本教材面向影视技术相关专业方向的学生、影视行业从业人员，以及对影视制作与影视技术发展有着浓厚兴趣的爱好者们，立足于电影技术的历史、现状以及未来的发展趋势，结合当前的新兴科技，重点介绍影视制作领域近期新的技术方向与未来发展趋势——电影虚拟化制作。

“北京电影学院本科规划教材”是北京电影学院的整体规划教材，“北京电影学院影视技术系专业系列教材”为该系列教材的子系列，得到了学校的重点支持。编者根据近年来电影制作的**发展，结合本专业的培养目标以及行业实际需求编写了本教材。
《电影虚拟化制作》围绕电虚拟化制作的产生与发展历史，对应用的关键技术、理论和实践应用案例，进行了详细介绍。《电影虚拟化制作》讲解了电影虚拟化制作产生的契机与发展状况、电影虚拟化制作的各项关键技术及其核心技术原理，电影虚拟化制作技术的整体发展与应用情况，结合目前电影虚拟化制作的发展现状，对该项技术的未来发展进行了展望。
《电影虚拟化制作》可作为影视技术系专业本科生的专业课程教材，也可以作为影视制作相关专业教师、研究生与本科生的参考书。

第1章 电影虚拟化制作基础 / 1
1.1 电影虚拟化制作概念 / 1
1.2 电影技术的发展 / 2
1.3 数字电影特效的革新 / 4
1.4 电影虚拟化制作的产生与发展 / 4
1.4.1 电影虚拟化制作的产生 / 4
1.4.2 电影虚拟化制作的发展 / 5
1.5 思考练习题 / 6
第2章 数字电影特效技术 / 7
2.1 电影特效概念 / 7
2.2 传统电影特效发展历程 / 7
2.2.1 传统电影特效的出现 / 8
2.2.2 传统电影特效的发展与革新 / 8
2.2.3 传统电影特效概述 / 10
2.3 数字电影特效发展历程 / 11
2.3.1 特效的数字化革命 / 11
2.3.2 数字特效技术流程 / 17
2.4 电影特效的发展趋势 / 21
2.5 思考练习题 / 22
第3章 虚拟现实技术 / 23
3.1 虚拟现实概述 / 23
3.1.1 虚拟现实的定义 / 23
3.1.2 虚拟现实的性质 / 23
3.2 虚拟现实发展历程 / 24
3.2.1 技术诞生期（1950—1960年） / 24
3.2.2 技术发展期（1970—1980年） / 26
3.2.3 技术消沉期（1990—2000年） / 26
3.2.4 技术启蒙期（2000—2018年） / 27
3.2.5 稳步发展期（2019年至今） / 27
3.3 虚拟现实系统 / 28
3.3.1 虚拟现实系统概述 / 28
3.3.2 虚拟现实系统类型 / 28
3.3.3 虚拟环境表现形式 / 29
3.4 虚拟现实技术与电影制作 / 30
3.4.1 新颖的观影方式 / 30
3.4.2 虚拟预演与电影虚拟化制作 / 31
3.5 思考练习题 / 32
第4章 渲染技术 / 33
4.1 离线渲染技术 / 33
4.1.1 光栅化渲染 / 33
4.1.2 光线追踪 / 35
4.2 实时渲染技术 / 36
4.2.1 渲染方程 / 37
4.2.2 实时阴影 / 37
4.2.3 实时环境光照 / 43
4.2.4 实时全局光照 / 45
4.2.5 PBR材质渲染模型 / 50
4.2.6 实时光线追踪 / 52
4.3 电影虚拟化制作中的渲染方式 / 54
4.3.1 离轴渲染 / 54
4.3.2 基于复杂表面模型的渲染 / 54
4.3.3 多机同步渲染 / 55
4.4 思考练习题 / 56
第5章 实时合成技术 / 57
5.1 实时合成技术分类 / 57
5.1.1 蓝/绿幕实时抠像合成 / 57
5.1.2 摄影机内视效拍摄 / 58
5.1.3 XR实时合成 / 58
5.2 实时合成关键技术 / 59
5.2.1 摄影机跟踪技术 / 59
5.2.2 实时渲染技术 / 60
5.2.3 LED显示技术 / 60
