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时间：2017-01-01 16:11
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ae三维摄像机跟踪教程
&&&&基于OpenCV的摄像机标定方法实现
基于OpenCV的摄像机标定方法实现
：为了实现在三维重建系统中的对摄像机进行标定的目的，采用理想摄像机成像模型为基础，在模型中引入透
镜径向畸变和切向畸变影响的计算方法。在vc++环境下开发了一种基于OpenCV算法库的摄像机标定算法，并同基于Mat—
lab摄像机标定工具箱的标定结果进行了比较。实验结果表明，该方法具有标定精度高、鲁棒性好等优点，可以满足增强现
实和其他计算机视觉系统的需要
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基于Cult3D的数码摄像机使用介绍系统设计与实现
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&&通​过​虚​拟​现​实​构​建​软​件​实​现​摄​像​机​展​示​系​统​的​完​整​过​程​,​详​细​描​述​在​三​维​建​模​软​件​中​建​立​摄​像​机​模​型​,​在​C​u​l​tD​实​现​虚​拟​环​境​下​摄​像​机​的​虚​拟​操​作​,​并​探​讨​了D​ ​M​A​X​与​C​u​l​tD​的​接​口​,​以​及​C​u​l​tD​文​件​进​行​网​络​发​布​的​问​题​。
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摄像机（3Ds与真实对比）
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合理地使用摄像机，不仅在实际的拍摄过程中很重要，对于三维特效的制作来说也同样面临巨大的挑战，合理的设置镜头位置、角度以及运动方式，才能展现完美的虚拟世界。3ds Max中的虚拟摄像机为满足的需要提供诸多的可能性，仅需挖掘摄像机对象的潜能，就可以真正实现逼真的渲染和动画。3ds Max中摄像机的所有设置和属性同监视器的三维环境相关，而与窗外的真实世界无关，然而，如果熟悉真实世界的摄像机，那么你的工作难度就会大大降低了。本章力求阐明三维虚拟摄像机的技术问题，这些问题是同真实世界紧密联系的，同时，对在完全挖掘这些特性的潜能时存在的诸多可能性加以说明。2.1
真实世界的摄像机其实，我们很多人都使用过照相机或摄像机，如果留心相册、婚礼照或是大自然的快照，将发现某些共同的概念和术语，这一节将解释说明这些概念和术语的含义，并力求结合3ds Max中摄像机的特性。2.1.1
基于胶片的摄像机基于胶片的摄像机是依据胶片曝光来记录图像的，然后冲洗并处理曝光后的胶片。基于胶片的摄像机在准确曝光时比视频摄像机更依赖光线，它所拍摄的最佳图像受几个因素制约。现在我们仅考虑目前广泛流行的两种基于胶片的摄像机类型——静态图像摄像机和动态图像摄像机。(1)摄像机的最常见的形式是静态图像摄像机，也称静态画面摄像机，包括从商店里买到的普通摄像机到专业级别35毫米摄像机。摄像机的工作方式很简单，首先安装一个感光胶片，当准备拍照时按下摄像机上的一个按钮，于是摄像机打开快门，在某一特定时间内接受一定数量的光而使得胶片曝光，当胶片拍完后，或许你把胶片拿到本地冲洗店处理而得到相片，或许你是一个十分能干的，那么可以自行处理胶片，但是无论哪种情形，其最终的结果是一样的，即获得一张有图像的相片。在3ds Max中复制一个静态摄像机是一件很容易的事，而要模拟诸如胶片纹理和过分曝光的效果需要通过Video Post中的过滤器来实现。实际上，使用Video Post的过滤器能复制出很多特殊的后期处理技术，例如，使用Adobe Photoshop过滤器能获得其中的很多效果。(2)动态图像摄像机是通过一系列静态图像捕捉动作的，这些静态图像称作帧，动态图像中的帧同3ds Max中的帧是相同的。在很大程度上，动态图像胶片是使用比视频更宽的图像纵横比而拍摄的，例如，电视的图像纵横比为4:3(或1.33:1)，那将意味着图像虽不是正方形，但却十分接近正方形，然而大多数胶片却是以1.85:1或2.35:1为纵横比拍摄的，这样所产生的图像宽远大于高。在3ds Max中，纵横比是通过Rendering Setting(渲染设置)对话框设置的，虽然常规的Image Aspect Ratios(IAR)是可配置的，但几个预设的优先设置使你能快速设置渲染输出，以便同胶片的纵横比相匹配。常用的动态图像效果，比如眩光效果以及畸变也能通过Video Post过滤器而得到。2.1.2
