工程3D攝錄影技術研發成果報告
2017-12-15
一、計畫緣起
立體實景影像(Real 3D)為模擬左右眼不同視角之立體成像技術，從拍攝、影片製作、剪輯至放映環境均有別於傳統 2D 影片[1]。中華顧問工程司研發組自 100 年起，啟動”工程用 3D 影像攝錄系統研發”計畫，以 3D 視覺原理及 3D 照片為研究主軸，將高鐵營建時期拍攝之照片藉由軟體調整成為 3D 立體照片，並建立第一套 3D攝錄實驗設備。101 年進一步研究 3D 立體影片之拍攝及剪輯技術。
102 年進行 3D 縮時攝影之研究，從 Side by Side 組合式主座、3D LIVE 7 吋偏光式液晶螢幕、微距型精密調整座、3D 縮時攝影同步快門器等設備進行技術整合與提升，進一步提升工程照片之 3D 立體效果及工程 3D 影片之攝影與剪輯技術。103 年深入研究拍攝及剪輯 2K至 4K 畫質高解析度之立體影像。104 年以 3D 紀錄影片代表本司參展 2015 國際橋梁會議-臺灣主題國橋梁 3D 成果展示。
105 年成立”工程 3D 攝錄影技術研發”計畫，從拍攝主題質與量的提升、播放及展示設備之精進及技術整合之推廣應用等面向著手，建立專業立體展示方案之能力，並期望繼續為國內各項重大交通工程建設留下珍貴施工紀錄及完工成果。
二、問題評析
(一)拍攝主題質與量的提升：
本計畫規劃以屏東山川琉璃吊橋及桃園機場捷運系列沿線為拍攝主題，配合適宜之拍攝天氣，進行施工面及完工面的拍攝。但因桃園機場捷運施工進度原因，工程單位無法妥適提供拍攝記錄時段，故另規劃蘇花改相關工程為記錄主題。
(二)播放及展示設備之精進：
本司 104 年度已於視聽室更換雷射 4K 3D 投影機及 32 副主動式 3D 眼鏡，完善司內播放系統。但因應於公共場合向群眾展示之需求增加，如司慶活動等場合，3D 眼鏡之穿戴不甚方便，因此持續觀察研究裸視 3D 顯示器之發展與趨勢，以及建置活動式行動展示設備。
裸視 3D 技術提出最新的光學系統”Low Delta N”，讓透鏡矩陣朝向 LCD 面板一側貼合，有了更複雜的光學層疊和最新概念的光學理論，大大增加了整體模組的穩定性和可靠性，裸眼 3D 效果和清晰度也有明顯增強[2]。
(三) 技術整合與推廣應用：
本研發計畫掌握”主題規劃”、”立體拍攝”、”後製剪輯”及” 播放展示”等工程 3D 紀錄片製作技術，可考慮將相關技術整合，對外提供《立體展示方案》，讓更多民眾能透過立體影像之美，連結工程與美好生活的關係。
三、計畫目標與執行
(一)工程 3D 之規劃與拍攝
本年度目標以持續關注國內工程建設為主軸，加強橋梁、軌道等工程之 3D 拍攝規劃與執行。並增加人文風情、地方文化故事等多面向拍攝議題，以工程師獨特的視角，將其 3D 影像製成紀錄影片，用引人入勝的影像故事，讓民眾認識國內工程技術及建設成果。
規劃以屏東山川琉璃吊橋及蘇花改工程做為工程 3D 紀錄對象。
a. 屏東山川琉璃吊橋 3D 紀錄
「屏東山川琉璃吊橋」全長 262 公尺，離地高度約 45 公尺， 橫跨隘寮溪，兩端進出口分別在瑪家鄉台灣原住民文化園區（瑪家端）、三地門鄉富谷灣餐廳（三地門端）旁，啟用後將成為台灣最長的吊床式吊橋。 山川琉璃吊橋為莫拉克風災重建最後的重點橋梁，將帶來觀光契機及山河生態保育意義[3]。計畫於 105 年 5 月 9 日及 10 日進行專案拍攝，著重 3D縮時攝影，記錄人行過橋、雲彩變化及橋梁與環境的動態影像。
b. 蘇花改工程 3D 紀錄
臺 9 線蘇花公路山區路段改善計畫，簡稱蘇花改，實施路段為臺 9 線蘇澳—崇德段。臺灣東部首要的聯外道路蘇花公路（編號為省道臺 9 線）在日治時代開闢以來，一直未能維持長期穩定的安全度，交通部公路總局因而提出此改善計畫，以根本性的提升蘇花公路服務品質。自 2010 年蘇花公路遊覽車事故後，加速通過環評，於 2011 年 1 月動工。
