本文来自微信公众号：把科学带回家（ID：steamforkids），作者：万物，编辑：Mirror
“制作这些在电影中仅出现1秒钟的特效要花上几个月的时间。” ——《万物》电影特效：幻想与现实。
不论是经典科幻大片《阿凡达》还是真人迪士尼电影《阿拉丁》，你还记得自己第一次看特效大片时的震撼体验吗？尽管今天的我们对电影中的特效似乎已经习以为常，但仔细想想，你真的知道它们是怎么来的吗？那些你以为是真实场景的画面真的是实拍的吗？下面就让我们来揭秘现实中的“魔法”——电影特效。
《阿拉丁》| 图片来源 《万物》
实现这种“魔法”的方式一般有两种：在拍摄过程中使用特殊布景或道具的特技（special effects，SFX），例如现场制造的爆炸或搭建机械模型。
SFX中的机械模型 | 图片来源 Wikipedia
这种方式的确“真实”，但是可以想象有时候还是相当危险，并且也无法达到很多高难度的酷炫效果。这时候就需要借助视觉特效（visual effects，VFX），将拍摄所得画面进行后期处理。
大家都知道“亚洲四大邪术”之一——PS技术化东施为西施的“易容魔法”，那么视觉特效运用的种种技术就更是可以达到“只有想不到，没有做不到”的逆天效果。
虚拟角色
电影中常常会出现一些现实中不可能存在或难以控制的角色或场景，比如今年刚上映的真人版《狮子王》中的动物角色们，让一头真狮子为你表演试试看？
《狮子王》真人版
运用计算机生成图像（Computer-generated imagery ，CGI）技术制作动画形象就可以让剧组不用围着一群动物团团转，或为恐龙已经灭绝而发愁了。
《侏罗纪公园》：第一部大规模使用CGI动物形象的电影
不仅是动物形象，各种天马星空的“异形”你都可以通过计算机创建三维CGI模型实现。有了构思之后，我们需要先创建一系列图形合成模型。然后，由设计师根据电影风格设定，为最终模型着色，并添加纹理和明暗效果。
《阿凡达》中一株潘多拉星球植物由100万个CG图形组成
形象设计完成后就该想办法让它动起来，这可以通过数字化连接CGI模型的各部分达成，就好比给提线木偶搭线，这个过程就叫做“绑定”。完成绑定后，动画制作者就可以通过计算机操控模型的一举一动，并置于电影场景中。
GCI动画制作 | 图片来源 《万物》
不过在现实拍摄过程中，真人演员是无法看到CGI动画形象的，所以他们其实是在与“空气”或模型互动，可以说是相当考验演技。
“该配合你演出的我其实根本看不见” | 图片《权力的游戏》
捕捉动作
与CGI技术制作的完全虚拟角色不同，通过动作捕捉技术可以将演员化身为电影设定的角色，比如《阿凡达》中潘多拉星球的居民和《阿丽塔》中的半机械人形象都是源于对真人演员表情和动作的捕捉。
《阿丽塔：战斗天使》中使用的动作捕捉技术
《美女与野兽》中野兽的“真面目”
要实现这种“变身魔法”，演员需要穿上一种布满位置跟踪标记点的捕捉服。这些标记点就被作为跟踪演员动作或表情的参考点，映射到计算机生成角色的虚拟骨架上。动作捕捉未必是全身捕捉，也可以仅在需要添加特效的局部进行，比如脸和手。
无缝衔接
无论是CGI动画角色还是动作捕捉技术生成的角色，都需要和电影中的动态场景相融合。一旦脱节，必然穿帮。运动跟踪技术就可以在这时候派上用场。利用这项技术，合成的虚拟元素就会按照设定轨迹跟随摄像机镜头同步移动，在适当的时间和位置自然地融入场景。
运动跟踪技术
绿幕幕后
看过电影拍摄现场的观众们应该都会对摄影棚绿得发亮的幕布有印象。所以为什么要用这么突兀的颜色做背景呢？
摄影棚的绿幕 | 图片来源 《万物》
