本文刊發(fā)于《現(xiàn)代電影技術(shù)》2024年第4期

專家點評

學(xué)院顏色編碼系統(tǒng)（ACES）自發(fā)布以來，由于其具有免費開源、不依賴任何特定設(shè)備、圖像精度級別較高等特點，為數(shù)字電影拍攝、調(diào)色、特效、放映、歸檔等全生命周期色彩管理，提供了標(biāo)準(zhǔn)化的色彩管理工作流程，并已逐漸廣泛應(yīng)用于影視行業(yè)。近年來，隨著支持廣色域的數(shù)字?jǐn)z影機(jī)、虛擬拍攝LED顯示屏等數(shù)字電影拍攝設(shè)備，以及現(xiàn)場監(jiān)看設(shè)備、數(shù)字資產(chǎn)制作渲染軟件、數(shù)字電影放映終端等相關(guān)軟硬件設(shè)備的多元化蓬勃發(fā)展，為保證從拍攝端、制作端到放映端，不同色彩空間和伽馬曲線的圖像色彩數(shù)據(jù)，能夠便捷轉(zhuǎn)換且正確呈現(xiàn)，色彩一致性管理在數(shù)字影視制作流程中的重要性將愈加凸顯。《ACES色彩管理流程及其在影視數(shù)字合成中的應(yīng)用》一文梳理回顧了數(shù)字電影色彩管理流程中易混淆的基本原理和概念，以及ACES主要組件的基本含義，并以Nuke軟件為例，詳細(xì)闡述了應(yīng)用ACES開展色彩管理的關(guān)鍵操作步驟，有助于從業(yè)人員更準(zhǔn)確地理解數(shù)字電影色彩管理的由來、發(fā)展和相關(guān)規(guī)范，并進(jìn)一步在拍攝、制作、放映、歸檔等工作實踐中，能夠正確運用相關(guān)軟硬件工具，實現(xiàn)全生命周期色彩管理，推動我國電影工業(yè)化進(jìn)程向縱深發(fā)展演進(jìn)。

——劉知一

高級工程師

中國電影科學(xué)技術(shù)研究所（中央宣傳部電影技術(shù)質(zhì)量檢測所）傳輸放映技術(shù)研究處副處長

作 者 簡 介

顧春華

顧春華，上海電影藝術(shù)學(xué)院講師，資深數(shù)字合成師，主要研究方向：數(shù)字合成與視覺特效。

王少云，北京策瑪文化傳播有限公司資深特效師，主要研究方向：影視特效與合成技術(shù)。

王少云

平凱磊

平凱磊，浙江傳媒學(xué)院講師、資深調(diào)色師，主要研究方向：數(shù)字調(diào)色技術(shù)。

符云飛，數(shù)字王國朝霆（上海）文化傳媒有限公司合成總監(jiān)，主要研究方向：數(shù)字合成與視覺特效。

符云飛

霍曉東

霍曉東，F(xiàn)oundry大中華區(qū)創(chuàng)意指導(dǎo)，資深視效總監(jiān)，主要研究方向：數(shù)字合成與視覺特效。

摘要

目前，學(xué)院顏色編碼系統(tǒng)（ACES）已在影視視效制作領(lǐng)域頻繁提及并廣泛使用。然而，由于ACES的復(fù)雜性以及ACES色彩管理流程的專業(yè)性，人們對其理解尚不夠全面細(xì)致。相較于影視數(shù)字合成線性工作流（Linear Workflow）的不足，ACES色彩管理流程更具完整性、先進(jìn)性和前瞻性。本文梳理了同ACES緊密關(guān)聯(lián)的色彩原理和相關(guān)概念，總結(jié)了ACES的產(chǎn)生原因、優(yōu)勢所在及其在影視數(shù)字合成中的具體應(yīng)用。希望本文有助于視效從業(yè)者加深對ACES的全面理解，推進(jìn)ACES色彩管理流程在剪輯、視效、調(diào)色以及虛擬攝制等領(lǐng)域的普及和規(guī)范應(yīng)用。

關(guān)鍵詞

學(xué)院顏色編碼系統(tǒng)；ACES色彩管理流程；Nuke數(shù)字合成；色域

1引言

目前，學(xué)院顏色編碼系統(tǒng)（Academy Color Encoding System，ACES）已廣泛應(yīng)用于電影、劇集、游戲等數(shù)字娛樂制作領(lǐng)域。例如，在影視拍攝、剪輯、視效、調(diào)色、放映和存檔等核心環(huán)節(jié)，ACES不僅能夠?qū)崿F(xiàn)全流程標(biāo)準(zhǔn)化，而且還能夠與未來影像制作技術(shù)及流程無縫銜接 [1]。但是，由于ACES及其流程的綜合度較高，專業(yè)性較強(qiáng)，為了更好地理解、應(yīng)用和推廣ACES色彩管理流程，本文重點介紹與ACES緊密關(guān)聯(lián)的色彩原理與色彩管理相關(guān)內(nèi)容，以及ACES色彩管理流程在影視數(shù)字合成中的具體應(yīng)用。首先，針對ACES具有廣色域的重要特性，本文對色域、色彩模型和色彩空間進(jìn)行詳細(xì)解說；其次，介紹ACES的產(chǎn)生原因、優(yōu)勢特性以及ACES色彩管理流程的基本流程；最后，以目前主流數(shù)字合成軟件Nuke為例，示范了ACES色彩管理流程在影視數(shù)字合成中的具體應(yīng)用。

