数字中间片色彩管理中色彩科学应用研究

随着计算机存储技术的海量扩展和信息处理技术的不断进步，电影制作中开始广泛采用数字化技术。而全片数字化的资金成本和时间成本的降低，更开启了影业帝国的数字中间片时代。近年来，好莱坞的《指环王》、《变形金刚》等经典大片都不同程度采用了数字中间片技术，中国的《云水谣》、《太行山上》等的高票房和获奖也标志着国内数字中间片实践探索的成功。数字中间片所见即所得技术不仅为电影人的制作带来了极大的便利，也引起了学界研究者的高度重视，成为近年来电影制作产业和研究领域着力开发的对象。然而，作为主要依赖于数字技术对电影素材进行编辑与处理的加工方式，数字中间片被业界和学界所关注与开发的重点一直是其技术层面，如特效处理、素材编辑、字母混合等，而色彩调整与色彩管理层面则相对于其他较少被研发。事实上，促成数字影业取代胶片时代的决定因素是数字化这一技术的发展，而决定数字中间片能否在科技不断更迭的当代及未来获得持久发展的关键则是科学的色彩管理这一艺术审美层面。因此，本文立足与色彩管理科学中的一些基本模式，研究了色彩科学在数字中间片色彩管理中的应用。

色彩科学应用于数字中间片色彩管理中的必要性

作为一种最终面向受众的视听艺术，电影的技术权限影响着创作者的“奇思妙想”，直接决定着画面的品质、色彩，也给观众带来了更大的互动感受。然而，值得注意的是，电影艺术的升华则决定了观众能否获得持久的心灵激荡，而色彩作为电影艺术视觉表现的重要元素则对观众起着直接的视觉接受刺激。然而，色彩管理与色彩表现在当今的数字中间片处理过程中却很少被工程师担心，因为整个处理流程贯穿在观看者的眼睛监看下，似乎一切色彩的数字形式再现应该“可信”。而事实上，缺乏色彩科学基础的从业者自信应该受到制作方、受众及艺术审美的严重质疑。

当下，多数数字中间片乃至数字影像从业者是在看了十几二十年电影电视后才开始接触的影像摄制。而摄影机的VHF和监视器里影调细腻、色彩丰富的图像再现到家用有线电视系统或者网络终端是那么不同。相信越是从视觉艺术角度介入数字中间片的从业者越宽容这个不同。缺乏统一色彩科学理论学习的科班从业者，按艺术、技术优势区隔自己，回避影像获取及再现过程中色彩显示标准的混乱理解，并将问题推向对方。广电技术控把这称为技术局限性，艺术设计达人把这称为对色彩缺乏艺术理解力。

今天数字中间片架构下的颜色管理是为了在创作中被捕捉的影像数据在生产过程的任何环节能够被任何显示设备提取，因此，其视觉感受都被准确地控制在一个与观众观赏终端相统一的色彩模式中。这种控制使作为创作核心的艺术家或者制片者获得色彩调整的准确视觉参考，对于其发挥自身在艺术上的感性优势，并把“艺术感觉”与摄制的其他参与者进行沟通并贯彻过程中起到重要作用。人眼感受是需要色彩呈现的各个环节进行技术规范与平衡的，忽略这个过程，人眼作为创作依据就无法判断应该如何取舍和校正色彩信息。这就是色彩管理要做的事情。而掌握必要的色彩科学原理，对数字中间片的色彩管理来说是非常必要的。

色彩科学与基础色彩管理

色彩科学是一门实证科学，研究光线和不同物质之间有怎样的反应，以及为什么一些物质会自发光。现代色彩科学由经典艺术色彩学和数字色彩体系2部分构成。经典艺术色彩学以颜料、涂料、染料等物理色料为其显色系统的基础，研究光照反射在不同物体上所呈现出的色相。经典艺术色彩学中，以光的三原色红黄蓝为基础，使用色彩混合调色原理。数字色彩体系使用于计算机系统中，其构成基础是计算机色彩模型。由于计算机的色彩成像原理异于传统的光学混色呈现，数字色彩体系表现出独特的数字模式算法，即人们将数字世界中的各种色彩划分为若干分量并以数值显示。投影仪、显示器等颜色设备识别数字色彩体系中的RGB三原色显现系统，而打印机、印刷机等印刷设备则识别数字色彩体系中的CMY三原色显现系统。因此，色彩混合、RGB色彩以及CMY色彩三者共同构成了经典艺术色彩学与数字色彩体系的色彩管理基础。

