虚拟摄影机：超越传统的观看方式，本文主要内容关键词为：摄影机论文,传统论文,方式论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
观看是人类通过视觉了解世界，进行认知、审美等活动的重要行为。在《形而上学》开篇，亚里士多德就肯定了观看的重要性：“即使并无实用，人们总爱好感觉，而在诸感觉中，尤重视觉。”①眼睛是身体的观看装置。据估计，人类所接受的信息中，80%都是通过眼睛获取的。②人类通过眼睛进行观看，产生想象、记忆、幻觉、共鸣等复杂微妙的心理活动。“没有敏感的眼睛就不能发现，没有反复的观看就不会有独特的体验”。③眼睛的视觉功能产生了视觉艺术，因此视觉艺术的发展史就是观看方式的发展史。
一、视觉艺术观看方式的演进
视觉艺术是用一定的物质材料，塑造可为人观看的直观艺术形象的艺术。随着科技进步和信息技术的发展，从早期的绘画、雕塑、建筑、影视、实用装饰和工艺品等传统视觉艺术，到信息时代的数字化视觉艺术，视觉艺术形式也在发生着巨大的变化。下面通过选取一些典型的视觉艺术形式，对每种艺术形式的观看方式进行研究，从而分析视觉艺术观看方式的演进过程及发展趋势。
1.1传统视觉艺术中的观看
1.1.1绘画：从透视法到散点透视
绘画艺术诞生后，艺术家开始追求对现实世界的真实再现，从而反映观看者眼中的世界。产生于15世纪意大利文艺复兴时期的透视法使绘画在二维平面上表现三维空间幻象成为可能。电影批评家克里斯蒂安·麦茨称透视“为观看主体订留了一个空位，这是一个全能的位置，也就是上帝自己所在的位置”。④如果严格按照透视理论，只有一个最重要的观看位置，而观看者不经过指导的话几乎不太可能会恰好站在这个位置上。但这并不是现实世界中人类自然的观看方式，因为人类的视线从来就是移动的，视点也是变化的。透视法这种固定视点的特点极大地影响了欣赏者观看绘画的效果，也是透视法观看的局限所在。
印象派绘画的出现使西方绘画的观看发生了革命性的转变。印象派克莱夫·贝尔如此概括印象派的特点：“要表现现实，一个画家所要做的一切就是正确地记录他的视觉印象。”⑤也就是说，印象派画家主要表现自己的视觉印象，即只画自己眼睛看到的东西，而不是追求对现实的逼真再现。毕沙罗的《巴黎蒙马特大道》画面风格散乱、模糊和含混，在其中我们甚至无法看清画面的物体，透视法在此根本不适用，但是我们依然能分清画面的物体究竟是什么，这是因为我们在看画的时候会加上我们的日常生活经验，而且，我们平时看画的时候也不会像透视法要求的站在一个固定的点按比例去观看。中国画在构图上和印象派有着异曲同工之妙，它不受焦点透视的束缚，大多采用散点透视法，使得视野宽广之极，画面中的物体可以随意排列，冲破了时空的限制。北宋的郭熙、郭思在《林泉高致·山水训》中提出山水画要画得可行可望可居可游，从中反映出了人类渴望在绘画空间中得到不受拘束的、自由的观看体验。
1.1.2摄影：从模仿到复制
在摄影术发明之前，绘画一直被认为是模仿现实的最忠实的工具。巴赞说：“虽然透视法是西方绘画的原罪，但它毕竟被摄影术和照相机拯救出来了。”⑥照相机机械客观的记录满足了我们潜意识中逼真再现现实的需要，因此，在达到形似效果方面，绘画只能沦为一种较低级的复现手段，远远落后于摄影。摄影创造了与过去时空的一种新的关系，当我们观看照片时，很可能就会想起拍摄照片时所发生的一切。虽然照相机的拍摄过程是机械的，但照片却并非是一种机械的记录，我们观看的照片乃是摄影师精心选择的角度呈现的结果，即使在随意拍摄的生活照中也是如此。