2色域（Color Gamut）等相關(guān)概念

色域是ACES中重要且復(fù)雜的概念之一。首先，大多數(shù)顯示設(shè)備的色域都基于色度圖的坐標(biāo)位置進(jìn)行描述和表達(dá)；其次，攝影機(jī)對可見光顏色的記錄、存儲都是基于色彩模型限定的色域進(jìn)行編碼。因此，深入理解色域在編碼、顯示和轉(zhuǎn)換中的相關(guān)概念，有助于理解ACES的工作原理[2]。但在實際學(xué)習(xí)或工作中，人們常常將色域與色彩模型、色彩空間等概念相互混淆。

2.1 色彩模型與色彩空間

色彩模型是用一定規(guī)則來描述（排列）顏色的表現(xiàn)方式（即表示顏色的抽象數(shù)學(xué)模型）。例如，RGB、CMYK、YUV以及HSB等都是較為常見的色彩模型[3]，色彩模型強(qiáng)調(diào)的是數(shù)學(xué)邏輯性。色彩空間則是按照一定約束排列而成的顏色集合（即表示顏色的空間結(jié)果），是色彩模型通過函數(shù)映射到真實世界顏色所產(chǎn)生的絕對色彩空間中的一個色彩集合。因此，色彩模型只有具體到某種色彩空間才有實用性[4]。在一個色彩模型下可以有不同的色彩空間，例如，常見的Adobe RGB（1998）、sRGB、Apple RGB 等都是在 RGB 色彩模型下的不同色彩空間。

人們常常以CIE1931?XYZ色度系統(tǒng)（與設(shè)備無關(guān)的色彩空間）為參考用于定義其他的色彩空間。例如，基于RGB色彩模型的sRGB色彩空間,其對最純紅色的定義就是CIE1931?XYZ色度系統(tǒng)中將XYZ參數(shù)值定義為：0.4360657, 0.2224884, 0.013916[5]。雖然不同的色彩空間都以可見光譜為基礎(chǔ)，但分別包含不同的色彩范圍。因此，不同的色彩空間之間可能存在彼此不包容的顏色，這些顏色在某一個色彩空間環(huán)境中可以被顯示或印刷出來，在另一個色彩空間環(huán)境中則無法再現(xiàn)或還原出來。在影視制作中，使用不同的色彩空間模式或不正確的色彩空間轉(zhuǎn)換都會產(chǎn)生截然不同的畫面顏色，如圖1所示。

圖1　使用不同色彩空間模式或不正確的色彩空間轉(zhuǎn)換都會產(chǎn)生截然不同的畫面顏色①

2.2 色域

“域”在漢語中指代范圍，所謂色域是指在給定的色彩空間內(nèi)或某種輸出設(shè)備所能準(zhǔn)確表示的顏色子集。色域與色彩空間是兩個容易混淆的概念：雖然從總體上來看一種色域可以視為一組顏色的集合，因此色域可以視作色彩空間；但是，相較于色彩空間，色域更強(qiáng)調(diào)由計算所得，強(qiáng)調(diào)設(shè)備的實用性和表達(dá)顏色的能力性。因此，一種色域可以產(chǎn)生一個對應(yīng)的色彩空間，但一種色彩空間未必是一種色域[6]。相較于色彩空間，色域更突出所能顯示的色彩范圍，即在某個色彩空間中所占顏色范圍的百分比。例如，顯示器的色域為90%sRGB，這表示該顯示器所能顯示的顏色范圍在sRGB中占據(jù)90%的面積[7]。也可以簡單理解：色彩空間是顏色的“容器”，如同約19L標(biāo)準(zhǔn)的桶裝水；色域是描述設(shè)備自身可達(dá)到的最大顏色范圍，好比是19L以內(nèi)裝水的水瓶或容器[8]。

2.2.1 顯示設(shè)備色域

同人眼一樣，由于電子顯示設(shè)備是通過光來顯示畫面顏色的范圍，因此也可以使用色度圖對其進(jìn)行顏色描述。例如，對于支持Rec.709色彩空間的顯示設(shè)備，其在CIE1931?xyY色度圖（色彩空間）中對紅原色比例描述為：x軸為0.640，y軸為0.330；對綠原色比例描述為x軸為0.300，y軸為0.600；對藍(lán)原色比例描述為：x軸為0.150，y軸為0.060[9]。將紅、綠和藍(lán)三原色在CIE1931?xyY色度圖中的位置坐標(biāo)點進(jìn)行相連，所圍成的三角形區(qū)域即為Rec.709色域。可以看到：Rec.709色域僅占CIE1931?xyY色度圖的30%左右，而且Rec.709色域所定義的紅綠藍(lán)與光譜軌跡中的原色存有一定的距離。因此，以Rec.709為標(biāo)準(zhǔn)色域的顯示器能夠顯示的顏色仍有一定局限，如圖2所示。