基于视频的摄像机视频摄像机和胶片摄像机工作原理相同，都是利用一个镜头捕捉一系列帧，但是对图像自身的处理方式却迥然不同，一旦图像通过镜头，立即被转化为数字信息，然后在内部处理成一个磁化源，比如一个磁带，或是一个数字存贮设备，比如一个小硬盘。在3ds Max中，最容易模拟视频摄像机，因为它所记录的图像同在监视器上看到的图像实质上是相同的。当然，录像带自身的质量问题也是一个因素，但总的来说，图像看起来是相似的。3ds Max对视频输出有很好的调节作用，在Rendering Preferences(渲染参数)面板中能设置自己的视频颜色检验(寻找不适合于电视的颜色的过程)，以及场优先次序(电视如何逐行更新屏幕)，甚至安全帧起初也是为视频所设计的，尽管对胶片同样有用处。2.1.3
镜头类型谈到镜头种类，有各种各样的选择，从标准镜头到鱼眼式大广角镜头，对镜头的选择通常由所拍摄物体的类型及所期望的效果决定，摄像机镜头由几个“透镜片组”(凹镜片或凸镜片)组成，透镜片组的位置及如何安置，连同镜片的长度，都将影响摄像效果。 1. 标准镜头标准镜头提供最大的灵活性，该镜头能在不同长度处聚焦，通常它是由6个透镜片组构成，当然也有一些是由8个“透镜片组”构成的。3ds Max的摄像机使用标准镜头，因而，完全可以假设渲染过的图像同现实生活中用带有标准透镜的摄像机所拍摄的图像是十分匹配的，3ds Max的摄像机也可以设置定位的焦点，可以直接在摄像机的属性栏中设置，也可以使用Lens Effects Focus模块控制。使用标准镜头所看到的镜头反射光线的数量和条纹数量是一致的，如果遇到任何光斑，那么需在场景中有相同数目的镜头反射光线，使用Flare和Focus，通过恰当的后处理效果来改造标准的3ds Max镜头就可得到所有的其他类型的镜头。 2. 广角镜头同标准镜头相比，广角镜头使得摄像机更适合于帧画面，不过是以牺牲焦距为代价的。为模拟一个广角镜头，简单地调整3ds Max摄像机以便能观察更多的场景，调节视野，然后使用Video Post中的Lens Effects Focus模块以缩短被渲染图像的焦距。广角镜头在透镜片组数目上有所变化，但通常情况下为9个。 3. 远摄镜头远摄镜头是利用较长的镜头筒以及特殊透镜片组而使得摄像机可以更靠近物体。实质上就是在使用同一焦距时人能更靠近物体一些，这样尤其具有使物体好像完全在焦点上的效果，并且使物体之外的其他事物在离开镜头的最大焦点时，快速地远离焦点。在3ds Max中，要模拟一个远摄镜头，需要使用一个焦点范围相对短一点的聚焦模块，那样，在对象离开这个范围时迅速变得模糊。远摄镜头通常大约5个透镜片组构成。2.1.4
F光圈F光圈是与一个被称为光圈的小部件有关的校准数字，正如眼睛中虹膜的功能一样，光圈对镜头具有同样的功能，通过改变光圈的直径，能控制光线的数量及图像景深。通常在光太强或光太弱的情况下，应通过减小或增大F光圈来校正光线，因为3ds Max有能力调节个别的或全部的光源，所以无需利用F光圈参数模拟这一效果。提示：在3ds Max中通过操纵光源来调整光线而不是利用F光圈。改变景深是3ds Max的一个特色，景深的改变能通过Video Post中的Lens Effects Focus过滤器轻易地模拟出来，尽管摄像机的F光圈同3ds Max中景深值没有直接的联系，但能改变调节Focus模块内部的Focal Range和Focus Limit的参数。当然通过设置摄像机的景深属性，并指定目标点和模糊强度，可以很容易地实现景深效果，对于特殊的渲染器，比如Metenray和final Render，都具有设置景深的参数栏。
