8K 技术创新助力内容升级 ——大型纪录片《紫禁城》超高清摄制技术解析

本文以故宫博物院与北京广播电视台联合出 品的大型8K 纪录片《紫禁城》为例,介绍 了8K 纪录片的摄制系统及生产流程,以及在 8K 拍摄中的一些技术创新和亮点,并阐述了 8K 拍摄技术对历史人文纪录片的创新意义。

摘要

一 北京广播电视台超高清内容生产现状

多年来,北京广播电视台一直致力于先进影像技术的研发、探索与实践,在影视超高清视频拍摄制作领域深耕细作多年。而随着工信部、广电总局下发《超高清视频产业发展行动规划(2019—2022 年)》,明确提出了将超高清视频产业作为推动北京市与国家产业升级发展的重要抓手。而随着北京举办2022 年冬奥会、冬残奥会等重大赛事的成功举办,8K 超高清影视内容的生产需求也与日俱增。为了更好地贯彻落实工信部、广电总局基于超高清产业发展的相关精神,充分体现科技冬奥的理念,北京广播电视台投入大量精力进行8K 超高清内容的研发与生产。与此同时,着手开始建设8K 超高清试验频道,积极推动系统建设和应用示范。北京广播电视台超高清工作室在2018 年首次尝试了8K 纪录片《极致中国》的摄制,并于日本NHK 8K 频道播出。截止到2021 年底,我们已累计拍摄了千余小时的8K 素材,并累计储备了80 余小时的成品8K 节目。而历经3 年之久拍摄的大型超高清纪录片《紫禁城》8K 版本,则是其中的精华之作。借助该片在超高清规格下的创作和实践,我们也梳理出了一整套高效的8K 摄制流程,其对8K 内容生产制作及8K 超高清产业发展的探索都具有借鉴作用。

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二 8K 纪录片《紫禁城》的创作背景

2021 年10 月22 日,由故宫博物院、北京广播电视台联合出品的大型纪录片《紫禁城》正式开播(高清播出),全片采用8K 超高清技术进行拍摄,拍摄周期历时3 年之久,穿越四季,是纪念故宫600 周年的献礼之作。8K 超高清版本的《紫禁城》未来将于北京电视台8K 试验频道播出。该片也是北京广播电视台历史上第一次采用8K 规格进行大型系列纪录片的拍摄制作。

此次全方位系统拍摄故宫的机会可谓是千载难逢,无论从拍摄涉猎宫院范围的完整度,被拍摄的各种主体(包括宫殿及文物)的细节程度,还是从记录历史文物资料的稀有度来说,都是殊为难得的。因此,该片的摄制需要我们采用当今最高规格的影像手段来进行最高质量的素材拍摄和留存。8K 超高清技术的介入,使得我们有机会以最高质量的影像规格来向广大观众系统梳理和再现600 年故宫如今的精神面貌,通过8K 技术来记录具有历史感的文化标志符号是一件非常精彩和恰如其分的事情,特别是在拍摄文物建筑时,8K 的质感以及对于历史细节的打磨被展现得淋漓尽致,甚至能够超越人眼视线所及范围,有一种穿透的力量感。今天人们心中的故宫,已经是超越其历史功能的承载着中华民族文化传承的图腾所在,在故宫600年之际,我们希望通过8K 技术来向观众呈现平常看不到的别样紫禁城,通过超高清技术对细节的深挖使得该片在视觉呈现上兼顾历史底蕴和画面美学。

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三 《紫禁城》8K 摄制系统及生产流程

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作为《紫禁城》的摄影指导,首先来谈谈本片的8K 拍摄设备选型。对于故宫这样一个题材,其所涉及内容的独特性、稀有度,以及在特定历史节点下成就的难得的配合协调力度,都促使我们希望以尽量大的规模来进行内容创作和记录。但由于文物保护等客观条件的约束,我们每次入宫拍摄的时间还是比较有限的,刨去每日进出层层宫门及设备整备的时间,日内有效的拍摄时间平均在4 小时以内,因此对于摄制组的拍摄效率以及机位的灵活机动性提出了较高要求。在本次纪录片的拍摄过程中,为了兼顾画质及灵活性等多重因素,我们采用了多台REDMONSTRO 8K VV 及HELIUM 8K S35 摄像机进行8K 视频拍摄,其中MONSTRO 8K VV 主要专注于广场大殿等无需过多控制景深的大场景拍摄,发挥全画幅传感器在拍摄复杂精致建筑群的细节还原能力。而HELIUM 8K S35 摄像机则因为其Super35mm 的较小画幅,可以使我们在8K 分辨率的前提下获得相对全画幅更大的景深,这在紧张的拍摄过程中,可以为摄像师释放更多的实像景深选择空间,并且能够极大提高摄像师在8K 下调度画面焦点的成功率,进而提高摄制组整体的拍摄效率。