1.色彩混合

色彩由加色法和减色法两种方式进行混合：加色法通过光的融合来创造颜色，减色法是在全光谱光源中滤除部分基本色来达到效果。二者的共性是都用到少数不能被“制造”出来的原色，以及用原色进行二次生成得到的“二级”基色进行更多色彩创造。

加色法模式使用红、绿、蓝基色光源发光物的光。以均等的量进行两种基本色混合产生青色、品红和黄色三个二级基本色。将红绿蓝三个基色均等混合，就会产生白色。调整三种基色的亮度，就会产生三种基色的色域。

减色法类似绘画颜色生成。物体表面呈现的颜色，是该物体表面对色谱中某一段特定电磁波长进行反射，使物体看上去呈现某一个颜色。将两种或两种以上的颜料进行混合，实质上看到的颜色变化是颜料通过吸收掉某一个波长的光而突出其他的光。

加色法和减色法的原理起点都是白光。各种物质颜料和光学滤镜能够调和颜色，都是因为它们分离了吸收和反射的电磁波光线。所以，当白光不纯粹时我们会产生错误的颜色感受，尽管人的视觉系统能够自动进行一定补偿。这一点会在色彩管理的色温校正中发挥作用。

2.RGB 色彩空间

RGB色彩空间包括在RGB色彩模式基础上，由加色法所产生的任意一种色彩空间。一个特定的色彩空间由红绿蓝三基色的色度值来定义形成，同时能对应产生CIE xy 色域图上任何色度坐标所定义的颜色。一套完整的RGB色彩空间也要求有白点色度的参照（不同的色彩空间的标准参考白是不一样的），同时也经常需要一个反应曲线（伽玛线校正）。不过，这个来描述RGB值和周围光线环境反应曲线，目前还没有统一的设定标准。而这可能会引发一些问题。比如表示Rec.709和sRGB色彩空间。

3.CMY色彩空间

CMY色彩模型使用三维笛卡尔坐标系来展示色彩，服务于打印机等印刷设备，其中的C（Cyan）为青色，M（Magenta）为品红色，Y（Yellow）为黄色。CMY色彩空间中的色彩立方体为减色模型，模型中的白色以坐标原点（0，0，0）表示，黑色则以坐标顶点（1，1，1）表示，青色、品红色和黄色则由坐标轴上的三个顶点分别表示，模型中的其他颜色则由CMY色彩空间的中的基础三原色调和而成。需要注意的是，由于吸收介质和原料成分化学属性等原因，CMY色彩空间中的青色、品红和黄色在打印机端输出时并不是真实的黑色而是视觉的深棕色。为弥补这一缺陷，我们在打印时要将黑色（Black）融入以还原真实色彩。因此，现实的计算机软件都是以CMYK色彩模型来替代CMY色彩模型的。

除了经典艺术色彩学中的色彩混合模式以及数字色彩体系中RGB、CMY色彩空间，数字色彩体系中还使用Lab、Hsv等色彩空间作为补充。

数字中间片色彩管理中色彩科学的应用

数字中间片色彩管理是利用色彩科学原理预测人眼对特定颜色和光线所产生的感觉，并通过一系列参数公式使其在颜色管理平台可视化呈现出来。在现代电影制作中，如何使色彩管理不仅呈现色彩的精确性，同时能呈现色彩的视觉美感和艺术感？如何借助有效的色彩管理使数字中间片在未来的影业帝国中得以持久应用？笔者认为应主要借助色彩管理、视觉管理以及现代DCI、sRGB和传统的Film胶片色彩优势使色彩科学达到最大程度的被发挥。

