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電影中的科技:與真實理論的交織、影像技術的躍進──在有限邊界中創造無垠世界(上)

  • 文/ 蘇奕璿 │ 國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心助理研究員,專長為產業經濟,全球化經濟,總體經濟等。
電影技術的發展,讓人類對於未來產生了更多想像。圖/maxxyustas / 123RF 版權商用圖片

從 1968 年的《2001:太空漫遊》(2001: A Space Odyssey)到 2014 年的《星際效應》(Interstellar);從 2009 年的《阿凡達》(Avatar)到 2016 年的《比利 ‧ 林恩的中場戰事》(Billy Lynn’s Long Halftime Walk);從 1982 年的《銀翼殺手》(Blade Runner)到 2017 年的《銀翼殺手 2049》(Blade Runner 2049);電影世界中的科技變革,一直先行式地描繪出人類真實生活的進展樣貌,同時真實生活中的科技創新,也持續躍進式開拓出人類想像力的呈現方式。時至今日,科學技術與電影產業的連結,至少可以劃分出三種形式,第一種是軟質知識的融合,第二種屬於硬質技術的應用,第三種則是科技軟硬面在發展交融後所衍生的社會影響,而不論是哪一種形式,都為電影產業內的從業人士,以及產業外的觀影大眾,帶來前所未見的全新光景。

然而,觀察幾部在電影科技或科技想像具有卓越突破的電影作品及其背後的深刻意涵,或許我們會知道,透過一塊四方銀幕,電影與科技兩相結合的光影世界所意圖帶給大家的,可能遠比我們所見識到的娛樂效果以及商業利益,還要多出許多。

奇思異想與真實理論的交織

《2001: 太空漫遊》劇照 圖/IMDb

早在 1968 年就推出的《2001:太空漫遊》,除了因為巧妙運用理查 ‧ 史特勞斯(Richard Strauss)古典交響詩《查拉圖斯特拉如是說》的開頭序曲,使得光是一分多鐘的開場就成為經典片段之外,導演史丹利 ‧ 庫柏力克(Stanley Kubrick)更透過他特有的奇詭、抽象、但又充滿前衛創意的哲學式意象,表達出對未來科技以及太空世界的奇思異想,並且利用這些奇想的演進帶出導演獨特的宇宙觀,以及人類進化與科技進展的壯闊歷程。

開啟美麗新世界的《2001:太空漫遊》

對於科技的發展,《2001:太空漫遊》做出了許多超越時代的預言式想像,最重要的莫過於片中已經出現具備多數人腦功能的人工智慧機器── HAL 9000 型電腦(當時功能最強大的電腦是由 IBM 生產,而 HAL 剛好都是 IBM 的前一個字母,很高明地幽了 IBM 一默),而且還安排了 HAL 在西洋棋對弈上戰勝人腦的橋段,不僅早早就預示了 AlphaGO 打敗人類的情境,更藉由 HAL 後來的轉變,隱隱透露出科技高度發展所可能潛藏的危機。除此之外,電影也對多項科技產物做出了非常準確的預測,例如語音辨識系統、視訊通話、可攜式的平板電腦、甚至是近地軌道太空站(Low Earth orbiting space station)等,這些充滿未來概念、但在當時都還只是出於想像和預測的科技產物,後來都真實出現在我們的生活當中,儘管有些品項實現的年份比電影設定的 2001 年稍晚,但其精準程度仍使這部年代久遠的電影如同科技發展的一種領先指標。

難得的是,儘管《2001:太空漫遊》充滿對太空與科技的奇思異想,導演和亞瑟 ‧ 克拉克(Arthur C. Clarke)在共同編寫劇本的過程中,卻能有別於早期科幻電影慣常悖於理論的誇張怪誕,而以非常實事求是的精神,多次請益學術界、產業界甚至是美國國家航空暨太空總署(National Aeronautics and Space Administration, NASA)的科學家們,在諸多細節上詳加考據,包括運用離心力原理讓旋轉的太空船艙產生人造重力、太空船的外觀設計、無重力狀態下具備防撞功能的人員服飾、以及列示在電腦螢幕上的技術術語等,力求盡可能地正確描繪尚未出現的未來科技及充滿未知的神祕太空(Stork, 1998)。

