穹顶光场 3D 采集系统 | Dome Light-Field Capture
远在千里之外的人，能和你"面对面"说话；电影《双子杀手》中，两个亨利同时在荧幕上出现……这些都是基于光场技术实现的数字特效。曹瑞翔、李振邦、裘麒玮、王一玮和张启煊五位上科大信息学院本科生，利用寒假时间在多学科人工现实工作室（MARS）成功搭建起这套用于面部几何还原和材质采集的系统——穹顶光场，为电影特效的高精度三维重建、重打光提供数据支持。我作为核心学生负责人牵头了系统的搭建。
系统概况 | The Rig
"穹顶光场"是一个包含约 150 个 256 级可控 LED 光源的球形打光拍摄系统。每个 LED 光源带有 6 个高亮度 LED 灯珠，分为两组独立控制，两组分别安装有不同的偏振片。光源均匀分布于一个直径约 3 米的铝合金框架球体上，所有灯光以最高 1000Hz 的频率变化亮度。
工程挑战 | Challenges
灯光设备数量大。需安装的灯光设备达 150 个，且全部安装在直径 3 米的球体框架下，设备之间间隔小，安装操作难度大，对安装精度要求高。我们做了大量前期规划，用"安装一部分，测试一部分"的方式最大程度确保安装工作顺利有序进行。
灯光运行频率高。设备最大工作频率高达 1000Hz 以上，而市面上常见的显示设备频率仅为 60–120Hz。高频率对控制系统以及通信协议的速度性能提出了更高要求，需要定义和研发线路更少、速度与可靠性更高的协议。
在搭建中，我们始终坚持两个原则：一是"不着急，小步走"，将大的工程目标分解成小的任务，将大的 bug 分成小的调试检测；另一个是长线的思考方式——做开发时考虑装配的复杂度，测试时考虑最坏的情况，装配时为后续调整保留接口并做好标记。
2021 年春节前的一个凌晨，我们终于做完了最后一路控制供电。关上灯、打开控制器电源，黑暗中只有一个个指示灯闪烁时，我们躺在地板上，仿佛仰望着一片美丽的星空——这一刻觉得付出的一切都是值得的。
采集结果 | Results
穹顶光场搭建完成后，团队随即启动测试，顺利还原了模特的人脸材质，为整个寒假的辛勤工作划上圆满的句号。
关于 Light Stage 与 MARS 穹顶光场
Light Stage 是由美国南加州大学 ICT Graphics Lab 的 Paul Debevec 领导开发的高保真三维采集重建平台，已成功应用于 40 多部好莱坞电影渲染中，包括《阿凡达》《本杰明·巴顿奇事》《蜘蛛侠》等。2019 年，这项技术让 Paul Debevec 和他的团队获得了奥斯卡技术成就奖。
MARS 穹顶光场是上科大 MARS 实验室基于具有自主知识产权的电影特效底层核心技术研发搭建的平台工具。相比 Light Stage，穹顶光场拥有更多的相机，引入更多光场算法，并且支持动态采集，能识别到人脸极其细微的结构变化，连皮肤材质都可纳入数据模型。除了赋能影视行业，未来穹顶光场在 AR/VR 场景、视频游戏、教育、文旅、沉浸式演出、虚拟社交等领域也拥有广阔的市场前景。