2.1.5 胶片感光度胶片感光度标志该具体胶片的光敏度，胶片的感光速度越快，其光敏度越大。在世界的大部分地区，都使用()数字标示胶片感光度，DIN和GOST系统也同样在使用，例如，当你去百货商店时，就会发现对大多数的消费者而言，胶片感光度在100~400之间，当然，有些胶片的速度能达到25或6400。正常情况下，慢一点的胶片感光度最适合于静物图像或有充足光线的图像，快一点的胶片感光速度一般说应用于更黑一些的场景。在3ds Max中，当力求匹配或模拟胶片感光度时，要考虑以下两件事情：(1) 胶片感光度越高，对比度越小。(2) 胶片感光度越大，粒度越大，尤其在放大时。利用Video Post过滤器，3ds Max能够十分容易地再现这两种效果。Video Post模块的Contrast(对比度)过滤器可以改变图像或动画的对比度和亮度，对于看似以较低的胶片感光度拍摄的图像，增加其对比度，也许需要减少些亮度。仅需一个二维图像过滤器外挂模块就能模拟增加胶片纹理的效果，使用Adobe Photoshop时，经常用到胶片纹理外挂模块，在Video Post中，把Photoshop过滤器填入到队列中，并选择Film Grain过滤器以得到理想的效果，使用对比度和Film Grain外挂模块可以很好地模拟胶片感光度。2.1.6 镜头附件现实生活中镜头附件能为图像添加一些没有的效果，例如，通过增加一个柔焦附件来扩散拍摄图像的光线，从而柔和了图像的线条。因为即使在真实世界中，必须要增加使照片或动画图片取得效果，把这一点与3ds Max关联的最简单方法是使用Video Post过滤器，而且不受真实世界的限制，所以没有什么是不可能的。这里特别说明一点：并不是所有的Photoshop或Premiere的Adobe-made过滤器都能在3ds Max中使用，具体应用时需要注意。 1. 镜头遮光罩们通常用镜头遮光罩遮挡镜头，以防止强烈光源，比如太阳光或明亮的演播室灯光。3ds Max中添加了镜头反光、辉光或光斑，这里的摄像机上任何时候都有镜头遮光罩。 2. 柔焦光圈盘柔焦光圈盘镜头附件产生一个图像晕圈的强光区，把它同一个柔焦附件相连，就能使图像缓慢地散焦并有晕圈围绕着强光区，从而产生戏剧般的效果，3ds Max通过Glow和Focus过滤器提供这个功能。2.2 构图没有艺术功底的计算机动画设计者从未学过构成一个场景的正确方法，或许场景合成是计算机图像中最关键的一个方面，类似于现实生活中的摄影技术。有几个因素需要考虑，比如灯光、摄像机角度及FOV(视野)，所有这些因素在构图中都起到一定的作用，如果图像中包含有动作，那么还必须考虑另外几个因素，比如在0帧看似很好的构图，也许在动作序列末就消失了，不过，3ds Max能让你调节所需的构图随时间变化的各种因素。2.2.1 起幅在真实世界中，有我们轻易不能改变的一些具体因素，比如橡胶桌永远是橡胶桌，但为了突出它的特色，最可行的方法是改变房间的灯光，因为能改变的东西不是很多，修整些许改动就能得到最好的图像。在3ds Max中，每一件事都是变化无常的，场景中任何对象都可以改变，如果不喜欢某个桌子的颜色或者纹理，那么可以改变材质设置而不去理会灯光，在这种情况下，是改变对象的材质来适合灯光的，在真实世界中，这种调节是不可能的。如果你是3ds Max的初学者，首先必须坚持你所知道的，比如，你对创建演播室灯光有丰富的经验，那么在3ds Max中设置灯光同在现实生活中一样，把光源修整成你所希望的样子，然后开始处理其余的场景，一旦成为一个老练的动画制作师，你会开始感到同时调整几个参数是得心应手的事。如果你对做任何事情都没有经验，那么首先从3ds Max中你感觉比较舒适的地方入手，大多数的初学者倾向于选择从放置摄像机入手，其主要原因是无须渲染就能看得见结果。2.2.2 视点视点，POV(Point of View)，就是摄像机观察一个场景的点。摄像机位置不同，无论是真实的还是虚拟的，都能产生根本不同的结果，当确定POV时，必须考虑以下几件事：(1) 想要拍摄的主体是什么？(2) 场景中有用于增强所拍摄主体的其他物体吗？(3) 摄像机画面中是否存在能削弱所拍摄物体的其他物体？(4) 如果在户外，灯光从何处来？如果在室内，灯光充足吗？或光源的位置和强度能改变吗？(对3ds Max来说，无论室内室外，都可以改变光源的位置和强度，如果需要移动太阳，那也确实能做到。)在虚拟空间确定一个POV是相当容易的，因为在虚拟空间可以移动或改变任何物体，而在真实世界中的情况却并非如此，你能从系统摄影中学到许多知识，比如尝试几个稍有不同的POV，而不改变几何体，反而使用聚焦效果突出主体，也是有益处的。在3ds Max中，POV能轻易地增强或毁灭你的图像。