除了知識方面的嚴謹度之外,《2001:太空漫遊》在場景設計和視覺效果方面的技術突破,也為電影科技帶來全新的標準。在電腦動畫以及後製特效還未盛行的當時,片中許多重要的場景以及裝備,都是透過精緻的模型工藝和卓越的設計來完成,小至太空船內部的操作面板、顯示系統、通訊裝置,大至片中「發現號」太空船的內景,更是耗資 75 萬美金打造出一個重達30噸的大型摩天輪,藉此製造出船艙在太空中不停旋轉的場景。特別的是,場景與裝備的設計工作,是由天文藝術家、航空專家、產品設計師以及正統科學工程師所集結而成的製作團隊來負責,而不是傳統的電影道具工作人員(Bizony, 2005)。

視覺效果方面,更不是仰賴現今早已司空見慣的綠幕(Green Screen)或繪景技術(Matte Painting)等電腦科技,而是藉由一連串極具創造性與實驗性的攝影技術與充滿巧思的設計來達成(Costa, 2011)。例如,在第一篇章《人類的誕生》(The Dawn of Man)中充滿壯麗高山與蔚藍天空的原始自然景象,竟是利用特製的正面投影儀器(Front Projection System)、40 英尺 × 90 英尺的大型布幕、加上當時尺寸最大的水冷式弧光燈(Water-Cooled Arc Lamp),在室內攝影棚投影拍攝而成的,這樣的正面投影技巧後來更在電影產業被沿用多年,直到 1990 年代初期被綠幕技術取代。另外片中穿越星際之門(Star Gate)時充滿迷幻色彩的重要場景,是由特效總監道格拉斯 ‧ 川布爾(Douglas Trumbull)創造出新型態的狹縫掃描機器(Slit-Scan Machine)所模擬出來,該項技術可讓影像產生無限延展流動的奇異景象,其所呈現出來的科幻效果,比起三十年後出品的《接觸未來》(Contact)中茱蒂佛斯特(Jodie Foster)通過蟲洞的畫面,可能更具超前的創意與獨特的美感。

《2001:太空漫遊》在美術設計、視覺效果、科技想像乃至科技與人類之間的哲學思考,都做出許多開創性貢獻,並持續啟發不同世代,包括當時仍是學生的喬治 ‧ 盧卡斯(Gorge Lucas)(Leva, 2007),也是在這部作品的啟發下而創作出一系列的《星際大戰》(Star Wars)。只要細想,建立在寫實基礎上,以精巧技術和獨特創意打造出來的《2001:太空漫遊》,是在人類尚未登陸月球的年代就開始進行構思以及前置作業,就不難理解為什麼大衛 ‧ 史托克(Stork, 1998)會說它是眾多電影中,少數當你越了解科學之後,就會愈發激賞並對創作者萌生崇高敬意的作品。

結合科幻與學術知識的《星際效應》

如果說 1968 年的《2001:太空漫遊》是奇思異想與真實理論的美麗碰撞,那麼 2014 年的《星際效應》則更是科幻想像與學術知識的扎實遇合。透過一群科學家利用穿越蟲洞的星際旅行以尋找新家園的歷程,《星際效應》在探索宇宙奧秘的同時,也叩問人類與自然的關係以及關於愛、人性、情感的永恆命題。在電腦特效及影像科技進展神速的今日,《星際效應》除了呈現出包羅萬象又震撼人心的宇宙景象之外,導演克里斯多福 ‧ 諾蘭(Christopher Nolan)更藉著包夾入複雜艱深、考究嚴謹的物理學與天文學知識,展現他心中對於電影這項內容載具所懷抱的企圖與期許。

為了實踐這樣的企圖與期許,克里斯多福 ‧ 諾蘭特別聘請任職於加州理工學院的物理學教授基普 ‧ 索恩(Kip Thorne)擔任《星際效應》這部電影的科學顧問,這也使得片中引人驚歎的諸多畫面,不論是寫實呈現或是想像臆測,背後都有嚴謹科學的學理支撐。

