揭秘霍比特人的48帧技术：太流畅不像电影

作为中土传奇的完结篇，电影《霍比特人3：五军之战》目前全球票房已经高达7.8亿美元，这部电影将于2015年1月23日在中国大陆上映。

我们都知道，电影被称之为“24帧的艺术”，但《霍比特人》系列却采用了每秒48帧的技术来拍摄和放映。48帧版的《霍比特人》能带给观众什么？会有更多的电影采用每秒48帧的技术来拍摄和放映吗？

回答这两个问题前，我们先说说电影中的帧率和刷新频率。

电影中的帧率和刷新频率

对电影有所了解的同学都知道，电影得以存在的基础是人脑的视觉残留，当一秒内闪现的静帧画面足够多，人眼就会产生运动图像的幻觉。帧率指的就是每秒出现了多少帧静止的画面，用单位FPS(英文Frames Per Second的缩写)来表示。

那么每秒要出现多少帧静止的画面，人眼才会产生运动图像流畅的幻觉，不会觉得画面一卡一卡的？

知名影评人Magasa这样解释这个问题：

人的双眼及其数据传输系统每秒可以识别10-12帧画面，大脑的视觉处理中心会将每帧画面保留1/15秒。如果在前一帧画面尚且保留的1/15秒内大脑又收到一幅新的画面，那么就产生了画面在连续运动的感觉。放映帧率达到了16-24FPS，人眼看到的基本是流畅的画面。
需要指出的是，帧率分为拍摄和放映两种，一般令拍摄和放映帧率保持相同，人眼才能看到和现实相仿的图像。
帧率达到16-24FPS画面已经可以流畅播放，但由于人眼对连续画面中细微的变化是非常敏感的，所以画面上亮度的变化会被人眼察觉到，产生闪烁感。亮度变化越大，闪烁越明显。

实验室研究证明，人眼能够区分多达每秒48次闪光，如果继续提高闪光频率，亮度的变化人眼基本无法察觉。我们用Hz(赫兹)这个单位来表示每秒周期性变动重复次数的计量。人造灯的闪烁频率一般要高于48Hz，譬如50Hz交流电下运作的台灯闪烁，人眼基本上是无法察觉的。

这个研究结果也用在了解决人眼看连续画面会产生闪烁感的问题上。举个例子：电影现行放映帧率的标准是24FPS，那么如果每格画面都闪现了2次，一秒内就总共闪现了48次画面，，即刷新频率为48Hz，已经达到了消除闪烁的底线。

而我们经常看到电视和显示器上有60Hz、120Hz或240Hz的标识，指的是该硬件设备每秒最多能闪现多少次画面。

电影为什么是“24帧的艺术”？

上面说了，现在电影放映采用的帧率标准是24FPS，可为什么是24这个数字？电影24FPS的放映标准其实是由历史因素决定的，这是一个最经济的方式，而不一定是最适合人眼视觉的方式。

在默片时代，拍摄和放映都没有一个固定的帧率标准，从12格、16格、18格到24格都有。后来1926年有声电影制作技术成熟，人们开始把音频信息印在胶片上制作有声电影，而放映帧率上的不同可能会导致胶片上音频信息丢失，电影制片公司不得不规定一个放映的帧率标准。

而之所以选择24FPS作为电影放映的标准帧率，仅仅是因为在35mm胶卷上支持播放音频的最低帧率就是24FPS。电影制片公司们为了节省经费，干脆把24FPS规定为电影放映的帧率标准。(下图右边的波形图就是打印在胶卷上的音频信息)
48帧版的《霍比特人》为什么“不像电影”？
然而，《霍比特人》系列的导演彼得·杰克逊却认为24FPS的拍摄和放映帧率并不能带给观众最好的观影体验。2011年他曾在Facebook上说道：

90多年来，我们一直采用24FPS来拍摄和放映电影，不是因为它最好，而是因为它最便宜！

采用48FPS拍摄和放映的好处是，看起来画面上的速度还是正常的，但画面的流畅度和动作清晰度都大大增强了。你看24FPS的电影也许觉得还行，但其实这样的影片中每一帧都会有模糊，尤其是在快速运动的镜头中。如果电影镜头快速摇移，图像就会有抖动、顿挫或者闪烁。

以48FPS的帧率来拍摄和放映电影会非常有助于摆脱这些问题。它会让电影看起来更逼真，观看起来也更轻松，尤其是在3D电影方面。

使用48FPS拍摄的《霍比特人1：意外之旅》2011年上映了24帧和48帧不同的版本。而因为放映技术和成本的关系，全球只有1000块荧幕进行了48帧版本的放映，而且市场反应并不理想。看了48帧版的电影后，部分观众抱怨道：太没有电影感了。
为什么使画面流畅度和动作清晰度大大增强的48FPS拍摄和放映技术会让观众觉得没有电影感？
这是因为，让运动图像看起来真实还有一个重要的因素是运动模糊。在真实的世界，当人们在看一个快速移动的事物或者眼睛快速转动时，我们看到的事物是模糊不清的。而正如彼得·杰克逊自己所说，24FPS拍摄和放映的电影会有模糊、抖动、顿挫和频闪这些问题，所以看起来更加接近现实的观感。