公路總局為回應民意「安全回家的路」訴求，基於花東環境保育及社會公平之精神，建構於強化路線抗災維生性及運輸安全服務性，蘇花改計畫的目標為改善蘇花公路的安全性與可靠度，而非提昇蘇花路廊公路運輸量[4]。
本計畫於 105 年 8 月 31 日及 9 月 1 日進行專案拍攝作業， 針對蘇澳東澳段、南澳和平段及和中大清水段進行勘景及立體拍攝，並著重紀錄白米高架橋、南澳北溪景觀橋、漢本高架橋、東澳隧道及觀音隧道等蘇花改建設[5]。
(二)後製及播放設備升級
(1)後製及剪輯好的立體影片要具備三項要素：
a. 兩眼視差要正確
b. 兩軌影像要同步
c. 兩軌影像顏色及字幕要一致[6]。
前兩項要素如在立體拍攝時處理得當，則能省去許多後製與剪輯時的心力，以節省影片作業時間。本計畫使用 EDIUS Pro 7 軟體進行立體影片之後製及剪輯。先將左影像及右影像匯入軟體合併，並依分鏡設計及劇情編排影片，配合剪接、轉場特效、字幕、音效配樂、顏色調整… 等同步後製，初剪輸出 MP4 格式之 Side by Side 影片，使用nVidia 3D Vision 立體眼鏡及 3D 顯示器，進行初步立體效果檢視，針對立體字幕效果及觀看舒適度等問題，進行確認與修改。
當確認後製效果及完成剪輯後，分別將左影像及右影像輸出高畫質之 MP4 影片，再從程式內將左、右影像合併，輸出為一部 Side by Side 影片，即完成立體影片之製作。本組持續參加3D 剪輯軟體教育訓練，並從製作成果中逐步修正，製作出舒適之立體影像與立體字幕。
圖 立體剪輯操作畫面
(2)播放設備升級
為展示立體影像成果，即在拍攝及剪輯過程中，廣泛評估市面中各種立體播放設備及方式，目前立體影像顯示技術可分為《戴眼鏡式》及《裸眼式》之技術。
在戴眼鏡式立體播放設備方面，中華顧問參考 EPSON 及Optoma 投影機公司技術及產品，建置 3D 投影機及搭配主動式3D 眼鏡，得以高畫質呈現紀錄片內容及體驗立體影像效果。
3D 投影機觀賞示意圖
在裸眼式立體播放設備方面，美國 StreamTV 公司研發出利用透鏡矩陣朝向 LCD 面板內側貼合之技術，產生複雜的光學層疊，分別提供觀賞者左右眼各一個視角影像，利用大腦將兩眼不同的影像融合在一起，產生立體影像的感覺，唯裸眼式 3D 設備需要在某個角度及距離內觀賞，才有立體觀賞之效果，雖有不用戴 3D 眼鏡的便利性，乃可持續觀察該技術之發展。
Ultra-D 裸視 3D 顯示器展示圖
四、計畫成果
(一)立體展示方案
本計畫整合相關拍攝及展示技術，以主題劇本規劃、立體拍攝記錄、後製剪輯輸出、展示空間設計及營運維護服務等內容，包裝成《立體展示方案》之服務項目，可為公、私部門提供專業立體展示需求之服務，初步規劃之《立體展示方案》包含劇院方案、商務方案及會議方案。
《劇院方案》包含立體攝錄服務加上 50 人 3D 劇院規劃， 適合高品質觀賞需求及獨立空間使用者。依展示等級，規劃相關空間設計、建置固定式高階 3D 投影機、偏光或快閃式 3D 眼鏡等項目，提供高品質觀賞的 3D 劇院方案服務。
《商務方案》包含立體攝錄服務加上裸視 3D 展示空間規劃，適合會場策展需求及開放空間的使用者。針對展場、商場及公共空間，提供展示空間規劃、建置裸視 3D 電視或裸視 3D 電視牆、2D 轉製 3D 內容服務(廣告形式)，提供高科技服務。
《會議方案》包含立體攝錄服務加上行動展示設備規劃， 適合機動展示需求及會議空間的使用者。因應會議需求，建置輕便攜帶的 3D 投影機、播放器、簡易音響及 3D 眼鏡等，組成行動展示設備，搭配專題 3D 拍攝，提供大眾化及客製化服務。
行動展示設備規劃示意圖
(二)應用與推廣
