浅谈电影技术
的发展史
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摘要
电影是由活动照相术和幻灯放映术结合发展起来的一种连续画面。是一门可以容纳悲喜剧与文学戏剧、摄影、绘画、音乐、舞蹈、文字、雕塑、建筑等多种艺术的综合艺术，但它又具有独自的艺术特征。电影在艺术表现力上不但具有其它各种艺术的特征，又因可以运用蒙太奇这种艺术性极强的电影组接技巧，具有超越其它一切艺术的表现手段，而且影片可以大量复制放映。电影已深入到人类社会生活的方方面面，是人们不可或缺的一员。电影的发展是建立在电影技术的发展技术之上而来的，在这过程中主要包括了摄影技术的发展、声音记录技术的发展等各个学科的最新成果。本文以编年体的方式，从电影技术奠基时代、电影技术快速发展时代和电影现代技术时代浅谈电影技术的发展史，旨在以科普的方式简要介绍电影技术的发展，并展现科学技术对于电影业发展的巨大推动力。
关键词： 电影技术 摄影术 声音记录技术 近现代科学技术革命
Abstract
A film, also called a movie or motion picture, is a series of still images which, when shown on a screen, creates the illusion of moving images due to phi phenomenon. This optical illusion causes us to perceive continuous motion between separate objects viewed rapidly in succession. A film is created by photographing actual scenes with a motion picture camera; by photographing drawings or miniature models using traditional animation techniques; by means of CGI and computer animation; or by a combination of some or all of these techniques and other visual effects. Contemporary definition of cinema is the art of simulating experiences, which communicate ideas, stories, perceptions, feelings, beauty or atmosphere by the means of recorded or programmed moving images along with other sensory stimulations. This paper will discuss the history of film technology from the era of film technology foundation to the era of rapid technological development and then the era of modern film technology chronologically in order to demonstrate the development of film technology in a popular way, and indicate the tremendous impetus of science have on it.
Keywords: Film Technology Photography Sound Recording Technique
Modern Science and Technology Revolution
目 录
前 言 ……………………………………………………………………………………3
第一章 Precursor Technology Epoch电影技术奠基时代
BC400s - AD1500s针孔成像原理的发现及暗箱针孔成像机的发明 ……………4 AD1700s - 1802 光感化学反应的发现与图像记录的初步尝试 …………………4 AD1825 光刻摄影法的诞生 ……………………………………………………………5 AD1833 达盖尔式摄影法的诞生 ………………………………………………………6 AD1835 卡罗式摄影法的诞生 …………………………………………………………6 AD1835 -1850 湿板火棉摄影法与定影胶体的探究 …………………………………8 AD1855 -1865 彩色摄影的实现 ………………………………………………………9