5.2.4 扩展现实影像制作技术 / 60
5.3 蓝/绿幕实时抠像合成 / 60
5.3.1 实时合成步骤 / 61
5.3.2 常见问题及解决方法 / 63
5.3.3 常用工具 / 64
5.4 摄影机内视效拍摄 / 65
5.4.1 实时合成步骤 / 65
5.4.2 常见问题及解决方案 / 67
5.5 XR实时合成 / 68
5.5.1 实时合成步骤 / 68
5.5.2 常见问题及解决方案 / 69
5.6 思考练习题 / 69
第6章 投影与显示技术 / 70
6.1 投影显示技术 / 70
6.1.1 CRT投影 / 70
6.1.2 LCD投影 / 70
6.1.3 DLP（DMD）投影 / 71
6.1.4 数字电影放映机光源 / 72
6.2 直接显示技术 / 72
6.2.1 自发光 / 73
6.2.2 非自发光 / 74
6.3 LED显示技术 / 75
6.3.1 LED显示技术原理及发展概述 / 76
6.3.2 LED显示技术的应用历史 / 76
6.3.3 LED发光原理和关键特性 / 78
6.4 思考练习题 / 82
第7章 动作捕捉与表演捕捉技术 / 83
7.1 动作捕捉技术 / 83
7.1.1 动作捕捉技术概述 / 83
7.1.2 动作捕捉技术分类 / 84
7.1.3 动作捕捉技术流程 / 88
7.2 表演捕捉技术 / 92
7.2.1 表演捕捉概述 / 92
7.2.2 面部捕捉技术 / 92
7.2.3 手部捕捉技术 / 96
7.3 思考练习题 / 98
第8章 摄影机跟踪技术 / 99
8.1 摄影机跟踪技术概述 / 99
8.1.1 摄影机跟踪技术定义 / 99
8.1.2 摄影机跟踪技术发展 / 100
8.1.3 对电影虚拟化制作的意义 / 100
8.2 摄影机跟踪技术原理 / 100
8.2.1 真实摄影机的模拟 / 100
8.2.2 摄影机内参 / 102
8.2.3 摄影机外参 / 102
8.3 摄影机跟踪技术流程 / 104
8.3.1 标定 / 105
8.3.2 注册 / 106
8.3.3 跟踪 / 107
8.4 思考练习题 / 112
第9章 照明控制技术 / 113
9.1 用于照明控制的光源 / 113
9.1.1 光台 / 113
9.1.2 LED光源 / 114
9.2 灯光控制 / 115
9.2.1 灯光控制协议 / 115
9.2.2 灯光控制方式 / 117
9.3 数控照明 / 121
9.3.1 数控照明设备 / 121
9.3.2 数控照明应用 / 123
9.4 未来与展望 / 124
9.5 思考练习题 / 125
第10章 电影虚拟化制作中的虚拟现实技术 / 126
10.1 虚拟现实建模技术 / 126
10.1.1 虚拟现实建模技术概述 / 126
10.1.2 虚拟现实建模技术与电影虚拟化制作 / 128
10.2 虚拟现实全景技术 / 129
10.2.1 虚拟现实全景技术概述 / 129
10.2.2 虚拟现实全景技术与电影虚拟化制作 / 129
10.3 虚拟现实显示技术 / 130
10.3.1 虚拟现实显示技术概述 / 130
10.3.2 虚拟现实显示设备 / 130
10.3.3 虚拟现实显示技术 / 135
10.3.4 虚拟现实显示技术与电影虚拟化制作 / 135
10.4 虚拟现实跟踪技术 / 136
10.4.1 虚拟现实跟踪技术概述 / 136
10.4.2 虚拟现实跟踪技术与电影虚拟化制作 / 140
10.5 人机交互技术 / 141
10.5.1 人机交互技术概述 / 142
10.5.2 人机交互设备 / 142
10.5.3 人机交互技术与电影虚拟化制作 / 146
10.6 虚拟现实声音技术 / 146
10.6.1 虚拟现实声音技术概述 / 146
