真实感的诱惑：《阿凡达》的特效制作，本文主要内容关键词为：真实感论文,特效制作论文,阿凡论文，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。
1993年，导演詹姆斯·卡梅隆、特效大师斯丹·温斯顿(Stan Winston)和视觉总监斯科特·罗斯(Scott Ross)一起刚刚创建了数字领域(Digital Domain)公司。几位想象力旺盛的电影人拟定了一个野心勃勃的目标——建立一个全新的CG龙头公司，让技术不仅为创意服务，还要能够启发创意。为了让数字领域发挥出他们所期望的那种前无古人的先锋功能，卡梅隆开始长远打算，他计划制作一部拥有尖端技术的影片，把飞速发展的CG技术，进一步推至世人可以企望的极限——这就是《阿凡达》。
卡梅隆很快写下了《阿凡达》的故事梗概，1995年，就在他即将下水拍摄泰坦尼克号沉船遗骸之前，他完成了这个故事梗概。卡梅隆在采访中提道：“我从写备忘录开始创作剧本。接着加入很多设计和创意，它们大多来自早期的剧本和故事片段——最早的可以追溯到70年代。很多情节来自于我童年喜欢的那些故事：如埃德加·赖斯·巴勒斯(Edgar Rice Burroughs)的作品《火星上的约翰.卡特》(John Carter of Mars)或者拉迪亚德·吉普林(Rudyard Kipling)的《霸王钱金刚》(The Man Who Would Be King)——一个西方军人，置身于一种截然不同的文化中时，必须用他的方式赢得他在那种文化中的地位。”
虚拟摄影技术
《阿凡达》的制片人、卡梅隆的长期合作伙伴乔恩·兰道(Jon Landau)在采访中说道：“我们的目标是捕捉表演。不是用电脑动画角色取代演员，而是用它来保存演员的表演——因为一个伟大演员的演出和一个优秀动画师的作品是相悖的。伟大的演员可以保留信息。达斯汀·霍夫曼可以在电影《惊天大阴谋》(All the President's Men)里坐着什么都不干，但他依然引人入胜。反之，没有动画师可以让动画角色这么干。我们想要让表演捕捉技术成为21世纪的化妆术，让演员可以扮演一些从前不可能扮演的奇妙角色。”
罗伯特·莱加托(Rob Legato)，卡梅隆的好友和《泰坦尼克号》的视觉监督，在为马丁·斯科塞斯的电影《飞行家》里制作CG的撞机场面时，开发出了一套有意思的想法，他把这套想法带给了卡梅隆。莱加托在采访中谈道：“那些习惯以摄影机为主导的人，无法向别人解释他想要的东西，继而也无法让自己的想法转换成计算机里的图像。每个人都有自己的摄影感，要把这些感觉通过中介来传递给别人是很困难的。”莱加托从儿子的电子游戏受到启发，在《飞行家》中，他和预视组成员用一些过时的软硬件，拼凑了一个可以让他在CG场景中操控摄影机的装置。
莱加托回忆道：“我们的设想是，他即便是在动作捕捉台上，也能按熟悉的方式来工作，通过目镜或监视器，直接看到在CG环境中进行表演的CG角色。我向吉姆(卡梅隆昵称)解释了这套系统的原理，他也似乎深受启发。然后他意识到这个主意太适合《阿凡达》的拍摄了。”
卡梅隆和兰道为了落实虚拟摄制技术的开发，雇佣了格伦·戴瑞(Glenn Derry)。此人和他的Technoprops硬件公司，已经为莱加托的《飞行家》项目开发了一些相关技术。随后，戴瑞与Motion Analysis公司结盟，并且找来了摄前预视(Previz)专家诺兰·玛莎(Nolan Murtha)。玛莎在这部电影虚拟摄制部分担任数字特效监督。
角色形象塑造
在艺术设计方面，卡梅隆已经描绘出非常详细的纳威族人(Na'vi)的素描图，画面上显示的是一个有着大大的猫一样的眼睛，宽阔的狮一般的鼻子，灵活的耳朵和高大、瘦长、肌肉匀称的身体。以卡梅隆的素描图为起点，设计师们一开始并没有在纳威人的类人特征上着墨太多。兰道说：“我们的纳威人有很多版本，从独眼版到复眼版，但最终我们还是回到了传统基础上。我们意识到如果我们想让观众从情感上与之共鸣，我们的人物就必须具备一些让观众熟悉的标准。于是，他们尽管拥有蓝色的皮肤，眼睛要稍微宽阔一些、嘴比人类要稍微小一些、他们的鼻子要宽一些，但基本上他们还是拥有一张人类的脸。”
