Perspektywa · pozycjaOgniskowa · kadrFormat · S35 / FF / 65Mit · obalony
Rozdział 5 / Kadr

Ogniskowa, format i mit kompresji perspektywy

Teleobiektyw niczego nie kompresuje. Perspektywę ustawiasz nogami — ogniskowa tylko kadruje to, co już zdecydowałeś, stając w tym, a nie innym miejscu.

TL;DR
Eksperyment · zrób go, zanim uwierzysz

Ta sama twarz, trzy obiektywy

Postaw kogoś przed sobą i zrób trzy zdjęcia: szerokim kątem, normalną i teleobiektywem — za każdym razem cofając się albo podchodząc tak, żeby głowa zajmowała dokładnie tyle samo kadru. Trzy zdjęcia będą wyglądać zupełnie inaczej. Na szerokim nos będzie duży, uszy schowane, tło rozległe i odległe. Na tele twarz spłaszczona, tło przybliżone i wielkie.

Naturalny wniosek: obiektywy inaczej odwzorowują przestrzeń. Wniosek naturalny i fałszywy.

Zrób ten sam eksperyment inaczej. Stań w jednym miejscu i zrób trzy zdjęcia bez ruszania się z miejsca, zmieniając wyłącznie ogniskową. Potem wykadruj szerokie zdjęcie do tego samego wycinka, co zdjęcie z tele. Dostaniesz ten sam obraz — gorszy jakościowo, bo powiększony z mniejszego kawałka matrycy, ale identyczny co do perspektywy. Nos będzie tak samo duży, tło tak samo daleko, wszystko na swoim miejscu.

Różnica w pierwszym eksperymencie nie brała się z obiektywu. Brała się stąd, że za każdym razem stałeś gdzie indziej.

To samo kadrowanie, różne ogniskowekamera musi się przesunąć
50 mm · 0,83 m
WIDOK Z GÓRY · oś pozioma to odległość 03 m6 m9 m postać tło · 5 m dalej kamera PODGLĄD KADRU postać Postać: stały rozmiar — o to zadbało kadrowanie. Tło: rośnie, bo kamera się cofnęła. Szkło nie „ścisnęło” niczego.
50 mm: kamera 0,83 m od postaci, tło w kadrze 2,4 razy większe niż przy 18 mm.
Dowód · jedna linijka arytmetyki

Dlaczego perspektywa zależy wyłącznie od pozycji

Perspektywa, w sensie, w jakim widzi ją kamera, to stosunek rozmiarów kątowych obiektów w scenie. Jeśli bliski słup wydaje się dwa razy wyższy od dalekiego, to na obrazie wyjdzie dwa razy wyższy — niezależnie od tego, jakim szkłem to sfotografujesz.

Rozmiar kątowy obiektu o wysokości h stojącego w odległości d to w przybliżeniu h/d. Stosunek dla dwóch obiektów:

stosunek = (h₁ / d₁) / (h₂ / d₂) h₁, h₂ — rzeczywiste wysokości obiektów. d₁, d₂ — ich odległości od kamery. Zauważ, czego w tym wzorze nie ma: ogniskowej.

I to jest cały dowód. We wzorze na perspektywę nie występuje ogniskowa, bo ogniskowa nie ma tam czego robić. Wchodzi dopiero na następnym etapie — kiedy zamieniamy kąty na milimetry na matrycy — i mnoży wszystkie rozmiary przez tę samą liczbę. Mnożenie wszystkiego przez tę samą liczbę nie zmienia proporcji.

Stąd wniosek praktyczny, wart zapamiętania w tej postaci: ogniskowa jest suwakiem powiększenia, a nogi są suwakiem perspektywy. Kiedy szukasz konkretnego wyglądu przestrzeni, ustawiasz go krokiem do przodu albo do tyłu; ogniskową dobierasz potem, żeby wykadrować.