2.2.3 视野视野，FOV(Field of View)，视锥定义的角度。视锥的节点正是摄像机所在的位置，所用镜头的焦距决定视野的角度。短焦镜头(对于35mm SLR采用28mm或35mm镜头)的视野角度很大，场景中的对象看起来彼此分得很开，虽然靠近摄像机的对象看起来很大，但是水平线上的对象几乎看不见，如果你用广角镜头拍摄某个人物的特写，他(她)会有一个大鼻子和一对小耳朵。广角镜头适用于在一个场景中同时表现多个对象，拍摄建筑物或其他大型物体，拍摄建筑物的内部结构，或通过夸大透视关系来强调重点部分。中等焦距镜头(对于35mm SLR采用“正常”或50mm镜头)的视野中等，透视图中的景物与人们利用眼睛观察到的差别不大，场景中对象的空间关系正常。长焦距镜头，或长镜头(对于35mm SLR采用135mm到500mm镜头)的视野窄，因为只能看到场景正中心的对象，所以这些对象看起来离摄像机非常近，场景中对象的空间距离好像被压缩了。当你需要在一个镜头中同时表现近处或远处的对象时，或者无法用正常或广角镜头接近某个对象时，采用较窄的视野角度是有用的。POV(视点)确定了观察物体的远景图，而FOV(视野)确定真正能看到物体的多少，以及物体周围的环境，同POV十分相似，如果在画面中捕捉的FOV太多或太少，同样能增强或毁灭场景。如果请别人观察你的图像或动画，那么很容易就能测试出FOV是太窄，还是太宽。询问他们看见了什么？如果他们没有首先注意到你想要拍摄的物体，那么也需要改变FOV(可能也要改变POV)。使用3ds Max时，利用摄像机的FOV微调控制器来控制FOV，如果使用一个远景视点，则用FOV按钮控制FOV。利用摄像机视窗随时间的变化而改变视野，可使FOV的画面动起来，改变FOV并不意味着改变摄像机的位置，其实真正改变的是摄像机自身的视野。在3ds Max中，改变FOV的同时也改变了镜头的焦距，因为两者改变的是同一个值，如果想保持焦距不变，而让摄像机更接近物体，则直接使用Dolly按钮就可以了。记住，不同的FOV设置，其结果是相差很大的，在摄像机位置相同的情况下，两个不同的FOV设置能产生完全不同的结果。比如，当FOV设置数值为100，渲染效果如图2-1所示，当FOV设置数值为65，渲染效果如图2-2所示，当FOV设置数值为40，渲染效果如图2-3所示。2.3 3ds Max中的摄像机前面已经研究了真实摄像机的大概情况，但是，最常见的问题是如何把现实世界的属性很好地与3ds Max中的摄像机属性相匹配。属性的大部分效果都能复制，其中一些是很容易复制的，也有一些却不太容易复制。这一节我们探索一些关键的要素，而这些要素对设置和调节3ds Max中的摄像机是非常必要的。2.3.1 选择摄像机类型3ds Max中有两种类型的摄像机：Free(自由摄像机)和Target(目标摄像机)。两种摄像机的工作方式几乎相同，在如何观察场景方面，二者也没有根本上的差别，它们有相同的可控设置，不同之处仅在于它们产生动画的方式。 1. 目标摄像机目标摄像机不是一个传统的现实世界摄像机，但是在计算机世界却具有悠久的传统。目标摄像机使用摄像机对象和目标对象确定自己的POV，它能独立于目标移动。目标摄像机极适用于拍摄以下几种图像：(1) 漫游(fly-around)、跟踪(fly-by)以及空中拍摄(fly-over)。(2) 追踪拍摄。(3) 静物拍摄。目标摄像机也存在自身的问题，最常见的是框架自锁或翻动布景，因为摄像机相对其目标总保持Z轴向上，当接近目标或在目标的正上方时，就会出现某些问题，也就是大多数动画设计者称之为急转摇摄或“急转弯”的问题，实质上，当摄像机接近目标时，有时仅在一两帧内，它环绕着摇摄目标对象，这是完全令人迷惑的，并且极不专业化，虽然不能消除框架自锁问题，但是能尽量减少其发生的机会。如果所拍摄的景物中包含一个跟随拍摄，那么摄像机应该同目标保持安全的距离，尤其当摄像机在目标的上方或下方时。