概念设计师和其他进入剧组的设计师将会利用另外两年的时间精细化纳威人的特征；但是，从始至终，卡梅隆从来没有动摇过蓝色皮肤的设定。卡梅隆在采访中说道：“我从一开始就设定了纳威人的蓝色皮肤，这个决定来自一个很简单的道理——‘绿色已经没法再用了’。从《绿野仙踪》里的西方女巫到每一代火星人甚至到绿巨人，他们都是绿色的。所以我的确没法再用绿色，但蓝色还没有，至少现在还没有，所以我觉得蓝色皮肤的人物会很酷。”
至于阿凡达们，由于他们人类本体的DNA作用，皮肤的颜色会变得稍微浅一点，也会有更多人类的面部特征。概念设计师制作了成百幅素描以此决定纳威人与人类特征的融合比例，例如，我们试过将阿凡达们的耳朵画得圆一些、小一些、更接近人类一些，也试过将它们的耳朵画得很大、很像动物，以及所有处于两者之间状态的效果。当选角完成之后，设计师会把阿凡达的外观与演员的外貌特征相结合，这样杰克的阿凡达就会酷似萨姆·沃辛顿(Sam Worthington)，格蕾丝的阿凡达酷似西格妮·韦弗(Sigourney Weaver)，还有与杰克一同抵达潘多拉星的科学家诺姆，他的阿凡达会酷似演员乔·大卫·摩尔(Joel David Moore)；但在早期时候，设计师们只是简单将纳威人的特征与任意演员的特征相结合。设计师尤里·巴托里(Yuri Bartoli)在采访中提道：“我们会广泛拍摄人类的照片然后从他们的形象中发展。我们完全回避使用著名演员，因为吉姆不想让他整天看着的那个阿凡达长得像某个特定的、他所知道的演员。”
当概念设计组搬进卡梅隆在圣莫妮卡的公司——Lightstorm公司的办公室时，他们继续设计人物角色，同时还设计潘多拉星上的众多生物，通过审核的草图被扫描进Photoshop，着色并添加细节。细节图被通过后，设计师们再将它导入ZBrush，得到一个三维的模型。巴托里回忆道：“数字化的工作方式令我们可以快速做出许多不同版本的角色：长角的、短角的、大眼的、小眼的……我们的互动性很好，吉姆可以坐在那儿，指挥整个流程。约旦.谢尔(Jordu Schell)做过很多实体雕塑模型，尤其是纳威人的。”
早期曾经有过创意是潘多拉的陆生动物们可能会有六条腿；但卡梅隆不敢贸然接受这些幻想元素，他和设计师反复讨论这种动物可能存在的科学依据。巴托里说道：“我们总是从生物结构谈起，不是凭空编造一种生物。对于这种动物为什么会有六条腿我们考虑过很多。从生物演化的观点来看，四条腿已经足够了。答案是潘多拉的地貌十分不平整，有着许多藤条和茂密的丛林；于是它们用其余的两条腿抓牢从而起到助停的作用。而且另外的两条腿上长的不是爪子，而是形状像手的东西，使得这种动物可以在抓住猎物的同时，牢牢地抓稳地面。”
为了证明多余的两条腿在影片中是否足够优雅有力，工业光魔的动画师保罗·卡瓦那(Paul Kavanagh)被征集加入创作团队，他创作了一系列六足兽动作：包括走路和跑步的循环动画。卡瓦那随后成功地制作了一个以毒狼(viperwolf)暗中伺机捕食，然后加速狂奔为内容的动画测试片。卡梅隆说：“当我看完测试片，我想：就是它了。潘多拉上所有的陆生动物都是六条腿。”
面部表情捕捉
2005年的整个夏天，技术组的工作也在莱加托的指导下紧锣密鼓地进行着；当卡梅隆8月底从泰坦尼克号探险归来之时，莱加托和他的小团队已经制定了一个临时的工作流，能让他们将动作捕捉系统里的数据实时输入他们写好的软件中，其虚拟角色也会与表演捕捉的对象进行实时对应。
技术组将研究重点放在了面部捕捉上，根据现有技术他们探索的有两种方法：其一，制作一个重点在头部的动作捕捉系统，用众多近距离摄像机捕捉脸部表情，同时使用可以跟踪六棱锥和圆形标记点的软件。这种方法会得到大量的3D细节，能使数字艺术家重建几近完美的面部模型。
但是，单独捕捉面部表情，就意味着凡事重来一遍。也就是说，这一过程是在卡梅隆结束了动作捕捉舞台对演员的导演之后发生的。这就有悖于卡梅隆、兰道对于真人出演的原则了。另外，从演员脸上捕捉下来的精确数据不一定对他们的CG角色有用。格伦·戴瑞(Glenn Derry)解释道：“我们决定调整捕捉纳威人或阿凡达面部表情的策略，也就是不用让数字角色完全符合演员的脸型。这又不是布拉德·皮特扮演的本杰明·巴顿(Benjamin Button)。而是佐伊·桑塔纳(Zoe Saldana)出演一个纳威族人。因为娜塔莉和佐伊看起来很不一样，所以我们不必将动作捕捉数据和角色的面部一一对应。但无论我们怎样调整策略，最后我们仍然得让数字设计师重新调整。”