Ile naprawdę robi zmiana pozycji

postać wysokość 1,7 m

budynek za nią wysokość 12 m, 30 m za postacią

kamera 1 m od postaci postać 1,7/1 = 1,70 · budynek 12/31 = 0,387 → postać 4,4× większa

kamera 6 m od postaci postać 1,7/6 = 0,283 · budynek 12/36 = 0,333 → budynek 1,2× większy

Ten sam budynek i ta sama postać, a proporcja odwróciła się o czynnik pięć. Żadnej ogniskowej w tym rachunku nie było — zmieniło się wyłącznie pięć metrów pozycji kamery.

Ta sama scena, dwie pozycjeproporcja odwraca się o czynnik pięć
KAMERA 1 m OD POSTACI KAMERA 6 m OD POSTACI 1,7 m 12 m widok z góry, 31 m do budynku kadr postać 4,4× większa 1,7 m 12 m widok z góry, 36 m do budynku kadr budynek 1,2× większy
Kadry po prawej i po lewej mogą mieć tę samą ogniskową albo różne — to bez znaczenia. Decyduje pięć metrów pozycji.
Rehabilitacja · „look” jednak istnieje

Skoro to nieprawda, dlaczego 85 mm wygląda inaczej niż 24 mm

Byłoby nieuczciwe zostawić sprawę na „to mit i tyle”, bo różnica, którą widzisz w kadrze, jest jak najbardziej realna. Rzecz w tym, skąd się bierze.

Ogniskowa i odległość są ze sobą sprzężone przez kadrowanie. Kiedy mówisz „kręcę tę scenę osiemdziesiątką piątką”, mówisz w praktyce „stanę tam, skąd osiemdziesiątka piątka daje ten kadr” — a to jest konkretna, wyliczalna odległość. Wybór szkła jest więc w codziennej pracy proxy dla wyboru odległości, i dlatego rozmowa o „charakterze ogniskowej” ma sens praktyczny, mimo że jest fizycznie nieścisła.

Wynikają z tego dwie rzeczy, które warto rozdzielić w głowie:

Ta druga sytuacja jest w produkcji częstsza, niż się wydaje, i jest głównym powodem, dla którego szerokie kąty mają opinię „zniekształcających”. Nie zniekształcają — po prostu używa się ich tam, gdzie trzeba stanąć blisko.

Portret i domniemane zniekształcenie twarzy

Najczęstszy przykład tego nieporozumienia to portret. Twarz sfotografowana z pół metra ma powiększony nos i cofnięte uszy; ta sama twarz z trzech metrów wygląda naturalnie. Przypisuje się to obiektywowi — i stąd przekonanie, że „do portretu potrzeba 85 mm”.

Przyczyna jest wyłącznie w odległości. Nos jest bliżej kamery niż uszy o jakieś dziesięć centymetrów. Z pół metra to dwadzieścia procent całego dystansu, więc nos rośnie o jedną piątą względem uszu. Z trzech metrów te same dziesięć centymetrów to trzy procent i różnica znika.

Nos kontra uszyróżnica 10 cm w głębi twarzy
Nos jest bliżej kamery niż uszy o około 10 cm. Ile to znaczy, zależy wyłącznie od tego, ile wynosi cały dystans. 0,5 m +22% 1,0 m +10% 2,0 m +5% 3,0 m +3%
Cztery kadry o identycznym kadrowaniu głowy. Zmienia się wyłącznie dystans — i wraz z nim proporcja twarzy.

Zwróć uwagę, że różnica między dwoma i trzema metrami jest już praktycznie niewidoczna. Krzywa spłaszcza się szybko, i to jest powód, dla którego „obiektyw portretowy” ma dość szeroki zakres akceptowalnych ogniskowych — od 85 do 135 mm na pełnej klatce wszystko wygląda podobnie, bo wszystkie te dystanse leżą już na płaskiej części krzywej. Poniżej metra natomiast każde dziesięć centymetrów robi widoczną różnicę, i to jest jedyny obszar, w którym wybór ogniskowej naprawdę decyduje o rysach twarzy.

