合成的攝影學 - 第四章: 景深
- 追求寫實就得了解的攝影知識
在經過這麼多年的合成，不管是從廣告到電影，每當從Lighting部門拿到CG材料，合到一個程度要開始做景深時總是會冒出一個問題:
到底景深要多少才正確?
以大型製作的規模為前提下通常會拿到一套攝影機資訊(如果都有紀錄的話)，在有這些資訊下，應該是可以計算得出一個物體在這個攝影機下需要多少程度的景深對吧? 對吧??
我們會在這篇文章中提到:
可以讓景深更淺把焦點集中在主角身上嗎
我認真覺得攝影、電影，到天文觀測者真的是集人類所學之大成。想想看從最初從透鏡發現光可以聚焦生火、為了繪畫開始接觸攝影、為了攝影，甚至天文觀測研究物理光學、把物理光學這種自然現象應用在攝影、進一步到電影中來傳達故事，這些技術與知識的累積，在整理的過程中頻頻讓我覺得很驚嘆
景深(Depth of Field)
景深比較簡單的定義就是「在可接受的失焦程度最近和最遠所構成的範圍」。焦外的物體越糊，景深就越淺；反之越清晰，景深則越深
上圖可以看到在焦平面上的紅點為對焦點，清晰的成像在感光元件上
而在焦平面前後的藍點和綠點因為成像在感光元件的前跟後，因此在感光元件上呈現的是失焦的模糊圓
上圖中則是呈現景深的範圍。最近的可接受模糊位置稱作前景深(DoF Near Point)，反之最遠的可接受模糊位置就叫做後景深(Dof Far Point)
值得注意的地方是當景深範圍拉長的時候，焦點前和焦點後的範圍大小並不對稱
這很重要，要講三次
仔細看圖的話，可以留意到隨著對焦距離越遠、景深範圍越長，對焦點到後景深的距離會跟著比焦點到前景深的距離更長；景深越淺越窄，對焦點兩邊的長度反而越趨向等長
瀰散圓(Circle of Confusion)
那什麼樣的定義才叫可接受的失焦程度或可接受的清晰度(Acceptably Sharp)?
最大值的可接受的失焦程度被稱作瀰散圓(Circle of Confusion)，常見的翻譯詞為模糊圓，但除了詞意不精確外還會跟下一篇要介紹的其他名詞混淆。
可以看到上圖，紅色點為對焦點，也是最為銳利的基準；綠色圓圈是這張圖中所設定的瀰散圓大小；大於瀰散圓的藍色圓圈就成為定義上的失焦(Out of Focus)；而黃色圓圈雖然也帶有模糊但因為並沒有大過瀰散圓，所以定義上處在焦點上(In Focus)
瀰散圓大小是如何被決定的則是有些主觀，比較公式化的定義是根據印刷產業和視光學發展多年的結論:
在25公分的觀看距離下以1.0的視力程度觀看8×10英吋大小圖像的最大模糊點為0.029mm
上面的定義是用相較嚴謹的方式來計算，但實際上我們在製作時根本無法知道最後的畫面——也就是電影院的投影幕大小，再者根據攝影機型號的不同，瀰散圓大小也會變動
因此在我們後面要討論到的失焦程度的大小上我們會用到瀰散圓但卻不會用上面的定義，而改用根據光穿過透鏡的夾角以及三角形數學公式去計算
關於景深的四大組件
為了比較好解釋景深的構成，在我們邁入如何影響景深大小之前，這段會先簡單解釋四個影響景深的部分各自的定義以及作用
光圈(Aperture)
光圈是鏡頭中用來控制孔徑大小的零件，同時也是主要用來控制進光量，攝影界所謂的曝光三角中一員
光圈的單位為f值(f-Stop)，在公式中通常被標做N，由光圈直徑與焦距的比例決定:
f值(N)=焦距(f)/光圈直徑(D)
小光圈的 f-stop 值較高，大光圈的 f-stop 值較小；小光圈允許較少光線進入，大光圈則讓較多光線進入。每增加一級f值，光圈越小，進光量減半
焦距(Focal Length)
當光進入相機鏡頭時，所有的光都會先交會在鏡頭中的某一點上，那一點被稱為聚合點(Convergence Point)或節點(Nodal Point)，光通過聚合點後繼續延伸將影像上下顛倒的呈現在感光元件上，而從聚合點到感光元件的距離就是焦距(Focal Length)
焦距比較直觀的差異就是視野(Field of View)，從上圖可以看出焦距越長，光線進入鏡頭的角度就越狹窄，視野也就越小，拍攝距離也會越長；反之焦距越短，視野越廣，拍攝距離也越短
那會有人問說，不是有很多講解拍攝人像的焦距不同，為什麼不同焦距拍攝的人臉在長焦距的鏡頭下看起來比較扁平而在短焦距下偏魚眼效果看起來比較立體?