当摄像机接近目标时，尽力使之保持在同一水面上，只有这样，当摄像机经过目标时就不是沿着几个轴旋转，而是只沿一个轴旋转。如果非常想从目标的上方或下方拍摄，那么使摄像机稍微偏左或偏右，以便它不在目标的正上方直接经过，否则，摄像机将在一两帧内旋转180°。当平移一个目标摄象机时，必须移动摄象机及其目标，虽然沿一个方向移动是很简单的，但当你试图沿一个弯曲路径移动时，这个问题就变得有难度了，比如说，沿靠近悬崖的崎岖小路移动时，但3ds Max拥有另外一种能消除目标的摄像机——自由摄像机。 2. 自由摄像机自由摄像机同其他任何一种摄像机相比更能代表真实世界的摄像机，使用自由摄像机基本上是把摄像机对准物体，而不是把目标移到对象上，使用Move或Rotate工具把摄像机对准想观察的部分。这似乎是一个设置摄像机的最自然的途径，自由摄像机善于处理以下工作：(1) 游走拍摄。(2) 摇摄。(3) 基于路径的动画。自由摄像机的优点在于不为目标的位置或框架自锁问题所限制，具有一个新特性，该特性能使摄像机同一个对象的法线对齐，这是唯一真正快速地使一个自由摄像机对齐的方法。为自由摄像机的Transform轨迹分配一个Look At控制器，就能使自由摄像机具有目标摄像机同样的行为，这样，就有了一个明确的目标对象，但是也存在同目标摄像机一样的问题，那就是框架自锁问题。
2.3.2 匹配现实世界的摄像机目前，为了恰当地模拟真实世界摄像机的镜头焦距，这意味着使用一个35mm的，通过虚拟场景来合成动态图像时，35mm摄像机所拍摄的图像能恰当地与现实摄像机匹配，使用摄像机跟踪装置，动态图像同样也能恰当地匹配。如果在配置中没有摄像机跟踪系统，可以使用Camera Match把虚拟摄像机匹配到照片或动画中，Camera Match特性要求知道被摄物体在照片或动画上所占的比例，从而恰当地把虚拟摄像机匹配到场景中，这意味着需要知道真实世界场景的规模和位置，如果没有这个信息，那么Camera Match将可能产生错误的结果。2.3.3 模拟真实世界的效果在真实世界中使用镜头附件或通过镜头操作，可以创建很多传统的效果，而在3ds Max中可以利用Video Post的后期特效来模仿复制这些镜头附件或镜头效果。真实世界的摄像机在光通过镜头时发生图像失真，在3ds Max中则不同，它首先拍摄物体成像，然后通过Video Post失真。 1. 使用镜头焦点效果为模拟体现焦点效果，可以使用Video Post中的Lens Effects Focus模块，使渲染过的图像增加真实的焦点效果，你能获得一般的场景模糊、放射状的场景模糊或基于聚焦节点的模糊(聚焦节点是正在聚焦的物体)。按通常的规则，几乎每一个场景中都应有一定数量的模糊，由于我们见到的任何一个摄影作品都与一定数量的聚焦模糊相联系，在3ds Max中，使用它就意味着场景中将有一种格外的真实感，这通常需要一个外挂模块来实现。 2. 使用Photoshop外挂模块使用Video Post内的Photoshop外挂模块，可增加常规的二维效果，在渲染静态图像或动画之后，你必须在Photoshop内部完成该过程，然而Photoshop是一个极好的图像增效工具，当真正渲染输出动画时，通过Video Post将二维过滤器应用于一个图像或图像序列是极其容易的，对一个静物图像而言，Photoshop过滤器就更加适合了。然而，使用Photoshop过滤器有一个弊端，那就是在每一帧中，过滤器都被赋值，这样能导致在产生的动画中，过滤器反复无常地应用于帧序列中。对于制作成动画的帧序列，应考虑使用Adobe Premiere过滤器，Premiere过滤器同样是为动画所设计，并且也能基于序列而产生更好的动画效果。根据你自己的外挂模块，Video Post产生的效果，尤其是这些效果被组合使用时，能极大的拓宽输出选择。2.3.4 摄像角度摄像角度，同焦点效果十分相似，能明显地改变观察场景的方式，通常，设置摄像角度是为了使想要拍摄的物体或关注的中心点更加显而易见，利用动画技术在一系列的帧位置间移动摄像机是具有灵活性的，使物体逐渐地进入画面中，不仅让观众意识到应该注意的是什么，而且能产生一种设想，接下来将看见什么？ 1. 