圖2　Rec.709色域②

由于CIE1931?xyY色度圖中光譜軌跡外的坐標(biāo)點沒有任何物理意義，它們只是數(shù)學(xué)上的抽象概念，因此對于描述顯示設(shè)備的色域而言，它們在色度圖中的范圍絕對是在馬蹄形范圍之內(nèi)，對于顯示設(shè)備而言，能夠顯示最純的顏色即是光譜軌跡上的純色光。

2.2.2 輸入設(shè)備色域

顯示設(shè)備色域描述的是物理設(shè)備自身可記錄或復(fù)現(xiàn)的最大色彩范圍，其色域一定是在馬蹄型色度圖范圍之內(nèi)。然而，相較于顯示設(shè)備色域而言，描述數(shù)字?jǐn)z影設(shè)備、掃描儀以及膠片等采集輸入設(shè)備的色域則更為復(fù)雜，它們不能與顯示設(shè)備色域直接類比，我們也可將輸入設(shè)備色域簡單理解為編碼色域、攝影機(jī)色域或本地色域等。例如，在生成原始圖像編碼數(shù)據(jù)階段，由光信號轉(zhuǎn)換生成的原始圖像編碼數(shù)據(jù)，即Raw圖像格式（Raw Image Format），它不僅保留了數(shù)字信號的原始數(shù)據(jù)，而且其數(shù)值和場景物理光線強(qiáng)度呈線性對應(yīng)[10]。由于Raw圖像格式本質(zhì)為原始圖像數(shù)據(jù)，因此在此階段討論色域無太大意義。但是，Raw圖像格式經(jīng)過白平衡和色彩空間轉(zhuǎn)換之后，將Raw圖像格式數(shù)據(jù)對顏色的表達(dá)轉(zhuǎn)換到獨立于設(shè)備的色彩空間，例如CIE1931?XYZ色度系統(tǒng)[11]，此時討論色域具有一定的意義。

同時，為了編碼更大范圍的顏色，各攝影機(jī)廠商限定（建立）紅、綠和藍(lán)純色坐標(biāo)可能會位于色度圖馬蹄形范圍之外（雖然范圍之外的色度坐標(biāo)沒有具象的物理意義，但是它有抽象的數(shù)學(xué)意義）。這也是為什么很多攝影機(jī)編碼色域超出色度圖的原因之一，主要是為了在拍攝階段攝影機(jī)能夠編碼更大范圍的可見光顏色信息[12]。目前，每個廠商的攝影機(jī)色域都不盡相同，甚至同一廠商不同型號的攝影機(jī)其色域都不一樣（圖3）。例如，阿萊艾麗莎（ARRI ALEXA）攝影機(jī)采用的是阿萊廣色域（ARRI Wide Gamut）。

圖3　目前主流攝影機(jī)所設(shè)定的不同色域（基于CIE1976色度圖）③

3學(xué)院顏色編碼系統(tǒng)（ACES）

3.1 ACES的產(chǎn)生原因

首先，在電影或劇集拍攝過程中，攝影師往往會同時使用多種不同類型的攝影機(jī)進(jìn)行拍攝。不同的攝影機(jī)廠商往往采用不同的編碼色域?qū)Υ鎯Φ膱D像數(shù)據(jù)進(jìn)行顏色表達(dá)；同時，隨著攝影機(jī)型號及品牌的日趨豐富，其能表達(dá)的色域更大，顏色編碼方式也越來越多。為了能夠統(tǒng)一不同色域編碼的拍攝素材，迫切需要公共的顏色編碼系統(tǒng)以在這些色域之間建立轉(zhuǎn)換關(guān)系，且該顏色編碼系統(tǒng)需與設(shè)備無關(guān)[13]。

其次，線性工作流的轉(zhuǎn)換方案仍存在不完整性。線性工作流的色彩空間轉(zhuǎn)換僅僅指的是伽馬（Gamma）轉(zhuǎn)換，即圖像亮度的轉(zhuǎn)換[14]。編碼所使用的色域以及攝影機(jī)存儲圖像數(shù)據(jù)對顏色的表達(dá)仍都是各攝影機(jī)廠商自己的標(biāo)準(zhǔn)。例如，常見的sRGB、Rec.709、Gamma 2.2以及ALEXA V3logC等概念在線性工作流中只表示為轉(zhuǎn)換亮度的伽馬函數(shù)。雖然線性工作流保證了圖像在亮度層面實現(xiàn)物理還原，使圖像獲得準(zhǔn)確的亮度顯示結(jié)果以更符合人眼觀感。但是，線性工作流無法實現(xiàn)圖像在色彩方面的還原與統(tǒng) 一，即對于圖像色域的處理[15]。因此迫切需要公共的顏色編碼系統(tǒng)，其不僅能夠?qū)崿F(xiàn)各類拍攝素材的亮度轉(zhuǎn)換，而且也能夠?qū)崿F(xiàn)色域的轉(zhuǎn)換。