第二章 Rapid Development Epoch电影技术快速发展时代
AD1878 动图的实现与电影的诞生 ……………………………………………………11 AD1880 留声机的诞生与声音记录技术的发展 ……………………………………12 AD1888 电影摄影机的诞生 ……………………………………………………………13 AD1891活动电影摄影与放映机及35mm摄影胶片的诞生 ………………………14 AD1895卢米埃尔兄弟的电影放映机与现代电影业的诞生 ………………………15 AD1900 - 1915 彩色摄影技术的诞生 ………………………………………………16 AD1920s 电气录音技术萌芽有声电影时代指日可待 ……………………………17 AD1927 有声电影时代的到来 …………………………………………………………17
第三章 Modern Technology Epoch电影现代技术时代
AD1940s - 1960s 计算机技术的诞生与数字图像处理技术的发展 ……………19 AD1950s-1960s 3D电影的蓬勃发展 …………………………………………………20 AD1970s IMAX电影的蓬勃发展 ………………………………………………………21 AD1975 数码摄影技术的诞生 …………………………………………………………22 AD1970s - 1980s 计算机数字图像处理在电影技术中的应用 …………………23 AD1990s 至今 数字特效时代与最新电影技术 ……………………………………24 后 记 …………………………………………………………………………………27 参考文献 ………………………………………………………………………………28
前 言
电影技术的发展史是一个非常有意思的话题，选择这个主题来完成这篇论文的初衷主要是由于本人对于电影的极大兴趣，同时结合了自己的工程背景，想借此机会探究一下电影技术的发展历程。
但是随着相关资料的搜集与研读的深入，着实发现这个主题所涉及的内容太过于丰富了，涉及的学科包括物理学、化学、光学、机械工程、电气工程、材料科学、力学、声学、热学、生物学、医学、计算机科学、信息电子工程等等诸多学科，限于本人能力有限，很多电影发展过程中的里程碑式的发明我无法能够完全理解其原理，故本文中所涉及的诸多原理设计等我只是本着科普的性质做了简要的介绍。
于此同时，由于电影技术发展史相关的中文资料主要关注点大都是关于中国尤其是解放后中国大陆电影技术发展过程，而中国对于世界电影技术的贡献并不是很大，更多是从艺术表现形式上进行创新，因此本文的资料大都是以英文以及部分日文的参考资料为主，因此翻译工作的工作量还是比较大的，尤其是某些专业词汇的翻译可能并不是非常理想，但是只要是能找到相关对应的中文或日文词汇的我都仔细地进行了考证校对,部分实在无法翻译尤其是一些科学家和工程师的名字我都保留了英语或法语的原始拼写。由于未找到非常广泛承认的电影技术史的时代划分标准，本人根据所查到的相关史料以诞生时间及技术成熟程度将电影技术史分为电影技术奠基时代、电影技术快速发展时代、电影现代技术时代三个阶段。其主要标志分别对应化学影像时代、电影摄影制片放映的诞生时代以及计算机数字电影时代，详细内容将在文中具体介绍。
最后值得一提的是，由于无法将每一项重要的发明或发现进行很深入的阐述，本文以严格的时间为轴，配以丰富的图片资料从侧面进行反映展示，方便读者在无法完全清楚该发明或发现的具体原理是，有一个比较直观的印象。
第一章 Precursor Technology Epoch 电影技术奠基时代
BC400s to AD1500s针孔成像原理的发现及暗箱针孔成像机的发明
大约公元前四百年左右，我国的学者墨翟和
他的学生，做了世界上第一个小孔成倒像的实验，
解释了小孔成倒像的原因，指出了光的直线进行
的性质。这是对光直线传播的第一次科学解释。
《墨经》中有着这样的记载：景光之人照若射，
下者之人也高，高者之人也下。足蔽下光，故成
景于上，首蔽上光，故成景于下。在远近，有端
与于光，故景库内也。明代 《帝京景物略》提图1针孔成像原理示意图，摘自 1925年英国Science教科书
到北京天宁寺中的小孔成像，并且做了一些解释。原文是“塔倒影，在大士殿。日方中，合殿中门，如入门隙，塔全影倒现石上。昔人云：影从隙入，空中物则旁碍，碍则影束，影束则倒。”
在同一时期，希腊科学家Aristotle和Euclid of
Alexandria也都发现了针孔成像的原理，并制作了初步
的暗箱针孔成像机。公元十一世纪时，阿拉伯科学家阿
尔哈曾在其著作Book of Optical中，记录了两位古希腊
科学家关于针孔成像的原理，并记录了其自行实验的一
些结果。在十六世纪时，拜占庭科学家Anthemius of
Tralles制作了比较成熟的暗箱针孔成像机。图2所示，