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在镜头方面, 除了常用的蔡司Master Prime、老蛙定焦镜头组以外, 我们也先后使用了安琴E Z 1 5 m m ~ 4 0 m m T 2 . 0 、3 0 m m ~ 9 0 m m T 2 . 0 ,富士Premista19mm~45mmT2.9、2 8 m m ~ 1 0 0 m m T 2 . 9 、80mm~250mmT2.9-3.5 等8K 电影变焦镜头来进行拍摄,变焦头的大量使用也有助于摄制组在有限时间内提高拍摄效率。以上镜头虽为变焦,但依旧在8K 分辨率下提供了良好的解像力表现,且其提供的最大可用光孔对于摄像师在8K 拍摄时控制焦点及景深也是恰到好处的。

与此同时,我们大量使用Sony A7R3 以及CanonEOSR5 微单相机来进行8K 延时特效镜头的拍摄。以A7R3 为例,它可以拍摄7952×5304(3:2 画幅)的RAW 格式序列照片,通过后期制作将这些序列帧转换而成的8K 延时镜头,完全满足广电8K 的分辨率要求。此外,我们大量使用了移动电控延时拍摄系统来进行大范围移动延时镜头的拍摄,在拍摄故宫这种空间、体积巨大的场景时,电动滑轨、电控云台、电控大范围延时车的使用可以极大弥补延时镜头单一焦段及景别的不足,并极大丰富摄像师调度镜头的操作空间。8K 动态延时的拍摄为8K 常规视频的拍摄提供了重要补充,其记录长时间光影及时间变幻的镜头特性非常适合来诠释故宫这类承载历史沧桑巨变的场景氛围,通过镜头语言的丰富表现为台本铺陈和情绪叙事提供有力保障。

此外,由于8K 每秒50 帧的基础帧率要求,我们在进行延时拍摄时,会成倍提高拍摄的总张数以确保最终可以获得足够的可用延时视频长度。在遇到拍摄时间受限、光影变化迅速等情况时,我们会特意缩短延时拍摄的间隔时长,以求在尽量短的拍摄时间内获得更多的可用延时视频长度。

在灯光设计方面,8K 拍摄需要更高强度的光照作支撑。如何在不损坏文物的前提下,既要达到8K 拍摄需要的高照度要求,又要保证不同材质的建筑文物都能够呈现出自然的光效,这对于摄制组来说也是一个极大的考验。在《紫禁城》的拍摄过程中,摄制组大量运用反射光源,通过巧妙的反光设计,实现在还原场景本身自然光照状态的基础之上,创造了极富层次的光影艺术效果。

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此外,由于8K 拍摄每小时都会产出接近1TB 的海量素材,为此,我们每次拍摄现场都专门配备DIT工程师,携带移动存储设备及硬盘,进行现场素材备份并记录场记,以提高拍摄现场的记录及存储效率,解决8K 带来的存储备份问题。

后期采用MacPro8K 超高清工作站,配备2.5GHz 28核IntelXeonW 处理器,192GB(6×32GB)DDR4ECC 内存,RadeonProW6800XDUO 图形处理器,配备64GB DDR6显存,存储配备Accusys MAX24 384TB 8K 独立存储单元,MAX24 采用了硬体RAID50 和RAID60 技术,不仅比操作系统的软体RAID0 要安全,而且读写性能有明显提升,可以实现超过4000MB/s 的读写速率,使得工作站可以胜任8K 超高清原码文件的流畅剪辑及达芬奇调色,拖拽不卡帧。本片的后期制作我们依托Adobe Premiere 及达芬奇系统进行多站点协同作业,分别采用了代理剪辑及原码剪辑流程,以求尽量兼顾8K 后期剪辑效率及设备资源利用效率。