摄影术的发明，满足了人类逼真再现现实的愿望。照相机作为人眼的仿生学产品，成为了人眼的延伸。乔治·瓦尔德(George Wald)在其论文《眼睛与照相机》(Eye and Camera)中扼要地阐述了照相机和人眼之间的相似性，揭示了照相机的胶卷和眼睛的视网膜在光敏感度上的类似性，以及它们对光都有一种化学反应。⑦从这种意义上说，视像仅仅是眼睛的产物，正如图像仅仅是照相机的产物而已，由此，我们将照相机拍摄的过程看作视网膜成像的过程。照相机可以被当作窥视的武器，帮助我们用来窥看平常所看不到的东西；照相机还可以用来目击，我们可以身临其境，然后予以报道。
1.1.3 电影：从现实到幻想
摄影机显然也是眼睛结构的模拟物，和照相机不同，摄影机不光是对现实的机械式复制，同时也无意识地创造了三维幻象，使电影进入了第四维度：时间维度。电影让观众从现实世界中走出来，因为它摆脱了时间和空间的制约。“我们看电影的时候，一般是处在一个相对屏幕/银屏(在电视上/电影院中)固定的位置和视角……看电影的时候，我们参与到电影的幻象中，我们被吸到‘银屏世界’里，而不再仅仅是在外部观看”。⑧在电影的银幕空间中，摄影机的机位视角等同于观众视角，摄影机就是观众在幻象中观看的眼睛。电影中的摄影机“能够在视觉和运动方面完全超出人的肉眼与躯体功能的物理绝技”。⑨摄影机眼睛可以挣脱大的视点的束缚，从一切可能的角度观看风景，这给予我们如同神一样的视野。摄影机眼睛还可以给我们一种现实中不能体验到的经历，它可以让我们在同一时间出现在几个地方，让我们看到在不同地方出现的事情在同一时间展开，让我们看到得更多，知道得更多，是一种现实生活中无法达到的超能力。
1.2数字媒体艺术中的观看
伴随着科技的发展，数字媒体艺术应运而生。数字媒体艺术是指用户利用计算机进行设计，以文本、图片、计算机图形、动画、声音、视频的任何不同元素进行组合的新艺术形式。互联网的出现，不仅普及了艺术，还改变了传统的艺术观看方式。它的迅猛发展使其演变成强大的视觉媒体，并成为艺术发生的重要环境。下面以网站为例，分别分析二维网站和三维网站中观看方式的进化。
1.2.1二维网站：从流畅到跳转
网络的发展，不仅使得艺术得到了普及，也改变了传统的艺术观看方式。传统的网站形式就是目前网络上主要应用的二维网站，它由若干网页构成，并通过超链接将多个网页彼此有机交织，形成一个独立的站点。好比一本页页相连的“杂志”，浏览者通过超链接从一个页面跳转到另一个页面，自主选择意欲观看的部分。二维网站中的观看不同于电影和绘画，它使欣赏者在一定程度上摆脱了对内容的限制，不再使用流畅的、完整的观看方式进行体验。虽然简单可操作，但是单一枯燥、交互能力弱，加之二维网站的平面视觉内容总给人不真实的感觉，从而极大地影响了浏览者在互联网中的观看体验。虽然现在出现了很多仿三维的二维网站，具有代表性的有E都市(http://www.edushi.com)、城市猎人(http://www.citylr.com)等。但这种三维空间实际属于二维空间里营造出来的假象三维空间，它们虽然在视觉展现上看起来是立体三维的，但是浏览者并没有空间概念，无法多角度观看，更无法实现人机交互式漫游，不能算作真正意义上的三维空间。
1.2.2三维网站：从被动到主动
