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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林宣妤
研究生(外文):LIN, HSUAN-YU
論文名稱:行動裝置動態追蹤之技法研究
論文名稱(外文):Research on the motion tracking techniques of mobile devices
指導教授:邱正寧陳佩鈺陳佩鈺引用關係
指導教授(外文):CHIU, CHENG-NINGCHEN, PEI-YU
口試委員:黃信夫潘正育
口試委員(外文):HUANG, HSIN-FUPAN,CHENG-YU
口試日期:2022-07-22
學位類別:碩士
校院名稱:南臺科技大學
系所名稱:多媒體與電腦娛樂科學系
學門:電算機學門
學類:軟體發展學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2022
畢業學年度:110
語文別:中文
論文頁數:77
中文關鍵詞:平面追蹤合成影視後期製作視覺特效數位特效
外文關鍵詞:planar trackingcompositionfilm and television post-productionvisual effectsdigital effects
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隨著影視產業的蓬勃發展,數位特效在電影或影集也成為重要的一部分,在電
影後製時,常常需要根據導演的要求去實現他們幻想中的畫面,而合成就是一項不
可或缺的技術。

在科幻片中,經常會出現高科技的裝置,如智慧型手機以及平板等行動裝置也
經常出現在電視或戲劇畫面中。為了呈現科技感,時常會使用合成後製技術修改畫
面,完美的後製即是讓觀眾看不出破綻,無法察覺到明顯的合成痕跡。但若是合成
師無法在追蹤步驟時完整作業,無論後續的合成工作多完善,依然會被觀眾看出合
成的痕跡以及不真實感,因此,是否能有效追蹤行動裝置資訊將會直接影響到合成
結果。

本研究注重在平面追蹤並透過三種男子手持行動裝置進行互動之範例鏡頭進
行分析與操作,根據分析結果實作後了解追蹤過程時所產生之變因,其中包含透視
統一性、畫面失焦程度以及遮蔽物的阻擋,尋找最合適之追蹤方法。最終結論統整
及比較、歸納、分析手持平板鏡頭的追蹤難度與各情境的最佳追蹤方式。

本研究之結論可給予合成新手更正確精準的概念,面對鏡頭時能更清楚去分
析畫面以及善用所有追蹤技巧,以提升整體作業效率。
With the vigorous development of the film and television industry, digital special
effects have also become an important part in films or albums. In the post production of
films, it is often necessary to realize directors' fantasy pictures according to their
requirements, and synthesis is an indispensable technology.

In science fiction films, high-tech devices are widely used, such as smart phones and
tablets, and other mobile devices often appear in films and television. In order to present
a sense of science and technology, the post synthesis technology is often used to modify
the picture. The perfect post production is to make the audience unable to see the flaws
and detect obvious synthetic traces. However, if the synthesizer cannot complete the
operation when tracking the steps, no matter how perfect the subsequent synthesis work
is, the audience will still see the traces and unreal feeling of synthesis. Therefore, whether
the mobile device information can be tracked effectively will directly affect the synthesis
results.

This research focuses on the planar tracking and analyze and operate through three
example lenses of a man holding mobile devices. According to the analysis results, we
understand the variables of the tracking process, including perspective uniformity, the
degree of out-of-focus of the picture, and the blocking of obscuring objects, and find the
most suitable tracking method. The final conclusion summarizes, compares, and analyzes
the tracking difficulty of the handheld tablet lens and the best tracking method for each
situation.

The conclusions of this research can give compositors a more accurate and precise
concept, and can analyze the image more clearly and make good use of all tracking
techniques when facing the camera, so as to improve the overall operation efficiency.
摘要 i
ABSTRACT ii
目錄 iii
表目錄 v
圖目錄 vi

第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究限制 3
1.4 研究架構 3

第二章 文獻探討 5
2.1 動態追蹤(Motion Tracking) 5
2.1.1 追蹤點(Tracking Marker) 5
2.1.2 一點追蹤(SINGLE-POINT TRACKING) 7
2.1.3 兩點追蹤(TWO-POINT TRACKING) 9
2.1.4 四點追蹤(CORNER PIN TRACKING) 10
2.1.5 平面追蹤(PLANAR TRACKING) 11
2.1.6 曲線追蹤(SPLINE TRACKING) 13
2.1.7 3D 相機追蹤(3D CAMERA TRACKING) 13
2.2 攝影相關知識 15
2.2.1 焦點(out of focus) 15
2.2.2 景深(Depth of field) 17
2.2.3 噪點(Noise) 18
2.2.4 動態模糊(Motion blur) 19
2.3 軟體介紹-Mocha 20
2.3.1 素材匯入 21
2.3.2 追蹤狀態 21
2.3.3 追蹤動態資訊 22
2.4 後製相關技術 25
2.4.1 動態轉描(Rotoscoping) 25
2.4.2 Corner Pin 27
2.4.3 色彩混合模式(Blending Mode) 28
2.4.4 Hue/Saturation 特效介紹 31

