智慧型電腦動畫攝影編輯輔助系統 - 政大學術集成

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(1)國立政治大學資訊科學系 Department of Computer Science National Chengchi University. 立. 碩士論文政治大. Master’s Thesis. ‧. ‧ 國. 學. io. sit. y. Nat. 智慧型電腦動畫攝影編輯輔助系統. n. al. er. Design of An Intelligent Camera Editing System. i Un. Ch. v. for Computer i e n g c hAnimation. 研究生：王柔文指導教授：李蔡彥. 中華民國一百零五年七月 July 2016.

(2) 摘要電影是門用畫面說故事的藝術，除了劇情上的編排，導演也必須思考如何運用鏡頭配置和運鏡技巧來渲染氣氛並傳達故事。電影拍攝製作上一直都是件費時費力的工程，儘管現在有不少電影後製工具，但專注在根據電影內容提升或改善拍攝手法的工具卻不多。. 治政大本研究目標為開發智慧型電腦動畫攝影編輯輔助系統及互動操作平台，透過圖示化攝影立. 機拍攝的結果作為選項的介面和推薦系統，讓使用者可以快速簡單的設置虛擬攝影機，. ‧ 國. 學. 配合智慧型回饋提醒系統檢查各鏡頭間是否違反拍攝規則，以達到輔助攝影初學者的目. ‧. 的，提供創新有效的動畫電影拍攝輔助工具。我們透過實驗讓不同攝影背景經驗的使用. n. al. er. io. sit. y. Nat. 者操作，以驗證我們系統的可用性。. Ch. engchi. i. i Un. v.

(3) Abstract. Movie is the art of "storytelling.". In addition to arranging story elements in a movie, a di-. rector must also consider how to present the story by shots arrangement and operations.. 政治大 available in the market, it is立 rare to find a tool focusing on facilitating shot arrangement to Filmmaking is a time-consuming process. Although there are many post-production tools. ‧ 國. 學. improve the quality of a movie. In this work, we have developed an intelligent camera editing system for computer animation, in which users can easily set up virtual cameras through se-. ‧. lecting shot icons recommended by the system. It can also provide intelligent feedbacks to. Nat. sit. y. novice users and check if the shots selected by the users violate the rules in virtual cinema-. n. al. er. io. tography. In order to show that the system is an innovative and effective tool for making an. i Un. v. animation film, we have conducted an evaluation study by inviting participants with different. Ch. engchi. photographic backgrounds to experience the system and verify the usability of our system.. ii.

(4) 致謝雖然一路跌跌撞撞又非常マイペース，總算是走完研究所這段路程，首先要感謝李老師的指導，即使再忙也會利用晚上時間開會，不管是怎樣的問題都能很從容的回答和引導，在各方面都受益匪淺。還有爸爸媽媽在生活的照顧，覺得自己真的比別人幸運很多很多。. 立. 政治大. 非常非常感謝 Marc、Helen 和 Quentin 在論文研究上及各方面的幫助和包容，讓大. ‧ 國. 學. 家費心真是不好意思，另外也謝謝在法國受了很多照顧的 Carl 以及在當地認識的新朋友. sit. y. Nat. 多建議和回饋，感謝有你們的幫助，讓我順利完成論文。. ‧. 們，還要感謝擔任口委的戴文凱老師、葉奕成老師和紀明德老師，在論文修改上給了很. io. er. 也謝謝 IMLab 的大家，在研究所的這段期間和大家相處得很愉快，資深專業的小蜜. al. 蜂、好相處的宅配、各方面都受到很多照顧的橘子和芳綺、從大學一路相伴的 Koba、一. n. iv n C 起進實驗的小遊、一樣很宅的 Shota、也會看新番的科科、積極又很罩的酥酥、幽默的 hengchi U 毅聖、還有恩加以及新進的學妹們，祝福大家接下來的生活及研究順利。以及系上老師們的指導、常常被我打擾的韓助教和系辦的助教同仁們，其他實驗室的朋友，謝謝大家豐富了我的研究所生活。在學校外，平時互餵心靈雞湯的六条、建議中肯又及時的安全帽還有在最後一年給予精神上極大支持的光忠。真的很謝謝有大家的陪伴。. 2016/6/28 Co 菇. iii.

(5) 目錄. 摘要 ............................................................................................................................................. i Abstract .......................................................................................................................................ii. 政治大目錄 ........................................................................................................................................... iv 立. 致謝 ...........................................................................................................................................iii. ‧ 國. 學. 圖目錄 ......................................................................................................................................vii 表目錄 ........................................................................................................................................ x. ‧. 導論 ........................................................................................................................ 1. 1.1. 研究動機 ................................................................................................................ 1. 1.2. 研究目標 ................................................................................................................ 2. 1.3. 本論文之章節架構 ................................................................................................ 4. 第2章. 相關研究 ................................................................................................................ 5. 2.1. 攝影機規劃 ............................................................................................................ 5. 2.2. 虛擬攝影機的應用 ................................................................................................ 6. 2.3. 攝影鏡頭風格模式化 ............................................................................................ 8. 2.3.1. 電影攝影學 ....................................................................................................................... 8. 2.3.2. 鏡頭風格模式 ................................................................................................................. 10. n. al. er. io. sit. y. Nat. 第1章. Ch. engchi. i Un. v. 第3章. 系統架構 .............................................................................................................. 17. 3.1. 故事腳本 .............................................................................................................. 18. iv.

(6) 3.2. 導演輔助編輯平台介面設計 .............................................................................. 20. 3.2.1. 系統介面 ......................................................................................................................... 21. 3.2.2. 輔助編輯介面設計 ......................................................................................................... 25. 3.2.3. 智慧型使用者介面設計 ................................................................................................. 29. 3.2.3.1 介面顯示及隱藏 ............................................................................................................. 30 3.2.3.2 攝影風格規則的合理性和衝突 ..................................................................................... 31. 政治大. 3.2.3.3 鏡頭編輯提示警告 ......................................................................................................... 32. 立. 電腦動畫攝影編輯輔助系統使用範例 .............................................................. 34. 3.3.1. 電腦動畫攝影編輯輔助系統的操作方式 ..................................................................... 34. 3.3.2. Shot 配置細節步驟介紹 ................................................................................................. 38. ‧. ‧ 國. 學. 3.3. sit. y. Nat. 3.3.2.1 Shot 的切割 ..................................................................................................................... 38. io. al. n. 3.3.3. er. 3.3.2.2 設置 Shot 的拍攝方式 .................................................................................................... 39. i Un. v. 其他攝影風格規則設置範例 ......................................................................................... 43. Ch. engchi. 第4章. 實驗設計與結果分析 .......................................................................................... 47. 4.1. 實驗目標 .............................................................................................................. 47. 4.2. 實驗流程 .............................................................................................................. 48. 4.3. 實驗對象 .............................................................................................................. 49. 4.4. 實驗結果與分析 .................................................................................................. 53. 4.4.1. 引導式操作任務之使用者紀錄分析 ............................................................................. 54. 4.4.2. 指定任務之使用者紀錄分析 ......................................................................................... 55. 4.4.3. 自由操作結果 ................................................................................................................. 59. v.

(7) 4.4.4. 問卷分析 ......................................................................................................................... 60. 4.4.5. CSI 分析 .......................................................................................................................... 63. 第5章. 結論與未來發展 .................................................................................................. 66. 5.1. 研究結論 .............................................................................................................. 66. 5.2. 改進與未來發展 .................................................................................................. 67. 參考文獻 .................................................................................................................................. 68 附錄 .......................................................................................................................................... 71. 政治大. 附錄 1 實驗同意書 ......................................................................................................... 71. 立. 附錄 2 實驗流程 - 實驗操作說明之基本介紹 ............................................................ 72. ‧ 國. 學. 附錄 3 實驗流程 - 引導式操作任務 ............................................................................ 74. ‧. 附錄 4 實驗流程 - 指定任務 ........................................................................................ 77 附錄 5 實驗流程 - 問卷調查 ........................................................................................ 78. y. Nat. n. al. er. io. sit. 附錄 6 受試者自由操作之實驗結果 ............................................................................. 81. Ch. engchi. vi. i Un. v.

(8) 圖目錄. 圖 1. Free Far Sight 介面截圖 ................................................................................................... 7 圖 2. Director's Lens 介面截圖[17] ........................................................................................... 8. 政治大圖 4. 攝影機模組架構圖（截自[12]） ................................................................................. 11 立. 圖 3. 各類鏡頭型態（截自 http://learnaboutfilm.com/） ....................................................... 9. ‧ 國. 學. 圖 5. [19]所定義的 Operations 作用在 pattern 序列中 frames 的限制關係 ......................... 14 圖 6. Pattern 的作用過程範例（截自[19]） .......................................................................... 14. ‧. 圖 7. 實作範例（截自[19]）.................................................................................................. 15. Nat. sit. y. 圖 8. 系統 MVC 架構圖 ......................................................................................................... 17. n. al. er. io. 圖 9. 系統流程圖 .................................................................................................................... 18. i Un. v. 圖 10. 左圖為電影"回到未來"場景（截自 MOVIECLIPS 的 youtube） ........................... 19. Ch. engchi. 右圖為研究所設計的 Unity 虛擬環境場景截圖 ....................................................... 19 圖 11. 輔助編輯系統功能分區示意圖 .................................................................................. 21 圖 12. iMovie 介面（截自蘋果電腦網站）........................................................................... 22 圖 13. 系統初始介面截圖 ...................................................................................................... 22 圖 14. 預覽視窗及鏡頭序列中被選擇的鏡頭 ...................................................................... 23 圖 15. 序列中的鏡頭 .............................................................................................................. 23 圖 16. 介面按鈕選項 .............................................................................................................. 24 圖 17. 操作中的介面 .............................................................................................................. 26 圖 18. 顯示編輯紀錄的 LOG 提示區 .................................................................................... 27 vii.