较之于二维网站中的观看体验，人们渴望以一种自然、人性化的方式来观看互联网中的虚拟世界。近年来，由于网络传输能力的提高，过去因传输通道狭窄而无法在网络上流畅运行的动态三维网页开始复苏。⑩出现了一种更加自然、人性化的观看体验方式——三维网站。
“三维网站至今还是一个难以准确界定的概念。目前网络上的三维网站大多为基于VRML(Virtual Reality Modeling Language虚拟现实建模语言)的软件工具所建构，可以创建虚拟场景、模拟具有动力学特性的物体，也可以描述物体的形状、色彩、材质、光影、运动、摄影机镜头等等”。(11)三维网站以网络虚拟现实技术为依托，传达了一种在网络上建立幻觉世界的渴望，浏览者能够真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟空间，与之产生互动，进行交流，可以实现诸如参观旅游，网上聊天和购物等行为。美国的尼古拉斯·米尔佐夫在《视觉文化导论》中提出“赛博空间将会产生新的观看方式”。(12)在三维网站营造的虚拟网络世界中也将会产生新的观看方式，虚拟摄影机技术也应运而生。
二、虚拟摄影机的构成及功能
2.1虚拟摄影机的构成
在现实生活中，我们通过双眼看到的感觉是3D的，但事实上景物在我们的视网膜上所呈现的图像却是二维的。眼睛通过投影和平行透视将三维景象投射到二维平面上，从而形成我们的视觉图像。三维网站中虚拟世界的视觉建构便是采用这一原理，首先我们利用计算机语言创建模型，创造了一个与现实世界平行的虚拟世界，这个虚拟世界是一个硬件、软件元素集合而自动形成的幻象。再利用计算机语言构建一台虚拟摄影机，通过模仿人眼引导浏览者在虚拟世界中进行观看，此时，虚拟摄影机的视角等同于浏览者的视角，从而给人一种身临其境的观看体验。
虚拟摄影机既没有光学镜头也没有感光底片，是由计算机实时计算所得到的画面。在计算机图形学中，三维网站中的虚拟摄影机所创建的画面称为视图，它是对图形对象在虚拟世界中实现可视化方式的定义。可以说，视图模型类似静态照相机，而视图的工作机制就是模仿人的眼睛，浏览者能够根据自己的意愿在虚拟空间中动态改变自己的位置和属性，从而进行游览。
视图是由观察体定义和视图定位构成，观察体定义就相当于对摄影机焦距和胶卷尺寸等参数的设定，而视图定位就是对摄影机的位置和方向进行设定。
观察体的定义通常由投影变化矩阵来定义，投影变换是一种人们观察自然景物并以某种方式将其观察结果映射到平面介质的观察方式，常被画家或制图人员用来作为把三维立体物体投射到投影面上得到二维平面图形的主要手段，分为：平行投影(parallel projection)和透视投影(perspective projection)。根据投影方向与投影面的夹角，平行投影分为正投影和斜投影两类。投影方向与投影面的夹角为90°的投影为正投影或正交投影，否则为斜投影。沿着坐标轴方向的3个正交投影所形成的视角，就是我们常说的前视(front-elevation)、顶视(top-elevation)和侧视(side-elevation)。现实中摄影机的一帧胶卷在虚拟摄影机的成像中叫作视窗，它是绘制图像的窗口，通常是矩形区域。通过计算三维空间中的点在该区域的投影，就可以排除离观察者非常近或非常远的点，从而对虚拟摄影机的视域进行设定。焦距的长度就是投影平面和视点之间的距离。