第二种方法则建立在一种“基于图像”(image-based)的观点之上：当演员表演时，使用光学流技术，即通过摄影机记录较低级别的脸部细节，同时采用身体的运动作捕捉；在后期，使用大量的资料和时间制作极度全面的、精细的脸部绑定，可以在低级别数据的基础上推算出精细的动画。
卡梅隆建议在《阿凡达》中使用基于图像的面部捕捉方法，也就是把一个摄影机放在演员面部的前端。卡梅隆谈道：“有些人认为我们需要更多的摄影机，以此拍摄脸部的各个角度，但我仍说，我们不用看到整张脸。我们要的是一台能看清眼睛和嘴的摄影机；另外我们还需要一个绑定得非常好的模型；随后，当摄影机画面中显示如嘴角回拉这样的动作时，系统能够自己根据这个动作发展出精细化的CG动画。如果我们将模型合理绑定，当嘴角后拉时，系统就能够识别相关联的其他面部动作，哪怕你在那一台摄影机里无法看到这些面部动作。其实我们在动作捕捉台上需要的就只是这些演员的核心数据。”
格伦·戴瑞支持卡梅隆的观点。戴瑞说道：“演员面前设置的一台标清级别的摄影机给我们提供的信息，比舞台周围的高清摄影机更多。同样它还能使我们的捕捉过程更具灵活性，这样就可以在演员表演的同时捕捉他们的表情了，也不用和身体分开来进行动作捕捉。这种方法简单易得，快捷方便，令我们能更快完成90％的工作内容。而且就算是做最坏的打算，我们得不到想要的效果，仍然可以手动设置脸部的动画，因为我们完美地记录下了演员面部表情的每一帧画面。”
当这种拍摄方案被定下来以后，卡梅隆和格伦·戴瑞则再行商讨系统构建的具体问题，这套系统将由格伦·戴瑞来建构。卡梅隆说：“我想要最小的摄影机，加上最广的镜头，重量要很轻，要薄，支撑臂要六英寸长。然后我想让这些都和动作捕捉的帽子连在一起，能让演员的头部尽量感觉舒服。于是我想我们要做一个紧贴头部的帽子，在演员运动的时候摄影机也能保持稳定。摄像机的震动越少，我们得到的面部表情数据也就越好。”
格伦·戴瑞和他的组员们制作了用于面部表情捕捉的头部装置，一台小型标清N制摄像机安装在6英寸长的延长臂上，该延长臂与光缆和泡沫头盔相连。头盔是斯坦·温斯顿工作室为演员们度身定做的。图片上演员头戴的这顶好似头部麦克风的装置，其延长臂用来固定摄像机的位置，使镜头能始终正对演员的脸部。图片显示的是多架高清摄像机记录的用于动画制作的参考图像，萨姆·沃辛顿饰演杰克的阿凡达，左伊·桑塔纳饰演纳威公主娜塔莉，图中他们正在参与拍摄一个表演捕捉的场景。
为了融入到纳威人之中，杰克爱上了他们的文化和他们的公主。天花板上的120部动作捕捉专用摄像机和场上的多台高清摄像机记录下了表演捕捉环节的内容，在此之后，卡梅隆在低分辨率的场景中加上最终的机位，这段视频模板将随后送至维塔(weta)公司和视效总监乔·奈特里之手。视频样板文件包括数字文档管理系统Gaia生成的字母数字编码，这套系统记录了场次信息和镜号信息以及镜头重复次数的信息。系统同时还记录了立体电影相关的数据，如焦距、视间距以及会聚距离(Convergence Distance)。
在维塔公司，编排部门将视频样板元素替换成高分辨率文件，然后将镜头交付动画部门，动画部的负责人是安迪·琼斯(Andy Jones)。尽管表演捕捉技术完成了90％的角色表演，但每个镜头都需要艺术上的再加工以及动画师的辛勤劳动来完成剩下的10％。头部装置上的那台摄像机提供了面部表演的原始数据，但作为动画参考来说它的作用甚微，因为摄像机离演员太近而产生了鱼眼镜头的变形效果。动画师主要是依靠高清摄像机所提供的拍摄素材重现演员的表演。
最终镜头中的真实感来自于一种基于物理的新工作流，维塔用了一年的时间研发了该工作流。作为基于物理观点的一部分，维塔为主要角色创建了拥有自动更正肌肉、脂肪和其他组织能力的脸部模型。维塔还升级了照明方案，从环境吸收变更为更加高效的、但同时也更具真实感的球面谐波方案(Spherlcal Harmonics)，该方案依据一个表面的每个给定点来决定光源的方向。
除了卡梅隆让技术组研究出的这一套面部表情捕捉的方案之外，戴瑞和他Technoprops的同事们也建立了一个虚拟摄像机的测试版本。由于导演喜欢使用传统摄影机的方式工作，所以戴瑞建造了一种虚拟摄像机，看上去就像是一台普通的摄像机，并附有管状目镜。但这台摄像机和真正的摄像机可一点都不一样，而是形似摄像机的另外一种东西，它有一个可以处理动作捕捉数据流的界面，它能实时地将演员在计算机环境下的虚拟形象显示出来。戴瑞解释道：“真正的‘摄像机’存在于这个和MotionBuilder相连接的操作界面’中，他能让吉姆像操作普通摄像机那样随意地推拉摇移。”
