Z通道在数字合成中的应用

（浙江传媒学院，浙江杭州 310018）

一 ：Z通道的原理及获取办法

Z通道又称为深度通道，表示场景中每一个点的深度信息，Z通道是测量物体距离摄影机距离的一系列数值。真正意义上的Z通道不是一般的图像，既不是颜色又不是材质，而是代表摄影机到物体距离的精确的浮点数值。如果Z通道信息要是转化为可视化的灰度图像，就会变现为256级的灰度色阶，但是这种灰度色阶所代表的物体距摄影机之间的距离真实值是不精确的。①

图1 Maya帮助文档中的Color通道、Mask通道和Z通道示意图

通过上述关于Z通道的理论阐释，给了我们两点新的启示，Z通道本身用灰度表示图像中一点与摄影机的距离。另外Z通道中还可以表示灰阶内任意两点间的距离关系。如果只认为Z通道表示一点到摄影机的距离，那么其应用也就仅限于制作景深效果了；而参悟Z通道还可以表示灰阶内任意两点间的距离关系这一结论，就可以使Z通道在数字合成中的应用更为灵活。

Z通道通常多用于三维合成，大多数的三维软件都可以在渲染通道直接获得，例如，在Maya中是通过渲染层获取Z通道；在3DsMax中通过Render Elements获取Z通道。（参见图2）

图2      Maya中的Z通道渲染层                            3DMax中的Render Elements

Z通道的另一获取方法主要是对视频拍摄素材进行Z轴向的深度分离，这需要多种技巧的组合应用，比如蒙版绘制，运动数据跟踪，抠像等。（参见图3）

图3      Creative COW Master Series Advanced Rotoscoping Techniques for Adobe After Effects

二 ： Z通道的合成应用

正是基于Z通道自身的灰度信息表示物体与摄影机距离的属性，我们在数字合成制作中主要运用Z通道将画面进行分割成不同距离的平面。如果源图像是计算机生成的，则创建它的3D程序可以自动生成景深图（见图1）。如果源图像不是计算机生成的，可以将图像分割成不同距离的平面，或者可以自己创建景深图，以便对画面中的不同距离的对象进行加权重处理。②（见图4）。

图4    景深创建与不同距离对象的权重处理

通过不同景深层次的分离提取，我们可以对画面的色彩进行分层校色、纵向景物分离、大气环境模拟、镜头景深模拟、等任何与深度有关的合成处理。

Z通道在数字合成中的基本应用思路如下，如果源文件是计算机生成图像，文件自身包含Z通道信息，例如：RLA格式文件就可以携带Alpha通道、Z通道、Material ID通道、Object ID通道、UV Coordinates通道、Normal通道等信息，则直接可以使用合成软件中的通道提取，如After effects 中的3D Channel Extract，就是将Z通道灰度信息进行提取，并可以避免由于灰阶层次不足所产生的“马克带”；如果源文件不是计算机生成的文件，我们需要对其Z通道手动分离，制作深度蒙版，再利用Level 色阶工具对灰度区域进行重新调整，并使用Luma Matte对其不同灰度层次进行合成提取。

本文将通过一个基于After effects合成软件完成的动画案例对Z通道在数字合成中的应用做一简要分析。

图5   Z通道应用流程

首先对画面进行分析，根据大气散射的原理，我们知道在画面纵深处的饱和度要低一些，亮度要高一些，中景处需要补充绿色的层次、前景需要补充暖色以增强阳光感等。这种效果要在3D软件中实现，需要大量的灯光、材质调整，而且不好把握最终效果。所以在后期制作中调整，更为可行。我们要根据Z通道提供的信息，选择出远处需要进行处理的部分，对其进行调整。

再利用After effects 中的3D Channel Extract，就是将Z通道信息灰度化进行提取，并可以避免由于灰阶层次不足所产生的“马克带”，然后通过色阶Level对Z通道的灰度进行精调，利用色阶Level效果对灰度化了的Z通道信息层进行限值，使其灰度区域集中在我们要调整的画面纵深处。

然后，我们想通过一个Adjustment Layer对画面处进行处理。Adjustment Layer是“调整层”，它本身不携带可视的元素，但对它添加任何效果，都等于为所有居于其下层的图层累加后的结果添加效果。例如在这里，直接给居于素材层之上Adjustment Layer增加一个Hue/Saturation效果，减小其Master Saturation值，就等于把之前进行堆砌的所有层合并，然后再减小其饱和度。但是直接对Adjustment Layer增加效果，会影响整个画面。我们只想对纵深处进行处理，就要结合Z通道选出适当的Mask了。

这里需要注意的是Z通道层与Adjustment Layer层之间的合成图层关系，在After effects 中，由上一图层为其下一图层提供蒙版信息，因而，Z通道层一定要在Adjustment Layer层之上，并且Adjustment Layer层所调用的是Z通道层的Luma matte 蒙版。另外，在本例使用的是色阶Level对Z通道进行精细调整，除了色阶Level以外，曲线Curve效果也能对Z通道相应的灰度区域进行很好调节。

三 结语

当今数字化影视制作中，数字合成技术所起到的作用越发引人瞩目。从奇幻的加勒比海盗到炫目的变形金刚，数字合成技术呈现给我们数不尽的视觉盛宴。作为数字合成技术的精髓——合成通道应用，直接影响了合成的最终整体效果，可见，通过参悟信息通道背后的原理，突破传统思维，就能得出新的理论、新的方法。从而提高制作效率。本文的落足点也在于此。几千字的文章篇幅是有限的、介绍的具体做法也是有限的，但作者希望能通过这有限的文字抛砖引玉，激发无限的可能。合成是一门历久弥新的技术，也是数字艺术创作的重要手段。只有制作手段烂熟于心，才能下“鼠”如有神。最终希望能涌现更多、更好的数字艺术人才，创作出更多更好的数字艺术作品！

①    [美]Jeremy Birn ： 《Digital Lighting &Rendering》 Copyright 2000 by New Riders Publishing   page 279

②    [美]Mark Christiansen 著：袁鹏飞  许伟民 译《After effects 7.0 完全剖析》，中国邮电出版社 2007年版，第341页