможно в
двух ситуациях. Первая - рендеринг CGI-элемента и его последующее преоб-
разование в лог-формат, а вторая - непосредственно в ходе операции нало-
жения. В этом разделе рассматривается сначала рендеринг, а затем наложение
CGI-элементов на логарифмические изображения.
Рендеринг. Чаще всего для создания CGI-элементов, необходимых для
композиции, художнику по CGI предоставляют несколько кадров фонового
снимка с откорректированным цветом, чтобы у него была возможность сде-
лать несколько пробных композиций для проверки соответствия цветов и
освещения CGI-элемента и предполагаемого фона. Однако нередко бывает и
так, что в результате наложения готового CGI в логарифмическом простран-
стве на картинке возникают серьезные цветовые сдвиги, требующие героиче-
ских усилий в цветокоррекции для спасения ситуации. Да, линейные изобра-
440
Часть III • Это следует знать
жения никогда не будут точно соответствовать своим лог-версиям после ряда
2D и 3D операций, однако путем тщательных настроек можно добиться до-
вольно близкого сходства.
Начальной точкой является гамма-коррекция монитора рабочей станции CGI,
на которой создаются пробные композиции. Установите гамма-коррекцию ра-
бочей станции на 1,7 и используйте это значение для всех параметров гаммы
монитора во всех преобразованиях форматов на протяжении всего процесса.
Если вам известна лишь сквозная гамма монитора, убедитесь, что она состав-
ляет 1,5 - это означает, что гамма-коррекция равна 1,7. Итак, настроив коррек-
цию гаммы монитора, мы можем перейти к операциям создания CGI.
Шаг 1. Преобразуйте несколько логарифмических кадров с откорректи-
рованным цветом в линейный формат, чтобы отдел 3D мог использовать их в
качестве фоновых снимков для создания пробных композиций:
уровень белого = 685;
уровень черного = 0;
гамма монитора = 1,7.
Для уровня белого используется значение 685, поскольку это значение по
умолчанию для правильно экспонированного негатива. Если CGI-элемент
должен соответствовать каким-то объектам, яркость которых превышает 685,
можно поднять уровень белого, чтобы избежать обрезания. Однако никогда
не забывайте о двух очень важных моментах.
Первое: по мере увеличения уровня белого промежуточные тона стано-
вятся более темными, поэтому конечная картинка будет все меньше и меньше
похожа на своего логарифмического двойника. В перспективе это не пред-
ставляет особой проблемы, поскольку CGI-элемент будет согласован с более
темным уровнем, а затем обратно осветлен в процессе преобразования в лог-
формат. Проблема состоит в том, что согласовывать темные цвета намного
труднее, и даже самые маленькие различия после преобразования CGI в лог-
формат окажутся сильно увеличенными. Чтобы облегчить эту задачу, можно
ненадолго изменить гамму монитора рабочей станции, чтобы проверить со-
ответствие цветов на темных участках.
Второе: какой бы уровень белого ни использовался на этой стадии, точно
такой же уровень должен использоваться для первичного преобразования
CGI-элемента в логарифмический формат в шаге 4. Даже небольшие отклоне-
ния будут иметь довольно ощутимые последствия для яркости лог-версии CGI.
Обратите внимание, что уровень черного здесь устанавливается на 0. Это
очень существенно и имеет большое значение именно для создания CGI-
элементов. Причина в следующем: полученный CGI-элемент окружен черным
полем с яркостью 0. Когда это изображение впоследствии преобразуется в ло-
Глава 14 • Изображения в логарифмическом формате
441
гарифмический формат, это поле должно оставаться черным (оно не должно
подниматься до значения 95), иначе черные участки станут более яркими. Для
всех преобразований форматов должны использоваться одни и те же парамет-
ры; по этой причине в первичном преобразовании фонового снимка из лог-
формата в линейный также используется уровень черного, равный 0.
Шаг 2. Создайте CGI-изображение и составьте пробные композиции на
линейных фоновых снимках. После этого CGI-элементы передаются специа-
листам по операциям наложения.
Наложение (Compositing). Теперь мы переходим в отдел композитинга.
Хотя описанные ниже шаги могут показаться беспорядочным метанием меж-
ду линейным и логарифмическим пространствами, данная последователь-
ность операций подчиняется следующей строгой логике:
Операция обратного умножения (unpremultiply) должна выполняться в
линейном пространстве, чтобы математические расчеты были корректными.
Цветокоррекцию CGI-элемента необходимо проводить в логарифмиче-
ском пространстве, чтобы можно было наблюдать за результатами работы.