这种控制能让掌机人复制出任意数量的摄像机运动，如镜头焦距推拉、移动轨运动和斯坦尼康运动，同时允许缩放画面的大小。卡梅隆谈道：“这取决于你缩放范围的设定，摄像机能在1∶1的环境中运动，也能在将环境缩放到微缩模型大小后进行运动。我拿着摄像机，而他们则会帮我设定画面的缩放值，瞬间我就可以像一个60英尺高的巨人一样操作摄像机了。”缩放设置让卡梅隆挥挥手臂就能模拟出大型升降设备的运动。他还可以选择设定升降机运动的数值来模拟这种运动：比如设定起始帧在100英尺的高度上，结束帧设定为一个人物说某段台词的特写——计算机会自动生成中间的运动。
虚拟摄影系统还可以调节摄影机的运动速度。例如，当一只动物在丛林里快速穿梭之时，奔驰数百英尺，虚拟摄像机的操作者可以在整个设定好的路径中轻松地拍摄这只CG动物。卡梅隆说道：“我们可以设定一条摄影机移动的路径，就好像在轨道上拍摄一样，这样我们只需要跟着拍摄对象就行了。我们可以设定任何种类的东西——摄像机轨迹、一个演员的轨迹、一个物品的轨迹、一个交通工具等等。这是这套系统中我们最基本的几个设想之一，也是技术组最先做出来给我看的东西，当时我被它的效果给震惊了！”
尽管福克斯的负责人员并没有明确表示影片在次年能够继续拍摄，但他们都相信《阿凡达》的技术已经成熟。开机18个月后，格伦·戴瑞开始制作拍摄相关的技术用具。戴瑞改进了“虚拟摄像机”的外观，让它变成由一个液晶屏以及一些操控装置组成的“摇摆摄像机”，卡梅隆就是依靠这台摄影机完成的《阿凡达》。这台“摇摆摄像机”重七镑，后来戴瑞又做了一个两磅重的，可是卡梅隆已经习惯了拿着这台七镑重的进行长时间的拍摄，所以他一直用的是较重的这台。
硬件的开发必须携手软件以及维塔公司的工作同步进行。维塔的视效总监乔·奈特里(Joe Letteri)在谈到面部表情捕捉时，他曾提出如何将动作捕捉与后期分离的问题。《指环王》里的“咕噜”是在后期合成的，但卡梅隆却想在拍摄现场就能看到这一切。所以我们得配合Derry购置设备，并重新建设流程图。后来，奈特里用安迪·瑟金斯(Andy Serkis)的CG形象做了现场测试给卡梅隆看，他们都认为这是一个很好的开始。
艺术设计组也在进一步细化角色外观，同时进行一些交通工具、宇宙飞船和其他硬件设备的初步设计。最重要的一种军用硬件设备叫做“运动增强平台”，或者叫做“战斗服”，就像是那种配备有强大武器的行走机器人，通过人类驾驶员来控制它。斯坦·温斯顿工作室负责制作了“战斗服”的等比大小实物模型，而维塔公司则负责制作能够运动的CG版本。但在送往制作单位之前，向来对技术着迷的卡梅隆与泰鲁本·伊林森(TyRuben Ellingson)一起详尽地设计了一些能让“战斗服”真实可信的具体细节。
罗伯特·斯特龙伯格(Robert Stromberg)和里克·卡特(Rick Carter)是本片的美术指导。前者在Lightstorm团队原有的基础上扩充了一个虚拟艺术部门，用来制作一些拍摄时需要用到的数字资料库，该部门从设计稿到最终产品的全部过程都由斯特龙伯格监管。尤里·巴特里从设计组转到了虚拟环境组，负责建立各种资料库。一开始，虚拟环境组和设计组一起都在Lightstorm工作，但随后虚拟环境组就搬到了在Playa Vista的摄影棚——那里曾经是一个飞机仓库，现在变成影视城了，动作捕捉的内容就是在那里拍摄的。
随着设计工作的完成，虚拟艺术小组将所有设计变成Maya里的低精度模型、动画以及环境资料，用于在拍摄过程中实现预视，这项工作耗时一年。当低精度的资料库建设完毕，理查德·班纳汉(Richard Baneham)他们就接着制作所有的角色绑定。
同时，Giant公司正在Playa Vista建设动作捕捉设备，除了在隔壁搭建大型的实景之外，动作捕捉棚内的天花板上悬吊了120部红外摄像机，它们被称作“智能摄像机”，就如同连在局域网里的120台小电脑，通过操作主机就可以对它们进行调整。
之所以选择Giant公司负责动作捕捉项目，是因为他们的动作捕捉系统非常优秀。该系统能够自动填充某些没有被捕捉到的区域，这个系统能够支持卡梅隆任意设置主机位；支持较多演员同时进行表演时的动作捕捉；允许在舞台上设置一些景片……这些都是其他系统所无法做到的。另外，戴瑞设计了一个同步工具，它能让动作捕捉台周边的高清摄像机、动作捕捉摄像机和面部小型摄像机完全同步，它们都由时间码来锁定。
