автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.18, диссертация на тему:Исследование и разработка мультимедийных инструментальных средств создания комбинированных кинокадров

Введение.

Глава 1. Современные методы и программные средства создания комбинированных кадров.

Элементы композиции кинофильма.

Системы построения перспективы в живописи.

Особенности перспективы, строимой фотографическим объективом с точки зрения восприятия человеком окружающего пространства.

Применение дубликационной теории.

Элементы теории обработки изображений.

Анализ источников изображения.

Обзор форматов видеозаписи.

Компьютерные системы обработки кино/видео изображений.

Классификация.

Сравнительная таблица типичные NLE системы.

Основные стадии процесса создания комбинированных кадров на NLE системах различных типов.

Основные недостатки существующих NLE систем.

Выводы.

Глава 2. Построение инструментальных средств создания комбинированных кадров на основе моделирования технологических процессов воспроизведения изображений.

Функциональная схема современной компьютерной системы комбинированных съемок.

Моделирование технологических цепочек элементарных репродукционных процессов при создании комбинированных кадров.

Структурная схема компьютерной системы комбинированных съемок с позиций дубликационной теории.

Выводы.

Глава 3. Теоретическое исследование перспективных и частотно-контрастных преобразований при создании комбинированных кадров на компьютерных системах.

Перспективные преобразования в комбинированном кадре.

Виды комбинированных планов. Система описания комбинированных планов в пространствах предметов и изображений.

Виды перспективных преобразований и моделирование их для различных комбинированных планов.

Частотно-контрастные преобразования в комбинированном кадре.

Передаточная функция съемочного объектива.

Влияние дефокусировки на ОПФ объектива.

Выводы.

Глава 4. Экспериментальные исследования возможности моделирования съемочных процессов при синтезе комбинированных кадров.

Моделирование перспективных и резкостных преобразований комбинированного кадра на основе стандартных средств Adobe Photoshop.

Резкостное преобразование комбинированного кадра при съемке объективом с фокусным расстоянием 50мм.

Перспективное и резкостное преобразования комбинированного кадра при съемке объективом с фокусным расстоянием 28мм.

Перспективное и резкостное преобразования комбинированного кадра при съемке объективом с фокусным расстоянием 135мм.

Выводы.

Глава 5 Разработка инструментальных средств перспективных и частотно-контрастных преобразований для синтеза комбинированных кадров на компьютерных системах.

Разработка модуля построения перспективных и резкостных преобразований комбинированного кадра.

Проект модуля построения перспективных и резкостных преобразований архитектуры Plug-Iti для программы Adobe Photoshop.

Выводы.

Одним из важнейших составляющих элементов искусства кино является изобразительное решение кинофильма.

Кинофильм состоит из совокупности планов. План - последовательность кадров, объединенная единством места действия (мизансцена), действующими персонажами, точкой съемки (допустимо ее непрерывное изменение за счет движения камеры), крупностью съемки персонажей (допустимо плавное изменение за счет применения объективов с переменным фокусным расстоянием).

При демонстрации на экране каждый план (каждый кадр плана) должен восприниматься зрителем как достоверное (психологически точное) изображение сцены, которую зритель мог бы наблюдать с места установки кинокамеры (оператора) [5,42]. Для этого кадры плана должны быть достаточно резкими, в том числе и по глубине изображаемого про-странства[30]. Плотностное содержание должно соответствовать естественному восприятию с учетом адаптации на освещение объекта съемки. Цвета предметов должны быть легко узнаваемы. Каждый план должен «монтироваться» с другими планами, то есть отвечать таким художественным характеристикам как единство колорита, ритма, градационного и частотного содержания и стиля[32]. Искусство оператора и художника заключается в создании композиции кадра, правильной расстановке цветовых, плотностных и резкостных акцентов, чтобы за счет использования технических средств достичь требуемого драматического эффекта[2]. Эти категории относятся к искусству, в настоящее время не формализованы и нет уверенности, что они поддаются формализации.

На достижение требуемого при съемках художественного фильма эффекта направлены усилия большого коллектива специалистов во главе с режиссером и оператором-постановщиком, мастерство и видение которых и обеспечивает фильму изобразительный успех. Умение строить каждую сцену и получать совокупность «монтируемых» планов достигается в результате многолетнего обучения и практики при безусловном наличии художественного таланта.

Мастерство кинооператоров (и других творческих работников) непрерывно совершенствуется и развивается, в частности, за счет освоения новых приемов, которые обеспечивает прогресс в технике и технологии кинематографии. В историческом плане это был и приход звука, затем цвета и объема. Параллельно с этими кардинальными новшествами одним из мощнейших средств расширения изобразительных возможностей являются комбинированные съемки[38,41].