(9) 圖 19. 顯示推薦鏡頭的 Camera List ..................................................................................... 28 圖 20. 攝影風格規則呈現範例 .............................................................................................. 29 圖 21. 鏡頭時間調整介面 ...................................................................................................... 29 圖 22. 左圖為預覽視窗區正常運作的情況；右圖為預覽視窗區無法運作的情況 .......... 30 圖 23. 左圖為兩個以上的鏡頭被選取時，Camera List 中及時間調整區的情況 ............. 31 右圖為沒有任何一個鏡頭被選取時，Camera List 中及時間調整區的情況 ......... 31 圖 24. 編輯鏡頭時的警告介面 .............................................................................................. 33. 政治大. 圖 25. 刪除 Shot 1 前（上圖）及刪除後（下圖）攝影風格規則顯示的結果 .................. 33. 立. 圖 26. 預覽視窗撥放中的系統介面 ...................................................................................... 34. ‧ 國. 學. 圖 27. 切割 Shot 之後的結果 ................................................................................................. 35 圖 28. 選擇 Camera104 作為 Shot 0 的拍攝方式 ................................................................. 35. ‧. 圖 29. 選擇 Shot 1 設置攝影風格規則 .................................................................................. 36. Nat. sit. y. 圖 30. 對 Shot 1 設置”Close Up Marty”後的結果 ................................................................ 36. n. al. er. io. 圖 31. 對 Shot 1 設定自訂拍攝方式的結果 .......................................................................... 37. i Un. v. 圖 32. 完成 Shot 0 到 Shot 5 的拍攝方式後的介面 ............................................................. 37. Ch. engchi. 圖 33. 左圖為預覽視窗的時間軸和劇情提示欄；右圖為 Shot 區按鈕 ............................. 38 圖 34. Shot 切割後從一個 Shot 變成 5 個 Shot 的結果 ........................................................ 38 圖 35. 左圖為實際電影片段第一個鏡頭的截圖；右圖為 Camera104 的拍攝方式 .......... 39 圖 36. 設置 Camera104 為 Shot 0 的拍攝方式後的結果及系統介面 ................................. 39 圖 37. 對 Shot 1 設置”Center Marty”後的系統介面 ............................................................. 40 圖 38. 左圖為實際電影片段第二個鏡頭的截圖；右圖為自行調整後的拍攝方式 .......... 41 圖 39. 對 Shot 1 設置自行調整的拍攝方式的系統介面 ...................................................... 41 圖 40. 左圖為實際電影片段第三個鏡頭的截圖；右圖為自行調整後的拍攝方式 .......... 42 圖 41. 對 Shot 2 設置自行調整的拍攝方式的系統介面 ...................................................... 42. viii.

(10) 圖 42. 左圖為實際電影片段第四個鏡頭的截圖；右圖為自行調整後的拍攝方式 .......... 42 圖 43. 對 Shot 3 設置自行調整的拍攝方式的系統介面 ...................................................... 43 圖 44. 先對 Shot 0、1、2 攝影風格規則 Intensify Marty .................................................... 43 圖 45. 設置攝影風格規則 Intensify Marty 後，Shot 0 的鏡頭選項結果 ............................ 44 圖 46. 設置攝影風格規則 Intensify Marty 後，Shot 1 的鏡頭選項結果 ............................ 44 圖 47. 設置攝影風格規則 Intensify Marty 後，Shot 2 的鏡頭選項結果 ............................ 45 圖 48. 另一種 Shot 2 的鏡頭選項結果 .................................................................................. 46. 政治大. 圖 49. 實驗流程圖 .................................................................................................................. 48. 立. 圖 50. CSI 數值計算方式[20] ................................................................................................. 64. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. ix. i Un. v.

(11) 表目錄. 表 1. 鏡頭型態內容 ................................................................................................................ 27 表 2. 受試者對攝影和電腦動畫製作相關軟體使用之經驗 ................................................ 50. 政治大表 4. 受試者對電影及攝影基礎的了解程度 ........................................................................ 52 立表 3. 受試者對電影的觀看頻率及拍攝方式對影片觀看沉浸程度的看法 ........................ 51. ‧ 國. 學. 表 5. 引導式操作任務花費時間 ............................................................................................ 54 表 6. 指定任務點擊紀錄 ........................................................................................................ 55. ‧. 表 7. 指定任務花費總時間 .................................................................................................... 56. Nat. sit. y. 表 8. 指定任務中對鏡頭配置花費總時間 ............................................................................ 56. n. al. er. io. 表 9. 受試者各項背景數值化及其與指定任務花費時間之相關係數 ................................ 58. i Un. v. 表 10. 自由操作花費時間 ...................................................................................................... 59. Ch. engchi. 表 11. 系統使用經驗評估結果 .............................................................................................. 60 表 12. 問卷之開放性問答題目 .............................................................................................. 62 表 13. 實驗之每位受試者的 CSI 評分 .................................................................................. 64 表 14. 實驗之每項創造力平均分數及標準差 ...................................................................... 65. x.

(12) 第1章導論. 1.1 研究動機. 政治大. 由於科技的進步以及各種攝影產品和手持裝置的興起，攝影的門檻降低，人人都可以拿. 立. 起手機或是智慧型裝置拍照或是拍攝影片。目前攝影方面的輔助工具大多集中於照片後. ‧ 國. 學. 製，而在影片編修方面，雖然也有像是威力導演（CyberLink PowerDirector）的工具，但也僅僅是對畫面加強、後製特殊效果或剪輯上的應用，沒有太多工具是針對影片內容的. ‧. 拍攝方式或是攝影手法本身的應用。. io. sit. y. Nat. n. al. er. 從古至今，電影技術上的演進從黑白電影、有聲電影、彩色電影，到現在融入電腦. Ch. i Un. v. 特效技術，畫面品質上的提升已有顯著的發展，但在拍攝技巧，也就是"說故事"技巧的. engchi. 部分，卻仍有許多可被系統化研究的地方。電影是一種視覺表演的藝術，攝影方法是導演傳達想法的手法之一，透過不同的運鏡方式呈現不同的效果，就算是一樣鏡頭也會因為劇本的不同或是編排的異動而帶給觀眾不同的感官。然而對於一般初學者來說，運鏡技巧及編排並不是短時間內就可以妥當運用的技術。另外，電影製作也存在一些拍攝規則，但這些攝影學上的相關基礎知識多只能從看書、網路搜尋或是請教相關專業人士入門。若是將這些規則或技巧歸納統整，讓初學者在拍攝虛擬世界動畫電影的過程中，能透過電腦運算或智慧型介面的提示，將有助於讓初學者避免基本攝影規則的錯誤，並從過程中學習拍攝的技巧。. 1.

(13) 一般影片製作過程分為三個步驟：Planning（pre-production）、Filming（production）及 Editing and sharing （post-production），也就是故事及畫面構想、拍攝到最後的剪接編輯和分享。故事是透過電影語言（film language）來傳達，而其中最基本的就是利用 Camera position 和 Camera angle，決定每個鏡頭的時間分配及流暢的拍攝畫面呈現。我們希望能提供在 Planning 拍攝畫面的構思探索及 Filming 階段的協助，並減少在 Editing 所花的時間。. 1.2 研究目標. 立. 政治大. ‧ 國. 學. 電影帶來許多感官上的刺激，除了現在普遍使用的後製特效，透過鏡頭編排及運鏡技巧. ‧. 的視覺敘事也帶來不同的效果。傳統上導演拿到劇本後會開始在內心構想每個場景如何呈現，利用人物、燈光、場景、時間等的因素構圖，再搭配各種拍攝技巧引導觀眾了解. n. al. er. io. sit. y. Nat. 故事。. Ch. i Un. v. 本研究的目標是希望以現有的 3D 虛擬場景和簡單的腳本為基礎，實作出可提供電. engchi. 影拍攝初學者一個智慧型鏡頭拍攝控制系統，透過將攝影結果圖示化的介面，控制 3D 環境中攝影機擺放的位置。此外，系統會根據設置的攝影風格規則篩選出適合的拍攝方式，使用者只要選擇故事中每個鏡頭的拍攝方式或調整相關參數細節即可操作。這將使初學者能透過此系統所給予的攝影基礎知識輔助，提升動畫影片的製作效率及內容的價值。因此，為了達到本研究的目標，我們需要完成下列項目：. (1) 設計符合攝影初學者需求的操作介面. 2.