最后，在后期調(diào)色和媒體交付中，一方面調(diào)色素材既有來自于不同種類攝影機(jī)拍攝素材，又有來自于多種后期軟件的渲染輸出物料，另一方面，多樣化的媒體交付逐漸成為主流，最終輸出物料可能會在影院銀幕、電視屏幕以及手機(jī)屏幕等不同類型的平臺進(jìn)行投放。為了保證媒體交付中不僅能夠?qū)⑽锪纤夭霓D(zhuǎn)換成任何的色彩空間，而且也能夠最大限度地利用輸出媒介的色彩空間和動態(tài)范圍，迫切需要后期調(diào)色能夠無損地保留攝影機(jī)寬容度范圍內(nèi)記錄的所有高光以及暗部的顏色信息和細(xì)節(jié)。從而使觀感最大限度地保留調(diào)色的效果。

3.2 ACES介紹

基于以上主要原因，ACES應(yīng)運而生。ACES是美國電影藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院（Academy of Motion Picture Arts and Sciences，AMPAS）在主流攝影機(jī)制造商（ARRI、RED和SONY等）和知名視效工作室（ILM、Animal Logic等）協(xié)助下開發(fā)的圖像數(shù)據(jù)交換和色彩管理系統(tǒng)[16]，旨在為專業(yè)人士設(shè)定色彩管理標(biāo)準(zhǔn)從而形成統(tǒng)一的色彩體驗，以最大程度地實現(xiàn)在拍攝、剪輯、視效、放映以及存檔等影視工業(yè)全流程都能夠保留電影制作者的創(chuàng)意和構(gòu)想。ACES在技術(shù)層面具有相當(dāng)?shù)那罢靶裕粌H可以使多種不同的數(shù)字拍攝源文件之間的色彩空間轉(zhuǎn)換更加方便和簡單，而且可以針對不同的輸出方式保證色彩的一致性和高效性，從而為行業(yè)提供標(biāo)準(zhǔn)化的色彩管理工作流程。

從廣義上講，ACES是與設(shè)備無關(guān)的色彩管理和圖像交換系統(tǒng)；從狹義上講，ACES指的是這套體系中最為核心的、用以中間交換的色彩空間（全名是ACES 2065?1，即AP0原色）。

3.3 ACES的優(yōu)勢

3.3.1 廣色域、線性和高動態(tài)范圍制作需求

ACES具有超出人眼可見光的色域，即不僅能夠覆蓋人眼所能分辨的所有顏色而且還包含CIE1931?xyY色度圖光譜軌跡外的“虛色”。因此，ACES系統(tǒng)的色域完全包括并超出了CIE1931?xyY色度圖（即人眼可見色域）并完全能夠滿足當(dāng)下和未來電影拍攝和后期制作的需求。目前主流所使用的Rec.709,其色域僅占了CIE1931?xyY色度圖的30%左右， Rec.2020及DCI?P3等色域也都在ACES色域之內(nèi)，如圖4所示。色彩管理最重要的工作就是色彩空間（或色域）的轉(zhuǎn)換，基于ACES的色彩管理流程完全能夠?qū)崿F(xiàn)將各類色彩空間轉(zhuǎn)換并統(tǒng)一到ACES這一公共的色彩空間。

圖4　ACES與其他色域?qū)Ρ葓D④

另外，ACES使用Open EXR 16位半浮點處理，能夠記錄并處理至少30檔動態(tài)范圍的場景曝光數(shù)據(jù)，這不僅為現(xiàn)代攝影機(jī)留下了大量富余，而且還使影像數(shù)據(jù)在處理和傳遞過程中完整保留，從而使創(chuàng)意人員幾乎能夠讀取攝影機(jī)捕獲的所有信息。因此，ACES完全能夠勝任廣色域（WCG）和高動態(tài)范圍（HDR）影像的制作需求。

3.3.2 多來源的圖像素材處理

在電影拍攝過程中，攝影師往往會使用不同類型的攝影機(jī)；對于同一場景，相同照明條件，不同攝影機(jī)所捕捉場景的色域也會各不相同，例如，ARRI攝影機(jī)推薦使用的是ALEXA Wide Gamut色域，SONY攝影機(jī)推薦使用的是S?Gamut3或S?Gamut3.Cine，另外，在視效制作環(huán)節(jié)，由于各類渲染器渲染輸出的是場景參考范疇的線性色彩數(shù)據(jù)，因此，在影視制作中迫切需要統(tǒng)一多來源圖像素材的色彩管理流程，面對不同攝影機(jī)的光電轉(zhuǎn)換函數(shù) (OETF)，面對日益復(fù)雜的后期制作流程，ACES提供了精確、簡單的方式對多來源圖像素材進(jìn)行統(tǒng)一處理。