В общем случае под комбинированными съемками мы понимаем такой технологический процесс, в результате которого получается совокупность кадров, образующих план, каждый кадр которого составлен (скомбинирован) из изображений объектов, записанных на различных носителях, или же содержит синтезированные изображения и их трансформации. В настоящее время синонимом термина комбинированные съемки выступает понятие виртуальной студии, виртуальной камеры, подчеркивающие большую и непрерывно растущую роль синтезированных изображений и специальных эффектов преобразования изображений реальных объектов[63,64,71]. В настоящей работе мы будем пользоваться термином комбинированные съемки с учетом сделанного замечания.

Комбинированный кадр получается в результате проведения редакторских операций, цель которых заключается в формировании смыслового содержания кадра: выбор персонажей, их взаимное расположение, крупность и т.д., и технологических операций, которые обеспечивают «монтируемость» составных частей комбинированного кадра по резкости, градационному и цветовому содержанию. Все указанные требования к отдельным кадрам и плану в целом, естественно, обязательны и для планов, полученных способом комбинированных съемок.

Вопрос этот сложный и еще менее разработанный, чем в обычных съемках. Вот почему роль оператора и художника комбинированных съемок сейчас возрастает как никогда.

Вместе с тем с появлением высокоскоростной компьютерной техники, позволяющей производить широкий ряд различных трансформаций изображения, в современном кино и видео искусстве наблюдается тенденция перехода от обыкновенных монтажных комплексов к мультимедийным системам. Но к данному моменту времени мультимедиа уже заявила о себе как о самостоятельном виде экранного искусства. Это привело к тому, что производители мультимедийных программных продуктов диктуют уже свои взгляды на подход к монтажу видеопродукции и, как следствие, на конечный вид этой продукции [44]. Основной упор здесь делается на привнесение новых зрелищных спецэффектов, которые были раньше невозможны. Причем, увлечение такими эффектами происходит в ущерб художественной драматической ценности конечного материала [57]. Таким образом, художественное киноискусство и компьютеризированное видеоискусство идут сейчас разными путями, что, безусловно, не приносит пользы ни одному, ни другому.

В свете вышесказанного в производстве кинофильмов встают различные задачи по внедрению в киноискусство, со всеми его художественными требованиями и подходами, возможностей современных мультимедийных систем.

Цель проведенного исследования заключалась в усовершенствовании современных компьютерных систем для производства комбинированных кадров путем дополнения их принципиально новыми инструментальными средствами, основанными на моделирования процесса репродуцирования (воспроизведения). В качестве примера таких средств были выбраны модули, позволяющие производить перспективные и резкост-ные преобразования, опирающиеся на естественные в кинематографии подходы к композиции комбинированного кадра.

Цель реализуется путем теоретических исследований, посвященных моделированию технологических процессов воспроизведения изображений с применением компьютерных комплексов комбинированных съемок, моделированию перспективных и резкостных преобразований комбинированного кадра на основе дубликационной теории, и экспериментальных исследований, выявляющих особенности в реализации данных преобразований.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие основные задачи:

1. Провести анализ инструментальных средств создания комбинированных кадров в современных мультимедийных системах.

2. Провести математическое, функциональное и структурное описания компьютерной системы комбинированных съемок на основе дублика-ционной теории.

3. Провести моделирования элементарных технологических цепочек при создании комбинированных кадров.

4. Создать систему описания различных видов комбинированных планов, характеризующихся определенной глубиной пространственного слоя, основанную на моделировании того съемочного процесса, посредством которого данный план был получен.

5. Разработать методику построения перспективных и резкостных преобразований для рассматриваемых видов комбинированных планов.

6. Предложить способ реализации перспективы произвольного вида, и способ моделирования съемки объективами со специальными передаточными функциями.

7. Разработать программный модуль построения перспективных и резкостных преобразований над планами комбинированного кадра.

Научная новизна работы заключается:

1. В развитии дубликационной теории на перспективные и резкостные преобразования путем замены объемных и резких по всей глубине оригиналов на плоские изображения с распределенной резкостью.

2. В методе представления пространства комбинированного кадра в виде плоских и псевдообъемных планов и описания их перспективных и резкостных характеристик.

3. В моделях:

- резкостных преобразований дефокусировки для планов, находящихся вне плоскости наводки на резкость и воздушной перспективы.

- резкостных преобразований объектива с передаточными функциями, нереализуемыми оптически для расширения художественных возможностей и воплощения различных творческих замыслов.