(14) 電影是由一幕幕的鏡頭所組成，所以介面必須設計成讓使用者容易操控攝影機並知道拍出的畫面結果。在 3D 動畫環境中，通常是先建立一台虛擬攝影機後，調整攝影機位置及角度以確定拍攝出的畫面。因此本研究所設計的系統希望能直接以圖形顯示拍攝結果於編輯介面上，提供更直覺的選項，讓使用者操作點選，減少使用者一步步自行調整攝影機位置所需的時間，也希望以符合攝影初學者需求的介面設計為目標。. 政治大. 另外，我們的系統還應提供調整參數的操作介面。系統所提供的建議如未能滿. 立. 足使用者的期望，使用者想可以選擇最接近的鏡頭選項，再調整攝影機的參數細節，. ‧ 國. 學. 讓每個鏡頭選項還有額外的自由度可供修改，再配合一些按鈕或下拉式選單指定單個或多個鏡頭的拍攝風格等，以達到每個鏡頭都可以符合使用者理想的目標。. ‧. Nat. n. al. er. io. sit. y. (2) 規劃系統及介面的溝通能套用攝影風格的拍攝預覽介面. i Un. v. 本研究是以 3D 場景為基礎開發，考慮系統必須了解人物模型、場景、人物動. Ch. engchi. 作等配置，規劃虛擬攝影機位置以及攝影風格等，並能與友善的人機介面平台溝通，以建置一個完整的攝影輔助系統。我們使用跨平台的 Unity 3D[1]和 MVC[2]模式（Model-View-Controller）開發系統，並配合 Unity plug-in 的 NGUI[3]完成介面的設計。. (3) 提供智慧型提示. 透過使用者選擇的鏡頭以及套用特定的攝影風格規則後，系統會從鏡頭資料庫中選擇適合的拍攝方式，篩除不合理的鏡頭，例如：剔除上下鏡頭不連貫或是攝影 3.

(15) 風格規則相互衝突鏡頭。此外，已選擇的鏡頭也會成為參數，影響前後鄰近鏡頭的資料庫篩選結果。另外，後來選擇的鏡頭結果也會帶回之前已選擇鏡頭做檢查，如果有違反攝影風格規則，也會顯示錯誤及警告訊息提醒使用者，另外還提供操作上的輔助提示。我們希望透過這樣的協助，提高鏡頭配置和拍攝的成效。. 本研究的貢獻在於輔助動畫拍攝初學者，即時提供合適的鏡頭，篩去不合理、違反攝影規則的拍攝方式，縮短鏡頭構思時間，在透過簡單操作的介面產生出一段符合簡單. 政治大. 攝影規則的影片，簡化拍攝流程。此外，沒有攝影學概念的初學者也能透過此系統拍攝. 立. 出有攝影技巧、合乎攝影邏輯原則的電影，提升影片的內容價值。. ‧ 國. 學. 1.3 本論文之章節架構. ‧ y. Nat. er. io. sit. 在接下來第二章中，我們會介紹跟本研究相關的知識與過去文獻中的研究成果，主要包含 3D 環境中攝影機規劃、虛擬攝影在動畫電影的應用和攝影鏡頭風格上的研究。並介. n. al. Ch. i Un. v. 紹模式語言（Pattern Language）如何定義攝影學上的鏡頭及應用在虛擬攝影機的相關研. engchi. 究。第三章為本研究的系統架構與平台主要功能之介紹，以及系統操作範例。而第四章則是本研究的實驗設計與結果分析討論，第五章為本研究之結論與未來發展。. 4.

(16) 第2章相關研究. 本章節將對相關背景研究做簡介，從單一攝影機的簡單規劃循序漸進介紹融入電影攝影學風格的攝影機控制。先是虛擬世界中攝影機控制及應用，再介紹基本電影攝影學定義. 政治大. 以及包含攝影規則和敘事風格的攝影機應用研究。. 立. ‧. ‧ 國. 學. 2.1 攝影機規劃. 虛擬環境中的攝影機規劃已經有不少的相關研究，Christie[4]統整歸納並分析各種電腦圖. y. Nat. io. sit. 學上攝影機控制的做法，包含各種傳統到近代的攝影機問題及應用，例如：結合路徑規. n. al. er. 劃的攝影機控制，且成功運用在建築或城市的導覽[5]，可偵測動態環境中障礙物遮避的. Ch. i Un. v. 自動攝影機控制[6]，加入特定物件可視化限制的自動攝影機規劃[7]，融入場景角色情緒. engchi. 模型以及環境光控制的攝影機規劃應用[8]等。. Oskam[9]透過決定起、終點和關注點（focus）並配合環境建立的 roadmap 值規劃出對關注點可見度最高路徑，改善傳統跟在遊戲腳色後面的第三人稱相機造成畫面直接切換（jump cut）等問題。另外，He[10]有別一般路徑規劃的方式，以攝影學角度切入，建立狀態機（state machine）的機制及定義攝影準則的方法來控制攝影機，並應用在基於角色（character-based）的互動敘事中。. 5.

(17) 2.2 虛擬攝影機的應用. 近年虛擬攝影機的路徑規劃也漸漸融入導演風格[11]以及注重情緒、畫面配置[12]，例如人物與攝影機距離形成的遠、中、近景配置以及配合故事腳本利用運鏡手法傳達演員情緒或是氣氛等的電影攝影學元素。此外，許多研究還融入互動敘事[13]或共同創作的概念，逐漸開創出另一種新的領域。. 政治大. Machinima 是由 machine 和 cinema 組合出的單字，指利用電腦即時運算產生的影片。. 立. Riedl[14]認為 Machinima 技術在動畫電影方面可減少成本和勞力的支出，但創造力和經. ‧ 國. 學. 驗還是必須的。他們相信人工智慧（AI）可以運用在創造輔助工具上，讓沒有經驗的使. ‧. 用者也可以創造出有意義的內容，並介紹創作和生產 Machinima 的兩個智慧型輔助工具 - ReQUEST 以及 Cambot。一個負責劇情方面的創作，另一個則是影像的產生。ReQUEST. y. Nat. er. io. sit. 是做為腳本創作的智慧型輔助工具，讓非專業使用者創作出有意義的內容。基於使用者創作的故事，系統會假想自己是觀眾，對使用者提問（使用者也可以忽略問題），以刺. n. al. Ch. i Un. v. 激使用者創作，讓故事更完整。而 Cambot 利用 3D 環境和細節的資訊描述讓系統控制. engchi. 的角色，以動作實現整個場景，並模組化整個影片製作過程。但是此研究僅分別對兩種系統做介紹，尚未將兩個系統結合。. Davis[15]表示 Machinima 技術的出現，讓數位影片製作的門檻降低，但對於入門的初學者來說，並不一定能透過強大工具去有效描述一個故事，他們做了兩個實驗，第一個實驗發現初學者做出的影片內容被專家指出經常違反攝影學的規則，第二個實驗則是基於第一個實驗中最不應該違反的 4 個攝影規則，設計了一個會提醒初學者違反規則的機制，且不強制使用者修正錯誤，發現有效降低初學者的違反攝影規則的次數。此研究. 6.

(18) 證實了這樣的創造力輔助工具可以幫助使用者探索並評估不同攝影鏡頭的配置，並減少錯誤。. 其他 Machinima Tool 例如由 Kyssah 開發專屬在遊戲 World of Warcraft（魔獸世界）的工具 Free Far Sight[16]，可以拍攝遊戲中場景，並且能夠調整遊戲中的物件和燈光特效等，在虛擬攝影機的控制上可以設定單獨移動的軸向、自動移動和移動速度等，也可以決定設置 Waypoints 決定攝影機移動路徑，雖然也有即時預覽拍攝結果的功能，但僅. 政治大. 對於單個鏡頭的結果顯示，不同鏡頭的剪接還是必須透過其它後製軟體達成。. 立. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i Un. v. 圖 1. Free Far Sight 介面截圖. Lino 的 Director's Lens[17]是一款結合虛擬攝影的智慧型互動式助手，配合上動態追蹤的手持裝置讓他更貼近於真實攝影機，並提供智慧攝影引擎依導演的要求，計算出合適的攝影機擺放位置。這些建議會依當前的敘述提供語義上及運動學上不同的選擇。在攝影鏡頭建議方面，系統會考慮到電影規則建立的連續性以及導演之前的選擇，透過機器學習，將之前使用者編輯的鏡頭紀錄下來，做為編輯的優先選項。但在介面的開發上傾向簡單，對於拍攝手法的選擇自由度和互動性也不夠高。. 7.

(19) 立. 政治大. ‧ 國. 學圖 2. Director's Lens 介面截圖[17]. ‧ y. Nat. n. er. io. al. sit. 2.3 攝影鏡頭風格模式化. 2.3.1 電影攝影學. Ch. engchi. i Un. v. 在虛擬環境中，導演透過虛擬攝影機向觀眾表達虛擬環境中發生的事件，拍攝的方式如同電影，應具有強烈的表達性，讓使用者了解故事的整體。而電影攝影學提供如何控制攝影機，以有效傳達故事內容的敘事原理技巧，透過鏡頭語言將文字呈現的劇本轉換成影像。其中，電影的基本結構包含：. (1) 場景（Scene）發生在同一地點、同一時間的完整紀錄。. 8.

(20) (2) 鏡頭（Shot）代表攝攝影機在一次由開至關所拍攝的一段連續畫面。. (3) 影格（Frame）單一個「畫面」。. (4) 序列（Sequence）. 立. 政治大. 一組有獨立內容的鏡頭。. ‧ 國. 學. 另外，鏡頭由遠至近大致可分為幾類（如下圖 3）：. ‧. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i Un. v. 圖 3. 各類鏡頭型態（截自 http://learnaboutfilm.com/）. 9.