2006年底，在Playa Vista的工程已经大到足够让卡梅隆和理查德·班纳汉捕捉飞行器的运动轨迹了。拍摄的内容主要与结尾的那场决战有关，涉及到飞行器、斑溪兽和闪雷兽的打斗——这些都由1/4和1/2大小的模型代替。拍摄人员将众多模型分开来进行轨迹捕捉，即先同时拍两三个模型，而后再一层层添加上其他的模型，以避免模型过多而带来的重叠遮挡。
2007年初，虚拟制作成员和演员们一起测试了表演捕捉系统的效果。同年4月，卡梅隆开始了在Playa Vista的正式拍摄。拍摄流程一般是这样的：虚拟艺术部门先将虚拟场景导入，接着第一助理导演乔什·麦克拉格伦(Josh McLaglen)会对场景做一次预先检查(pre-scout)，保证虚拟场景中的物件符合拍摄的基本要求。
当虚拟艺术部门设置好场景中所有的景片、道具和角色资料后，动作捕捉组的成员就开始对实时回放功能进行测试，因为虚拟场景中的物件越多，实时回放也就越困难。
之后，虚拟场景图将会交付舞台建设人员，他们将搭建用来支撑演员表演的各种景片和象征性的道具，来对应虚拟场景图中那些起伏的地貌和特殊的物件。卡梅隆设计了一种在动作捕捉场地上设置辅助景片、道具的方式，他将地形单位分隔成一个个边长6英尺的小格子。每个格子就是一个带轮子的高台，小型景片建在这些高台上。每一个高台都和其他高台锁在一起，就像个大型锯齿拼图。之后，他们用字母数字为这些6英尺的高台编码。比如一个叫做“41场A”的地形格，它就是由许多6英尺长的不同高台组合起来的。拍完一个地形格之后，他们就拆散这些高台，再组合成另一个地形格，组合的过程只要15分钟。这些高台不仅满足地形的需要，还可以充当特定的演出道具。
拍摄时，卡梅隆首先使用虚拟摄像机构图。尽管拍摄完毕以后，他还能在电脑中重新改变虚拟机位(就像传统动作捕捉电影那样)，但现场拍摄时那台被他拿在手里的虚拟摄像机却是不可或缺的，它是卡梅隆通往虚拟世界的“窗口”。在现场，还有8～12台高清摄像机从不同角度，对演员进行补充拍摄。卡梅隆手上的那台充当A机的角色，用来规定场景里的轴线。理查德·班纳汉解释道：“我们在主机位以外的角度拍摄特写、中景和全景。如果我们有一场两个演员的对手戏，我们就会拍摄一个全景镜头；一个展现两人关系的中全景，通常是膝盖以上；然后拍摄特写。”之所以用高清摄像机拍摄，不仅是为了给维塔的动画师提供演员表演的参照，而且也是为了给演员一个良好的表演环境。玛莎说道：“演员的表演取决于摄像机的位置，因为如果你要拍摄全景，他们的动作就会比特写的时候大一些，两者之间有着微妙的区别，而传统的动作捕捉拍摄方式往往会丢失掉这些细节。”
拍摄的同时，面部捕捉系统的摄像机会将拍摄到的表情信息赋予数字角色，并在虚拟摄影机和舞台监视器里进行显示。这是一种类似歌舞伎面具的技术，它所记录的面部表情动画极大地简化了维塔手动调整的过程。班纳汉解释道：“我们制作了一个类似人脸形状的几何图形，省略了许多细节，然后我们把小摄影机里记录的人脸画面投映在这个几何图形上。这样就能很快地在大体上看到演员的表情了。”
动作捕捉拍摄完毕以后，卡梅隆会把高清素材做一个粗剪，粗剪素材被送往虚拟制作组，组员们就可以为卡梅隆最终决定添加虚拟摄像机机位的“虚拟摄像机单元”做准备了。在虚拟制作实验室，组员们用高清粗剪素材决定哪些CG角色和环境资料将被提取到“虚拟摄像机单元”里。这样做是为了最大程度减少不必要的文件渲染，由此减轻整个系统的负担。
随后，卡梅隆会对这个阶段的视频画面做评估，添加或改变一些物件，这些改变将在几天内完成。由于这个阶段的主要任务是检查CG角色被赋予动态捕捉后的效果，所以分辨率非常低，这使得调整画面的速度非常快。
画面调整好之后，卡梅隆会加上最终的那台“摄像机”，利用他手中的虚拟摄像机在CG场景中移动。虚拟摄像机的信息被输入到Avid中，有一名剪辑师会对素材进行编辑。当这个场景的剪辑完成，这个“电子游戏”版本的片段会被送往维塔。除了较低的分辨率，这个片段中有包括特效、环境、角色、烟雾等一切将在最终画面里出现的东西。
除了常规拍摄之外，对某些表演范围较活跃的场景来说，还需要额外的面部表情捕捉。演员在蹦来蹦去的时候，辅助的高清摄像机往往无法锁定他们的面部表情。为了补充高清摄像机和头部装置摄像机的参考数据，维塔开发出了一套“面部捕捉专用”的系统组件，用于在后期替换演员的面部表情。他们的方法是，在演员或他们的替身进行完肢体表演后，让他们在一个固定位置，看着显示器上的表演回放，再说一遍台词并进行面部表演，摄像机从不同角度拍摄他们脸部的特写作为最终的表情参考。