四 《紫禁城》8K 特效拍摄技术亮点

1. 自主研发电控升降高台机位,解决宫内高点拍摄痛点

本次拍摄,时逢新冠肺炎疫情管控,加之故宫地处北京敏感地区,无法获批航拍飞行许可。为了弥补无法航拍的遗憾,我们只能另寻高点拍摄。然而,故宫内除了四面城墙、御花园假山高点、外围景山高点外,鲜有其他高点可以提供良好的视野进行拍摄,而以上屈指可数的高点能够覆盖到的景观题材也是极其有限的。为了解决这个难题,特效摄影团队通过与北京电影学院合作,专门为《紫禁城》的拍摄研发了电控升降拍摄支架系统,具备6 米升降柱和6 米移动轨,其电控云台可以负载15 公斤的摄像器材,可以在最高6 米的高度实现云台水平、俯仰、旋转、升降的四轴高精度平滑遥控。《紫禁城》是该自主研发拍摄支架系统的首次落地应用,该拍摄支架系统采用轻量化设计,装载和使用都比较轻便,在使用过程中可以尽量做到不伤文物。电控升降拍摄支架系统的使用解决了我们在故宫内无法获得自由高机位拍摄的痛点,且可以完美搭载我们使用的两款RED 8K 电影机及镜头,极大丰富了纪录片的镜头视角。

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2. 8K 高速摄影助力宫内动物抓拍

《紫禁城》记录了故宫中形形色色的动物踪影,包括红极一时的宫猫、雨燕等。在偌大的环境下捕捉这些快速运动的动物,对于8K 拍摄来说难度极大。对于摄像师来说,在8K 下对快速运动的物体进行跟焦是一件难度很高的事情。在相同拍摄参数下,8K 拍摄系统的景深要比4K 及高清浅得多,摄像师及焦点员在非摆拍环境下实现快速应变的持续跟焦,难度极大。我们的摄像师也是通过海量的抓拍,多机位的布控,对镜头景深、焦点的熟练把控以及对动物运动轨迹的准确预判,才成功记录下了故宫内动物活动的精彩画面。此外,在8K 分辨率下,镜头跟随被摄主体的快速摇移,本身会给观众带来一定的不适感。由于8K 的观影环境一般都是在超大屏幕下播放,且观众距离屏幕的最适观影距离通常是屏幕高度的1.75 倍(2 米以内)的位置。在人屏距离比较近的情况下,画面的快速切换或运动都会给观众造成不适感。此外,目前8K 标准定义的50 帧的基准帧率并不能完全满足8K 分辨率下全像素画面的快速运动(依旧会产生部分拖尾掉帧现象,120fps 是我们认为更适合8K 的舒适帧率)。因此,我们在前期拍摄时需要尽量避免镜头的快速摇移,这与传统影视拍摄有着很大不同。

那么如何在抓拍动物时尽量减缓镜头的运动幅度并降低画面内被摄主体的运动速度呢?经过多番测试,我们决定尝试8K 下的升格拍摄,我们选用了ASTRO的AB-48158K 摄像机,它可以在8K 分辨率下提供120格的升格拍摄,是世界上首款支持8K/120fps 实时输出的高速摄像机。升格镜头可以有效减缓画面内被摄主体及镜头本身的运动速度,而凭借高速摄影及超高清分辨率的共同加持,我们得以通过镜头更加清晰地展现动物运动瞬间的动态细节。此外,升格拍摄的介入也可以一定程度上压缩实拍记录的有效记录时长,间接提高摄像师抓拍的成功率。8K 高速摄影的引入进一步丰富了全片特效镜头的应用形式,其呈现出的动态细节给每一位8K 屏幕前的观众都留下了深刻的印象。

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3. 8K 四季定点特效镜头的拍摄

为了凸显故宫中四季更迭变幻下的景色对比,我们选取了多个具有代表性的场景进行了四季定点的特效镜头拍摄。力图借助我们拍摄时间跨度大的优势来尽可能展现出故宫时空变幻下的特殊魅力。但由于四季分时定点拍摄,拍摄间隔期经常达到数月之久,定点地景经常会发生变化,且很难在拍摄现场对机位进行人为留痕的标记点。这给后续复拍时精准定点带来了一定困难。我们通过反复测试,在统一机型、镜头、焦段、脚架高度、云台角度等数据的基础之上,采用了物理定位+ 九宫格标记点+ 后期补齐的三位一体的定点方式来进行拍摄机位的复位。

首先,通过定位摄像机三脚架立足点所在的物理位置,来实现机位的定点复位。摄像师在首次架设机位时,在获得理想构图的前提下,会尽量选择将三脚架的至少两条腿放置在地面上不宜改变的物理标记点上,例如地砖的交叉点、路基的倒角缝线处、树干根杈的细节特征点等。即使在草地或土地这种没有明显物理标记点的地方,定好机位后,也尽量在机位不远处找到类似的物理标记点,通过激光测距仪来标出脚架腿距离标记点的距离。架设完毕后,拍下带有周边环境特征的机位图以便下次复位机位时参考使用;在完成物理定位,利用摄像机LCD 上的九宫格辅助线来将构图细节进行分格对位,将每个分格四角所对应的画面细节进行前后比照,从而达到精准对位;在以上两步完成后,我们基本可以实现90% 以上的精准复位,如仍有微小的透视误差,我们可以通过后期合成软件,利用MeshWarp 网格调整工具对多次拍摄的镜头进行微调对位,实现最终的定点复位流程。