视图定位是利用观察矩阵给虚拟摄影机在三维空间中的位置和方向进行设定。在计算机图形学中，首先定义摄影机的位置，如视点：摄影机所处位置的三维空间点；视图中心：视图平面的中心或眼睛所注视的点；视图向上方向：从观察者的视角往上看的方向；视平面：投影图像的平面；视平面法线：投影平面的法向量。视点通过一个三维的点来描述，但是光有视点还不能完整定义摄影机的位置，还需要定义摄影机的方向。通常所用的方法就是指明观察参考点、观察中心和观察方向的关系。如图2-1所示：
从显示原理上来看，三维网站中的虚拟场景通过投影转化为二维图形，才能被浏览者观看。综合运用投影矩阵对观察体和视图定位进行设定，才能使浏览者更为真实地感受虚拟世界。
2.2虚拟摄影机的功能
首先，虚拟摄影机的功能是对现实摄影机的模仿，但是虚拟摄影机的功能远远超越了传统摄影机。电影的虚拟时空反映过去发生的事，而三维网站的虚拟时空则和现实时空平行。电影中摄影机的视点是提前被导演安排好的，而三维网站中虚拟摄影机的视点则由浏览者自己控制。同时，在三维网站中，我们可以通过控制虚拟摄影机随时任意地改变我们的视角和运动方式，形成一种漫游式体验。可以化身在网络空间中，与其他化身进行交流，这彻底颠覆了传统影院中，固定位置固定对象的交流方式，而且虚拟摄影机可以克服传统摄影机因为光学镜头缺陷而产生的各类畸变。虚拟摄影机使观看具有实时交互性。从技术层面上讲，虚拟摄影机的物理本质其实是一个虚拟点，这个虚拟点从虚拟场景中的物体引出。浏览者以化身(Avatar)的方式存在于网络空间中，虚拟摄影机依附在浏览者的化身上，同时也是化身的眼睛。浏览者通过对虚拟摄影机参数的设置，例如镜头、焦距、滤镜效果，可以随意模拟不同的化身，将自己装扮成任何想象得出来的东西。不同的化身意味着不同的观看体验，这取决于化身本身所具有的物理特性。例如，在三维游戏场景中，玩家可以选择第一人称视角，此时的虚拟摄影机所产生的视图，就是玩家自己眼中看到的视图，当玩家选择第三人称观看的视角时，画面中的视图就是以一个旁观者的身份进行浏览。化身的丰富，极大地增强了人们的观看体验。因此，在三维网站中，观看，不再是一个被动接受的过程，而是一个主观选择的过程，观众可以通过对虚拟摄影机的操作，改变观看的物体和观看的方式。
三、虚拟摄影机超越人类的观看方式
3.1虚拟人眼
眼睛是灵敏的光学感觉器官，是一切动物与外界联系的信息接受器。人眼就好比一架照相机，角膜与晶状体和镜头相似，瞳孔和光圈相似，脉络膜和暗箱相似，视网膜和底片相似。眼睛里的水晶体相当于一个凸透镜，视网膜相当于像面。若看清楚某个物体，必须使它的像落在视网膜上。并且，人眼会根据景物的远近自动调节晶状体，从而完成焦点的转换。但是，如果物体在远点以外，人眼就看不清楚了。
三维网站创造了一个与现实世界平行的虚拟世界，模仿人眼的虚拟摄影机引导浏览者在这个虚拟世界中进行观看。因此，虚拟摄影机与人眼有很多共同之处。例如，虚拟摄影机的观看原理就是通过模仿现实世界中人眼的单眼成像原理来设计的，以插入(指一个物体部分地遮挡或隐藏另一个物体)、空气透视(远物不如近物清晰)、阴影、线条透视、结构级差(物体表面纹理或结构随距离不同而形成连续的密度变化或级差)、相对大小、运动视差(被观察物体运动时速度和方向的差别)等手段作为形成空间感觉的知觉线索。(13)观看方式大致相同，利用鼠标或其他传感操控方式，实现平视、俯视、仰视、视远、视近和运动中注视等。
浏览者通过操控虚拟摄影机，进入虚拟世界随意地行动和观看，获得沉浸感。所以说，虚拟摄影机就是人类在虚拟世界中的眼睛。
3.2超越人类观看方式
