隨著全球影視產(chǎn)業(yè)逐步走向工業(yè)化、規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化，我們陸續(xù)看到《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》、《盜夢空間》、《流浪地球》、《阿凡達》、《復(fù)仇者聯(lián)盟》等科幻電影因震撼的視聽感受、新穎的電影題材獲得票房、口碑雙收。

現(xiàn)今特效技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于各類電影動畫中，工業(yè)光魔、Weta 等世界頂級視覺特效公司及大型影視制作團隊，都已嘗試使用計算機圖形圖像技術(shù)（CGI）輔助制作一些高呈現(xiàn)難度的數(shù)字特效。CGI 讓影視特效創(chuàng)作得到技術(shù)保障，讓有視野與高度的藝術(shù)創(chuàng)作可以盡情發(fā)揮，也讓各類本身具有新穎主題和宏大世界觀的影視作品或游戲的美學(xué)屬性得到更大程度的表達與傳遞。

「指環(huán)王 2：雙塔奇兵」最后圣盔谷之戰(zhàn)甘道夫率洛汗援軍沖下大斜坡與獸人士兵正面交鋒場面

數(shù)字特效的發(fā)展史可以看作是電影制作的技術(shù)發(fā)展史，在電影剛剛出現(xiàn)的那幾年，任何的視覺效果都是局限在相機內(nèi)完成的工作，例如替換鏡頭，或簡單的幀分割技術(shù)。1896 年，法國著名魔術(shù)師及電影制片人、數(shù)字特效鼻祖、科幻電影先驅(qū)喬治·梅里埃偶然發(fā)明了一種電影特效技術(shù)——停機再拍，仿佛可以通過控制攝像機來操控并改造畫面中的「現(xiàn)實」。隨后其創(chuàng)造的兩部畫面光怪陸離、劇情近乎夢幻的電影——「月球旅行記」與「奇幻旅程」，也作為科幻電影的坐標(biāo)原點，開啟了人類對超現(xiàn)實主題電影與特效制作的無盡想象。

「月球旅行記」電影宣傳封面圖

進入 50 年代后，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，特效的制作也開始借助計算機圖形學(xué)的知識，用電腦來生成圖像（CGI），這種技術(shù)到 70 年代后逐漸成熟，出現(xiàn)了像《星球大戰(zhàn)》這樣的經(jīng)典特效電影。1985 年，迪士尼公司創(chuàng)造了第一個使用電腦繪制的動畫角色——年輕的夏洛克·霍姆斯的彩色玻璃人。

20 年之后，《指環(huán)王》和《阿凡達》的成功掀起了一場技術(shù)革命，數(shù)字虛擬角色的制作在電影當(dāng)中開始靠動作捕捉技術(shù)來制作。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，特效的制作開始走向數(shù)字化，從傳統(tǒng)的機內(nèi)特效，特效化妝，光學(xué)洗印等物理特效手段發(fā)展至到現(xiàn)在的數(shù)字合成、數(shù)字繪景、流體動力學(xué)等電腦生成圖像。同時，隨著數(shù)據(jù)分析、計算機視覺、機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等數(shù)據(jù)智能技術(shù)的不斷應(yīng)用，提升了數(shù)字特效的自動化處理和分析的水平，賦予了數(shù)字特效更多的智能化屬性，進一步減輕了特效工作人員繁瑣的工作，降低了人力成本和時間成本。

《阿凡達》實地拍攝場面與虛擬攝像機實時預(yù)覽畫面對比

機器之心希望通過本報告《世界頂級電影特效公司都在讓 AI「接管」特效制作——數(shù)字特效中人工智能技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢展望》，介紹現(xiàn)有機器學(xué)習(xí)算法在數(shù)字特效中的應(yīng)用現(xiàn)狀、未來技術(shù)發(fā)展及落地應(yīng)用趨勢，幫助做機器學(xué)習(xí)、影視制作等相關(guān)的特效制作人員、特效團隊、視效總監(jiān)、電影導(dǎo)演，尋找機器學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用的可行性，以及為新型影視的制作策略和特效技術(shù)開發(fā)提供參考。

全球影視產(chǎn)業(yè)逐步走向工業(yè)化、規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化。數(shù)字特效制作高人力成本、低生產(chǎn)效率的問題使得越來越多的特效工作者和特效技術(shù)開發(fā)團隊開始重視人工智能技術(shù)的應(yīng)用。在不斷研究與實踐中發(fā)現(xiàn)，計算機圖形圖像技術(shù)的應(yīng)用可對視聽素材進行更高效率的剪輯、處理及合成。