Операция наложения должна выполняться в линейном пространстве,
чтобы математические расчеты были корректными.
Шаг 3. Перенесите линейный CGI-элемент [linear CGI] в блок-схему опе-
рации наложения (рис. 14.18) и выполните операцию обратного умножения
[unpremultiply] для линейной версии. Сведения по данной теме можно найти
в главе 5. Если вы не собираетесь выполнять цветокоррекцию CGI-элемента
(а это может случиться!), можно полностью пропустить операцию обратного
умножения, оставив CGI предварительно умноженным (premultiplied). В этом
случае в узле наложения необходимо отключить операцию настройки плот-
ности переднего плана (шаг 6).
Рис. 14.18 • Блок-схема операции наложения CGI
Шаг 4. Преобразуйте каналы RGB CGI-элемента (но не альфа-канала) в
логарифмическое пространство [lin21og] с точно такими же параметрами, ко-
торые использовались в шаге 1. При этом линейное изображение правильно
442
Часть III • Это следует знать
«располагается» в логарифмическом пространстве и с этого момента теряет
свой «линейный характер». Теперь это просто еще одно лог-изображение, не
содержащее, однако, кодовых значений выше уровня белого, который ис-
пользовался для его преобразования из линейного формата в логарифмиче-
ский. Итак, у нас есть обратно умноженный (unpremultiplied) лог-элемент,
готовый для цветокоррекции.
Шаг 5. Для операции наложения [comp] преобразуйте RGB-каналы об-
ратно умноженного (unpremultiplied) логарифмического CGI-элемента с от-
корректированным цветом [color correct] в линейный формат [log21in] с по-
мощью следующих параметров:
уровень белого = 1023;
уровень черного = 0;
гамма монитора = 1,7.
Это стандартные параметры преобразования без потери данных непо-
средственно перед операцией наложения, перечисленные в табл. 14.2. В дан-
ном случае мы предотвращаем обрезание данных путем сохранения полного
динамического диапазона лог-изображения при его преобразовании в линей-
ный формат; для этого мы устанавливаем эталон уровень на 1023.
Шаг 6. Поскольку мы работаем с обратно умноженным (unpremultiplied)
переднеплановым слоем, в узле наложения выполняется настройка плотно-
сти (scaling) этого слоя. Если операция обратного умножения была пропуще-
на в шаге 3, операцию настройки плотности следует отключить. После опера-
ции наложения [comp] готовое линейное изображение преобразуется обрат-
но в лог-формат [lin21og] с помощью все тех же параметров, что и в шаге 5.
14.2.8. ТРАНСФОРМАЦИИ И ОПЕРАЦИИ РАЗМЫТИЯ
Теоретически все трансформации изображения (вращение, изменение разме-
ра и т.д.) и операции размытия (blur) должны выполняться в линейном про-
странстве. Дело в том, что во всех этих операциях используется фильтрация
(resampling) значений яркости пикселов. Но в логарифмических изображения
нет значений яркости, а есть только их показатели степени. По этой причине
математические расчеты становятся некорректными. В общем случае пробле-
ма заключается в том, что очень яркие пикселы, расположенные рядом с
очень темными пикселами, в результате фильтрации уменьшают свою яр-
кость и темнеют гораздо сильнее, чем должны.
Однако на практике пикселы в нормальном диапазоне ведут себя вполне адек-
ватно, поэтому в большинстве случаев эту проблему можно игнорировать и
выполнять трансформации и размытие в логарифмическом пространстве. Про-
сто отложите этот маленький прием в дальний угол своей памяти, чтобы в один
Глава 14 • Изображения в логарифмическом формате
443
прекрасный день, когда вы столкнетесь с подобной проблемой, вы смогли без
труда справиться с ней, удивив друзей глубиной своих познаний. Если для вы-
полнения какой-либо из этих операций потребуется преобразовать изображе-
ние в линейный формат, используйте параметры преобразования для полного
динамического диапазона, приведенные в табл. 14.2.
Если вам хочется увидеть наглядный пример такой проблемы, возьмите
лог-изображение звездного неба и примените к нему умеренное размытие.
Теперь вернитесь к исходному изображению, преобразуйте его в линейный
формат с полным диапазоном, примените к нему такое же количество размы-
тия и преобразуйте обратно в лог-формат. Сравнив две эти версии, вы заме-
тите, что размытые звезды в линейном пространстве гораздо ярче, чем те же
звезды в логарифмическом пространстве.