其实，这种绿幕（有时也用蓝幕，如天气预报）是用来“抠像”的，也就是将拍摄的形象在后期处理时从背景中抠出来。为了便于抠像，就要使演员或道具与背景形成较大的色彩反差，而演员正常肤色中绿色或蓝色的元素是最少的。并且多数摄像机的感光芯片对绿色是最敏感的，用绿色背景比较能够突显对比度。所以，如果你一身绿油油地出现在绿幕中，就别怪导演为什么没让你出镜了。
电影形象被“抠”下来之后，就可以任制作组自由发挥置换场景或替换元素，比如任意传送直升机。
从绿幕中“抠”下直升机后置换背景 | 图片来源 《万物》
模拟场景
水、火和烟雾虽然是现实中就存在的，但是要想达到“水漫金山”或“火海燎原”的灾难场景利用真实布景代价可就太大了。因此，设计师会使用Houdini之类的粒子效果软件生成不计其数的粒子，通过设定粒子大小、形状、颜色以及运动模式来“指挥”它们模拟成为火山、沙尘暴或瀑布。
模拟湍流
《死侍》中的模拟火焰
这就好比游戏“我的世界”中用一些基本方块元素来搭建房屋甚至一整个世界，只不过设计师用的是更加微小的粒子，效果也更加逼真。
隐藏道具
我们偶尔会在一些电影中看到穿帮的现象，比如用于腾空场景的钢丝没有被隐藏好。要隐去这些辅助道具就需要用到转描技术，即在画面中擦除某个物体或改变其位置的方法。特效师通过一些参数标记需要处理的目标后，就可以在剪辑过程中逐帧剪切或在其它位置粘贴该目标对象。
《太空旅客》拍摄场景
例如吊钢丝的演员就是被剪切下来后粘贴到电影场景中实现“飞天绝技”的。不过这种处理方式相当耗时，因为电影的帧率通常为每秒24帧，也就意味着每一秒都有24个画面需要分别处理。
别看电影特效技术含量这么高，其实早在19世纪末就已经出现。以下列举了电影特效发展史上的一些里程碑事件。
电影特效里程碑
1896年，乔治·梅里爱开创了停机再拍技术。他还是最早使用多重曝光、低速摄影、淡入淡出以及手工着色的电影制作人之一，开启了视觉特效的先河。1898年，乔治·梅里爱在其导演的默片《多头人》中，运用其发明的“遮罩”（"matte"）技术，将头多次摘下放在了桌面上。
乔治·梅里爱的《多头人》| 图片来源 《万物》
1973年，迈克尔·克莱顿执导的电影《西部世界》中，主角的“机械视觉系统”是2D CGI的首次亮相。
1976年，《西部世界》的续集《未来世界》中第一次使用了3D CG技术。片中主要机器人角色的头部和手部都是用数字技术制作的。
1977年，《星球大战4》中的死星攻击场景首次使用了3D线框图形技术。
1982年，《电子世界争霸战》是第一部大量使用3D CGI的电影，片中的光循环摩托竞速赛完全由计算机制作。
1985年，在《少年福尔摩斯》中，皮克斯创造了第一个全CG角色——彩色玻璃骑士，它在影片中从窗户跳出，落到地面上。
1989年，第一个CGI水特效的例子是电影《深渊》中的变形海怪。
1995年，皮克斯的《玩具总动员》是第一部全CG电影。
1997年，詹姆斯·卡梅隆的《泰坦尼克号》大量使用了视觉特效，全片有超过500个视觉特效镜头。
1999年，在《黑客帝国》中，VFX艺术家创造了第一个子弹时间特效。
2001年，在科幻电影《最终幻想》中，出现了第一个用CG制作的写实人类角色阿琪·罗斯博士。
阿琪·罗斯博士 | 图片来源 Wikipedia
2004年，动作捕捉技术在罗伯特·泽米吉斯的电影《极地特快》中首次亮相。
2009 年，《阿凡达》在面部捕捉方面有了革命性的进展，能将配音演员的面部表情嫁接到他们饰演的CG角色上，而制作这些在电影中仅出现1秒钟的特效甚至要花上几个月的时间。
看看上世纪的特效，再看看那些五毛钱特效，我给你再加五毛，能不能认真点？
本文改编自自《万物》第8期《电影特效：幻想与现实》
本文来自微信公众号：把科学带回家（ID：steamforkids），作者：万物，编辑：Mirror