10.6.2 虚拟声音技术与电影虚拟化制作 / 147
10.7 思考练习题 / 147
第11章 电影虚拟化制作中的信号处理技术 / 148
11.1 电影虚拟化制作信号流程概述 / 148
11.2 电影虚拟化制作中涉及的信号传输接口与
协议 / 149
11.2.1 网络接口与协议 / 149
11.2.2 视频信号接口与协议 / 151
11.2.3 同步信号接口与协议 / 152
11.3 用于实时交互预演的信号处理手段 / 153
11.3.1 摄影机信号的获取与传输 / 153
11.3.2 现场信号的处理与录制 / 155
11.3.3 信号的分发与管理 / 156
11.4 用于LED虚拟化制作的信号处理手段 / 158
11.5 思考练习题 / 158
第12章 电影虚拟化制作理论与应用概述 / 159
12.1 电影虚拟化制作的概念 / 159
12.2 电影虚拟化制作的发展 / 160
12.2.1 数字技术的发展 / 160
12.2.2 预演技术的发展 / 161
12.2.3 电影虚拟化制作的发展 / 163
12.3 电影虚拟化制作中的虚拟预演分类 / 164
12.3.1 前期阶段 / 165
12.3.2 现场拍摄/制作阶段 / 166
12.3.3 后期阶段 / 167
12.4 电影虚拟化制作中的虚拟预演制作 / 167
12.4.1 常见预演软件 / 167
12.4.2 常见预演硬件设备 / 174
12.5 电影虚拟化制作的典型流程 / 175
12.5.1 电影虚拟化制作的实时交互预演 / 175
12.5.2 基于LED背景墙的电影虚拟化制作 / 176
12.6 思考练习题 / 177
第13章 电影虚拟化制作的实时交互预演 / 178
13.1 实时交互预演的产生与发展 / 178
13.1.1 实时交互预演的概念 / 178
13.1.2 实时交互预演的发展与特征 / 179
13.1.3 实时交互预演的现存问题 / 180
13.2 实时交互预演的框架与技术 / 181
13.2.1 交互元素与交互方式 / 181
13.2.2 实时交互预演遵循的原则 / 182
13.2.3 实时交互预演的基础框架 / 183
13.2.4 实时交互预演中的实时技术 / 186
13.3 实时交互预演的应用总结与发展展望 / 187
13.3.1 技术应用实例 / 187
13.3.2 技术优势及对产业的影响 / 194
13.3.3 应用中的局限性与讨论 / 198
13.3.4 发展趋势与展望 / 199
13.4 思考练习题 / 200
第14章 基于LED背景墙的电影虚拟化制作 / 201
14.1 LED虚拟化制作的产生与发展 / 201
14.1.1 实时交互预演中的蓝/绿幕拍摄 / 201
14.1.2 LED光源在影视照明效果光中的应用 / 202
14.1.3 LED虚拟化制作 / 204
14.2 LED虚拟化制作的框架与技术 / 205
14.2.1 LED背景墙显示技术 / 206
14.2.2 渲染技术 / 207
14.2.3 跟踪技术 / 209
14.2.4 照明技术 / 210
14.2.5 人机交互技术 / 212
14.3 LED虚拟化制作的应用总结与发展展望 / 213
14.3.1 技术应用实例 / 213
14.3.2 技术优势及对产业的影响 / 218
14.3.3 应用中的局限性与讨论 / 219
14.3.4 发展趋势与展望 / 220
14.4 思考练习题 / 221
第15章 电影虚拟化制作技术发展现状及展望 / 222
15.1 发展现状 / 222
15.2 未来展望 / 224
15.3 思考练习题 / 226
附录1 中英文术语对照及释义 / 227
附录2 书中出现的影视、书籍、游戏作品列表 / 246