对于动物们来说，由导演手动操控模型以及特技演员表演的那些动作捕捉内容只能算是参照，更多的还是靠维塔公司的安迪·琼斯(Andy Jones)和戴夫·克雷顿(Dave Clayton)以及众多动画师的手动调整，动画师们能够做到又快又好。但这些动作捕捉的工作也并非可有可无，一来加强了导演与动画师的沟通，二来还能更好地创造出节奏感以及合成中的空间感，更重要的是，这种方法增加了这些动物的真实感。
2007年的10月，经过了在Playa Vista公司6个月的动作捕捉拍摄，摄制组转战新西兰，拍摄有实物布景的片段，卡梅隆决定在维塔拍摄这些片段。后来由于计划往后拖延了8周，所以实景部分到了2008年初才开拍。维塔公司方面的视觉特效总监斯蒂芬·罗森鲍姆(Stephen Rosenbaum)负责现场拍摄事宜，而乔·奈特里则继续负责研发事项。
3D及实景摄影技术
所有实景部分都由3D摄像机拍摄，该3D摄像机由卡梅隆本人和文斯·佩斯(Vince Pace)共同开发。佩斯在采访中说道：“所有的3D技术都必须满足拍摄需要，不能对拍摄有所限制。卡梅隆又是一个随机性非常强的导演，所以我们的设备要让他在各种情况下方便快捷地使用。卡梅隆对机器提出的要求包括，要能倒置机器、前所未有的镜头功能……我们奋战了两星期，终于在开拍前完成了他提出的那些要求，做出了我们现有摄像机的基本部分。”
最终的3D摄像机和开拍前做的那台相似，是两个摄像机组成的，一个拍左眼画面，另一个拍右眼画面，同步，并互呈适当角度。重约25到33磅之间，移动性和易用性与普通电影摄影机差不多。卡梅隆对这台机器的评价是：“简直就是艺术的奇迹，28磅的重量使我能把它扛在肩膀上，9轴的运动控制器让它非常安静，安静到我可以在两英尺远的地方同期拍摄演员的对话。”
在动作捕捉台上，演员表演的是杰克和纳威族人爬山寻找斑溪兽的场景。卡梅隆首先会在虚拟视觉部制作的低分辨率虚拟环境中决定该场景的布景。之后，舞台布景人员将会根据虚拟环境中的元素布置舞台，用6平方英尺的带轮高台代表场景中的高山、圆木、树木和其他地形元素。
实景拍摄部分还有很多革新的地方，协同工作摄像机(Simulcam)是其中最显著的一项。它的重要功能是在拍摄的同时进行实时合成，这项技术必然会对今后的电影行业产生巨大影响。通过这项技术，卡梅隆将在取景器中实时预览取代绿幕的数字背景，以及和真人实景一同演出的数字角色。卡梅隆在采访中说道：“格伦·戴瑞花了两年的时间建造了这套系统。在他的努力下，我们有了动作捕捉的预视方案，也有了实景拍摄的预视方案。我们把这两者叫做协同工作摄像机。”
大力士直升机的实体模型由起重机悬吊在最小的一个绿幕摄影棚里，棚里布置了树叶和地表植被。为了制作大型直升机，维塔工作室首先根据设计稿制作了一个较小的五英尺长的版本。卡梅隆通过该版本后，工作室的设计师们制作了它的数字模型和一比一大小的玻璃纤维实体模型。协同工作摄像机在这个绿幕占很大比例的场景中起到了很大的作用，它的实时合成功能让卡梅隆看到绿幕部分的最终图像，并能根据这些图像进行构图。
为了适应实景拍摄的灵活性和大功率照明的灯光条件，戴瑞必须建造一个新的动作捕捉方式。卡梅隆分析道：“灯光会欺骗动作捕捉系统，让系统把光源认作跟踪点。所以戴瑞在一点上做了改进。”戴瑞做了一套能主动发射光线的LED，它们能循序发射光线，光源发射频率与动作捕捉摄像机的快门速度同步，这种方式能减少现场灯光的干扰。另外，考虑到动作捕捉摄像机会被放在不同的位置，而不是像在Playa Vista那样固定在天花板上。Giant公司为此制作了新的计算软件，新的控件使工作人员可以在很短的时间内重新计算摄影机的新位置。
在拍摄杰克第一次在自己的阿凡达身体中醒来时的那场戏时，卡梅隆在上午拍摄了萨姆·沃辛顿动作捕捉的内容，然后转到实景中拍摄其他的演员，他可以通过不断回放萨姆的表演，将杰克放到每一个正在拍摄的镜头中。
2008年，在结束了新西兰的实景拍摄之后，制作人员们又回到Playa Vista，继续拍摄动作捕捉的素材。同时，维塔公司的后期制作也正式开始，尽管维塔已经花费了近一年的时间用于技术研发，并制作了娜塔莉在丛林中监视杰克的戏，作为他们的测试样片。在测试的这段时间里，他们遇到了许多棘手的问题，尤其是灯光和渲染的问题。《阿凡达》涉及到的多边形数目要远远复杂过《金刚》和《指环王》，那些电影中只有几个纯CG动画角色，但在《阿凡达》的最后一场战斗戏中，却出现了好几百个。再加上密集的虚拟环境元素，使得维塔不得不重新回到计算机图形技术的研发上来。