《星際效應》劇照 圖/IMDb

在《星際效應》中,被命名為「巨人」的黑洞扮演了舉足輕重的角色。索恩教授在《星際效應:電影幕後的科學事實、推測與想像》一書中,曾以生動淺顯的方式來介紹黑洞的概念。想像宇宙是一張四方撐開且極具彈性的跳跳床,中間放置一顆重石使得中央往下凹陷,下凹的狀態如同宇宙產生了空間上的翹曲現象,而凹陷的中心位置就是所謂的奇異點(Singularity)。黑洞內部存在一個事件視界(Event Horizon),當越靠近事件視界,時間就會流動得越慢,此即發生了時間上的翹曲現象,當到達事件視界時,時間將不再流動,而一旦越過事件視界,包含時間在內的所有事物都將向下流動且一去不回。根據愛因斯坦的相對論定律,黑洞在空間及時間的翹曲作用也會進一步產生重力的擠壓與拉伸作用力,連帶對潮汐以及時間產生影響,因此我們可以看到,片中與巨人黑洞極為靠近的米勒星球,不僅不時掀起鋪天蓋地的潮汐巨浪(Tidal Wave),星球上也產生時間膨脹(Time Dilation)的現象,導致時間流動與地球截然不同,有著一小時等於地球七年的巨大落差。

這一小時對上七年的差距,是導演所堅持的設定,為了讓這個神奇的要求在學理上具備可能性,索恩教授經過反覆的精密計算,終於得出許多讓這個設定成立的條件,包括巨人黑洞的質量至少須達太陽質量的一億倍,如此一來黑洞的潮汐重力強度才不至於大到撕碎米勒星球,而米勒星球必須和巨人黑洞只相隔一段剛好不會被黑洞吞噬的最短距離,以及巨人黑洞的自旋速率必須非常快,方可達到導演所要求的時間減速幅度。

  • 《星際效應》電影,黑洞製作特輯

在視覺成像作業方面,索恩教授自行撰寫需要的方程式,據以求算光線運行的軌跡以及光線射入攝影機後的成像效果,透過高階數學運算軟體 Mathematica 驗證成果無誤之後,再交給視覺特效工作室「雙重否定」(Double Negative)將索恩教授的方程式轉換成電影所需的高品質 IMAX 影像電腦程式碼,之後再由電影的藝術工作小組進行其他後製工作。索恩教授曾說《星際效應》是有史以來第一部正確而且如實描繪黑洞的電影,從這些嚴謹推導、精密計算、以及繁複製作的過程看來,不難想見他們是用何等的高規格來締造這樣的紀錄。

《星際效應》堪稱是電影產業與學術領域最深厚的一次結合,更引發了廣大觀眾對宇宙知識的高度好奇與熱烈討論,而後來索恩教授因為成功探測到重力波的存在,於 2017 年 10 月與另外兩位學者萊納 ‧ 韋斯(Rainer Weiss)以及貝利 ‧ 巴瑞許(Barry C. Barish)同獲諾貝爾物理學獎,更為這次電影與科學的結合再添一段令人欽敬的佳話。

不同層次的 3D 影像技術應用

事實上,3D 立體電影並非近年才開始出現的產物,早在 1922 年,默片《愛的力量》(The power of love)就成為全球首部公開商業映演的 3D 電影(usion Camera System (a)),然而,若要說到 3D 電影技術發展史上最重要的里程碑,則非 2009 年由詹姆斯 ‧ 卡麥隆(James Cameron)所執導的《阿凡達》莫屬。雖然詹姆斯 ‧ 卡麥隆編寫了一個和《與狼共舞》(Dance with wolves)略為神似的故事,但是為了呈現理想中的視覺效果,詹姆斯 ‧ 卡麥隆和合作夥伴文斯 ‧ 佩斯(Vince Pace)不惜花上超過十年的時間,開發出獨特的 3D 融合攝影系統(Fusion Camera System(b)),一舉將 3D 電影推向一個前所未有的境界。