眼睛是视觉器官，但这并不是它唯一的功能。“眼睛除了可以用来观看外在世界，还可以以目示意，表达自己的意志情感，后者当然也要受到心的掌控”。(14)中国先秦思想家荀子亦持有相同观点，他说：“心有徵知，徵知则缘耳而知声可也、缘目而知形可也。”(15)由此可见，眼睛乃是人的心灵之眼。随着儒家和道家学说对节制感官欲望的推崇，在现实生活中，眼睛的纯粹自然性生理欲求，在理性地制约和指导下受到了很大的压抑，使得眼睛从“自然之眼”逐渐沦为了“社会之眼”。
虚拟摄影机不同于眼睛，它是数字化的。在虚拟世界中，这种数字化的摄影机，可以通过编程的设置，自由地控制位置和角度，多重视角相互切换，突破了现实世界中空间的障碍，从视域上，拓宽了人眼的观看范围。同时，虚拟摄影机可以设置各种不同的参数，形成多种滤镜特效，达到不同的观看效果，此时的人眼又具有了加工功能。由于没有法律与道德的制约，浏览者可以随心所欲地观看。这种随心所欲，使得眼睛的纯粹的生理欲求爆发出来，被压抑的潜在的观看欲望得到了满足和充分的宣泄。数字化眼睛颠覆了传统的观看方式，把眼睛的观看欲望最大限度地释放出来，使眼睛获得肉体的快感和心灵的自由，它让我们摆脱概念认识和功利欲望的束缚，返回到更直接、更原始的身体与世界交融的观看运动中。同时，这种随心所欲的观看，不仅可以观看虚拟世界中的三维场景和对象，还可以彼此互相看见和交流，获得一种在现实世界中可望不可即的观看体验。
四、虚拟摄影机对艺术创造带来的深刻变革
4.1 CGI技术的细节渲染彰显视觉诗意
数字影像技术是多媒体产业发展的一股潮流，它深刻地影响了三维网站这种新颖的形式在影像美学上的追求。CGI电脑绘图(Computer-generated imagery)是指使用计算机产生的影像。在三维网站中常使用的即时运算图形都属于CGI的范围。
随着CGI技术的发展，各种高超的技术和视觉特效开启了虚拟摄影机的视觉特效时代。CGI技术的革新使得虚拟摄影机为观众带来了前所未有的视觉体验。打个比方，如果我们将3D电影《阿凡达》的“潘多拉星球”搬到三维网站上的话，那么浏览者不仅能在页面上欣赏美景，而且能够跟随虚拟摄影机深入到那个美妙的世界中去体验精彩的冒险。浏览者像电影《阿凡达》里的男女主人公那样穿梭在群山之间，体验其中的惊险和刺激，进而带来一种精彩刺激的视觉盛宴。在欣赏电影《阿凡达》时，我们像身临其境般与电影画面融为一体，电影场面令人叹为观止。电影《阿凡达》里的哈利路亚山是以中国的张家界为模板，运用电脑特技后期合成而来的。这让观众在领略影片的美景时，也会联想现实环境中的真实存在，这一虚一实之间，凸显了虚拟摄影机的艺术仿真效果，通过虚拟摄影机观看的观众在三维网站中仿佛身临其境一般，观众的所有体验都那么“真实”，仿佛神奇而善良的“纳美人”和“阿凡达”、如梦幻般美丽的“潘多拉星球”以及如同仙境一般悬浮在空中的“哈利路亚山”真的存在一样。此外观众还可以在不同的景深中与CGI技术渲染的角色、场景进行互动。虚拟摄影机的“交互性”更增加了三维网站的观看乐趣以及意境美。
4.2虚拟摄影机技术是视觉艺术宣言
当我们真正掌握了一门技术之后，就会有一种艺术形式从中诞生。而现在，三维网站技术还在襁褓期。和其他所有艺术形式一样，三维网站只有在完成了生产、流通、接受的全过程后才会最终完成一次美学实践，而这种美学实践所带来的审美经验与其他经验不同，是一种高等的感官经验。