(21) 極遠景（Extreme Long Shot）可帶出整個空間環境，讓觀眾知道了解故事背景發生的環境時空，而特寫（Close Up）取人物肩膀以上或被物體的細部的畫面，藉由選擇、放大細微的表情或細部特徵，也給人一種近距離的親密感，時常用在表現人物的觀點，將觀眾直接帶入人物當時的思想及情感中。. 而場面調度（Mise-en-scène）則是指導演對 frame 內事物的安排，透過場面調度配. 政治大. 合攝影技巧，突破人物動作和相互關係在空間上表現，揭示人物感情變化，刻劃人物個. 立. 性特徵等，藉此傳達故事想表達之意涵。. ‧ 國. 學. 2.3.2 鏡頭風格模式. ‧. Nat. sit. y. 導演的場面調度，由故事腳本的內容決定攝影機要拍攝環境中哪些畫面與事物，而攝影. n. al. er. io. 機的鏡頭角度、遠近、切換的節奏則由導演偏好的個人拍攝風格所決定。在 Lai 等人[12]. i Un. v. 的研究中，設計了以對話場景為基礎的攝影機模組，建立故事腳本元素解析故事結構，. Ch. engchi. 透過模式（pattern）將故事腳本元素中的情緒目標轉換的拍攝方式，對應出攝影機的鏡頭型態（shot type）和運鏡動作（operation）的組合，再利用分析實際電影的鏡頭建立成鏡頭資料庫（shot database），從中選出適合的鏡頭，再加上虛擬攝影機和環境的遮蔽偵測，以做為合適鏡頭排序的機制，客製化 3D 虛擬環境中的運鏡系統。. 10.

(22) 立. 政治大. ‧ 國. 學 ‧. 圖 4. 攝影機模組架構圖（截自[12]）. sit. y. Nat. al. n. 色事件和情境目標等情境資訊，格式如下：. Ch. engchi. er. io. 在 Lai 等人[12]的研究中，故事腳本的設計是以 XML 標籤語言組成，包含場景、角. i Un. v. <AnimContext Scene="Discontext" Action="Talk" Goal="BuldEmotion" Actor1="Millionaire" Actor2="Woman" />. 其中目標情緒包含建立情感（BuildEmotion），還有憐憫（Compassion）和恐懼（Horror）等，可透過以下三種電影運鏡方式來組合實現：. (1) 跨越動作線（Crossline）一般的情況下，導演通常會被告知攝影機從頭到尾都應該保持在角色人物的某一邊，不要越過演員間形成的那條「線」。不過若是能在掌握使用的時機，打破規 11.

(23) 則營造出一種心神不寧、焦躁不安的氛圍，透過持續性的移動與切換鏡頭，就能夠為該場景製造衝突感。. (2) 共享景框（Frame Share）在一般的對話分鏡安排中，會從位於景框左側的角色，剪接至景框右側的角色身上。但是導演可以加以安排，使兩個角色位於景框的同一邊，達到增加緊張感的目的，透過這種不尋常的安排讓觀眾感到不甚自在。. 立. (3) 出奇制勝（Intensify）. 政治大. ‧ 國. 學. 透過出其不意的特寫鏡頭，讓觀眾大吃一驚。不管是在充滿大量動作的場景中或是一般對話的場景都可以安排穿插的特寫鏡頭的方式增加畫面衝擊性及戲劇張. ‧. 力。. sit. y. Nat. n. al. er. io. 而以系統所提供的 pattern 則是透過鏡頭型態（shot type）和運鏡動作（operation）. i Un. v. 來定義這些運鏡方式。運鏡定義格式的例子如下，intensify 初始狀態先用最遠的長鏡頭，再逐漸靠近：. Ch. engchi. <technique id="intensify"> <initial operation="longest"/> <transition operation="closer"/> </technique>. 然後再利用特別設計的影像標記工具截取真實電影中具有代表性的鏡頭，手動標出鏡頭裡人物的眼鏡和頭的位置等等，並對每個鏡頭定義型態，作為鏡頭資料庫。再透過 Lino 等人[18]的方法，固定空間中兩個物體，其形成的解空間計算攝影機位置。最後則. 12.

(24) 是檢查攝影機和每個角色個別產生的周框方塊（bounding boxes）的八個點之間的連線是否有障礙物的方式做遮蔽檢查（occlusion detection）來排序出候選鏡頭順序，回傳給導演做選擇。. 之後，Wu[19]延續了此概念，用更嚴謹的方式結構化整個轉換的過程，將模式（pattern）拓廣成了模式語言（Pattern Language），更新定義格式化的名稱並增加跨越多個鏡頭的模式以及多種模式作用在同一個鏡頭的功能，提高鏡頭拍攝方式的多樣性，. 政治大. 還可偵測模式間是否互相衝突，以下為重點細節：. 立. ‧ 國. 學. (1) Framing. 相當於之前研究中截取並定義真實電影鏡頭格式的步驟，使用工具相同，但在. ‧. 鏡頭的定義上多了相對（relative）與絕對（absolute）兩種類型，其格式描述設定. Nat. sit. y. 上的也有些許不同，兩種類型共同擁有的格式包含：螢幕上的位置（position）、鏡. n. al. er. io. 頭型態（shot type）、與目標的距離（distance）。而相對類型多了連續（continuity）. i Un. v. 的格式，紀錄和上一個鏡頭的關係；絕對類型則是多了區域（region），將螢幕分割. Ch. engchi. 成四或九等分，紀錄目標在此個鏡頭的哪個區域和鏡頭角度（shot angle）的格式。. (2) Operations Patterns 做為攝影風格模式可能橫跨複數個鏡頭，不同 Pattern 在鏡頭數目上也有不同的限制，不過因為在編輯上有序列的關係，所以特別定義了七種 Operations 類型，以描述 Patterns 序列上的限制：All 表示 pattern 序列中所有 frames、None 表示全部沒有、Initial 表示序列中的第一個、Next 表示連續相鄰兩個、Last 表示 pattern 序列中的最後一個、Ordered 是指特定一個、Transition 表示是 frame 之間的轉換的部分，如下圖 5 所示： 13.

(25) 圖 5. [19]所定義的 Operations 作用在 pattern 序列中 frames 的限制關係. 立. (3) Patterns. 政治大. ‧ 國. 學. 以下圖 6 為例，Initial Operation 指定第一個 frame，並設為中遠鏡頭，之後的 Closer 有著 Next Operation 的限制關係，且 Closer 會基於前一個 frame 的位置調整. ‧. 攝影機距離，使鏡頭越來越靠近。. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i Un. v. 圖 6. Pattern 的作用過程範例（截自[19]）. 透過設置 Operation 關係，建立並編輯鏡頭的方式，最後定義出一段攝影風格的過程就稱為"pattern"，而 patterns 的參數包含：name、targets 紀錄一連串 operation 限制關係的目標、length 表示此 patterns 的鏡頭數目限制，範例如下： 14.

(26) Pattern "intensify" (length>=3){ [ initial: "distance" ("target": target1, "distance": mls) ] [next: "closer" ("target": target1) ] [transition: ("type": cut) ] }. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. 最後展示出一段包含四種 patterns 的範例，並在虛擬環境中生成出片段：. er. io. sit. y. Nat. n. al. Ch. engchi. i Un. v. 圖 7. 實作範例（截自[19]）. 我們將以上述研究為基礎，改善之前的鏡頭排序的機制，實作出本研究的 Pattern-Based 鏡頭推薦系統。. 15.

(27) 在電腦科學領域中，或許因為包含藝術主觀成分的關係，對於攝影學中電影內容拍攝表現手法的相關研究並不多，鏡頭風格類型及運鏡手法帶來的感受也很難被定義。不過，在攝影技術越來越成熟的現在，經過統整歸納後還是有一套經典的拍攝公式可依循，但目前為止都沒有個完整的互動平台系統，透過推薦以及偵錯提醒的功能和使用者互動創作。藉此研究，我們希望在人類創造力和智慧型互動合作基礎下，創造出一個新的電影製作流程。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 16. i Un. v.

(28) 第3章系統架構. 我們的系統以 Unity 3D[1]為基礎建構，配合 Unity plug-in NGUI[3]設計介面，並以過去相關研究[19]作為 Pattern-Based 鏡頭推薦系統。使用者透過介面修改鏡頭，每次操作後會. 政治大. 重新抓取鏡頭資料更新顯示於介面，以下為系統 MVC 架構圖：. 立. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i Un. v. 圖 8. 系統 MVC 架構圖. 我們的系統所設定的主要使用者為電腦動畫的導演，特別是初學者。系統透過介面讀入腳本及 3D 環境資料，並依導演喜好決定鏡頭的分配及設置，或是對特定鏡頭指定攝影風格規則，例如：Intensify 或指定鏡頭內的人物等，之後這些規則會作為參數傳入 Pattern-Based 鏡頭推薦系統，將鏡頭的推薦結果顯示在介面上供導演做選擇，最後設置. 17.