3D電影里程碑:阿凡達

有別於過去必須交由兩臺不同的機器,分別捕捉並處理之後要傳送給人類左右兩眼的影像,3D 融合攝影系統將所有的元素融合在同一臺機器中,讓畫面中不同景深的人體及物件可以顯現在不同圖層上,自然呈現出立體效果,大大提升了 3D 影像的處理效率以及成像品質(Fusion Camera System (b))。另外,由魔戒名導彼得 ‧ 傑克森(Peter Jackson)所創立的電腦特效公司 Weta Digital,則與 NVIDIA 合作開發出全新的預行運算(pre-computing)引擎 PantaRay,以前所未有的圖形運算效能,處理片中巨量且複雜的電腦虛擬生物、圖樣與場景(NVIDIA;郭嘉真等,2013),再加上 DaVinci Resolve 調色系統,對影像成色詳加調校(NVIDIA;郭嘉真等,2013;邱誌勇,2010),使得畫面色澤絢艷紛呈,場景人物栩栩如生,也讓在戲院中戴上偏光眼鏡(polarized glasses)的我們,能夠被綿密包覆在潘朵拉星球充滿瑰麗色彩的炫幻奇景中,有如身歷其境般,與騎乘靈鳥的納美人一同在天空中翻騰徜徉。

《阿凡達》電影海報。 圖/IMDb

《阿凡達》所帶來的視覺革命,除了讓詹姆斯 ‧ 卡麥隆心中族群共榮的和平理念以及愛好自然的環保意識,得以披上斑斕耀眼的羽翼在耳目一新的奇異星球中快意翱翔,同時也締造了商業上空前的成功,它創下了全球累計超過 27 億美元的票房收入,在不考慮通貨膨脹的情況下,長期雄踞影史票房冠軍寶座,並且進一步掀起了 3D 應用的狂熱風潮,不僅促使後來的多部電影紛紛推出 3D 版本,更加速催生了 3D 電視,甚至詹姆斯 ‧ 卡麥隆還計畫讓阿凡達的續集作品,能更為進階以裸視 3D 的形式呈現,而他與合作多年的文斯 ‧ 佩斯,也於 2011 年自行創業成立 CAMERON | PACE Group (CPG),持續將創新能量投注在影像技術的精進與提升,為電影工業提供各項創新工具與解決方案。

到了 2016 年末,李安導演也推出了一部 3D 電影《比利 ‧ 林恩的中場戰事》,這部戰爭劇情片與一群在戰爭中偶然因為英勇事蹟而一夕成名的小兵們有關,透過他們的雙眼,我們看到了媒體造神過程的無稽荒謬、亮麗舞臺背後的殘酷真相、以及大眾崇拜英雄的現實薄涼。這部作品最重要的技術突破,在於它是首部不管在前期拍攝及後期放映都採取每秒 120 片格高幀率(Frame per Second, FPS)的 4K 畫質 3D 電影。120 幀率是傳統電影 24 幀率的五倍,所呈現出的影像流暢度不可同日而語。4K 畫面擁有水平 4096 畫素及垂直 2160 畫素的解析度,是一般常見 2K 電影(1920 x 1080)的四倍,畫面種種細節更加清晰可辨。拍攝時採用的 Sony F65 攝影機,不僅擁有 4K 高畫質,更涵蓋了比以往更為寬廣的色域範圍,所捕捉到的影像及色彩也格外細膩豐富。在放映方面,過去的 3D 電影大多使用單機放映系統,輪流投送出專屬左右兩眼的影像,因此常有飽和度、清晰度、亮度皆不足的情況,《比利 ‧ 林恩的中場戰事》則在放映時要求採用雙機 RGB 雷射放映系統,由光源處的三原色雷射光結合後形成具有強力亮度的白色光束,不僅可比傳統氙氣燈放映機減少電耗,更可大幅增加放映亮度,以李安導演的 3D 作品來說,放映亮度達到 28 fL(foot-Lambert, 英尺朗伯。為亮度單位),遠高於過去 3D 電影的 2.5 至 4.5 fL (Leitner, 2016; Cardin, 2016)。