- пространственных преобразований с произвольно задаваемым для каждого плана законом перспективы (прямая, обратная, нелинейная)

4. В разработанных приемах и алгоритмах реализации обратной перспективы и предложенном подходе к реализации произвольной перспективы, отличающемся возможностью задания каждой области пространства комбинированного кадра своего вида перспективы.

Практическая ценность работы состоит:

1. В предложенном способе реализации новых художественных приемов моделирования съемки объективами с заданными частотно-контрастными свойствами.

2. Разработанных в ходе работы требованиях на стандарт записи кинофильмом на DVD.

3. В разработанных лабораторных работах для студентов специальностей 051900 «Графика», 051905 «Анимация и компьютерная графика» и 3050700 «Реклама» , внедренных в Московском Государственном Университете Печати и Санкт-Петербургском Государственном Университете Кино и Телевидения.

Автор выносит на защиту следующие положения:

1. Репродукционный подход к созданию комбинированных кадров, заключающийся в согласовании планов по резкостным, градационным, цветовым и шумовым характеристикам на основе описания планов параметрами процесса их воспроизведения в соответствии с дубли-кационной теорией.

2. Систему описания различных видов комбинированных планов, характеризующихся определенной глубиной пространственного слоя. Описание каждого вида комбинированного плана строится на моделировании того съемочного процесса, посредством которого данный план был получен.

3. Методику построения комбинированных кадров, отличающуюся возможностью согласования разноплановых изображений посредством задания каждой области пространства комбинированного кадра своего вида перспективы и проведения резкостных и пространственных преобразований для каждого из планов в зависимости то их индивидуальных репродукционных характеристик и взаимного расположения.

Общие выводы

1. В результате комплексных исследований в области компьютерных систем создания и обработки комбинированных изображений был предложен традиционный в кинематографии и принципиально новый в области видео и мультимедиа подход к математическому описанию преобразований комбинированных изображений, основанный на моделировании процессов репродуцирования.

2. В результате дубликационного подхода были выделены основные виды планов комбинированного кадра. Проведено моделирование процессов получения плана каждого вида и перспективных преобразований над данными планами. Проведено моделирование резкостных преобразований над данными планами.

3. Проведены экспериментальные исследования по моделированию перспективных и резкостных преобразований при съемки комбинированного кадра объективами с фокусными расстояниями 28мм, 50мм, 135мм, показавшие достоинства данного метода, а также его возможности по устранению недостатков, присущих большинству компьютерных систем обработки комбинированных кадров. Были сделаны выводы о резкостных и геометрических требованиях, предъявляемых к исходным комбинированным планам при данных преобразованиях.

4. Разработан проект программного модуля для среды Adobe Photoshop, реализующий на практике построенные перспективные и резкостные преобразования комбинированного кадра. Интерфейс модуля представлен набором интуитивно понятных оператору параметров, распространенных в кинематографе, что максимально приближает его к классическим комбинированным съемкам.

5. Разработанные методики внедрены в учебный процесс Санкт-Петербургского Университета Кино и Телевидения на кафедре «Компьютерной графики и анимации», Московского Государственного Университета Печати на кафедре рекламных технологий, и применяются при создании комбинированных кадров на студии «Парадокс+».

1. Агапов А. Системы многослойного видеомонтажа и комбинирования изображений. - М.: Журнал «625» №4/99 стр. 6-17.

2. Алексеева Н.В., Артюшин Л.Ф. Цветной фильм. М.: Исскуство, 1980, 175с.

3. Андронов В.Г., Гласман К.Ф., Михайлов В.А., Летуновский А.А. Видеотехника: учебное пособие. // СПб., 1999, 156с

4. Артюшин Л.Ф. Адаптационная модель цветового зрения. Часть I. Фотохимия и аналоговые электрические сигналы. //Техника кино и телевидения, 1989, № 2, с. 3-12., Часть II // Техника кино и телевидения, 1991, №3, с. 3-14.

5. Артюшин Л.Ф. Основы воспроизведения цвета. //М.,Искусство, 1970.

6. Артюшин Л.Ф., Алексеева Н.В., Винокур А.И. Контроль воспроизведения цвета в кинематографических процесса // Техника кино и телевидения, 1991, №11, с. 15-18

7. Артюшин Л.Ф., Барский И.Д., Винокур А.И. Справочник кинооператора. // М., Галактика-М, 1999, 256с.

8. Артюшин Л.Ф., Винокур А.И., Мрктумов А.С. Съемка и подготовка видеоматериалов в телевизионном производстве. // М., АО ВНИИТР, 2000

9. Бугров В.А. Основы телевизионной техники. // М., Искусство, 1964, 614с.