第三章 研究方法 32
3.1 研究流程 32
3.2 觀察與分析鏡頭 33
3.1.1 鏡頭 1 33
3.1.2 鏡頭 2-1 35
3.1.3 鏡頭 2-2 37
3.1.4 鏡頭 3 39
3.3 合成效果研究 41
3.3.1 畫面的失焦及模糊 41
3.3.2 畫面中的顆粒感 43
3.3.3 色調一致性 43
3.3.4 Roto 44
第四章 研究結果 45
4.1 統整並比較各追蹤作法 45
4.1.1 鏡頭一 45
4.1.1.1 製作過程 45

4.1.2 鏡頭二 48
4.1.2.1 製作過程 48

4.1.3 鏡頭三 50
4.1.3.1 製作過程 50

4.1.3.2 追蹤失敗原因分析 58

4.2 研究結果 59
4.2.1 鏡頭各類所使用追蹤法之分析 59
4.2.2 統整各追蹤方法 60

第五章 結論 62
5.1 結論與建議 62
參考文獻 63
紙本文獻 63
網路文獻 64

表目錄

表 2.1 混合模式各項數值調整差異 29
表 3.1 鏡頭 1 資訊 34
表 3.2 鏡頭 2-1 資訊 36
表 3.3 鏡頭 2-2 資訊 38
表 3.4 鏡頭 3 資訊 40
表 4.1 鏡頭 1 之平面追蹤過程 45
表 4.2 鏡頭 2 之平面追蹤過程 48
表 4.3 鏡頭 3 之兩點追蹤及 3D 相機追蹤過程 51
表 4.4 鏡頭 3 之平面追蹤過程 53
表 4.5 平面追蹤所產生問題一 55
表 4.6 平面追蹤所產生問題二 56
表 4.7 追蹤方法之分析 59
表 4.8 各追蹤方法之統整 60

圖目錄

圖 1.1 研究架構 4
圖 2.1 圓形追蹤點 6
圖 2.2 追蹤點 6
圖 2.3 追蹤演算範圍原理 7
圖 2.4 選擇追蹤位置及範圍 8
圖 2.5 追蹤完成之位移路徑 8
圖 2.6 選擇兩點追蹤位置及範圍 9
圖 2.7 追蹤完成之路徑 9
圖 2.8 每一幀包含位移、縮放、旋轉資訊 9
圖 2.9 選擇四點追蹤位置及範圍 10
圖 2.10 追蹤完成之路徑 10
圖 2.11 每一幀位移、Corner Pin 位移資訊 10
圖 2.12 框選需平面追蹤之區域 11
圖 2.13 紅框為追蹤區域;藍框為 surface 11
圖 2.14 調整平面區域,開啟方格確認透視之正確性 12
圖 2.15 可分別輸出透視或位移資訊 12
圖 2.16 曲線追蹤範例 13
圖 2.17 演算完的素材生成許多資訊點 14
圖 2.18 正確透視區域(左);錯誤透視區域(右) 14
圖 2.19 提供多種追蹤資訊輸出 14
圖 2.20 焦點與焦平面 15
圖 2.21 焦點示範:倉鼠進食 16
圖 2.22 景深小(上);景深大(下) 17
圖 2.23 噪點 18
圖 2.24 拍攝時拉長快門速度,把先前的運動軌跡表現出來 19
圖 2.25 Mocha Pro 20
圖 2.26 匯入資料須確認影格數及幀數是否正確 21
圖 2.27 追蹤面板 21
圖 2.28 追蹤圖示 22
圖 2.29 動態面板 22
圖 2.30 Surface 圖示 23
圖 2.31 開啟 Surface 功能後可調整點及邊框的位置以符合透視角度 23
圖 2.32 選擇手動追蹤以逐格調整透視偏移之位置 24
圖 2.33 開啟 manual track,邊框呈現虛線即可單格調整,完成後重新追蹤即可 24
圖 2.34 畫面合成後,前景人物須 Roto 貼在最上層 25
圖 2.35 Roto 及合成示意 26
圖 2.36 加入 corner pin 特效,四角會出現圓點供使用者調整 27
圖 2.37 調整 corner pin 四點位置以符合透視 27
圖 2.38 混合模式類型及效果 28
圖 2.39 混合模式介面 28
圖 2.40 Hue/Saturation 介面介紹 31
圖 3.1 原始素材質皆貼上(左);加入 RSMB 效果(右) 41
圖 3.2 紅圈處可明顯發現 Edge Blur 效果前後對比 42
圖 3.3 鏡頭失焦產生光斑 42
圖 3.4 Match Grain 效果介面 43
圖 3.5 切換 Blue 通道確認躁點樣式 43
圖 3.6 Roto 出的 mask 範圍 44
圖 3.7 調整 Mask Feather 前後對比 44
圖 3.8 mask 回貼前(左);完成效果(右) 44
圖 4.1 鏡頭 1 合成結果 47
圖 4.2 綠色為前景物體(上層),黃色為主體(下層) 49
圖 4.3 鏡頭 2 合成結果 50
圖 4.4 演算正確示意圖,綠色圓盤為透視角度 52
圖 4.5 鏡頭 3 合成結果 57
紙本文獻