传统摄像角度传统摄像角度包括的事物是显而易见的，可以将摄像机同物体放置在一起或远离一点或者放在与周围环境相适应的位置上。 2. 特殊角度有时需要通过加强摄像机角度和焦距效果来完全放大物体，比如想让一个小孩子看起来像一个巨人，或一段地下道看似一个无限延伸的隧道，这时，只能使用特殊摄像机角度，而不是为模拟这些效果而给场景建模。一个正常的摄像机角度与使用特殊摄像机角度拍摄的情景，如图2-4所示。在影片中变换观察角度的原因很多，例如，为了跟随角色的运动；为了揭示或掩盖某些信息；为了改变视点；为了建立一个外景拍摄，甚至是为了获得某种气氛，都可以改变观察角度。在影片中，观察者等同于摄像机，当摄像机移动时，观察者也有运动的感觉，并且经常会发现屏幕上的场景比他周围的空间更真实，这种幻觉被称作转移，例如，拍摄骑马，利用这种幻觉成功地模拟了骑马穿过真实空间时的运动感觉，因此，观察者不仅可以在屏幕上看到运动，而且可以亲切的感受到运动。 3. 透视(Perspective)无论是观察一间房屋、一座建筑物、一辆汽车等等，总有某些视点比其他视点显示的景更深一些。例如，一座建筑物时，只有垂线汇聚于水平面上，灭点与视觉中心重合，其他直线没有灭点，这些直线不相交并且平行于视线和水平面，这叫做一点透视，因为它只有一个灭点，渲染效果如图2-5所示。如果视线与建筑物不垂直时，那么建筑物两个可见的面都有灭点，可以看到被称作两点透视的效果。视线可以来自任何一面，摄像机和摄像机目标必须与地面平行，这样垂直线才能保持垂直，渲染效果如图2-6所示。当不再沿水平视线观察对象时，垂直线汇聚于一个灭点，建筑物的3个面都有灭点，这被称作三点透视，渲染效果如图2-7所示。如果向下观察水平面以下的点，建筑物的垂直线向下汇聚，若向上观察水平面以上的点，垂直线向上汇聚，如果再以平行的视线观察建筑，又得到两点透视。
2.3.5 摄像机运动摄像机发明不久，就产生了几种基本的摄像机移动技巧，构成了今天摄像机运动技术的基础，这些技术同样适用于计算机动画中的虚拟摄像机。当然，我们不应该仅仅局限于这几种基本的技巧，因为计算机动画中的摄像机是不受时空限制的。学习真实世界中的摄像技术，学会从这几种基本运动技巧中获取运动影像的信息。摄像机的基本运动包括Pan(摇摄)、Tilt(摄像机俯仰运动)、Roll(左右转动)、Dolly(移动摄影)、Track(跟踪拍摄)。所有这些运动，或者是围绕摄像机的轴的旋转来产生运动的，另外一种类型的运动方法就是在拍摄中改变摄像机的焦距，在拍摄中摄像机保持静止不动，由于视角的改变使得对象看起来接近或远离屏幕，从而产生动感。 1. Pan、Tilt和Roll在水平全景画面的拍摄中，摄像机绕它的垂直轴以360度的角度旋转，从而可以看到整个可见的水平区域，Pan和任何其他摄像机运动之间的不同点在于它在一个位置绕一个轴旋转而不是移动，Pan经常被用于：(1) 包含通过一个固定的画面能够看到的更多空间。(2) 当它移动时跟踪对象。(3) 连接两个或更多有趣的点。(4) 连接或暗示在两个或更多主体之间的逻辑联系。Pan最常见的应用就是对全景的拍摄，缓慢地水平或垂直移动，对一座大厦的垂直向上或向下的镜头转动将使人产生一种高度感，而对一个陆上风景的水平的镜头转动可以显示出地面的宽广，比如一个溪谷或一座山。摄像机摇动千万不能总是被用作在一个方向上的比较缓慢的摄像机移动，它可以突然地改变方向，例如，一个摄像机正在跟踪一个目标，接着它可以马上跟踪完全相反方向上的另外一个目标而中间没有任何间歇与停顿。比如，在机场上，这种从一个目标转向另一个目标的镜头转换可以一直进行下去。用于叙事影片中的技术也可用在影片预告和片头动画中，想象一个正在显示高中学校里的广告板的摄像机摇动，从摇动镜头中，观察者可以了解学校中许多正在进行的情况，相似的技术可以用于片头动画中，正在创建的镜头应该是一些图像的镜头摇动，以显示这家公司到底是做什么的，然后可以创建一过渡显示片头。没有经验的摄影师常常有摇得太快的毛病，摇得太快会导致一帧与下一帧之间画面差异太大，产生画面动作断裂感，在摄影技术中，这种现象称为“闪烁”，在计算机动画中，也可称为断裂。在计算机动画中有两种方法解决闪烁问题，一种方法是不要摇得太快，另外一种校正闪烁的方法是在渲染时使用运动模糊。