10. Ю.Василевский Ю.А. Империя DVD. // М., Молодая гвардия, 79с.

11. Василевский Ю.А. Практическая энциклопедия по технике аудио и видео записи. // М., Леруша, 1999, 207с.

12. Винокур А.И. Моделирование управления процессам печати с учетом свойств копируемых материалов // Сборник научных трудов Научно-исследовательского кинофотоинститута, вып. 102, 1980, с. 25-29

13. Волосов Д.С. Фотографическая оптика//М., 1971,671с.

14. Гребенников О.Ф. Основы записи и воспроизведения изображения // М.:, 1989, 239с.

15. Гребенников О.Ф. Преобразования изображения при его записи на носителе//Л.:, 1989, 66 с.

16. Грей Д. Photoshops Plug-ins: пер. с англ. // Спб., BHV Санкт-Петурбург, 1998,432с.

17. Гудмен Дж. Введение в Фурье-оптику. // М., Мир, 1970, 364с.

18. Гурвич А.Г. Теория биологического поля. // М., 1944, 156 с.

19. Гусельников В.И. Электрофизиология головного мозга. // М.: Высшая школа, 1976, 424 с.

20. Гусельников В.И., Сидоров А.С. Взаимодействие между рецепторами сетчатки позвоночных и их функциональная роль. // Успехи физиологических наук, 1976, № 4, с. 92-119.

21. Джадд Д., Вышецки Г. Цвет в науке и технике: пер. с англ. // М., Мир, 1978, 592с.

22. Долинин Дм. Киноизображение для чайников. // Спб., СПИКиТ, 1997, 82с.25.3аказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.И., Теория оптических систем. М.: Машиностроение, 1992, 448с.

23. Зубарев. Ю.Б., Дворкович В.П. Цифровая обработка телевизионных и компьютерных изображений. /'/' М., HAT, 1997, 365с.

24. Иваницкий A.M. Мозговые механизмы оценки сигналов. // М. 1976, 387с.

25. Иваницкий A.M. Физиологические основы психики. // Природа, 1999, № 8, с. 156-162.

26. Иваницкий A.M., Стрелец В.Б., Корсаков И.А. Информационные процессы мозга и психическая деятельность. // М. 1984, 241с.

27. Комар В.Г. Количественные критерии качества изображений для оценки кинематографических систем. // Техника кино и телевидения, 2000, № 10, с.28-33

28. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике: пер. с англ. // М., Наука, 1970,832с.

29. Косматов Л., Тер-гевондян Т. Колорит фильма // М., БПСК, 1981, 55с.

30. Кравиков С.В. Глаз и его работа. Психофизиология зрения, гигиена освещения // М.-Л. изд-во АН СССР, 1982, 347с.

31. Красильников Н.Н. Статистическая теория передачи изображений. // М., Связь, 1976, 184 с.

32. Красильников Н.Н. Теория передачи и восприятия изображений. Теория передачи изображений и ее приложения. // М., Радио и связь, 1986, 248 с.

33. Кувшинов Н.Г., Решетников В.И. Принципы создания оптических систем, отображающих трехмерные объекты на плоскость по заданным законам перспективы.// Оптический журнал №11/94 стр. 62-66.

34. Куклин С.В. Видеоаппаратура, ч.1 СПб., 1999,328с ч.2 - СПб., 2000,402с.

35. Лазарев Е.Н. Взаимодействие искусства и техники // Искусство и общество. Л.: Лениздат, 1978, с.80-98.

36. ЗЭ.Ламекин В.Ф. Видеотехника. // Ростов-на-Дону, Феникс, 1997,256с.

37. Маргулис Д. Photoshop дл профессионлов: пер. с. англ. // Мн., Попурри, 1999, 852с.

38. Марков М.Е. Искусство как процесс: Основы функциональной теории искусств. // М.: Искусство, 1970, 239 с.

39. Нюберг Н.Д. Теоретические основы цветной репродукции. // М., Советская наука, 1948, 174с.

40. Овчинников Ю.М., Файнберг И.С. Методы анализа изображений. // М., Труды ВНИИ Полиграфии, том 25, вып. 3, 1977, 47с

41. Орлов A.M. Электронная культура и ее технологический аспект в предверии XXI века. //Техника кино и телевидения, 1999, № 6, с.4-8.

42. Пэдхем Ч., Сондерс Дж. Восприятие света и цвета. // М., Мир, 1978, 256 с.

43. Раушенбах Б.В. Геометрия картины и зрительное восприятие. М.: Интерпакс, 1994, 273с.

44. Раушенбах Б.В. Системы перспективы в изобразительном искусстве. -М.: Наука, 1986, 312с.