3.3.3 多樣化的媒體交付

在多樣化的媒體交付漸成主流的情況下，針對不同的影院，廣色域的高清電視、標(biāo)準(zhǔn)色域的電視以及多種移動設(shè)備往往需要交付不同的版本。ACES能夠在最終交付前根據(jù)播放平臺的標(biāo)準(zhǔn)要求和硬件限制，最大程度地轉(zhuǎn)換為不同設(shè)備所需的色彩空間并輸出符合設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的（其中包括色域、白點以及伽馬等）、“賞心悅目”的圖像數(shù)據(jù)[17]。例如，針對數(shù)字電影發(fā)行母版需要的是CIE1931?xyY色彩空間；針對主流顯示器需要的是sRGB色彩空間，從而使觀眾能夠在不同的平臺看到更佳的色彩表現(xiàn)。

綜上所述，ACES的優(yōu)點在于從攝影機(jī)開機(jī)拍攝到后期制作，再到最后多平臺的發(fā)行播映，都能夠?qū)崿F(xiàn)色彩的可預(yù)測性和一致性。

4ACES色彩管理流程（CMW）

從專業(yè)術(shù)語層面上講，ACES屬于色彩管理流程（Color Management Workflow，CMW），而非色彩管理系統(tǒng)（Color Management System，CMS）。色彩管理系統(tǒng)（CMS）是基于運算法則對圖像執(zhí)行顏色轉(zhuǎn)換的生產(chǎn)系統(tǒng)。例如Truelight Colour Spaces、OpenColorIO（OCIO）、ColorSync及Autodesk Colour Policy等都是色彩管理系統(tǒng)；色彩管理流程是基于預(yù)定義順序應(yīng)用特定顏色轉(zhuǎn)換的流程。例如ACES、Truelight CAM、ARRI ALF?2及RED IPP2等都是色彩管理流程。因此，色彩管理系統(tǒng)可適用于諸多色彩管理流程。當(dāng)然，為確保以準(zhǔn)確的順序應(yīng)用正確的顏色變換，色彩管理流程也離不開色彩管理系統(tǒng)[18]，如圖5所示。

圖5　色彩管理系統(tǒng)與色彩管理流程⑤

下面，筆者將主要圍繞輸入設(shè)備轉(zhuǎn)換（IDT）、外觀修改轉(zhuǎn)換（LMT）、參考渲染轉(zhuǎn)換（RRT）以及輸出設(shè)備轉(zhuǎn)換（ODT）等四個方面對ACES色彩管理流程作展開說明。

4.1 輸入設(shè)備轉(zhuǎn)換（IDT）

輸入設(shè)備轉(zhuǎn)換（Input Device Transform，IDT）是各類圖像數(shù)據(jù)進(jìn)入ACES顏色編碼系統(tǒng)的特定輸入路徑，IDT本質(zhì)上是數(shù)學(xué)公式。不管導(dǎo)入的是攝影機(jī)拍攝素材還是三維軟件渲染數(shù)據(jù)，IDT能夠直接讀取圖像原始數(shù)據(jù)并將對應(yīng)輸入設(shè)備的色彩空間統(tǒng)一轉(zhuǎn)換到ACES工作空間，即將其還原為攝影機(jī)在實際場景中拍攝的線性信息（三維渲染數(shù)據(jù)本身已是線性數(shù)據(jù)）。目前，所有主流攝影機(jī)廠商都已經(jīng)為ACES標(biāo)準(zhǔn)提供了不同的IDT以將該攝影機(jī)拍攝的圖像色彩空間轉(zhuǎn)換為ACES 2065?1。因此，經(jīng)過IDT步驟后不僅能夠消除不同機(jī)型的色彩偏差，將其轉(zhuǎn)換為有共同起點的線性場景的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而且也為后續(xù)圖像數(shù)據(jù)的存檔、交換和調(diào)色等工作帶來極大便利[19]。

4.2 外觀修改轉(zhuǎn)換（LMT）

外觀修改轉(zhuǎn)換（Look Modification Transforms，LMT）是ACES觀看轉(zhuǎn)換（由LMT、RRT和ODT系統(tǒng)組成）的一部分，其主要作用是在ACES色彩空間中進(jìn)行無限多種可能的外觀轉(zhuǎn)換來達(dá)成某些特殊的需求。這里需要強(qiáng)調(diào)的是：LMT始終在ACES色彩空間中工作，即它始終將一種ACES 2065?1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成另一種ACES。LMT提供了類似于將顏色查找表（Look Up Table，LUT）套用于鏡頭的方法。但是，相較于LUT，LMT不僅處于ACES的渲染鏈前端，而且LMT的輸入和輸出色彩空間都是ACES 2065?1，因此LMT能夠較好地與ACES圖像兼容并具備較強(qiáng)靈活性[20]。

4.3 參考渲染轉(zhuǎn)換（RRT）

參考渲染轉(zhuǎn)換（Reference Rendering Transform，RRT）可以簡單理解為ACES的渲染引擎組件，RRT將IDT轉(zhuǎn)換獲得的標(biāo)準(zhǔn)的、高精度的、高動態(tài)范圍的場景參考線性圖像數(shù)據(jù)映射到輸出顏色編碼空間以適用于參考顯示設(shè)備的觀看。由于ACES 的場景參考數(shù)據(jù)動態(tài)范圍過大導(dǎo)致顯示設(shè)備無法正確顯示顏色。因此，RRT 不僅可最大化保留圖像數(shù)據(jù)亮度和顏色信息，而且還能夠根據(jù)不同的顯示設(shè)備將其轉(zhuǎn)換為可顯示的高動態(tài)范圍[21]。