当用录像带或电影摄像机纪录在现实中快速移动的对象时，它们经常显得比较模糊，当摄像机的快门速度太慢，以至于无法将移动着的对象冻结时，这种情况也是经常会发生的，这种现象就称为“运动模糊”，另外，为了避免闪烁，运动模糊效果不会自动产生，相反，你必须准确地告诉摄像机需要增加运动模糊效果，这个小小的额外步骤对于模仿真实世界的摄像机的真实感很重要。Tilt和Roll在功能上与Pan基本相似，只是Tilt的摄像机垂直旋转，而Roll的摄像机沿Z轴旋转，Tilt和Roll应遵循与Pan同样的注意事项。 2. 轨道移动和跟踪镜头Dolly是一种在场景中移动摄像机和操作员的小轮车，它由台车手柄操纵，让台车平稳启动和停止，并且保证台车与摄像机操作员的推拉和倾斜同步。在设计摄像机的路径时，你就是在完成台车手柄的工作，必须使台车平稳、精确地启动和停止，由于是虚拟台车手柄，需要在摄像机路径上重建摄像师的感觉。摄像机移入或移出场景，称为台车移动，垂直于镜头轴向的移动则称为跟踪镜头。跟踪和平移遵守相同的注意事项。通常，跟踪镜头用于追踪一个目标或者探索某一空间，它可以检查和聚焦在整个场景的细节上，例如，摄像机慢慢地离开门从而显现出房间的其余部分，另外跟踪镜头并不仅限于直线，它也可以转弯，向前或向后移动，停止然后又重新开始，改变速度以及跨过它自己的路线。跟踪目标的最基本方法如下：(1)以和目标相同的速度进行跟踪。这种跟踪目标的方法最常用的便是跟踪正在会话的两个或更多的人，摄像机可以以平行的路线来跟踪他们，也可以略微靠前或靠后一点来跟踪，当跟踪汽车里谈话的目标或者其他任何正在移动的目标时，也经常用到这种类型的跟踪镜头。(2)以比目标更快或更慢的速度跟踪。这种方法和前面的方法只是稍有不同，使用这种方法可能会看到目标进入或者离开行动的中心，为了显示某种在赛跑中获胜，摄像机就需要以比他稍慢的速度跟踪他，但如果我们想要显示他正处于落后状态，那么我们就需要以比他稍快一些的速度来跟踪，也许在拍摄的过程中要超过他。(3)移向目标或远离目标。摄像机也可直接地向前或向后移动，台车移向一个目标对象的脸部可以用来显示一段时间的面部表情，它也可以用来拍摄介绍性的镜头，例如，摄像机显示一点点森林的图画中拉回来表明你不是在陆地上而是在宇宙飞船上。 3. Zoom(缩放)和Dolly(台车移动)的比较Zoom，观察者可以拉近或拉远目标而不会改变透视效果，整个图像将会被同等地放大，而在Dolly拍摄中，摄像机移向目标，透视关系将会改变。对象会从框架的边缘移出去，向观察者表明，他正在进行物理性的移动，移动着的摄像机产生了一种深度的感觉，而Zoom则会使空间变平，移动着的摄像机将会比移动本身更引人注意。2.3.6 景深(Depth of Field)效果在真实世界中，摄像机光学器件的景深是有限的，当前景中的对象在焦点以内时，背景就出了焦点，在某些情况下，这会带来一些问题，但它也是强调影像中的某个部分的一种有用的工具，虚拟摄像机没有景深限制，这样，计算机生成的影像，从前景到背景都备受注目。你也许希望限制景深来重建观众早已熟悉的真实感，低景深将某个特定的对象与场景分离开来，在一个镜头中，当强调的重点从一个对象转到另一个对象可以改变聚焦平面。摄像机景深可以使在同一环境中(受同一个摄像机作用)的多个大小完全相同的物体产生近大远小的效果，选择不同的摄像机目标点，可以使物体产生近实远虚或者远实近虚的效果。例如，处在同一个摄像机作用下的几个大小完全相同的苹果，将其摆放到不同的位置，摄像机选择目标点，注意勾选摄像机景深(Depth of Field)效果项，调整f-Stop参数(此参数决定了景深效果强度)到最佳，得到最后渲染效果如图2-8所示。2.4 摄像机的特殊效果这一节中主要介绍几种常用的利用摄像机产生的特殊的视觉效果。2.4.1 MV摄像机风格具有MV风格的摄像机技术和编辑技术有其鲜明的特色，往往，超越传统方法，它具有不同寻常的摄像机视角，夸张的视野，反传统的摄像机运动，快速而急切的过渡，MV风格已成为商业电视和其他非音乐领域的重要组成部分。吸收MV风格的最好方法是客观地分析你需要的镜头，看看那些摄像机是如何运动的以及镜头焦距的长度，镜头位置运动等等，然后再决定在3ds Max中借鉴哪种方法。几种MTV风格效果如图2-9所示。