45. Роберте Б., Фили Д. Системы нелинейного монтажа. М.: Журнал "Цифровое видео» №4/99 стр. 6-12

46. Ряхин А. Классификация систем нелинейного монтажа. М.: Журнал «Цифровое видео» №4/99 стр. 4-5.

47. Соломатин С.А., Артишевская, И.Б., Гребенников О.Ф. Профессиональная киносъемочная аппаратура. // Л., Машиностроение, 1990, 288с.

48. Татарников О. Основы 3-D технологии. М.: Журнал «625» №7/99 с. 5-31.

49. Устинов В.А. Цифровая рабочая станция для подготовки кинопродукции высокого качества. //Техника кино и телевидения, 1997,№3 с.10-16.

50. Хлебородов В.А., Олефиренко П.П, под. ред. проф. Кривошеева М.И. Телевидение и радиовещание. Словарь терминов. // Жуковский, Эра, 1999, 232с.

51. Шлих Г.Ю. Цифровая обработка цветных изображений. // М., ЭКОМ, 1997, 184с.

52. Ярославский Л.П. Введение в цифровую обработку изображений // М.: Сов. Радио 1979, 312с.

53. Boroczky, Ngai. Comparison of Mpeg-2 and M-jpeg Video Coding at Low Bit rates. // SMPTE Mar., 161/98.

54. Cartwright. Pre-Production Planning for Video, Film, and Multimedia. // SMPTE 105:318, May 1996

55. Conover. Editing MPEG Streams. //SMPTE 109:805, Oct. 2000

56. Corley David F.E. Using Referenc Test Objects: From Camera Setup Through Post-Production // SMPTE Journal, vol. 110, NO. 2,2001, pp. 9497

57. Cowan, Nielsen. Improving the Quality of Film to Digital Transfer for digital Cinema. // SMPTE Sept., 642/98.

58. Davis, Herbert. Achieving Color Match Between Scanner, Monitor, and Film: a Color Management Implementation for Feature Animation, Rama-murthy. // SMPTE June, 363/98.

59. Drury. Video Preprocessing in MPEG-2 Compression Systems. // SMPTE Oct., 109:789/00.

60. Dupont. Film and Future of Imaging (Point of View). // SMPTE Oct., 710/99.

61. Film and Video synergies: Creation to Delivery: Proceedings from the 138th SMPTE

62. Golin. Fast Transcoding of Compressed Bitstreams by Reusing Incoming Motion Vectors. // SMPTE Aug., 586/98.

63. Guillotel, Thoreau, Ruellou, Bordes, Chupeau, Chevance. Adaptive Encoders: The new Generation of MPEG-2 Encoders. // SMPTE Apl., 109:287/00.

64. Hedtke Rolf Data Reduced Production Technology Using the DVCPRO and/or MPEG-2 4:2:2 Formet // SMPTE Journal, vol.109 N0.12, 2000, pp. 958-965

65. Huther, Tjabben, Bancroft. Digital Film Mastering. // SMPTE Dec., 859/98.

66. Massey. A Film to Video Converter // SMPTE Mar., 165/98

67. McVeigh, Gray, and Buxton. Making MPEG-2 Video Display Agnostic. // SMPTE 109:876, Nov. 2000

68. Mixed Realities: Integration virtueller Objekte in Realaufnahmen./ Troge-mann G., Stollenwerk F., Bartnik E., Gotteschling T. // Fernsen- und Kino-Technik. 1999. - 53,1/2. -C.45-50.

69. Narverson Mark A. Ab Advanced M/E Architecture for Today's Production Enviroment//SMPT Journal, vol.110, NO. 1,2001, pp.12-17

70. Pank. Format-Independent Post-Production. // SMPTE July, 473/99.

71. Perisic. Visual Effects Cinematography. // SMPTE Apr., 109:321/00.

72. Pronina, Ward, Nasiopoulos. Improving MPEG Performance Using Frame Partitioning. // SMPTE 109:469, June 2000

73. Swinston. Film scaning for all Disciplines: Video and Film Resolution Merge. // SMPTE June, 109:480/00.

74. Villeneuve. Digital Video Origination vs. Film Origination: A Comparative Test. // SMPTE Feb., 119/98.

75. Wiley J, The Reproduction of Colour. // Harrow, Research Laboratories of Kodak, 1975, p.2711. Утвешкдаю1. А К Твнедрения тестов для нормализации процесса записи на кинопленку комбинированных изображений, созданных на компьютерныхсистемах.

76. Данные тесты используются для настройки и контроля тракта записи комбинированных кадров на пленку.15 января 2001 г.1. Москва