„Obiektyw portretowy” nie ma więc żadnej magii w szkle. Ma po prostu taką ogniskową, że przy typowym kadrze popiersia wypada stanąć w odległości, przy której twarz wygląda tak, jak przywykliśmy ją widzieć w rozmowie — czyli z około dwóch metrów. Na Super 35 tę samą rolę pełni pięćdziesiątka, a na telefonie z maleńką matrycą — obiektyw o ogniskowej sześciu milimetrów.

Drugie zniekształcenie · to, które naprawdę jest w optyce

Rozciągnięte głowy w rogach kadru

Jest jednak zniekształcenie szerokiego kąta, którego nie da się zrzucić na odległość — i warto je oddzielić od poprzedniego, bo mylenie ich prowadzi na manowce. Chodzi o twarze i kule, które w rogach szerokiego kadru wyglądają na rozciągnięte, jakby ktoś je pociągnął w stronę narożnika.

To nie jest wada obiektywu. To cena odwzorowania płaskiego, zwanego rektilinearnym — jedynego, w którym proste linie sceny zostają proste na obrazie. Ceną za tę prostoliniowość jest to, że skala rośnie w miarę oddalania się od środka kadru.

Mechanizm w jednym zdaniu: obraz powstaje na płaskiej matrycy, a promienie biegnące do jej rogów są dłuższe niż te biegnące do środka. Rzut na płaszczyznę rozciąga więc wszystko, co leży poza osią, o czynnik zależny od kąta:

rozciągnięcie = 1 / cos3 θ θ — kąt między osią optyczną a kierunkiem na dany punkt kadru. Rozciągnięcie liczone dla obiektu trójwymiarowego, np. głowy; dla płaskiej powierzchni prostopadłej do osi wykładnik wynosi 2. Wartość 1 oznacza brak rozciągnięcia.
Rzut rektilinearnyskala rośnie ku rogom kadru
SZEROKI KĄT · 100° W POZIOMIE oś 1,00× 1,05× 1,29× 1,74× Każda z tych kul jest w scenie identyczna. Rozciągnięcie jest właściwością rzutu, nie szkła — ten sam efekt daje idealny obiektyw i renderer bez żadnej wady.
Prostoliniowość i stała skala wykluczają się wzajemnie. Odwzorowanie płaskie wybiera prostoliniowość.

Kluczowa obserwacja dla artysty CG: renderer robi dokładnie to samo. Standardowa kamera perspektywiczna w Arnoldzie, Cyclesie czy Karmie jest odwzorowaniem rektilinearnym, więc przy szerokim polu widzenia rozciąga rogi identycznie jak prawdziwy obiektyw. Nie jest to błąd do naprawienia — to jest zgodność.

Ma to dwie praktyczne konsekwencje. Po pierwsze, rozciągnięcia rogów nie należy mylić z dystorsją: dystorsja wygina proste linie, a rzut rektilinearny je zachowuje. To rozróżnienie jest na tyle ważne, że dostaje własny rozdział — Rozdział 13. Po drugie, ratunkiem nie jest zmiana obiektywu, tylko zmiana odwzorowania: rzut cylindryczny albo sferyczny utrzymuje stałą skalę kosztem wygięcia prostych. Dlatego panoramy o dużym kącie robi się w odwzorowaniu cylindrycznym, a nie rektilinearnym.

Praktyczny wniosek dla planu jest zaś taki, że twarze aktorów trzyma się z dala od rogów kadru przy szerokich ogniskowych — nie dlatego, że obiektyw jest słaby, tylko dlatego, że geometria rzutu nie zna litości i przy 100° pola widzenia głowa w rogu jest szersza o trzy czwarte.