2.4.2 现场效果摄影师们多年来一直面临的一个问题是，当摄像机在粗糙的平面运动时如何保持平稳，最初人们通过铺设导轨，使用摄影升降机、车载升降台等机械方法来解决这个问题，但是需要花费大量的时间和金钱。有时摄影师扛着摄像机在地上奔跑，但结果呢？拍摄的影像当然就不稳定，动作发生颤抖，这些镜头让人想起纪录片或电视新闻，当观众看到颤抖的影像时，便会想到这个镜头是抢拍的，有时候，这种镜头比仔细修饰过的平滑的镜头更为真实。虽然，几年前发明了一种减震的装置(Steadicam)来消除手持摄像机的抖动，但是很多当代的导演和摄影师有意保留这些抖动，暗示事件的突发性，在商业电视和MV中常常能看到这种情况。在现实世界中，不容易得到平稳的影像，但是在虚拟的三维空间中，完美的稳定则是天经地义的，有时候，需要随机移动一下摄像机，以增加纪录片的效果，这时，可以利用虚拟的“shaky cam”(颤抖效果)来破坏这种完美性。在3ds Max中创建的shaky cam的效果非常简单，只需为摄像机的Position(位置)属性添加一个Noise(噪波)控制器。将shaky cam与live-action镜头结合在一起是一项挑战，在3ds Max中很容易实现，用一个静止的摄像机拍摄live-action，再在MAX场景中创建一个扁平面对象或者方体作为背景，最后live-action镜头作为这个对象的漫射贴图，并调整贴图材质，让它看起来像一个投影现场镜头的电影屏幕，这样一来现场镜头好像是一个背景，与采用VideoPost的方法相似，但摄像机的运动是独立于背景的，如果在现场中抖动摄像机，电影屏幕依然是静止的，但可能产生一种的幻觉，这种方法的另一个优点是，允许将场景运动模糊应用在虚拟电影屏幕上，你可以为现场镜头添加运动模糊，甚至可以在拍摄完毕以后添加。2.4.3 地震效果一般地，希望在颤抖发生之前和之后，能够有准备地、可预见地控制摄像机位置，Noise(噪波)控制器的随机性使摄像机在颤抖开始和结束时不在同一位置，早一些指定Position List控制器可以补偿位置的差异。在Motion面板中，加入一个Noise Position控制器，Noise Position控制器产生摄像机的随机位移，以模仿地震，通过Noise Controller设置，可以精确地控制摄像机位移的随机值。2.4.4 眩晕效果Alfred Hitchcock的同名电影使眩晕技术远近闻名，Hitchcock使用这个技术来显示主要人物高度的恐惧感，当对象静止时，摄像机远离他，这样就改变了对象向下看的楼梯井的透视效果，因此能够创建出一种使它变深而且更加恐惧的效果。摄影师合理地应用了变焦镜头在拍摄中能够不断地剧烈变化视角的能力。通常目标是静止的，而摄像机朝着或背着目标运动，当两者之间的距离改变时，镜头的焦距也随之改变，使得与画面相比物体大小不变，这样一来，背景就好像被缩放了，但物体大小保持不变，这就创建出一种非常怪异的效果，这种效果也用作“移向或背向目标”的变化。2.4.5 时间停滞效果所谓时间停滞效果，在很多电影镜头中常被用到，它是一种很特殊的镜头效果，例如，在电影《骇客帝国》里运用了这样的镜头对时间停滞效果作了一个恰到好处的诠释，影片中：人物在空中翻转，接着在悬空的时候，其实场景中的人物是静止不动的，只是摄像机在旋转，感觉整个场景都转了起来，就好像在人物的周围有序地排列着很多的摄像机，我们所看到的就是每个摄像机所拍摄到的对应角度的画面，这样连接起来，就形成了所谓的时间停滞效果。那么在3D世界里，我们要表现这样特殊的镜头效果，首先创建一个圆形的线，接着在前视图中创建Free(自由式)摄像机，然后将摄像机绑定在圆形上，摄像机也将绕在圆形上运动，勾选Follow(跟随)项，发现摄像机方向发生改变，拖动时间滑块，观察摄像机的围绕主体的圆周运动。2.5 小结本章主要学习电影语言的一些基础知识，在计算机动画中，使用相同的技术有助于艺术家和观众之间的交流，在使用摄像机之前，通常要先以粗略的故事板来设想你的动画，针对不同的表现主体和含义，使用恰当的模拟真实摄像机的角度、运动和效果处理，将传统的摄像技巧应用到三维动画的制作中，还可以发挥想象力，无限扩展虚拟空间中摄像机的特殊效果，达到丰富而又逻辑的镜头语言。
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