Приложение А
Маска разности цветов Adobe After Effects
(Color difference matte)
Из главы 2 мы узнали, что сырая маска генерируется путем определения раз-
ности между фоновым цветом и максимальным значением из двух оставших-
ся цветовых каналов. Adobe изобрел совершенно другой способ получения
сырой маски, который намного проще и, честно говоря, работает лучше, чем
можно было ожидать. Он использует только синий и красный каналы в отли-
чие от классического метода, использующего все три. В случае снимков на
синем экране синий канал инвертируется, после чего яркость черных участ-
ков снижается до нуля. Полученный результат используется в операции
screen с красным каналом, в итоге получается грубая маска. Затем ее плот-
ность настраивается таким образом, чтобы маска представляла собой одно-
родный белый участок на черном фоне, яркость которого равна 0 (операция
screen описывается в главе 6). Рассмотрим принцип действия этого метода на
конкретном примере.
Из снимка на синем экране, изображенного на рис. А.1, выделяется синий
канал (рис. А.2). Так как уровень синего канала в фоне на исходном снимке
очень высок, фоновое окружение переднепланового элемента оказалось до-
вольно ярким, в то время как сам элемент темный. После инверсии синего
канала ситуация меняется на противоположную (рис. А.З). Теперь элемент на
переднем плане светлый, а окружающий его фон темный - картинка стала
более похожей на маску. Однако нужно еще сделать цвет фона полностью
черным (яркость 0), а цвет элемента - полностью белым (яркость 100%). Сле-
дующий шаг - понизить яркость черного участка до нуля; это позволит очи-
стить область фона (рис. А.4). Однако на маске в области лица остались за-
метные темные участки.
Для заполнения этих темных участков используется красный канал, по-
скольку его уровень в таких элементах как кожа и волосы обычно довольно
высок. Кроме того, красный канал должен быть достаточно темным в области
фона, так как это снимок на синем экране. Сравните красный канал на рис.
А.5 с инвертированным и настроенным синим каналом на рис. А.4. Яркость
красного канала высока в области лица, именно там, где синий канал темный.
Приложение А
445
Мы можем использовать красный канал для заполнения этого темного участ-
ка с помощью операции screen с инвертированным синим каналом (рис. А.4).
В результате этой операции получается сырая маска по разности цветов
Adobe, изображенная на рис. А.6. Яркость лица и других участков переднего
плана несколько увеличилась за счет красного канала. Разумеется, область
фона также немного посветлела, но эту проблему легко решить.
Рис. А.1 • Снимок
на синем экране
Рис. А.З • Инвертирован-
ный синий канал
Рис. А.2 • Синий
канал
Рис. А.4 • Уровень черного, Рис. А.5 • Красный канал Рис. А.6 • Сырая маска
пониженный до нуля разности цветов Adobe
Теперь осталось только настроить плотность сырой маски таким обра-
зом, чтобы она выглядела как конечный результат, изображенный на рис. А.7.
Как и в случае классической маски разности цветов, операцию настройки
плотности здесь следует выполнять очень осторожно во избежание излишне-
го увеличения резкости краев. При настройке плотности любой сырой маски
рекомендуется использовать мониторинг, описанный в начале главы 3 и по-
зволяющий точно определить, на какой стадии процесса вы находитесь.
Для сравнения на рис. А.8 приведена сырая маска разности цветов, полу-
ченная с помощью классического метода из того же снимка. Сравните ее с
сырой маской Adobe на рис. А.6, и вы увидите заметную разницу. Однако по-
сле настройки плотности (рис. А.9) классическая маска кажется неотличимой
от маски Adobe на рис. А.7. Но, тем не менее, они не идентичны.
446
Приложение А
Блок-схема выделения маски по разности цветов Adobe изображена на
рис. А. 10. Первый узел, помеченный буквами [BS], представляет исходный
снимок на синем экране. Синий канал попадает в узел инверсии [invert] , см.
рис. А.З. В следующем узле уровень черного для области фона [black level] по-
нижается до нуля, после чего полученный результат помещается в узел, где
выполняется операция screen [screen] с красным каналом исходного изобра-
жения. На выходе из узла screen получается сырая маска (рис. А.6). В послед-
нем узле выполняется конечная настройка черного и белого уровней [scale
matte], см. рис. А.7. Ниже приведены некоторые вариации метода выделения
маски Adobe, которые могут вам пригодиться.
Рис. А.7 • Маска Adobe
после
настройки плотности
Рис. А.9 • Классическая
маска после
настройки плотности
Рис. А.8 • Классическая
сырая маска
разности цветов
Рис. А.10 • Блок-схема процедуры выделения маски
разности цветов Adobe
Можно использовать также и зеленый канал. После операции screen
красного канала с инвертированным синим снова опустите уровень черного
до нуля, а затем выполните screen на зеленый канал. После этого окончатель-
но настройте плотность сырой маски (яркость 0 для черного участка и 100
для белого).