4.4 輸出設(shè)備轉(zhuǎn)換（ODT）

輸出設(shè)備轉(zhuǎn)換（Output Device Transform，ODT）是ACES流程的最后一步，是將RRT獲得的廣色域和高動態(tài)范圍圖像數(shù)據(jù)映射、轉(zhuǎn)換為不同顯示設(shè)備所對應(yīng)的色彩空間。這是ACES色彩管理流程中圖像信號最終輸出轉(zhuǎn)換，簡單理解就是將 ACES 轉(zhuǎn)換成最終播出設(shè)備所需要的色彩空間，例如Rec.709、Rec.2020、DCI?P3 等。要將ACES的色彩空間轉(zhuǎn)換為非ACES色彩空間都需要有RRT的參與，但是由于轉(zhuǎn)換流程的復(fù)雜性，在新的ACES標(biāo)準(zhǔn)中，官方已經(jīng)把RRT和ODT兩個流程作合并處理[19]，如圖6所示。

圖6　ACES色彩管理流程⑥

5 Nuke中的ACES色彩管理流程

在線性合成工作流中，存在轉(zhuǎn)換方案不完整的情況，即只還原圖像物理亮度的分布標(biāo)準(zhǔn)，沒有統(tǒng)一圖像顏色的分布標(biāo)準(zhǔn)；沒有統(tǒng)一的顯示標(biāo)準(zhǔn)，即所看到的畫面并非為線性畫面，而是套用各攝影機(jī)廠商不同的LUT標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行監(jiān)看預(yù)覽的效果。筆者將帶著以上兩個問題詳細(xì)介紹Nuke中的ACES色彩管理流程。

5.1 數(shù)字圖像錄制存儲：圖像存儲過程中的色域編碼和亮度編碼

數(shù)字圖像在生成或保存過程中，圖像傳感器（或圖像軟件渲染器）不僅會根據(jù)不同攝影機(jī)所預(yù)設(shè)的編碼色域執(zhí)行色域編碼，例如，ARRI攝影機(jī)使用ARRI Wide Gamut對圖像傳感器捕獲的圖像信息進(jìn)行色域編碼；而且還執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換函數(shù) （OETF）對Raw圖像格式進(jìn)行亮度編碼，即對Raw圖像格式作編碼伽馬校正（近似值為1/2.2，上曲線）以在有限的存儲資源中存儲更多有價值的暗部信息。因此，在此階段存儲或輸出的為非線性圖像數(shù)據(jù)[15]，如圖7所示。

圖7　圖像存儲過程中的色域編碼和亮度編碼

在圖像素材導(dǎo)入Nuke軟件之前，首先需要將Nuke的色彩管理系統(tǒng)切換為ACES。需要注意的是Nuke中ACES版本的選擇不僅需要與供應(yīng)商提前確認(rèn)，而且還需要與項目其他流程保持統(tǒng)一。因為同一Nuke工程文件若套用不同版本的ACES配置文件可能會出現(xiàn)工程文件報錯或輸出顏色偏差等問題。

5.2 輸入設(shè)備轉(zhuǎn)換（IDT）：圖像讀取過程中標(biāo)準(zhǔn)色彩分布和標(biāo)準(zhǔn)亮度分布的組合處理

圖像導(dǎo)入Nuke軟件后，Nuke會對不同類型的圖像素材統(tǒng)一進(jìn)行顏色標(biāo)準(zhǔn)化和線性化的組合處理。通過在Read（讀取）節(jié)點中指定拍攝素材的色域和伽馬等元數(shù)據(jù)信息，不僅通過變換矩陣執(zhí)行反向色域編碼以完成原攝影機(jī)編碼色域到ACES目標(biāo)色域的變換，而且還套用最為匹配的反向解碼校正伽馬去除圖像在存儲或渲染輸出過程中的編碼伽馬校正，從而最大可能地轉(zhuǎn)換回RGB原始數(shù)據(jù)（線性數(shù)據(jù)）。例如，對于使用ARRI ALEXA拍攝的素材（假定曝光指數(shù)EI為400），則可以在Read節(jié)點中（或使用OCIOColorSpace節(jié)點）指定原攝影機(jī)色域為：Input?ARRI?V3LogC （EI400）?Wide Gamut，目標(biāo)色域指定為：scene_linear （ACES?ACEScg），從而完成從原攝影機(jī)色域（ARRI_WideGamut）到目標(biāo)色域（ACEScg）的快速轉(zhuǎn)換。需要注意的是，如使用OCIOColorSpace節(jié)點指定原攝影機(jī)色域和目標(biāo)色域，需將圖像素材設(shè)置為原始圖像數(shù)據(jù)（Raw Data）。Read節(jié)點中的Input Transform（輸入轉(zhuǎn)換）操作可以理解為ACES色彩管理流程在Nuke中執(zhí)行IDT操作。