1.合理进行色彩管理与视觉管理

色彩管理是指在影像制作过程中，对所用数据和色彩空间实现正确的管理。以便在每个制作环节中，制作人员能正确掌握每一幅画面所包含的视频色彩信息。 色彩管理能让我们准确的模拟影像素材，在特定或某类器材上显示时产生怎样的视觉效果。这些器材（或媒介）包括胶片、监视器、电规机、数字投影，及在这里不做讨论的印刷设备。色彩管理是个客观的，以科学原理为基础的工作程序。不过它有主观性因素，因为毕竟需要通过人眼来完成视觉对比。经过正确色彩管理程序处理的画面不一定就是好看的，它只是能保证经过调整的画面最终能在显示器上正确的显示出来。

视觉管理是为了确保画面的视觉效果，而在制作过程中所进行艺术沟通的过程。“视觉管理”是一个完全主观的艺术创作过程，想做正确的“视觉管理”必须要有正确色彩管理为前提。

2. 积极使用现代DCI和sRGB标准

DCI是数字电影初始色彩空间标准。此标准以拱形高压水银蒸汽灯为标准光源，是由好莱坞代表性公司共同建立的开放性标准，此标准也定义了数字影院。DCI的色域比Rec.709的要大，虽然它不能完全复制胶片色域中所能体现的所有色彩，但是却能比Rec.709和其他类似“视频”类色彩空间复制衍生出更多的颜色。DCI色彩空间同时规定了一个伽玛值为2.6的光电转换函数。这个量级的伽玛值，能让图像素材在较暗环境中（影院）放映时，尽可能保持图像所有区域的细节，同时弱化那些来自人眼中相对不敏感区域的视觉数据。

sRGB系统是专门针对计算机和互联网系统而设立的，能够并存于电视模拟信号和计算机数字信号的数字化色彩系统。其使用ITU-Rec.709为高清电规信号播放所指定的基准色和白点数值。sRGB对监视器输出信号是特定的，因此它产生的反应曲线也是严格定义的。该曲线和 Rec.709 的曲线不同，曲线每个不同部分都是不同两个等式组成。这就意味着该曲线不是完全意义的伽玛曲线，而为该空间的素材在设定监视器规时，需要参照“Look Up Table”（LUT）。sRGB色彩空间标准常用于动画长片或者CGI元素占主体的影视产品制作中。

3.有效借鉴传统Film胶片色彩优势

相对以上介绍的色彩空间，胶片是一个特殊的环境。它没有严格的数值作为定义。这是可以从胶片获得色彩的流程理解的。一卷胶片从曝光到冲洗，可以说没有完全一样的色彩呈现可以控制。只能从一般意义上寻找胶片的色彩共性。今天的数字影像所表现的色域范围已经公认为超越了胶片（就技术而言）。但是胶片色彩所具有的一些特点却是数字影像一直希望模拟和继承的。比如胶片反映出的冷暖关系、光线的质感、色彩密度等。胶片所建立的色彩空间与人眼感受是一种自然形态的置换。而“数字”是人类为了描述这种感受而发明的一个“算法”罢了。

结论

与数字影像的其他技术模块相比，色彩科学常被误解为“边缘学科”。一些从业者认为色彩科学太简单，无外是色彩敏感的人善于运用眼睛作为标准而已。另一些人认为色彩科学太深奥，应用的是神经科学与矩阵数学。事实上掌握色彩科学的某个部分其实并不困难也十分必要。使用色彩科学可以让我们实施有效的色彩比对，并更有效的使用基于色彩科学产生的插件，让有物理限制的不同视频终端均显示某一特定色彩。随着受众审美需求的不断提升，数字中间片不应只关注某种特定的技术及工艺发展，更应面向当前与未来发展色彩管理等艺术审美空间。

（作者单位：吉林艺术学院新媒体学院）

作者简介：徐强（1976-），吉林艺术学院新媒体学院，数字影像专业，研究方向：影像艺术研究。

（吉林省教育厅“十二五”科学技术研究项目，项目编号：吉教科合字[2012]第215号。