Можно использовать цветовые кривые синего и красного каналов для
сдвига их центральных точек вверх или вниз - это позволит очистить про-
блемные участки, а также растянуть или сжать края объекта.
Вместо операции screen для красного канала можно использовать сложе-
ние (add). В некоторых случаях это дает лучший результат.
Приложение A
447
Если объект на переднем плане имеет высокий уровень зеленого и низ-
кий уровень красного (например, зеленые растения), вместо красного канала
можно использовать зеленый.
Чтобы повысить качество выделяемой из исходного снимка маски, мож-
но использовать любые методы предварительной обработки, описанные в
главе 2.
И конечно, этот метод можно без труда видоизменить для выделения ма-
сок и снимков на зеленом экране. Просто используйте зеленый и красный
каналы вместо синего и красного.
Итак, у нас есть два отличных метода выделения маски разности цветов:
классический и Adobe. Какой же из них лучше? На самом деле, никакой. Как
мы знаем из введения к главе 2, процесс выделения маски разности цветов
является изначально некорректным и сопряжен с различными дефектами.
Вопрос только в том, будут ли эти неизбежные дефекты приводить к появле-
нию заметных проблем в данной композиции. В зависимости от содержания
конкретной картинки предпочтение может быть отдано любому из методов.
Конечно, не стоит останавливаться только на одном методе. Например,
метод Adobe обеспечивает больше мелких деталей изображения, зато класси-
ческий метод дает более однородную внутреннюю часть маски. Можно их
комбинировать. Используйте метод Adobe в качестве внешней маски, а клас-
сический метод - для создания однородной центральной части. Возможно,
один метод будет лучше работать на одной части переднего плана, а другой -
на оставшейся части. Ротоскопинг, примененный к маске для выделения од-
ной из частей переднего плана, затем можно скомбинировать для объедине-
ния двух масок. Обращайте особое внимание на места контакта их краев, что-
бы «швы» не были видны на конечной композиции.
По вопросам оптовой покупки книг
Издательства ACT обращаться по адресу:
Звездный бульвар, дом 21, 7этаж, г. Москва
Тел. 615-43-38, 615-01-01, 615-55-13
Книги издательства ACT можно заказать по адресу:
107140, Москва, а/я 140, ACT - «Книги по почте»
Научно-популярное издание
Стив Райт
Цифровой композитинг
в кино и видео
Секреты профессионалов
Главный редактор Захаров И.М.
Научный редактор Милица А.В.
Редактор Хотенко В.И.
Корректор Тесленко О.А.
Верстка Теребилов С.А.
Дизайн обложки Бабанин В.В.
Издательство «НТ Пресс»
129085, Москва, Звездный б-р, д. 21, стр. 1
Издание осуществлено при техническом участии
ООО «Издательство АСТ»
Отпечатано с готовых диапозитивов
в типографии ООО «Полиграфиздат»
144003, г. Электросталь, Московская область, ул. Тевосяна, д. 25
Стив Райт
СЕКРЕТЫ ПРОФЕССИОНАЛОВ
Цифровой 2е издание
композитинг
в кино и видео Шл
и Nj
Стив Райт более 20 лет работает с цифровыми эффектами и CGI
для телевизионных передач и художественных фильмов. Много лет
он является старшим дизайнером и техническим директором по 20
в компании Kodak's Cinesite. На счету Стива создание более 60
художественных фильмов и 70 телепередач.
Перед Вами наиболее полное руководство по теории и практике
цифрового композитинга. Подробные инструкции и множество
иллюстраций помогут освоить тонкости выделения и очистки масок,
удаления цветной окантовки, работы с узлами композитинга, смешения
изображений. На практических примерах Вы детально изучите
методику согласования уровней освещенности, характеристик камеры
и движения при наложении слоев, а также познакомитесь с эффектами
щелевых трюков, взятых из старого кино, и способами борьбы
с бэндингом.
Прилагаемый DVD-диск содержит оригинальные файлы цветных
иллюстраций, используемых в данной книге.
89
18 0.
I lUCPpORQH КОМ ЮЗИ’ЙН! В КЬ-«
Vbj"(2 ичц} I Ml J h----------
Illi lllll II lllllllllllllllllll
9785477006212
UOHS 81? p vC
NT
PRESS
КОМПЬЮТЕР HOUSE