(29) 完所有鏡頭後就可以即時觀看影片，並輸出成鏡頭資料檔，做為後續應用參考。以下為系統流程圖：. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n 3.1 故事腳本. Ch. engchi. er. io. al. sit. y. Nat. 圖 9. 系統流程圖. i Un. v. 3D 虛擬環境及腳本參考原型為 1985 年由羅勃·辛密克斯（Robert Zemeckis）擔任導演的電影＂回到未來＂（Back to the future），整部電影描述主角 Marty McFly 搭乘由 Brown 博士發明的時光車，穿越時空到過去與未來世界種種發生的故事，而我們研究所引用的片段內容是主角回到過去在餐廳遇到自己年輕時的爸爸 George，在目睹 George 被欺負後約 80 秒的對話片段。以下為實際電影場景截圖和我們所設計的 Unity 虛擬環境場景截圖：. 18.

(30) 圖 10. 左圖為電影"回到未來"場景（截自 MOVIECLIPS 的 youtube）右圖為研究所設計的 Unity 虛擬環境場景截圖. 立. 政治大. 此片段主要角色有：主角 Marty、主角父親 George 和餐廳店員 Goldie 及 Lou。而. ‧ 國. 學. 故事腳本檔主要結構依序包含：事件起始及結束影格、事件類型、角色（主詞）、角色. ‧. 或物品（受詞主體）、事件描述句，其中事件類型包含移動（Moving）、對話（Speaking）、反應（Reacting）、動作（Handling）共四種，另外若事件類型為 Speaking，則後面的描. y. Nat. n. al. er. io. sit. 述句就會是對話內容，其他種類則為動作細節描述。範例如下：. Ch. i Un. v. Happens(132,179,Reacting(Marty,George,'Marty looks terrified')) Happens(250,291,Speaking(Marty,George,'You're George McFly.')) Happens(276,323,Handling(George,Marty,'George stretches his arms down on the bar and adresse Marty')) Happens(292,339,Speaking(George,Marty,'Yeah, who are you?')) Happens(1870,1917,Moving(Marty,George,'Marty runs after George again and disappears')). engchi. 各個角色的屬性包含獨立 id 和 name，下一層為角色各部位節點，包含兩個眼睛和頭部，有獨立的部位名稱以代表部位的屬性，會對應回 3D 虛擬環境中的動畫角色，做為系統捕捉角色的依據，範例如下：. 19.

(31) <actor id <part <part <part </actor>. = "2" name="George"> pt-name="Eye_R" pt-type="RightEye"></part> pt-name="Eye_L" pt-type="LeftEye"></part> pt-name="Head_M" pt-type="Head" default="true"></part>. 鏡頭資料庫檔案屬性有各自獨立的 id，下一層包含兩個角色和鏡頭的型態節點，代表角色的身體部位在此鏡頭畫面中的位置，以及此鏡頭用何種鏡頭型態拍攝。作為顯示在 Camera List 中鏡頭推薦系統計算的鏡頭資料參考。範例如下：. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. <frame id="1" timeId="1"> <actor refId = "1"> <onScreenPartPosition part="Head" x="0.2" y="-0.2"> </onScreenPartPosition> </actor>. y. Nat. n. al. Ch. engchi. x="-0.2" y="-0.2">. er. io. <onScreenPartPosition part="Head" </onScreenPartPosition> </actor>. sit. <actor refId = "2">. i Un. v. <cameraAngle angle-type="EYE"></cameraAngle> <shotDistance distance="BCU"></shotDistance> <shotComposition composition = "OTS"></shotComposition> </frame>. 3.2 導演輔助編輯平台介面設計. 我們的導演輔助編輯介面以跨平台系統 Unity 3D 為開發平台，不需要另外安裝其他驅動程式或開發環境的設定，以降低系統安裝的困難度。在編輯介面方面，我們希望能根據. 20.

(32) 一般導演的思維設計，讓使用者可以更直覺的操作。. 3.2.1 系統介面. 如圖 11 所示，我們的系統介面主要分五個區塊，左上藍色範圍為預覽視窗區域，包含下面鏡頭序列 Sequence 區中所選鏡頭的時間總合、撥放器功能以及與時間相關所有的腳本描述顯示區。中間上方紫色區域為功能按鈕，執行基本讀取、儲存按鈕，可以讀取. 政治大. 攝影機配置腳本，並對下方橘色 Sequence 區作用，例如分割、複製或刪除鏡頭，對鏡. 立. 頭設置規則等。右中的紫色區域同樣為功能按鈕，主要是小幅度調整鏡頭的起始及結束. ‧ 國. 學. 時間。右上紅色範圍為鏡頭推薦系統資料庫顯示區。下面橘色區域包含整個鏡頭序列（Sequence）及攝影風格規則設置的細節資訊。中央的綠色區域則是顯示使用者的操作. ‧. 紀錄的 LOG 提示區。. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i Un. v. 圖 11. 輔助編輯系統功能分區示意圖. 介面設計原型是參考蘋果電腦開發的影片剪輯軟體 iMovie（如下圖 12），而我們. 21.

(33) 設計的介面背景色調為黑底是希望可以讓使用者集中注意在圖形化的鏡頭顯示上。每個操作區域會用不同顏色的標題和邊框加以區分、提示，例如：橘色為 Scene 執行的區域、紫色為對 Shot 作用的區域、下方做為整段故事顯示的為白色 Sequence 區及右上系統鏡頭推薦 Camera List 的顯示區（如圖 13）。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 y. Nat. n. al. er. io. sit. 圖 12. iMovie 介面（截自蘋果電腦網站）. Ch. engchi. i Un. v. 圖 13. 系統初始介面截圖. 22.

(34) 位於介面左上的預覽視窗（如下圖 14），可利用撥放器按鈕撥放故事腳本，也可直接拖曳時間軸，時間軸長度為鏡頭序列（Sequence）中被選擇的鏡頭時間總和，如圖中 Shot 0 的 4.58 秒加 Shot 1 的 75.09 秒總和為 79.67 秒，在播放器時間軸兩端的加減按鈕可以微調時間，播放器下方也會顯示目前被選擇的鏡頭編號，再往下的綠色背景區域顯示此刻時間發生的腳本事件描述（同一時間可能橫跨複數個事件），以及已發生的時間長度。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i Un. v. 圖 14. 預覽視窗及鏡頭序列中被選擇的鏡頭. 圖 15. 序列中的鏡頭. 23.

(35) 我們在鏡頭（Shot）定義上跟電影學上的鏡頭相同，代表攝影機啟動紀錄至停止的片段，非連續移動（zoon in 或 zoon out 等以外）或是切換到其他位置的拍攝結果為不同鏡頭。在鏡頭序列（Sequence）中顯示的鏡頭（Shot）在介面上會呈現獨立的 ID、該鏡頭目前拍攝結果的圖示、下方則為開始時間及結束時間。當鏡頭被選擇時，邊框顏色會從白色變為紅色，如圖 15 的 Shot 2。. 立. 政治大. y. ‧. ‧ 國. 學. Nat. n. er. io. al. sit. 圖 16. 介面按鈕選項. Ch. i Un. v. 圖 16 中左邊橘色 Scene 按鈕的功能為儲存、讀取及重新設置整個鏡頭序列腳本的. engchi. XML 檔，包含序列中每個鏡頭的名稱、起始及結束時間、選擇的拍攝方式編號、是否被鎖住、目前是否被點選等，還有紀錄該鏡頭被設置的攝影風格規則，其規則的名稱和被設置的順序資料等，格式範例如下：. <Sequence> <Shot shotName="Shot 0" startingTime="0" endingTime="3.5" currentFrame="91" isLocked="False" hasChosen="True" active="False"> </Shot> <Shot shotName="Shot 1" startingTime="3.5" endingTime="7.5". 24.

(36) currentFrame="0" isLocked="False" hasChosen="False" active="False"> <Rule ruleID="0" ruleName="Close Up Marty"/> </Shot> <Shot shotName="Shot 2" startingTime="7.5" endingTime="10.5" currentFrame="19" isLocked="False" hasChosen="True" active="False"> <Rule ruleID="1" ruleName="Center George"/> </Shot> </Sequence>. 政治大另外，還有回到上一步及下一步的功能，且系統初始沒有經過任何操作時此兩個按立 ‧. ‧ 國. 能。. 學. 鈕會呈現灰色，無法點選作用，直到操作系統後按鈕顏色才會改變成橘色，發揮正常功. sit. y. Nat. 圖 16 中右邊紫色 Shot 區是對鏡頭操作的按鈕，可以分割、刪除、新建自己設定的. er. io. 鏡頭選項或是複製鏡頭序列裡的鏡頭，下方 Rule 為下拉式選單，可對被選擇的鏡頭設置. al. iv n C hen 的 Further、以特定角色為鏡頭中心的 Center 及特寫的 g c h i U Close Up 4 種。每種規則再分別 n. 攝影風格規則。目前實作出的規則有逐漸靠近特定角色的 Intensify、逐漸遠離特定角色. 對故事中 Marty、George、Goldie 和 Lou 4 位角色作用，共有 16 種攝影風格規則可以設置。. 3.2.2 輔助編輯介面設計. 我們的編輯系統使用流程為：一開始啟動時會讀入預設的場景及故事腳本，也就是電影回到未來的片段，鏡頭序列中也會顯示一個初始狀態的鏡頭 Shot 0。此鏡頭的時間預設為整段故事腳本的時間，鏡頭型態預設是平視的長鏡頭且是被點選的狀態。之後透過左. 25.