奈特里在采访中说道：“对于杰克、娜塔莉和苏泰的模型，我们按照真实的身体结构建构了他们的肌肉。在过去，CG角色的肌肉曾像皮肤下的气球那样，按照关节的运动移动。而我们则是制作出真实的肌肉、脂肪和组织。”
灯光及FAC技术
在灯光上，维塔也做出了创新。在过去，维塔的照明算法程都是基于“环境吸收”(Ambient Occlusion)的基础之上，通过这种算法决定物体的亮暗面，并由此计算出光线的路径。而《阿凡达》则需要更快捷的照明方案。CG总监韦恩·史泰博斯(Wayne Stables)在采访中说道：“从前，我们会将各种元素导入Maya场景，但由于《阿凡达》中涉及的元素太多，会多到令Maya无法承受。”新开发的照明技术叫做“球面谐波”，它不仅能决定物体的亮暗面，还能算出光线发射的方向。数字特效总监丹·赖蒙(Dan Lemmon)在采访中说道：“对于物体表面上的任意一个点，系统能够告诉我们光线是从哪里来的，并按照这种方式自动照明物体。”
这种基于物理的照明方法需要占用更多的计算时间，但在计算完成之后，整个照明过程将会十分快捷。对于复杂的森林环境来说，维塔先将算法在高分辨率的模型上进行编码，然后将它们分解成小块片段。视觉特效总监埃里克·赛恩登(Eric Saindon)在采访中说道：“每个照明师被分派到的场景，都是由简单的区域构成，每个区域代表不同的树和不同的地表。这些场景都会被分成小块，这样当我们把场景放进RenderMan渲染的时候，很容易就能完成了。”在这种灯光算法之下，每个场景只需要三盏灯甚至是单一光源，就能得到很真实的效果了，灯光师的工作被大大减轻，但真实度却得到了提升。
不过最令维塔公司头疼的还是众多的面部特写，这些镜头要求动画师将演员的表演完全匹配到动画角色中去。为了重现演员丰富的面部表情，除了面部表情捕捉数据、高清参考画面之外，毫无疑问，关键帧动画也是必不可少的。动画师们将会加入如嘴唇的颤动、眼球的微小运动这样的细节，这些调整些微差异的工作，对成就影片完美起到了关键性的作用。
由于画面呈现出的是鱼眼镜头的变形效果，头部摄像机装置所提供的面部表情数据对于动画师并没有起到太大的用处，高清摄影机里的参考画面成了他们的救命稻草，这些参考画面包括了在正常拍摄同时记录下来的画面，以及之后在“面部表情捕捉单元”单独拍摄的演员表情画面。
为了更好地展现CG角色的脸部动作，维塔制作了高分辨率的面部模型，对原来的设计做了些微调整，使得演员的表情能更好地展现在数字角色们的脸上。早在这些面部模型的最终设定被通过之前，维塔的动画团队就已经在为他们的脸部制作角色绑定了。安迪·琼斯和维塔面部表情部门的负责人杰夫·乌内(Jeff Unay)开发了一种基于肌肉的角色绑定方法，他们使用的是由保罗·爱克曼(Paul Ekman)开发的面部动作编码系统(FAC)，此人是一名研究并量化普遍人类面部表达的心理学家。琼斯在采访中解释道：“FAC使我们能对面部肌肉进行数字编码，如果你想要一个愤怒的表情，只需向系统里输入相应的数字就行。”
尽管有了FAC，但对于维塔的动画师们来说，调整面部骨骼动画依然是一个缓慢、繁重的过程。卡梅隆第一次看到一段面部动画时非常不满意，但经过动画师们的不断改进，效果逐渐好起来。但是，在完成杰克向娜塔莉坦白他是由人类派来的那场戏之前，维塔动画师们的真正成就还未显现出来。这场戏的感情表达非常复杂，连卡梅隆自己都非常担心后期的水准能不能做到，但在动画师们的努力之下，这段动人的表演最终被完美地重现出来。
尽管出色的情感表演最终要归功于演员，可是如果没有维塔动画师们的出色工作，《阿凡达》的CG人物也就不会那样出色。
卡梅隆在采访中说道：“我觉得面部表演是这部电影里的最大成就，很大程度上这归功于骨骼动画，最后我们手动调节的骨骼动画占到10％，而《指环王》里的‘咕噜’用到了60％～80％的手动调节，虽然我们在角色绑定上做了很多，但还并不能取代动画师们的辛勤工作。手动调节动画给我们提供了很多细微的表情，还有耳朵和尾巴的动作。”