現(xiàn)今工業(yè)光魔、Weta等世界頂級視覺特效公司及大型影視制作團隊，都已開始使用機器學(xué)習(xí)算法等人工智能技術(shù)輔助制作一些高呈現(xiàn)難度的數(shù)字特效，增加了影視作品的視覺表達方式及效果。但同時人工智能技術(shù)的應(yīng)用也有相當(dāng)大的局限性，例如特效算法模型參數(shù)需要大量實踐調(diào)試、人工智能虛擬角色行為無法預(yù)測、鏡頭捕捉到的動作隨機性強造成特效動作失真或僵硬等問題。但隨著新興視聽技術(shù)、數(shù)據(jù)科學(xué)和新一代信息技術(shù)的不斷發(fā)展及融合應(yīng)用，我們有理由相信數(shù)字特效產(chǎn)業(yè)將實現(xiàn)更快速的智能化發(fā)展。

作者| 申一帆、樊曉芳

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一、數(shù)字特效定義及制作流程

1. 數(shù)字特效的基本概念

數(shù)字特效又稱數(shù)字特技，指利用計算機圖形圖像技術(shù)制作虛擬視頻效果的影視編輯技術(shù)，包括前期的電影構(gòu)圖、角色設(shè)計和制作中期的虛擬場景氣氛渲染以及后期處理等。數(shù)字特效被廣泛應(yīng)用于電影特效、動畫制作、室內(nèi)設(shè)計、醫(yī)療影像建模、工業(yè)仿真等領(lǐng)域。

在電影生產(chǎn)過程中，常會遇到一些拍攝難度高、成本費用、危險性非常大以及難于在現(xiàn)實生活中拍攝到的鏡頭。在傳統(tǒng)的電影特技中，特效的制作更傾向于用特技攝影、微縮模型攝影、電子模型特技、合成特技、特技化妝等方式來解決這些問題。在計算機介入到電影特技領(lǐng)域后，電影特技的后期制作能力大大增強，數(shù)字電影特效所包含的內(nèi)容也更加廣泛和深入。

2. 數(shù)字特效的制作流程

3.數(shù)字特效的分類

特效從影視制作的應(yīng)用過程和技法上可以分為兩部分，即前期拍攝使用的變速等特殊效果的特效和需要軟件進行大量后期處理的后期特效。

二、數(shù)字特效產(chǎn)業(yè)及市場現(xiàn)狀

1.數(shù)字特效產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模

數(shù)字特效常被用于各類動畫、科幻主題影視作品中，也逐步被應(yīng)用于生成更多創(chuàng)意題材的短視頻內(nèi)容。2018年全球電影票房排名前十的影片中，特效片占比90%，總票房達100億。在短視頻領(lǐng)域，目前國內(nèi)主要短視頻平臺如快手、抖音、美拍，都新增了濾鏡特效等功能，降低用戶制作更具表現(xiàn)力及更多樣表現(xiàn)形式的內(nèi)容的門檻，激發(fā)用戶創(chuàng)作想象力。

2.數(shù)字特效產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

特效行業(yè)具有勞動力密集與資金密集的特點，人力、軟件、硬件成本分別占據(jù)60%、10%-20%、20%-30%。從國外的特效行業(yè)來看，美國特效行業(yè)受到全球化沖擊，行業(yè)準(zhǔn)入門檻變低，特效公司議價能力變?nèi)?。韓國特效行業(yè)在政府的扶持下強盛，走向國際化，向中國市場發(fā)展，但由于團隊規(guī)模小，進入美國市場較難。中國本土特效公司受益于中國影視產(chǎn)業(yè)進入精品內(nèi)容驅(qū)動增長、內(nèi)容生產(chǎn)工業(yè)化的行業(yè)紅利開始崛起，但與美國電影特效制作水平仍有差距。

3.人工智能在數(shù)字特效制作中的應(yīng)用優(yōu)勢

機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法在動畫建模、渲染、視聽素材編輯合成等特效制作環(huán)節(jié)的應(yīng)用，大幅增加了自動化操作比例，加速視覺特效制作周期，在節(jié)約人力物力的同時，增加特效藝術(shù)性。

三、人工智能技術(shù)在數(shù)字特效制作中的應(yīng)用

四、使用人工智能技術(shù)制作數(shù)字特效的代表案例

1.《復(fù)仇者聯(lián)盟3》使用新的機器學(xué)習(xí)算法來推進人物角色面部表情捕捉過程：Digital Domain使用基于機器學(xué)習(xí)進行面部捕捉的新方法，采集演員細致的面部掃描、跟蹤的數(shù)據(jù)，制作「滅霸」角色的表情，讓虛擬CG角色的表情特效可以更逼真反應(yīng)角色細微的心理變化。

2. Weta公司使用基于深度學(xué)習(xí)算法的工具推算阿麗塔面部肌肉的運動數(shù)據(jù)，繪制皮膚毛孔的細節(jié)：Weta在制作「阿麗塔」女主角CG形象時，使用了兩種基于深度學(xué)習(xí)的方法。一種是人臉跟蹤器使用深度學(xué)習(xí)，當(dāng)由于拍攝原因臉部一部分被遮擋時，輸入面部運動的信息作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以推算出一組可行的標(biāo)記點。另一種用于制作阿麗塔皮膚，通過訓(xùn)練數(shù)據(jù)產(chǎn)生正確尺寸和方向的皮膚和毛孔。