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4. 8K 弱光环境下的景深和焦点控制

故宫的多数室内场景是比较昏暗的,例如太和殿、乾清宫等大殿内部,如此巨大的室内环境,自然光很难对室内提供有效光照;而出于对珍贵历史文物的保护,灯光组不可以使用太高功率及太高照度的灯光设备。在这个时候,我们不得不提高8K 摄像机的ISO 及开大镜头光孔来使摄像机获得更多的进光量。而由此也会导致画面景深变浅、噪点增多等副作用。

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我们知道,8K 超高清的分辨率是7680×4320,比高清大了16 倍,在相同参数下,8K的景深比之高清乃至4K 都浅得多。而当我们在弱光环境下被迫将光孔开大时, 景深被进一步压缩,导致实像部分变得很有限,给镜头叙事及焦点控制都带来了极大挑战。为了应对以上情况,我们进行了多次前后期的对比测试,最终决定在故宫的室内弱光环境下拍摄时,即使在有灯光的情况下,也需要把摄像机的感光度提高到1600,以求适度收小光孔以获得尽量多的景深。即使这会产生更多底噪,但为了获得更高的拍摄成功率,提高整体的生产效率,我们选择通过后期AI 降噪的方式来弥补高ISO 带来的副作用。此外,摄像师在弱光环境下拍摄静物时,必须通过放大对焦在大监视器上锁定焦点后,方可开机拍摄。同时尽量减少转移调焦等调度焦点的拍摄,以提高暗环境下的拍摄成功率。

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五 超高清技术在纪录片《紫禁城》创作中的意义

超高清技术的使用不仅赋予了《紫禁城》更高的审美价值,也让作品具备了更多的历史价值。虽然在拍摄中遇到了很多困难,但是摄制组都尽力克服了。我们希望把这些珍贵的历史资料通过最好的技术手段长久地留存下来。在拍摄过程中,我们同时也在记录当下,记录时代,记录真实。对我们而言,这也是《紫禁城》的重要意义之一。

8K 不仅仅是一个先进的技术概念,更是电视行业在核心技术领域的重要创新标志。时至今日,8K拍摄在影视制作中仍处于试验阶段。而《紫禁城》则成为了历史人文题材纪录片进行8K 拍摄的范本。8K拍摄带来的独特视觉观感以及更为精致的画面细节能够使观众们在镜头中看见历史,拓展了观众的视觉范围,带来更多的想象空间。例如,在拍摄宋代名窑瓷器时,文物上的纹理清晰地被呈现在画面上,在每一个细腻的笔触中,观众能直观地感受到古代匠人们潜心绘制背后的工匠精神,从而实现文化底蕴和视觉美感的双重传达。按照总导演吴志勇的话说:“8K 已经成为一种叙事手段。”一件文物,我们以前看到的就是一个整体或者某几个细节,但是8K 可以深入到文物的材料肌理、原料的层次、颜色的细微差别,这些都是故事,所以我们更愿意把8K 当作一种叙事手段,而不只是简单的技术手段。

在超高清技术的加持之下,纪录片《紫禁城》一经播出,刷新了2021 年全国纪录片的收视纪录。该片在全网热播,引发广泛讨论,多次登上微博热搜,搜索量和播放热度稳居腾讯视频、哔哩哔哩纪录片主榜第一名。在腾讯视频获得9.5 分的评分,位列历史纪录片排名第一。来自美兰德收视数据的统计数据则显示,该片在全网在播专题类节目中排名第一。

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六 结语

超高清产业的发展,是挑战,也是机遇。超高清的画质对珍贵拍摄对象的细节捕捉及历史文物的抢救性记录提供了重要技术保障。纪录片《紫禁城》的成功创作,得益于北京广播电视台多年来在超高清领域的深耕细作。

未来,《紫禁城》的8K 版本将在日本NHK 进行播出。以高端技术运用为出发点而衍生的内容创作获得了国际纪录片界的认可,也吸引了国内外投资方的广泛关注。我们在不断努力通过技术与内容的整合研发,以技术带动内容升级,推动北京台纪录片的市场化运作。

同时,我们也力图通过优质内容的输出,助力超高清视频产业的发展,促进数字技术创新突破,促进内容繁荣和应用创新,为形成规模万亿元级的新兴产业集群贡献自己的力量。

转载请注明来源:《现代电视技术》 作者:北京广播电视台 赵博