通過以上操作，即可完成圖像讀取過程中標(biāo)準(zhǔn)色彩分布和標(biāo)準(zhǔn)亮度分布的組合處理。同理，對于Nuke中導(dǎo)入的其他拍攝素材或三維渲染素材，都可以通過選定原攝影機(jī)色域和目標(biāo)色域（ACEScg）快速、精準(zhǔn)、統(tǒng)一地將不同來源的合成素材轉(zhuǎn)換到公共的ACES顏色編碼系統(tǒng)，如圖8所示。

圖8　Read節(jié)點圖像讀取過程中標(biāo)準(zhǔn)色彩分布和標(biāo)準(zhǔn)亮度分布的組合處理

另外，對于數(shù)字合成中的其他常見素材，都需要根據(jù)圖像類型完成目標(biāo)色域和原攝影機(jī)色域的轉(zhuǎn)換。例如，對于日常圖像素材（網(wǎng)絡(luò)圖像、手機(jī)拍攝視頻等），需要完成從原攝影機(jī)色域sRGB到目標(biāo)色域matte_paint （Utility?sRGB?Texture）的轉(zhuǎn)換；對于摳像所輸出的通道或三維渲染輸出的法線層、深度層等圖像數(shù)據(jù)素材，都無需進(jìn)行原攝影機(jī)色域和目標(biāo)色域之間的轉(zhuǎn)換。

5.3 外觀修改轉(zhuǎn)換（LMT）：視圖窗口預(yù)覽監(jiān)看中的顏色和亮度組合補(bǔ)償處理

在圖像素材導(dǎo)入環(huán)節(jié)，Read節(jié)點（或OCIOColorSpace節(jié)點）已經(jīng)實現(xiàn)了不同類型圖像素材顏色標(biāo)準(zhǔn)化和線性化的組合處理。但是由于顯示器的固有物理屬性，圖像仍會出現(xiàn)整體偏暗的情況。因此，為了使合成師能夠看到真實的畫面顏色，ACES針對不同類型設(shè)備提供了監(jiān)看預(yù)覽方案。與線性工作流不同的是，ACES色彩管理流程不僅在視圖窗口對圖像亮度進(jìn)行補(bǔ)償，而且也對圖像色域進(jìn)行補(bǔ)償。例如，如果預(yù)覽監(jiān)看顯示器支持的色域為Rec.709，那么只需將視圖窗口中的預(yù)覽監(jiān)看設(shè)置為Rec.709（ACES）。此時，Nuke中的視圖窗口（Viewer）不僅補(bǔ)償了Rec.709標(biāo)準(zhǔn)的亮度，而且也補(bǔ)償了Rec.709標(biāo)準(zhǔn)的色域。視圖窗口對圖像素材進(jìn)行顏色和亮度的組合補(bǔ)償，可以理解為ACES色彩管理流程在Nuke中執(zhí)行RRT操作，如圖9所示。

圖9　視圖窗口（Viewer）監(jiān)看預(yù)覽中的顏色和亮度組合補(bǔ)償處理

5.4 輸出設(shè)備轉(zhuǎn)換（ODT）：圖像輸出中的顏色和亮度組合處理

在合成鏡頭輸出環(huán)節(jié)，數(shù)字合成師首先需要將合成鏡頭輸出為“小檔”文件（小尺寸代理文件），以便直接上傳到項目管理軟件讓項目供應(yīng)商或視效總監(jiān)對合成鏡頭效果進(jìn)行審核；對于審核通過的鏡頭則再輸出“大檔”文件（原尺寸原始數(shù)據(jù)），以便調(diào)色（或剪輯）部門獲得合成鏡頭的圖像數(shù)據(jù)后再進(jìn)行創(chuàng)作。

對于審核所用的“小檔”文件輸出：為了使項目供應(yīng)商或視效總監(jiān)看到正確顏色的合成鏡頭，數(shù)字合成師一方面需要使用OCIOFileTransform（OCIO文件轉(zhuǎn)換）節(jié)點套用項目提供的LUT，另一方面需要再使用OCIOColorSpace節(jié)點將基于ACES色彩管理的scene_linear （ACES?ACEScg）色域轉(zhuǎn)換回監(jiān)看預(yù)覽所加載的Output?Rec.709。

對于最終發(fā)布的“大檔”文件輸出：數(shù)字合成對接的往往是調(diào)色環(huán)節(jié)，因此，數(shù)字合成師需要根據(jù)項目調(diào)色環(huán)節(jié)是否使用ACES色彩管理流程而進(jìn)行輸出。