(37) 上預覽區的撥放器撥放 Shot 0，播放期間同時也會撥放音源，可以聽見角色講述台詞，在撥放的過程中使用者可以利用＂CUT＂按鈕分割鏡頭，或是複製及刪除等功能，編輯鏡頭序列，再利用下拉式選單設置規則，並從鏡頭推薦系統計算出的結果中選出符合理想的拍攝鏡頭，如果沒有符合理想中的鏡頭也可以選擇結果最相近的推薦鏡頭再做微調，反覆此步驟直到所有鏡頭設置完成，就可以撥放影片及攝影機鏡頭的腳本檔。操作中的編輯系統介面如下圖 17：. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i Un. v. 圖 17. 操作中的介面. 在介面的配置設計上也盡量讓鏡頭圖示和預覽畫面可以最大化，希望使用者可以專注鏡頭的結果並觀察到鏡頭中的細節，另外預覽視窗還設計了和 Unity 中 Scene 場景視窗一樣的鏡頭操作方式：Ctrl 鍵+滑動滑鼠滾輪使鏡頭放大或縮小、Ctrl 鍵+滑鼠滾輪平移鏡頭視角及 Ctrl 鍵+滑鼠右鍵改變鏡頭角度的功能，讓使用者可以自由移動視角掌握場景細節，也讓操作過 Unity 的使用者可以更容易上手。此外，LOG 提示區可顯示編輯. 26.

(38) 的過程紀錄（如下圖 18），而介面右上有綠色的＂？＂按鈕可以顯示介面的操作提示，幫助使用者回憶介面的使用方式。. 圖 18. 顯示編輯紀錄的 LOG 提示區. 政治大. 鏡頭選項是由鏡頭資料庫產生而成，包含各種角色在畫面中的配置資訊，攝影風格. 立. 規則會指定角色在畫面中的位置和距離。如果是跨複數個鏡頭的規則，除了每個鏡頭的. ‧ 國. 學. 限制，也會指定各個鏡頭間的相對關係，而 Pattern-Based 鏡頭推薦系統則是從資料庫中篩選出符合限制的鏡頭，顯示在 Camera List 區中。每個鏡頭選項有著獨立的 ID 編號及. ‧. 圖式，也會顯示鏡頭型態（詳細請見表 1 及圖 3），將相同的鏡頭型態集中擺放，讓使用. Nat. sit. n. al. er. io. 種鏡頭可供選擇。. y. 者可以更快速找到想要的結果（例如下圖 19，極特寫鏡頭都排列在一起）。目前共有 172. Ch. engchi. i Un. v. 表 1. 鏡頭型態內容. 鏡頭型態. 包含內容（簡稱）. Shot Type. Establishing Shot（EST）、Very Long Shot（VLS）、Long Shot（LS）、 Medium Long Shot（MLS）、Medium Shot（MS）、Medium Close-Up （MCU）、Close-Up（CU）、Extreme Close-Up（XCU）. Shot Angle Type. High Angle Shot（HIGH）、Eye Level Shot（EYE）、Low Angle Shot（LOW）. 27.

(39) 政治大. 圖 19. 顯示推薦鏡頭的 Camera List 立. ‧ 國. 學. 此外，操作上只要點選其中一個推薦結果即會將取代鏡頭序列中的被選擇的鏡頭，. ‧. 之後可以再點選一次取消選擇、或是直接選取其他推薦結果切換。如果都沒有合適的鏡. Nat. sit. y. 頭選項，可以先選擇最相似的結果，再利用鍵盤滑鼠改變攝影機位置、角度及方向，按. n. al. er. io. 下紫色 Shot 區中的＂CREATE CAMERA＂，直接將預覽視窗呈現的結果作為新的選項，同時也會即時設置至鏡頭序列中（如圖 17）。. Ch. engchi. i Un. v. 關於攝影風格規則（rule）的設置與顯示，使用者選擇序列中欲設置的鏡頭，再透過圖 16 的紫色 Shot 區中規則下拉式選單選取規則，並按下＂SET＂按鈕即可設置，也可選取複數鏡頭同時設置規則。另外顯示介面安排在鏡頭序列下方，並一個個對齊上方的鏡頭，每一行顯示此鏡頭所設置的所有攝影風格規則，以設置規則的順序由上而下排列，每設置一個規則就會向下增加一列，超過畫面時右側會出現可上下拖曳的滾動條，滑鼠左右拖曳規則區塊會同時移動上方鏡頭，使鏡頭和該鏡頭所設置的攝影風格規則隨時保持在同一行。攝影風格規則有作用於橫跨複數個鏡頭和個別鏡頭兩種，前述是用藍色，後者為綠色字體顯示，且每個攝影風格規則可以點選右方的＂X＂個別刪除，攝影 28.

(40) 風格規則顯示範例如下圖 20：. 政治大. 立圖 20. 攝影風格規則呈現範例. ‧ 國. 學. 另外編輯系統還有微調鏡頭時間的功能，可對單獨鏡頭的開始結束時間做調整，調. ‧. Nat. n. al. er. io. sit. 微調。我們希望藉此提高使用者安排配置鏡頭的自由度。. y. 整方式可透過下圖 21 的介面，利用時間兩邊的加減按鈕做微調，每點選一次就會加減. Ch. engchi. i Un. v. 圖 21. 鏡頭時間調整介面. 3.2.3 智慧型使用者介面設計. 由於我們編輯系統的使用者對攝影的經驗及相關知識並不相同，所以我們的系統也設計了智慧型介面及提示視窗，幫助使用者們能透過簡單的介面操作，快速發現有問題的鏡頭設置、避免錯誤操作，實現我們系統能夠加快使用者拍攝流程時間的目標。我們系統的智慧型檢測包含下面幾個項目：. 29.

(41) 3.2.3.1. 介面顯示及隱藏. 藉由鏡頭序列 Sequence 中 Shot 被選擇的狀況來控制介面的顯示及隱藏：. (1) 預覽視窗區預覽區作用並顯示目前正被選擇的鏡頭，一旦鏡頭序列中沒有任何鏡頭被點選，. 政治大. 此區也無法觸發任何功能，並用灰色濾鏡覆蓋。. 立. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i Un. v. 圖 22. 左圖為預覽視窗區正常運作的情況；右圖為預覽視窗區無法運作的情況. (2) 推薦鏡頭及時間調整區 Pattern-Based 鏡頭推薦系統的結果顯示及鏡頭開始及結束時間調整都是對單獨的鏡頭作用，所以當鏡頭序列中有兩個以上的鏡頭被選取或是沒有任何一個鏡頭被選取時，Camera List 中推薦鏡頭的內容和鏡頭時間調整介面都會隱藏，無法點選推薦鏡頭及調整鏡頭開始及結束時間（如圖 23）。. 30.

(42) 圖 23. 左圖為兩個以上的鏡頭被選取時，Camera List 中及時間調整區的情況右圖為沒有任何一個鏡頭被選取時，Camera List 中及時間調整區的情況. 立. 攝影風格規則的合理性和衝突. 學. ‧ 國. 3.2.3.2. 政治大. ‧. 我們在攝影風格規則上有設置特定的參數限制，以符合現實攝影風格上的情況，並幫助系統進行以下的檢查：. er. io. sit. y. Nat (1) 檢查規則是否重覆設置. n. al. Ch. i Un. v. 檢查此鏡頭是否已設置過一樣的攝影風格規則，若是已經設置過相同規則，則. engchi. 會在 LOG 提示區出現＂Duplicated! : Rule（Rule Name）was already added to shot（Shot ID）＂的訊息提醒。如果沒有問題將會顯示＂（Rule Name）was added＂的設置成功提示。. (2) 檢查設置規則鏡頭個數限制或是否連續部分攝影風格規則是對單個鏡頭作用，可單獨、連續或是跨鏡頭設置，設置成功會在 LOG 提示區顯示＂（Rule Name）was added＂的成功提示；另外有些攝影風格規則必須設置連續 3 個鏡頭以上，若是被設置到非連續的 3 個鏡頭或是少於 3 個. 31.

(43) 鏡頭，也會出現＂ Length Error: Rule（Rule Name）cannot be added to（Rule max Length）shots ＂的提醒。設置成功將會顯示＂（Rule Name）was added＂的提示。. (3) 檢查鏡頭的規則衝突當一個鏡頭被設置多個攝影風格規則時，會檢查規則間是否衝突，例如：被已設置 Intensify Marty 的第三個鏡頭只剩下少數推薦鏡頭選項，此時又對此鏡頭設置 Center George 的規則，Camera List 中沒有任何推薦鏡頭的結果，處理方式跟上個檢. 政治大. 查相同，每次設置規則都會檢查，只要出現沒有可以推薦鏡頭選項的情況就會出現. 立. 警告提醒使用者。. ‧ 國. 學. 3.2.3.3. 鏡頭編輯提示警告. ‧. Nat. sit. y. 當我們用紫色 Shot 區的＂CUT＂、＂DELETE＂、＂DUPLICATE＂按鈕在編輯鏡頭序列中. n. al. er. io. 的鏡頭時，如果被編輯的鏡頭已經有設置規則，此時畫面會跳出警告（如圖 24），選擇. i Un. v. ＂NO＂回到原本狀態；而選擇＂YES＂後會依照指示編輯並移除被編輯鏡頭的所有規則，. Ch. engchi. 包含橫跨複數個鏡頭的規則也會一併刪除，如圖 25 所示，下圖為上圖在刪除 Shot 1 鏡頭（起始時間：3.50、結束時間：7.50）後的狀態，原本設置的影響複數個鏡頭的攝影風格規則＂Intensify Marty＂也被整個刪除。. 32.