W CG · najczęstszy błąd dopasowania

Kamera stoi w złym miejscu, nie ma złej ogniskowej

Kiedy render nie siada na plate, pierwszym odruchem jest kręcenie ogniskową, aż kadr zacznie pasować. Bywa, że pasuje — i wtedy jest najgorzej, bo problem został zamaskowany, a nie rozwiązany.

Powód jest wprost z tego rozdziału. Ogniskowa zmienia powiększenie, więc dopasowując ją, potrafisz trafić w rozmiar dowolnego pojedynczego elementu kadru. Ale jeśli kamera stoi w złym miejscu, proporcje między elementami są już przesądzone i żadna ogniskowa ich nie naprawi. Objaw jest charakterystyczny: pierwszy plan siada, tło jest za duże albo za małe, a każda próba poprawienia tła psuje pierwszy plan.

Kolejność diagnozy jest więc odwrotna do odruchu:

Ta sama zasada rządzi ustawianiem kamery przy previzie i przy planowaniu ujęcia. Jeśli reżyser mówi „chcę, żeby ten budynek dominował nad postacią”, to jest prośba o cofnięcie kamery, a nie o dłuższy obiektyw — choć dłuższy obiektyw i tak będzie potrzebny, żeby po cofnięciu wrócić do kadru.

Z praktyki

Rozpoznawanie odległości z kadru. Patrząc na gotowe ujęcie, nie pytaj „jaka ogniskowa”, tylko „jak daleko stała kamera”. Odpowiedź odczytasz z twarzy: widoczne uszy przy widocznym nosie i płaskie rysy oznaczają dystans powyżej dwóch metrów; wyeksponowany nos i schowane uszy — poniżej metra. To działa niezależnie od formatu i jest znacznie pewniejsze niż zgadywanie milimetrów.

Przy zmianie formatu w trakcie produkcji trzymaj odległości, nie ogniskowe. Jeśli scena była previzowana na pełnej klatce, a kręcona będzie na S35, przeliczenie ogniskowych zachowa kadr, ale to jest efekt uboczny — istotne jest, że pozycje kamery mają zostać nietknięte. Przepisanie samych ogniskowych bez zachowania pozycji da inne ujęcie przy zgodnych liczbach w metryce.

Uważaj na „digital zoom” w preview. Wycinanie i skalowanie kadru w compie jest optycznie tożsame ze zmianą ogniskowej przy nieruchomej kamerze — czyli nie zmienia perspektywy wcale. To dobra wiadomość, bo znaczy, że drobna korekta kadru w postprodukcji jest bezpieczna i niczego nie łamie. Kosztuje wyłącznie rozdzielczość.

Słowniczek
perspektywa
Wzajemne proporcje rozmiarów kątowych obiektów w scenie. Zależy wyłącznie od położenia punktu obserwacji — nie od optyki, którą się nią patrzy.
kompresja perspektywy
Potoczna nazwa wrażenia, że dalekie obiekty są duże względem bliskich. Powstaje przy dużej odległości kamery, nie przy długiej ogniskowej — te dwie rzeczy tylko zwykle chodzą w parze.
rozmiar kątowy
Kąt, pod jakim widać obiekt z danego miejsca. W przybliżeniu iloraz wysokości i odległości.
koło obrazu
Okrąg, w którym obiektyw daje użyteczny obraz. Matryca musi się w nim zmieścić; obiektyw do mniejszego formatu na większym korpusie da czarne rogi.
ekwiwalent ogniskowej
Ogniskowa, która na formacie odniesienia dałaby ten sam kadr. Dotyczy wyłącznie kadru — nie głębi ostrości, nie jasności i nie charakteru rysunku.
współczynnik kadrowania
Iloraz przekątnych dwóch formatów, używany do przeliczania ekwiwalentów. Dla S35 względem pełnej klatki wynosi około 1,5.
Idź głębiej
Dodatek AA — Formaty i ekwiwalencja Dodatek AC — Perspektywa w liczbach