本計畫以工程 3D 紀錄片與博物館、機場等機構合作，行銷研究成果；並以”莫拉克風災重建工程立體紀錄影片製作與推廣”投稿中華技術期刊，融合技術及拍攝故事敘說研究成果。
2016 年 6 月，中華顧問與高雄國立科學工藝博物館合作展出莫拉克風災重建紀錄片，於科工館 B3F 大螢幕劇院售票展出立體劇院版；並於 6F 常設展廳展出裸視 3D 電視版，提供民眾全新的生活教育體驗及學習工程知識的機會[7]。
本計畫成果於科工館大螢幕劇院參觀資訊
本計畫成果於科工館進行環境教育展示
2016 年 8 月，中華顧問與采盟公司合作，於桃園機場第二航廈 D9 登機門，配合原住民文化主題，展示中華顧問莫拉克風災重建工程立體實景紀錄片，為國門風光增添知性之旅。期望藉由本莫拉克風災重建工程立體實景紀錄片，讓國人更重視風災的預防、瞭解重建的艱辛歷程並分享重建家園的喜悅，一起見證重建奇蹟，看見重生希望。
本計畫成果於桃機二航廈 D9 登機門原住民專區展示
莫拉克風災重建展示解說海報
2016 年 12 月，中華顧問與公路總局合作，以莫拉克風災重建工程立體實景紀錄片，於幸福公路館一樓策畫展出。此部紀錄片共收錄 10 處重大工程之重建過程，使用多種立體影像拍攝手法，從攝錄設備之組裝、拍攝、製作、剪輯到影片播放， 均由本司同仁自行完成，展現出工程師創新踏實的精神[8]。
莫拉克風災重建特展區
林志明董事長率本司參訪展區
五、結語與後續研究
(一)結語
實景 3D 立體攝錄技術，能真實表現工程的偉大與艱鉅， 讓觀眾有身歷其境的立體空間感官感受。中華顧問在「莫拉克風災重建」、「屏東山川琉璃吊橋」及「蘇花改工程」等工程立體紀錄影片的製作經驗中，確實發現利用 3D 立體實景攝錄技術可彰顯工程施工之巧藝與造型之宏偉美學，再加以故事性導引，更能感動人心，讓工程師的貢獻被看見[9]。
中華顧問已成功建立 3D 立體實景攝錄技術與設備，將持續關注國內重大公共工程建設，加強橋梁、軌道等工程立體拍攝規劃與執行，並增加人文風情、地方文化等多面向拍攝議題， 以工程師獨特的視角，將其立體影像規劃製成紀錄影片，用引人入勝的影像故事，讓民眾認識國內工程技術及其建設成果。
莫拉克風災重建工程立體紀錄影片製作與推廣期刊
(二)後續研究
建議持續加強立體攝影及後製技術，如場景規劃、拍攝及立體設備操作熟悉度，減少拍攝失誤率，增加拍攝可編輯之 3D 素材等技能提升與學習。並深入將本研究《立體展示方案》對外推廣行銷及合作。建議朝向 4K 影像製作技術學習、高階相機升級及拍攝設備更新進行。除了工程建設，亦可規劃生活化主題進行 3D 紀錄。
本研究已將「縮時攝影」技術成功研發為「3D 縮時攝影」， 並進行長時間 3D 縮時攝作業，呈現 3D 光影及動態變化，建議著手研究「高速攝影」的原理、設備、拍攝及素材剪輯等技術， 希望能成功研發「3D 高速攝影」技術，並評估建置 3D 高速攝影設備，拍攝如高鐵列車行進過程等高速動態之 3D 紀錄。
六、參考文獻與網站
1.行政院莫拉克颱風災後重建推動委員會，「愛與希望耀動生命力：莫拉克颱風災後重建3周年成果彙編」，第1-5頁(2012)。
2.邵厚潔，2016，「蘇花改計畫簡介」，第一屆蘇花改工程技術論壇論文集。
3.財團法人中華顧問工程司，「2009莫拉克颱風八八水災-橋梁勘災紀實」，科技圖書，第1-28頁(2009)。
4. The History of Stereo Photography網站：
5. streamtv networks網站：
6. 維基百科-蘇花公路改善計畫
7. 再談「3D立體攝影」網站：
8. 國立科學工藝博物館官方網站
9. 公路總局訊息公告
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