卡梅隆同特技演员凯文·多曼(Kevin Dorman)一起，在表演捕捉环节里创建了“战斗服”的动作数据。捕捉到的数据将与夸里奇驾驶“战斗装甲”固定模型的近景、中景镜头相结合，完成“战斗服”的最终动作。图中卡梅隆正在使用他和文森·佩斯于过去数十年中开发的3D摄像机，拍摄在实体模型中的斯蒂芬·朗，背景采用的是绿幕。
对于最后一场决战戏来说，维塔将所有的动画角色植入到细节丰富的场景环境中，这个环境是在虚拟艺术部门早先创建的资料库基础上建立起来的。一开始，卡梅隆给出了300到400株不同的树木、植物的草图，然后虚拟艺术部门的成员们将一张张草图分别建成高分辨率的几何体。加上一些变化之后，大概有1500种植物、植被和树木。再给每种植物的个体加上一些不同的外观后，资料库里大概有了约2000～3000种植物、树木。当样本文件从洛杉矶寄过来之后，维塔的设计师们再将寄来的草图和自制的高分辨版本的植物进行匹配，匹配完毕后，就开始丰富整个场景环境，有时候设计师们会在场景中需要的地方画上一些植物和植被，有时候会利用“巨型软件”(Massive Software)“种植”一片丛林。视觉特效总监埃里克·赛恩登在采访中谈道：“我们可以用‘巨型’播种植物然后运行模拟程序，让植物以非常自然的方式生长开。比如，在有些不见阳光的地方，模拟程序会让那里的植物死掉。程序还能以同样的方式生成植被和其他植物。我们不用花费太多精力在上面，却能得到一种很真实的效果。”
潘多拉星球上那些悬浮在空中的巨大山群也是影片中的亮点，为了制作出高真实度的外观，维塔的工作人员参考了中国某山脉的照片以及一些岩石的扫描图片，制作出了巨大的飘石模型，并使用Mudbox绘制精细的置换贴图。工作人员使用分辨率高达8K的材质文件，叠覆后应用于山体和岩石模型。然后，他们又在此基础上添加了苔藓和藻类，依据的正是那些参考照片。最后他们还加上了锈迹层，以此显示铁矿从里面透出来。
尽管影片的制作效率在最后一年已经得到了大幅提升，但2008年末时，大家还是意识到《阿凡达》已经变成无法只让一家公司来完成的巨型制作。所以，2009年初，卡梅隆和兰道将大约600个无角色镜头分配给一批外包公司。包括约翰·诺尔(John Knoll)领导下的工业光魔，他们负责的镜头包括部分漂浮山镜头、决战中的龙飞船、直升机以及开场部分飞船飞过丛林上空、经过矿区并在地狱之门降落时的外景部分；Framestore公司负责制作了杰克坐着轮椅从飞船出来的镜头，还有一部分地狱之门的内外景特效镜头；Pixel Liberation Front公司和Hybride公司为该片贡献了各种显示设备的画面，总共出现在约300个镜头中。Hydraulx公司制作了火葬场和冷冻仓镜头里的特技效果——他们为这两个场景制作了数字替身；Buf公司制作了阿凡达意识传送过程中的通道画面；Blur公司贡献了飞船飞往潘多拉过程中的太空画面镜头；Lola公司和Look Effects公司为影片完成了许多修补工作。整部影片除了110个镜头外，其他的全是特效镜头。
2009年11月6日，所有的特技外包公司，包括维塔公司在内，呈上了最后完工的几个镜头。到2009年完成制作为止，全片制作了总共大约2500个特效镜头。
卡梅隆在采访中总结了导演这部电影的感受：“经历了这一切之后我学会了‘禅定’。从一个导演的角度来说，当你面对一些让你很失望的情况时，不要轻易放弃，说‘这不行’。你必须和这群卓越的人们一起去解决问题。你必须多尝试不同的方法。大多数时候，你不停地说呀说呀说。我发现经过了这些努力之后，你就可以解决任何问题了。在这部电影中，我们解决了许多相当艰难的问题。我学会的另外一件事是，当你得到了很多可能性的时候，你会变得狂躁，假如你的思路被不断出现的新点子引导，这会让你发疯，你必须做到自制，因为有些东西是你永远也不可能做到的。我们的原则是一旦做出了有创意的决定就不会再犹豫。事实上，我们每天的工作就是去除可能性。”
对于影片的巨大成功，卡梅隆继续总结道：“我觉得影片中的有些小瞬间比其他的部分更值得称道。这个世界呈现在你眼中的方式，有些部分是很快的，但有些部分又会慢下来，以便你能听到虫鸣声，感受双脚接触大地的质感，享受一个植物自发光世界里的美景。对我而言，科幻的美妙其实就是真实感的诱惑，就是创建一个让观众完全沉浸其中的、细腻的、充满质感的真实世界。这些正是我想在《阿凡达》里做到的。”
标签：动作捕捉论文; 阿凡达论文; 摄像机论文; 虚拟技术论文; 特效技术论文; 卡梅隆论文; 面部表情论文; 武打片论文; 剧情片论文; 科幻片论文; 美国电影论文;