(44) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. 圖 24. 編輯鏡頭時的警告介面. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i Un. v. 圖 25. 刪除 Shot 1 前（上圖）及刪除後（下圖）攝影風格規則顯示的結果. 33.

(45) 3.3 電腦動畫攝影編輯輔助系統使用範例. 我們以還原電影回到未來的拍攝方式為目標說明電腦動畫攝影編輯輔助系統的使用方式，並描述每個操作步驟及介紹介面實際的使用情況。以下分電腦動畫攝影編輯輔助系統的操作方式、Shot 配置細節步驟及其他攝影風格規則設置範例三部分介紹。. 3.3.1 電腦動畫攝影編輯輔助系統的操作方式. 立. 政治大. 我們以電腦動畫攝影編輯輔助系統的實際介面，介紹從開啟程式到完成鏡頭配置的操作，. ‧ 國. 學. 最後選取全部的鏡頭並撥放，在預覽視窗呈現使用者拍攝出的結果。. ‧. n. al. er. io. sit. y. Nat. (1) 啟動 Unity 後，從預覽視窗播放動畫並閱讀理解故事腳本，思考如何呈現故事. Ch. engchi. i Un. v. 圖 26. 預覽視窗撥放中的系統介面. 34.

(46) (2) 利用預覽視窗的時間軸和劇情提示欄及 cut 鍵切割 Shot. 立. 政治大. y. Nat. n. er. io. sit. (3) 從 Camera List 中選擇想要的拍攝方式. al. ‧. ‧ 國. 學圖 27. 切割 Shot 之後的結果. Ch. engchi. i Un. v. 圖 28. 選擇 Camera104 作為 Shot 0 的拍攝方式. 35.

(47) (4) 或是利用 rule 設定篩選，選定 Shot 後再點選 rule 後面的下拉式選單選擇合適的規則，按下 set 後右上的 Camera List 會篩選出符合規則的拍攝方式供選擇. 立. 政治大. ‧ 國. 學 ‧. 圖 29. 選擇 Shot 1 設置攝影風格規則. sit. y. Nat. n. al. er. io. (5) Camera List 顯示只剩下符合＂Close Up Marty＂的六個拍攝方式. Ch. engchi. i Un. v. 圖 30. 對 Shot 1 設置＂Close Up Marty＂後的結果. 36.

(48) (6) Camera List 中若是沒有符合的鏡頭，也可以選取最類似拍攝方式在預覽視窗做微調，最後再點選＂ CREATE CAMERA＂產生全新的拍攝方式選項. 學圖 31. 對 Shot 1 設定自訂拍攝方式的結果. ‧. ‧ 國. 立. 政治大. sit. y. Nat. n. al. er. io. (7) 重複前 5 個步驟，逐漸完成所有 Shot 的配置. Ch. engchi. i Un. v. 圖 32. 完成 Shot 0 到 Shot 5 的拍攝方式後的介面. 37.

(49) 3.3.2 Shot 配置細節步驟介紹. 3.3.2.1. Shot 的切割. 可以直接拉動預覽視窗的時間軸和點選腳本提示欄的事件來決定鏡頭切割的時間，再點選＂CUT＂鍵切割 Shot。Shot 區的＂CUT＂、＂DELETE＂、＂DUPLICATE＂都可增減鏡頭序列中的鏡頭數量。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 sit. y. Nat. n. al. er. io. 圖 33. 左圖為預覽視窗的時間軸和劇情提示欄；右圖為 Shot 區按鈕. Ch. engchi. i Un. v. 圖 34. Shot 切割後從一個 Shot 變成 5 個 Shot 的結果. 38.

(50) 3.3.2.2. 設置 Shot 的拍攝方式. 我們系統提供以下的方法讓使用者對個別 Shot 選擇不同的拍攝方式：. (1) 直接從 Camera List 中選取相似的拍攝方式可以直接拖曳 Camera List 中右邊的 scroll bar 一個一個搜尋想要的拍攝方式。以此電影片段中第一個鏡頭為例（見下圖 35），點選 Shot 0 後，在 Camera List 中選. 政治大. 擇看起來最相似的 Camera 104，點選後會替換掉鏡頭序列 Sequence 中的顯示圖樣，. 立. 左上的預覽視窗的視角也會被替換。. ‧. ‧ 國. 學 er. io. sit. y. Nat. al. v. n. 圖 35. 左圖為實際電影片段第一個鏡頭的截圖；右圖為 Camera104 的拍攝方式. Ch. engchi. i Un. 圖 36. 設置 Camera104 為 Shot 0 的拍攝方式後的結果及系統介面 39.

(51) (2) 對 Shot 設置攝影風格規則篩選 Camera List 中的拍攝方式系統總共有 172 種拍攝方式，但瀏覽所有拍攝方式過於耗時，可以利用紫色 Shot 區按鈕中的下拉式選單，對 Shot 設置攝影風格規則以篩選 Camera List 中的拍攝方式。為了實現電影第二個鏡頭的拍攝方式（見圖 38 之左圖），我們對 Shot 1 設置＂ Center Marty＂，此時 Camera List 的拍攝方式選項剩 31 種。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 er. io. sit. y. Nat. al. n. iv n C U 對 Shot 1h 設置＂Center e n g c h iMarty＂後的系統介面. 圖 37.. (3) 從既有的拍攝方式調整出自訂的拍攝方式即使對 Shot 設置攝影風格規則但還是有可能沒有合適的鏡頭拍攝方式，所以我們的系統提供了自行調整鏡頭的功能，可以選取最類似拍攝方式再進行調整，調整方式為：在預覽視窗中按住鍵盤的＂Ctrl＂鍵，配合滑動滑鼠滾輪 zoom in、zoom out，按住滑鼠中鍵移動改變攝影機的 translate、按住滑鼠右鍵移動改變攝影機的 rotation 做微調，最後再點選＂ CREATE CAMERA＂在 Camera List 最後產生出全新的拍攝方式選項。. 40.

(52) 圖 38. 左圖為實際電影片段第二個鏡頭的截圖；右圖為自行調整後的拍攝方式. 為了實現圖 38 電影片段中第二個鏡頭的拍攝方式，選取最類似拍攝方式做微調，結果如圖 39。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i Un. v. 圖 39. 對 Shot 1 設置自行調整的拍攝方式的系統介面. 繼續依照前 3 種設置鏡頭的方式往下以還原電影鏡頭為目標設置其他的 Shot，電影片段第三個鏡頭的拍攝方式結果如下圖 40、圖 41，電影片段第四個鏡頭的拍攝方式結果如下圖 42、圖 43。. 41.

(53) 圖 40. 左圖為實際電影片段第三個鏡頭的截圖；右圖為自行調整後的拍攝方式. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i Un. v. 圖 41. 對 Shot 2 設置自行調整的拍攝方式的系統介面. 圖 42. 左圖為實際電影片段第四個鏡頭的截圖；右圖為自行調整後的拍攝方式. 42.

(54) 立. 政治大. 圖 43. 對 Shot 3 設置自行調整的拍攝方式的系統介面. ‧ 國. 學. 3.3.3 其他攝影風格規則設置範例. ‧. Nat. sit. y. 我們將以攝影風格規則 Intensify Marty 為範例，用設置攝影風格過程的截圖呈現我們. n. al. er. io. Pattern-Based 鏡頭推薦系統的效果。. Ch. engchi. i Un. v. 圖 44. 先對 Shot 0、1、2 攝影風格規則 Intensify Marty 43.

(55) 在對三個鏡頭設置攝影風格規則後，第一個鏡頭的推薦鏡頭會被過濾，挑選出有足夠距離的鏡頭選項，如下圖 45，Camera List 只剩下 42 個選項。. 立. 政治大. ‧ 國. 學 ‧. 圖 45. 設置攝影風格規則 Intensify Marty 後，Shot 0 的鏡頭選項結果. y. Nat. n. al. er. io. 只剩下 22 個選項。. sit. 第一個鏡頭選擇了 Camera37 的拍攝方式之後，第二個鏡頭的選項結果如下圖 44，. Ch. engchi. i Un. v. 圖 46. 設置攝影風格規則 Intensify Marty 後，Shot 1 的鏡頭選項結果. 44.

(56) 第二個鏡頭選擇了 Camera19 的拍攝方式之後，第三個鏡頭的選項結果如下圖 47，只剩下 16 種結果，且所有的鏡頭選項都會因為攝影風格規則的關係越來越靠近角色，下一個鏡頭的選項會比上一個鏡頭的拍攝結果更靠近角色 Marty。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. i Un. v. 圖 47. 設置攝影風格規則 Intensify Marty 後，Shot 2 的鏡頭選項結果. Ch. engchi. 在設置 Intensify 這類對複數個鏡頭作用的攝影規則的情況下，我們的 Pattern-Based 鏡頭推薦系統會因為使用者選擇不同的拍攝方式動態決定下個鏡頭的選項結果，如圖 48 所呈現，因為第二鏡頭選擇的差異，使得第三個鏡頭的選項結果只剩下 3 種。. 45.