若調(diào)色環(huán)節(jié)未采用ACES色彩管理流程，則“原進(jìn)原出”：即將合成鏡頭的編碼（色域編碼和亮度編碼）轉(zhuǎn)換回原攝影機(jī)編碼（色域編碼和亮度編碼），從而保證最終合成鏡頭與導(dǎo)入拍攝素材在編碼數(shù)據(jù)模式上完全相同。例如，數(shù)字合成師在ARRI ALEXA拍攝的素材（假定曝光指數(shù)EI 為400）上進(jìn)行了不同攝影機(jī)拍攝素材或三維渲染素材的合成和效果處理，那么數(shù)字合成師需要在渲染輸出前再次套用OCIOColorSpace節(jié)點完成輸入的目標(biāo)色域：scene_linear （ACES?ACEScg）與輸出的原攝影機(jī)色域Input?ARRI?V3LogC （EI400）?Wide Gamut之間的調(diào)換。同時，設(shè)置Write（輸出）節(jié)點Output Transform（輸出轉(zhuǎn)換）為原始圖像數(shù)據(jù)（Raw Data）模式，從而保證提交至調(diào)色部門的最終合成鏡頭的數(shù)據(jù)模式與ARRI ALEXA拍攝素材的數(shù)據(jù)模式完全相同。

若調(diào)色環(huán)節(jié)也采用ACES色彩管理流程，則“直接輸出”：即直接輸出基于ACES色彩管理流程編碼的圖像數(shù)據(jù)即可。例如，數(shù)字合成師同樣在ARRI ALEXA拍攝的素材（假定曝光指數(shù)EI 為400）上進(jìn)行不同攝影機(jī)拍攝素材或三維渲染素材的合成和效果處理，在使用Write節(jié)點輸出過程中設(shè)置Output Transform（輸出轉(zhuǎn)換）為scene_linear（ACES?ACEScg），并設(shè)置輸出格式為符合ACES編碼的EXR文件格式。Write節(jié)點中的Output Transform（輸出轉(zhuǎn)換）操作可以理解為ACES色彩管理流程在Nuke中執(zhí)行了ODT操作，如圖10所示。

圖10　Write節(jié)點圖像輸出中的顏色和亮度組合處理

Nuke中的ACES色彩管理流程作簡單總結(jié)：首先，在圖像讀取過程中，Read節(jié)點基于變換矩陣對不同類型的圖像素材統(tǒng)一進(jìn)行色域編碼的反向轉(zhuǎn)換以完成原攝影機(jī)編碼色域到ACES目標(biāo)色域的變換；然后，在圖像顯示過程中，Viewer面板將通過ViewerProcess屬性控件，針對不同類型的設(shè)備提供顏色和亮度組合補(bǔ)償?shù)谋O(jiān)看預(yù)覽方案；最后，在圖像輸出過程中，Write節(jié)點根據(jù)項目調(diào)色環(huán)節(jié)的工作流程，分別給出了“原進(jìn)原出”和“直接輸出”。同時，在制作過程中，合成師需套用項目所提供的LUT，將畫面顏色轉(zhuǎn)換成與導(dǎo)演在拍攝現(xiàn)場監(jiān)視器上所看到畫面一致的顏色。

6 總結(jié)

Nuke是專業(yè)的數(shù)字合成軟件，被全球影視行業(yè)廣泛應(yīng)用，同時也是較早引入OpenColorIO和ACES支持的合成軟件。近年來，越來越多的高質(zhì)量國產(chǎn)視效電影作品驚艷全球，不僅源于中國電影藝術(shù)家的努力和智慧，也源于藝術(shù)家們對國際數(shù)字電影新技術(shù)和新工具的深度應(yīng)用。目前，ACES及其色彩管理流程已在行業(yè)內(nèi)廣泛使用，本文不僅較為全面地梳理了同ACES緊密關(guān)聯(lián)的色彩原理和相關(guān)概念，提出ACES的產(chǎn)生原因以及ACES色彩管理流程的優(yōu)勢所在，而且詳細(xì)介紹了Nuke中的ACES色彩管理流程。只有充分理解ACES及其色彩管理流程，才能正確將其應(yīng)用于影視視效各制作環(huán)節(jié)。希望本文能夠普及ACES色彩管理流程在影視數(shù)字合成中的規(guī)范使用，進(jìn)而對ACES色彩管理流程在三維特效、燈光渲染以及虛擬攝制等領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。

注釋、參考文獻(xiàn)

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①圖1來源于https://z-fx.nl/ColorspACES.pdf網(wǎng)頁相關(guān)圖片。

②圖2來源：寬色域視頻圖像技術(shù)研究進(jìn)展[J/OL].激光與光電子學(xué)進(jìn)展[2023?08?15].http://kns.cnki.net/kcms/detail/31.1690.TN.20230714.1025.142.html相關(guān)圖片。

③圖3來源于https://community.acescentral.com/uploads/default/original/1X/6ad8b74b085ac8945c1e638cbbd8fdf687b7f60e.pdf網(wǎng)頁相關(guān)圖片。

④圖4來源于https://help.autodesk.com/view/ARNOL/ENU/?guid=arnold_ user_guide_ac_color_management_html 網(wǎng)頁相關(guān)圖片。

⑤圖5來源于https://community.acescentral.com/t/aces-2-0-meta-framework/3785網(wǎng)頁相關(guān)圖片。

⑥圖6來源于https://z-fx.nl/ColorspACES.pdf網(wǎng)頁相關(guān)圖片。

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