首先，对虚拟摄影机在艺术功用上的猜想首先就是三维场景的创造与设计。现实中的空间有前景、中景、远景的摄影划分，三维网站中的场景也有同样的景别和空间之分。所以，要想取得最佳的立体效果，全景画面是最为理想的，而特写镜头又能体现细节，是远是近，完全取决于观众的观赏兴趣。对于场景的创造与设计，有一种艺术可能性，那就是类似人眼的双眼聚焦效果，观众眼前会出现景深，那么就产生了身临其境的临场感。三维场景也是会引导观众视点的调度工具。在交互设计上，视觉信息由前到后的跳跃也是一种很好的形式，利用这种形式会带来很多的乐趣。场景与灯光、色彩等多方面的融合在视觉上带来的层次感更值得深究与实践。如果说传统的艺术被综合的实景摄影机吸收发展到极致的话，那么雕塑和建筑艺术与虚拟摄影机的完美组合将会成为三维网站重点攻克的项目。我们试想一下，如果在网站上用虚拟摄影机去体现圆明园的断壁残垣，势必要比普通图片更具观赏性和震撼感。在空间的立体塑造上，上海世博会也已开设了网上虚拟展馆，这样就给没到现场浏览的观众提供了一饱眼福的机会。总会有这么一天，虚拟摄影机将会越来越多地出现在网站中，甚至全面普及和通用。到那时，网站不仅有像圆明园那样的实景虚拟游览场景，还会有阿凡达那样前卫先锋的体验网站，为观众带来更加新颖的观看感受和体验。
可以说，观众通过体验网页空间中假定的真实而获得情感的真实，这种情感的真实源于感官刺激和不自觉的内心活动，是虚拟摄影机技术真正的艺术精神与气质所在。如果说虚拟摄影机表现出来的生活中假定的真实更偏向于技术的层面，直指观众的视觉的话，那么，情感的真实就更多地属于艺术层面，是三维网站表现和存在的目的，直指观众的内心。
五、结束语
综上所述，随着传感技术的发展和融入，多感官的感知已经成为了现实。浏览者既能看到三维场景和对象，也能触摸它们并感知到宛若真实的触觉和力觉。三维网站中虚拟摄影机以其流畅的运动方式，极大地增强了浏览者的沉浸感。这种观看不仅是实时可交互的，同时也是多感知的。它开创了一种全新的观看方式，对艺术创造带来了深刻变革，把眼睛的观看欲望最大限度地释放出来，使眼睛获得肉体的快感和心灵的自由，是对人类观看方式的拓展。
①[古希腊]亚里士多德《形而上学》，吴寿彭译，北京，商务印书馆，1997年，第1页。
②[美]阿瑟·阿萨·伯杰《眼见为实》，张蕊等译，南京，江苏美术出版社，2008年，第2页。
③兰友利《艺术何以是一种看的方式》，《艺术探索》，1999(12):39。
④(12)[美]尼古拉斯·米尔佐夫《视觉文化导论》，倪伟译，南京，江苏人民出版社，2006年，第61页，第129页，第127-128页。
⑤[英]克莱夫·贝尔《论法国印象派》，孙志新译，《世界美术》，1985(10):3。
⑥[法]安德烈·巴赞《电影是什么》，崔君衍译，北京，中国电影出版社，1987年，第10页。
⑦[加]威廉·维斯《光和时间的神话》，胡继华等译，成都，四川人民出版社，2006年，第31-33页，第227-228页。
⑧[英]理查德·豪厄尔斯《视觉文化》，葛红兵等译，桂林，广西师范大学出版社，2007年，第159页，第170-171页。
⑨[美]维·索布切克《电影中摄影机运动的符号学结构艺术问题》，徐建生译，《世界电影》，1989(3):68。
⑩(11)梁国伟，王腾《触觉交互技术与三维网站构造的能量空间形式》，《艺术百家》，2010(05):66，67。
(13)朱滢《实验心理学》，北京大学出版社，2000年，第250-255页，第563页。
(14)(15)高燕《视觉隐喻与空间转向》，复旦大学出版社，2005(10)：10,11。