我们可以通过在电脑上播放24FPS的影片来感知：通过软件逐帧查看影片中的运动物体，可以发现运动物体是虚的。(如果希望进一步了解不同帧率之间的区别，可科学访问Frames Per Second。)

而48帧版本《霍比特人1：意外之旅》画面更加流畅，运动物体更加清晰，甚至可能清晰得有点过分！观众这么多年来看的都是24FPS放映的电影，已经习惯了模糊、抖动、顿挫和闪烁这些所谓的“电影感”，突然转换到流畅度和动作清晰度大大增强的画面，自然难以适应。

面对各种的压力，彼得·杰克逊回应道：“没有人会停下前进的脚步，科技也将持续经历变革。”《霍比特人》系列的后两部同样采用了48FPS的拍摄技术。

发展高帧率电影的意义

48FPS拍摄和放映的《霍比特人》系列背后，其实是动态图像制作向高帧率(High Frame Rate,一般简称HFR)发展的趋势。

微软高级科技小组的Simon Cooke认为，帧率毫无疑问是越高越好。他的理由是：

即使聚焦在一个固定的点上，人类的眼睛也会像布丁一样惯性地轻微抖动，平均频率大约是84Hz。在这些抖动的影响下，人眼视网膜里的视锥细胞会对同一个物体形成两个轻微不重合的图像，以帮助大脑更好地识别运动物体的边缘。

由于现实环境中有很多干扰信息，人眼会每秒进行2次信息采样，每次只传输很少的有效信息给大脑。

以48FPS放映的电影，经过人眼每秒2次信息采样后，超过了人眼轻动的平均频率84Hz。观众得到了两倍于预期的信息，能更好地识别运动物体的边缘。

而24FPS放映标准的电影在人眼2次信息采样后，频率也只是48Hz，远远达不到人眼轻动的平均频率。虽然已经能流畅播放，但观众在观看电影中的运动物体或场景时会有模糊感。

Cooke从人眼运动规律的角度解释了，高帧率放映的电影能让观众更好地识别运动物体的边缘。而从电影产业的角度来看，推广高帧率拍摄和放映电影同样具有重要意义。

Extremetech的David Cardinal认为高帧率能提高家庭影院时代实体院线的竞争力：

现今越来越多的家庭已经配置了家庭影院，而且你可以很容易地在网上看到自己想看的电影。这种情况对传统电影行业是一个很大的冲击。各大院线需要找到一个突破口，才能在这种窘境中涅槃重生。3D和IMAX电影给大家提供了一个走进电影院观影的理由。

而48FPS的拍摄和放映帧率不仅能让3D电影亮度更高(亮度是3D电影观影体验的一个重要因素)，还因为其运动清晰度大大降低了3D电影带给观众的眩晕感，提供一种沉浸式的观影体验。

著名摄影机厂商Red则解释了高帧率对IMAX放映的好处：

24FPS放映的情况下，IMAX50英尺大荧幕上一个快速运动的物体会出现2英尺左右的变形，而在高帧率放映的情况下，变形的程度就会小很多。

这么看来，无论从人眼运动规律的角度来考虑，还是为电影产业的未来着想，发展高帧率电影都是利大于弊。但正如上面提到，部分观众现阶段对高帧率电影并不买账，一些电影原教旨主义者更是直指高帧率电影“过分渲染而使得画面过假、人造感十足”。

除此之外，高帧率电影无论是拍摄还是放映，都增大了制作成本。制作人员要处理两倍于24FPS拍摄电影的素材，而影院则要花费额外的预算来购买支持48FPS放映的电影放映机和媒体处理单元。以上这些都成为了高帧率电影发展的负面因素。

高帧率在民间的流行

高帧率在电影行业发展的并不顺利，但在民间却掀起了波澜。

许多消费级影像设备厂商和视频网站很早就开始把注意力放在了高帧率的拍摄和放映上。佳能(Canon)生产的消费级单反和摄影机基本都配备了60FPS或50FPS的可选拍摄帧率，“著名相机厂商”苹果公司从iPhone 5S开始也具备了用120FPS拍摄以制作慢动作镜头的功能。GoPro Hero 3更是在1280×720的分辨率下提供了高达120FPS的拍摄帧速率，进一步推广了高帧率拍摄在民间的普及。

而在高帧率放映方面，继提供4K播放功能后，YouTube于上一年10月份也开启48FPS与60FPS影片播放功能，强化了对高帧率视频的支持。
说了这么多，回到开头的两个问题：48帧版的《霍比特人》能带给观众什么？会有更多的电影采用每秒48帧的技术来拍摄和放映吗？
48帧版的《霍比特人》能带给观众更加流畅和清晰的画面。尤其在看3D和IMAX版的时候，高帧率能带给观众更好的视觉效果。但由于我们长久以来看的都是24FPS放映的电影，固有的观影经验和美学判断让部分观众还适应不了48帧版电影带来的视觉效果。

詹姆斯?卡梅隆正在计划用48FPS甚至更快的帧率去拍摄和放映《阿凡达》系列的第2部，但并不是每个导演都像彼得·杰克逊和詹姆斯·卡梅隆一样是个技术狂，加之成本上的考虑，暂时还没有看到太多的电影有用48FPS的技术来拍摄和放映的计划。

最后，由于各种原因，大陆主流院线一直没有引进48帧版的《霍比特人》系列，所以想要体验一下的同学唯有另想办法了。