(57) 立. 政治大. ‧ 國. 學圖 48. 另一種 Shot 2 的鏡頭選項結果. ‧. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 46. i Un. v.

(58) 第4章實驗設計與結果分析. 為了驗證智慧型電腦動畫攝影編輯輔助系統的成效，我們根據上一章節實作出的系統功能及介面，設計了一套實驗方式，包含操作型任務，讓受試者先熟悉我們系統介面，引導受試者執行各個功能，再配合指定任務基於前面的操作基礎還原電影片段的拍攝方式，. 政治大. 並配合問卷調查受測者背景、系統各功能使用的滿意度以及開放性問答題，最後使用了. 立. Cherry[20]設計的 CSI（Creativity Support Index）量表評估我們系統的創造力價值。以下. ‧ 國. 學. 將介紹我們實驗目標、實驗流程細節、實驗對象及實驗結果分析。. ‧. n. al. er. io. sit. y. Nat. 4.1 實驗目標. i Un. v. 本研究的目標在提供一個智慧型鏡頭控制系統，透過選項化的攝影結果圖示化介面和智. Ch. engchi. 慧型操作輔助，讓即使沒有攝影基礎知識和相關技術的使用者可以簡便地探索更多的拍攝可能，也可以有效率的拍攝出動畫影片。本實驗目的是評斷出我們實作出的智慧型拍攝鏡頭控制系統是否有達到預期成效。我們邀請受試者實際操作系統後填寫問卷，並配合開放式問答及訪談回饋來改善我們系統性能和介面設計。此外，操作過程中透過使用者紀錄，觀察受試者在有無特定經驗下使用本系統是否有明顯差異。. 47.

(59) 4.2 實驗流程. 本研究的實驗流程請見下圖 49。正式實驗開始前，會先對受試者說明實驗內容及流程，並簽署實驗同意書（附錄 1），之後就開始進行實驗，包含引導式操作任務、指定任務和自由操作三個階段，最後再請受試者填寫問卷。. 操作任務 10 分鐘. 立. 自由操作治政指定任務 20 分鐘大3-10 分鐘. 問卷填寫 10 分鐘. 圖 49. 實驗流程圖. 學. ‧ 國. 實驗說明 5 分鐘. ‧. 所有實驗內容都有操作說明，正式操作系統之前，施測者會先講解第零部分的基本. y. Nat. 介紹（附錄 2），內容包含介面介紹、本次實驗使用的腳本故事人物簡介、鏡頭型態及本. n. al. er. io. 參考。. sit. 次實驗所實作的攝影風格介紹。之後的任務若是有需要，受試者也可再次翻閱此部分作. Ch. engchi. i Un. v. 之後的第一部分（附錄 3）為六個引導式操作任務讓受試者熟悉系統介面的使用，目的是為了讓受試者可以在指定任務前對介面的操作有一定的基礎，引導式操作任務包含： (1) 新增一個 Shot (2) 微調 Shot 的時間 (3) 從 Camera List 選擇一個拍攝方式 (4) 對 Shot 設置＂Intensify Marty＂的攝影風格規則 (5) 智慧型提示及編輯提示警告. 48.

(60) (6) 設置自訂的攝影方式. 第二部分為指定任務（附錄 4），先讓受試者觀看「回到未來」電影片段，經過第一部分引導式操作任務，對系統基本操作功能已有一定的基礎下，利用系統還原電影拍攝分鏡。為了節省受試者比對計算電影切換鏡頭的時間，操作說明下有分割時間及鏡頭的參考範例。第三部分為自由操作，可全部重新設置或是接續上一任務修改部分鏡頭，並請受試者寫下自由操作部分的創作動機和想法。從第一部分引導式操作任務到第三部分. 政治大. 自由操作的過程都會進行使用者操作紀錄，自由操作完畢後的 Shot 配置結果也會被記. 立. 錄下來。. ‧ 國. 學. 最後再讓受試者填寫問卷（附錄 5）及 CSI 量表，調查受測者對攝影和電腦動畫製. ‧. 作相關經驗、觀看電影習慣等背景、實驗後對系統各功能使用的滿意度以及開放性問答. Nat. sit. y. 題，給系統和介面一些建議、感想及回饋，作為我們系統改善的方向。CSI 量表則是直. al. n. 出 CSI 分數。. er. io. 接在電腦上回答由 Cherry[20]所提供的程式，最後會直接將結果用 EXCEL 儲存，並計算. Ch. engchi. i Un. v. 4.3 實驗對象. 本研究的受試者為 10 名年紀相近（約 23~26 歲）並且熟悉電腦操作，但對攝影和電腦動畫製作經驗及電腦動畫設計軟體使用經驗不一的族群。我們想了解此經驗是否影響本系統的操作，以下表 2 為受試者相關背景：. 49.

(61) 表 2. 受試者對攝影和電腦動畫製作相關軟體使用之經驗受試者. 相關軟體使用經驗. 製作或拍攝過性別電影或短片. A. 女. 是. B. 女. 是. 影片編輯. 電腦動畫製作. 威力導演. Maya. Camtasia studio 威力導演. Maya. iMovie. blender. 威力導演. 女. 是. Camtasia studio. al. 否. 威力導演. Ch. e n威力導演 gchi. i Un. 遊戲/專案. Maya. 開發過 UI. blender. 遊戲/專案. Maya. 開發過. sit. Flash. 開發過. ‧. 是. n. 男. 遊戲/專案. Maya. 威力導演. 匯入專案. 3D Max. iMovie. io. F. 女. After Effects. 遊戲/專案. 開發過 UI. 威力導演. 是. Nat. E. 男. iMovie. 開發過 UI. Maya. 學. D. ‧ 國. 立. Effects 政 After治大. er. C. Unity 3D. y. 編號. v blender Maya. G. 男. 否. H. 男. 否. Movie Maker. I. 男. 是. 威力導演. Maya. J. 女. 否. 威力導演. Maya. iMovie. blender. blender Maya MMD. 遊戲/專案沒有沒有匯入專案沒有. 從表 2 可以看出雖然約一半的受試者有拍攝經驗，但所有受試者都有使用影片後製編輯軟體的經驗，幾乎所有受試者都使用過威力導演。在電腦動畫製作的經驗上差異並. 50.

(62) 不大，所有受試者都有使用過 Maya，且一半以上的受試者都有使用過兩種以上的軟體經驗；而 Unity 3D 的經驗上較有落差，有一半沒有使用過或是僅匯入過專案。. 另外，我們也嘗試從受試者對於電影及攝影的了解程度和電影的觀看頻率及拍攝方式，了解使用者對影片觀看沉浸程度的看法跟系統的操作之間是否有關係。表 3 為受試者對電影的觀看頻率及拍攝方式對影片觀看沉浸程度的看法，表 4 為受試者對電影及攝影基礎的了解程度：. 政治大. 立. 表 3. 受試者對電影的觀看頻率及拍攝方式對影片觀看沉浸程度的看法. V. al. 是否會注意電影的拍攝手法. Ch. V. i Un. vV. C. D. E. F. V. V. engchi A. F. sit. V. n. 每天至少 1 部. E. y. V. D. er. io. 一周 2~3 部. C. V. Nat. 一個月 2~3 部. B. B. G. ‧. 一季 2~3 部. ‧ 國. 一年 2~3 部. A. 學. 平常觀看電影的頻率. H. I. J. V. V. V V. G. H. I. J. V. V. V. V. G. H. I. J. V. V. V. 完全沒有偶爾. V. 非常注意覺得拍攝手法會影響觀看沉浸度. V A. B. C. D. V. V. E. F. 完全不會有一點非常有影響. V. V V. V V. 51. V. V.

(63) 表 4. 受試者對電影及攝影基礎的了解程度了解電影基本組成. A. B. C. D. E. F. G. H. I. J. 完全不了解聽說過. V. V. 了解一些. V. 大致了解. V. V V. V. V. E. F. V V. 完全了解了解攝影鏡頭基本知識. 立. V. V. I. J. V. V. V V. V. V. io. sit. y. Nat. 完全了解. V. ‧. 大致了解. H. n. al. er. 了解一些. V. G. 學. 聽說過. ‧ 國. 完全不了解. 政A B治C 大 D. Ch. i Un. v. 從表 3 的結果我們發現所有受試者都會注意到電影的拍攝手法，僅有程度的差別，. engchi. 且沒有任何一位受試者認為拍攝手法不會影響觀看時的感受。不論觀看電影頻率高低的受試者普遍都認為電影拍攝手法會影響觀眾觀看時的沉浸度。接下來根據表 2、表 3 及表 4 的調查及問卷結果，我們大致將受試者們分類定位如下：. 受測者 A、C 跟 D 在使用攝影和電腦動畫製作相關軟體之經驗都非常豐富，在 Unity 3D 遊戲開發引擎上有一定經驗，也都有動畫影片的製作經驗，3 位受試者對對電影的觀看頻率及拍攝方式對影片觀看沉浸程度的看法也相近，不過在電影及攝影基礎的了解程度有些許差異。. 52.