《比利 ‧ 林恩的中場戰事》製作側拍。 圖/IMDb

以高設備規格拍攝及放映的 3D 立體影像、4K 畫質、以及高幀率這三項特色的加總,使得《比利 ‧ 林恩的中場戰事》為我們帶來十足特別的觀影體驗,過程中你會覺得像在看一齣直接在你眼前搬演的舞臺劇,人物場景觸手可及,或者該說你就像置身於現場一般,零距離地參與一切,這樣的「近」產生了一種奇特的效果,近到讓你在詳視表象之外,彷彿還能直探每個人物的內心,清楚看見所有的心智運作,於是我們會恍然大悟,透過先進而逼真的浸入式 3D 影像科技,李安導演反而在外在感官體驗中創造出一個更為寬廣的內在省思空間,讓我們在擬真的戲劇中不僅映照出生活中的有形現實,也能探視到心靈層面的無形思維。

由此可知,雖然同為 3D 電影,但《比利 ‧ 林恩的中場戰事》與《阿凡達》兩者在表現形式方面恰為光譜上的兩端,《阿凡達》是無邊無際的超現實,而《比利 ‧ 林恩的中場戰事》則是極盡所能的高寫實,我們更可看出,電影科技對於詹姆斯 ‧ 卡麥隆與李安這兩位導演的意義迥然相異,技術對詹姆斯 ‧ 卡麥隆來說偏向特技的展示,對李安導演而言則像是內心的凝視,而《阿凡達》和《比利 ‧ 林恩的中場戰事》這兩部性質各異的 3D 電影,讓我們清楚見識到,電影科技不僅開發了感官的刺激,更拓展了人心的疆界,在向外攫取聲光刺激的娛樂效果之外,也能往內挖掘意味深長的心靈價值。

參考資料:

  1. 中央研究院(2017), “臺灣經濟競爭與成長策略政策建議
  2. 中華民國電影票房資訊系統(2018), “全國電影票房2018年01/12-01/28統計資訊”, 財團法人國家電影中心公告
  3. 邱誌勇(2010), “《阿凡達》:數位影像科技的卓越展現,及其之後”, 臺灣數位藝術文章資料庫
  4. 科技部(2017), “文化部、科技部合作推動藝術x科學碰撞 激盪跨域合作新價值”, 科技部新聞資料
  5. 科技部Facebook粉絲專頁(2017), “科技x文創=迸出新故事
  6. 郭嘉真,張西亞,江國寧(2013), “萬物川流 拂光掠影–電影特效與超級電腦”, 科學發展月刊, 485期, 頁52-60。
  7. Bizony, Piers (2015), “The Making of Stanley Kubrick’s ‘2001: A Space Odyssey’”, Taschen Publishing.
  8. Box Office Mojo
  9. Cardin (2016), “李安新片《比利·林恩的中場戰事》3D 全規格播映戲院將有一家落腳台灣”, 科技新報TechNews
  10. CAMERON | PACE Group (CPG)
  11. Costa, Leonardo (2011), “The visual effects in 2001 – A Space Odyssey”
  12. Fusion Camera System (a), “Antecedents of Fusion Camera System”, A History of 3D Technology
  13. Fusion Camera System (b), “Invention of Fusion Camera System”, A History of 3D Technology
  14. Korean Film Council
  15. Leitner, David (2016), “How to Appreciate the Techno-Aesthetic Breakthroughs of Ang Lee’s Billy Lynn’s Long Halftime Walk”, Filmmaker Magazine
  16. Leva, Gary (2007), “Standing on the Shoulders of Kubrick: The Legacy of 2001”, Warner Brothers, Documentary featured on 2001 A Space Odyssey DVD.
  17. NVIDIA, “NVIDIA與Weta合作加速阿凡達(Avatar)的視覺特效
  18. Stork, David (1998), “HAL’s Legacy: 2001’s Computer as Dream and Reality”, MIT Press.
  19. Thorne, Kip (2015), “星際效應:電影幕後的科學事實、推測與想像 (The Science of Interstellar)”, 漫遊者文化出版。

本文轉載自科技政策與資訊中心網站《科技政策觀點》,原文標題《電影與科技的交乘─在有限邊界中創造無垠世界

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