3.《至愛梵高》借助風(fēng)格遷移算法制作具備梵高作品繪畫要素畫面風(fēng)格的《梵高之眼》動畫影片：電影制作首先對原視頻進行單幀化處理，然后借助Caffe人工智能網(wǎng)絡(luò)及模型，利用風(fēng)格遷移算法進行《梵高之眼》視頻幀的分類鏡頭進行風(fēng)格遷移制作動畫。

4.《指環(huán)王:護戒使者》 使用群體模擬系統(tǒng)制作大規(guī)模群體數(shù)字士兵及萬人打斗場面：電影中大規(guī)模的群體數(shù)字士兵是由 Massive「虛擬環(huán)境群體模擬系統(tǒng)」制作出來的，可以實現(xiàn)數(shù)十萬個數(shù)字人之間真實的互動對抗，讓不同的個體在特征與動作上產(chǎn)生千變?nèi)f化的差異。

五、人工智能技術(shù)在數(shù)字特效制作中應(yīng)用的局限性

1. 特效算法模型參數(shù)的確定需要大量實踐調(diào)試。

2. 使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動作捕捉技術(shù)生成的捕捉效果的隨機性強，生成的動作效果失真或僵硬。

3. 專用特效算法開發(fā)較難，對特效制作團隊專業(yè)性要求較高。

4. 特效算法應(yīng)用對計算資源等環(huán)境因素要求較高。

5. 算法生成的虛擬角色的行為無法預(yù)測，可能與預(yù)設(shè)劇情相悖。

6. 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的建立需要大量無偏差但又能代表系統(tǒng)特性的數(shù)據(jù)，如何生成合理數(shù)據(jù)是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能否能準(zhǔn)確代表真實系統(tǒng)的一個重要決定因素；缺少特效素材數(shù)據(jù)集。

六、數(shù)字特效產(chǎn)業(yè)智能化發(fā)展與人工智能技術(shù)應(yīng)用趨勢

產(chǎn)業(yè)智能化發(fā)展

1. 新興視聽技術(shù)與智能科學(xué)及新一代信息技術(shù)的融合應(yīng)用驅(qū)動電影視覺表達多元化創(chuàng)新發(fā)展。

2. 電影大數(shù)據(jù)的應(yīng)用推動電影攝制工藝和產(chǎn)業(yè)服務(wù)模式的優(yōu)化升級。

3. 使用云平臺進行數(shù)字特效協(xié)同制作及管理，提高工作流程及人力資源利用率。

技術(shù)應(yīng)用

1. 機器學(xué)習(xí)算法應(yīng)用于動作捕捉技術(shù) ，提高人體肌肉動畫制作素材獲取效率及制作效果。

2. 使用機器學(xué)習(xí)算法驅(qū)動的代理人系統(tǒng)，可制作上萬人群的群集動畫效果，單個任務(wù)動作逼真化。

3. 使用機器學(xué)習(xí)和及計算機視覺工具進行畫面信息自動發(fā)提取及物體運動跟蹤。

特別鳴謝

江蘇原力電腦動畫制作有限公司

中國傳媒大學(xué)南廣學(xué)院 講師 夏聘婷

*本文為「智周」系列報告「核心版」，相應(yīng)「深度版」的推出計劃將在后續(xù)公布，敬請大家關(guān)注。針對「電影、動畫、短視頻中AI特效制作」這一主題，有哪些方向或主題，你希望在報告深度版中讀到更詳細的闡述與分析，歡迎留言，這將成為我們制作報告深度版的重要參考。

關(guān)于「智周」系列報告

機器之心「智周」人工智能技術(shù)應(yīng)用報告系列重點關(guān)注現(xiàn)有人工智能技術(shù)應(yīng)用較成熟且應(yīng)用潛力較大的正在進行智慧升級的傳統(tǒng)行業(yè)及場景，逐行業(yè)、逐場景為產(chǎn)業(yè)用戶高效而不失深度地呈現(xiàn)不同人工智能技術(shù)的產(chǎn)業(yè)落地現(xiàn)狀、企業(yè)案例、技術(shù)應(yīng)用趨勢等。「智周」人工智能技術(shù)應(yīng)用報告系列包含核心版及深度版兩個版本：

核心版濃縮精華分析內(nèi)容至2頁內(nèi)，覆蓋重要數(shù)據(jù)、分析結(jié)論及案例簡述，以供使用者高效系統(tǒng)地了解人工智能技術(shù)在自身所關(guān)注產(chǎn)業(yè)內(nèi)的潛在機會。

深度版在核心版的基礎(chǔ)上，包含詳盡的行業(yè)或場景痛點分析、技術(shù)解讀、落地案例詳解及資料附錄等，以供有深度研究需求的使用者進行深入探究。

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文/機器之心產(chǎn)業(yè)研究 來源/影視工業(yè)網(wǎng)（ID：iloveCineHello）

原文：https://mp.weixin.qq.com/s/0tE_V7LoAduQigc9pQFLsQ