來看看下面這個例子
圖中第一排是固定的對焦距離，第二排則是人物在畫面中固定大小
結果出來了，因為對焦距離不同造成的變形，所以同理應證如果把第一排11 mm焦距的女生裁切跟135 mm焦距畫面一樣的大小，也會看起來比較扁平
對焦距離(Focal Distance)和成像距離(Image Distance)
先介紹相關的名詞：
焦平面(Plane of Focus)，想像一下鏡頭前面一直有一道隱形的平面正對著鏡頭，而落在這個平面上的點都會是在焦點上
而對焦距離就是從透鏡到焦平面的距離，或是從聚合點到你想對焦的物體距離，也有人稱作工作距離(Working Distance)或物體距離(Object Distance)，只是物體距離稍稍沒有那麼準確，因為那個物體並不一定在焦點上
有對焦距離當然就有成像距離
在第一張圖中右邊可以看到從透鏡中央到最右邊–也就是感光元件處有顛倒縮小版物體的距離，就是成像距離
了解成像距離在之後的景深運算公式中會用到
感光元件(Sensor Size)
又稱為膠片底(Film Back)，也就是攝影機/相機的成像區域
下圖列出不同類型的機種搭不同大小的感光元件．整個系列基本上都是以全片幅(Full Frame)為主，因為全片幅的大小就是早年膠片的大小，因此在所有攝影相關的公式運算上都是以全片幅為基準，其餘的類型也都會轉換成”等效(Equvalent)”全片幅的尺寸
舉例來說
Canon 80D是屬於APS-C類型機種<感光元件的大小為22.5 x 15 mm，全片幅的感光元件大小為36 x 24 mm，36 mm除以22.5 mm等於1.6，意思就是如果拿一個APS-C的焦距50 mm鏡頭拍攝，對於全片幅來說它依舊是 焦距50 mm，只是因為感光元件變小，要拍至全片幅同樣的畫面，等校焦距會拉長變成50 mm x 1.6 = 80 mm
以製作端來講的話其實感光元件的大小通常不會是合成師需要擔心的，因為大部分的電影或影集都是以全片幅的大小進行拍攝，所以通常不會有裁切係數(crop factor)的問題
跟景深關係難分難捨
第一小段介紹了景深以及其定義，第二小段我們知道了攝影裡跟景深相關的有哪些零件以及功用
而這部分要看的是在實際應用上，這四個因素會怎麼影響景深
上圖第一欄表示光圈越大，光線經過聚合點的夾角角度越大，對焦的範圍越窄，景深越淺，畫面越明亮
上圖表示焦距越長，光線需要折射的角度越小，可以看到下圖中的下方長焦距的鏡頭在光線通過透鏡時因為折射率較小，在感光元件上形成的散景也越大，景深越淺
上圖表示對焦距離越近，光線的折射率越大，經過聚合點的夾角角度也就越大，造成在感光元件上的失焦越大(右圖圖解)
沒有詳細的光線路線圖解，但可以很直覺地從前面的圖解想像成像範圍越大，也就是感光元件越大的話，為了涵蓋全部成像範圍，光線經過聚合點的夾角角度越大，對焦的範圍越窄，景深越淺
得說這些不是非得要瞭解不可的東西，但是我待過的案子大部分的合成總監都有辦法判斷，不管是因為工作訓練出來的或是本身就有攝影基礎
舉例來說，他們可能看完上一個焦距100mm的鏡頭覺得背景景深的程度沒有問題，接著看下一個鏡頭焦距24mm的鏡頭發現景深程度不正確，除了能夠迅速的用焦距來判斷、加上本身素材可以用來參考的真實景深，也會把前一個可以的鏡頭拉出來比較
又或是在合成師們照著工具做出貼近真實的景深，但在他們的判斷下在這個橋段、故事情節、畫面結構下可以讓景深更淺來強化聚焦在人物身上、或是景深更深讓畫面構圖可以更廣等等
雖然說不是要鍛鍊到去分辨到底是光圈還是感光元件大小的問題，
但是增加對於景深的敏感度應該可以變成增進畫面美感的其中一個大