1. 王雅玲(2021)。視覺特效之星空場景製作與合成。南臺科技大學,碩士論文。
2. 白乃遠/呂國泰/翁承民/詹介珉(2013)。After Effect 製作特效武功大全。
3. 吳芝妍(2021)。視覺特效車景合成之環境模擬。南臺科技大學,碩士論文。
4. 李冠瑾(2021)。視覺特效人體及布料透光效果製作。南臺科技大學,碩士論文。
5. 林杰(2020)。基於動作捕捉的虛擬場景合成系統。國立臺中科技大學多媒體設
計系碩士班,碩士論文。
6. 柯韋宏(2020)。實拍臉部追蹤合成物件技術之研究。南臺科技大學,碩士論文。
7. 陳思孝(2017)。視覺特效以實拍素材模擬自然元素水之研究。南臺科技大學,碩士論文。
8. 張力仁(2005)。實景合成 3D 元素之研究創作。國立台灣藝術大學多媒體動畫藝術研究所,碩士論文。
9. 張家盛(2019)。After Effects CC 電影特效大師。深石出版社。
10. 曾延年(2009)。電腦特效與現實場景的結合與應用。國立臺灣科技大學建築系研究所,碩士論文。
11. 楊錫彬(2020)。電影視覺特效發展策略之探索-以虛擬實境為例。中國廣告學刊25 期。
12. 黃欣儀(2021)。大型電子顯示器場景之視覺特效合成實作研究。南臺科技大學,碩士論文。
13. 黃政淵(譯)(2018)。電影視覺特效大師(原作者:Ian Failes)。漫遊者文化事業股份有限公司。
14. 謝佳峻(2014)。攝影機路徑反求與追蹤技術應用-以《KANO》電影為例。南臺科技大學,碩士論文。
15. Chris Roda. (2022). Real Time Visual Effects for the Technical Artist. Taylor &Francis Group.
16. Dobbert T. (2012). Matchmoving:The invisible art of camera tracking. Sybex.
17. Hye Jean C. (2018). Media Heterotopias: Digital Effects and Material Labor in Global Film Production. Duke University Press.
18. Mark Sawicki. (2007). Filming the Fantastic: a Guide to Visual Effects
Cinematography : A Guide to Visual Effects Cinematography. Focal Press.
19. Steve Wright.(2017). Digital Compositing for Film and Video: Production Workflows and Techniques. Routledge.
20. Steve Wright.(2017). Compositing Visual Effects: Essentials for the Aspiring Artist.Routledge.
21. Zwerman, S.& Okun, J.(2020). The VES Handbook of Visual Effects: Industry Standard VFX Practices and Procedures. Routledge.

網路文獻

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2. 朱則剛(2000)。景深 Depth of Field。國家教育研究院。取自:https://terms.naer.edu.tw/detail/1311284/
3. 國家電影及視聽文化中心(2020)。攝影機運動 Camera Movement。取自:https://edumovie-tfai.org.tw/activities_info.php?id=158
4. 壹讀(2020)。相片噪點產生的原因,噪點有哪些類型,如何給照片降噪。取自:https://read01.com/RM7OPNN.html
5. 雅瑪知識(2020)。影視 AE 合成中常用的技術?。取自:https://www.yamab2b.com/how/465927.html
6. Borisfx(2022)。NEW! MOCHA PRO 2022。取自:
https://borisfx.com/products/mocha-pro/?collection=mocha-pro&product=mocha-
pro
7. JOHNATHAN PAUL(2021)。6 Ways to Motion Track in After Effects。取自:
https://www.schoolofmotion.com/blog/motion-tracking-in-after-effects
8. Newvfx(2019)。【綠幕拍攝追蹤】影視級綠幕追蹤標記球製作流程。取自:
https://www.newvfx.com/forums/topic/67964
9. Photographylife(2018)。Guide to Motion Blur and Panning in Photography。取
自:https://photographylife.com/motion-blur-panning-photography
10. Photographylife(2022)。Understanding Focusing in Photography。取自:
https://photographylife.com/understanding-focus-in-photography
11. Photographylife(2021)。Understanding Depth of Field – A Beginner’s Guide。取
自:https://photographylife.com/what-is-depth-of-field
12. Tomoko Suzuki, Digital Camera Magazine (2017)。聚焦:鏡頭基本知識- Part5鏡頭基本知識 #4:深焦。取自:https://snapshot.canon-asia.com/tw/article/zh_tw/lens-basics-4-deep-focus
13. Youtube(2018)。Mocha Tips: How to Track Occluded Objects。取自:
https://www.youtube.com/watch?v=b0qAq5EkXhk
14. Youtube(2016)。Mocha AE Planar Tracker for Absolute Beginners。取自:
https://www.youtube.com/watch?v=RevDN2fNGag
15. Youtube(2013)。Mocha 基礎教學 - 06 - shear 與 perspective。取自:
https://www.youtube.com/watch?v=rvzshzF4qEw
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