图2暗箱针孔成像机 暗箱针孔成像机最初被艺术家画家广泛地应用，主要是借
助这样一个仪器，实现将远景映射入暗箱，再通过镜面反射最终在一个较小的屏幕上投影，方便画家进行绘画创作，可以比较方便地进行临摹。1558年，意大利剧作家Giovanni Porta就曾对加以清楚的叙述。人们也发现，将墙壁上的小孔挖大，装上一个望远镜的镜头，便可以形成一个更明亮、更清楚的影像。这些作为暗室用的房子，主要是设在公共建筑里，或公园里，以供人们
观赏。有些至今仍然留存着。
AD1700s to 1802 光感化学反应的发现与图像记录的初步尝试
在13世纪时，德国科学家Albertus Magnus发现了AgNO3，在17世纪德国Georges Fabricius主教发现了AgCl。在1649年法国科学家Wilhelm Homberg提出了光感化学反应。在1727年，德国科学家James Schulze证明，将硝酸银与白粉混合成的白色溶液，置于玻璃瓶之中，面向阳光的一侧将会变黑。他指出，单是热不会产生这样的效果。随着这一系列光感化学反应的发现，以及近代科学革命中，法国化学家拉瓦锡对于化学科学革命的推动，在1800年英国
科学家Thomas Wedgwood首次尝试
通过化学的方式对图像进行记录。他将
不透明的树叶放在涂有硝酸银的皮革上，
在太阳下曝晒，皮革上未被覆盖部分即
逐渐变黑，而当取下树叶时，便留下白
色的影子 。这就是 “阳光图片”(Sun
picture)，但是他不能控制让白色的影子
不再见光变黑。Thomas Wedgwood于
1802年将其成果发布在英国皇家科学
院的期刊中，也因其通过化学的方式记图3 Wilhelm Homberg 图4 Thomas Wedgwood
录图像的开拓性设想，被誉为是摄影术的开拓者，也被誉为世界上“第一个摄影师”。
AD1825 光刻摄影法的诞生
法国科学家Nicephore Niepce试图把暗箱中的影像直接
记录在涂有化学药剂的石块或金属面上，并希望将这影像用
新发明的平版印刷术印刷出来。为了达到这个目的，他用一
种油溶的白沥青，涂在一块铅锡合金板上，经长时间曝光，
使沥青硬化。然后，将金属板置于薰衣草油中，把白沥青的
未硬化部分洗去。这样，影像的明亮部分成为白色，在黑色
金属板的衬托下，显现为影调与原物相似的正像。1826年，
尼埃普斯成功地将一块铅锡合金板置于一个暗箱中，从他房
子的顶楼工作室里，把窗外的景物记录了下来。曝光时间约
是8小时。这幅样子粗糙的影像，是用暗箱拍摄的第一幅永
图5 Nicephore Niepce 久性照片，至今仍存在。尼埃普斯的这个日光硬化摄影法，后来，经过改进，为印刷制版所采用，但由于光敏度过低，始终没有直接应用于摄影上。
图6 世界上第一张照片View from the Window at Le Gras现存于卢浮宫美术馆
AD1833 达盖尔式摄影法的诞生
法国人Louis Daguerre在1833年发明了达盖尔式摄影法。其
方法是将一块镀银的铜板彻底清洗,并抛光。把镀银的铜板置于一个
装有碘溶液的小箱子内,在室温下停留5-30分钟,至镀银的表面变为
金黄色为止(可在红灯下观察).这时,镀银的铜板已光敏化。在暗箱内
曝光5-12分钟。将已曝光的镀银铜板置于75℃的水银上方,面朝下,
进行“显影”。用海波溶液将留存的银盐洗去“定影”。最后用蒸馏水清
洗,并晾干。首先，因为达盖尔式摄影法只对蓝色或白色感光，其他
颜色大都表现为黑色。妇女必须避免穿红色或深绿色的衣服;男子穿
深灰色比穿黑色效果要好些。在1838年，Louis Daguerre在巴黎
图7 Louis Daguerre 拍摄了一张以街景为主题的照片，这张照片的清晰度已经得到了大大的提高，照片的曝光时间是大约10分钟左右，街上的马车行人是没有办法拍摄下来的，但是在街边擦靴子的一个人在这段时间站了足够静止，因此就成为了第一个被记录在照片中的人。1839年，Louis Daguerre同志与法国政府交涉，将此摄影方法作为礼物送给法国政府，换取了他以及他儿子享受终身高额津贴，Louis Daguerre同志也在发布这项发明不久后就退休享受生活。
图8 世界上第一张有人的照片Boulevard du Temple现存于法国巴黎现代美术馆
AD1835 卡罗式摄影法的诞生
在1835年，英国摄影家William Fox Talbot发明了卡罗式摄影法，相比较于同时期所发明的达盖尔式摄影法，卡罗式摄影法的最大优点在于Talbot发明了底片或称为负片，
通过这样的设计，
能够使得所获得的照片能够进行
反复复制，当然受于当时材料的
限制，初期只能够实现一张底片
复制20-30张效果较好的照片，
但是达盖尔摄影法却无法实现照
片复制的功能，甚至采用对照片
再进行翻拍的方式进行复制，效
果远不如卡罗式摄影法。与此同
图
9 William Fox Talbot 时卡罗式摄影法能够将摄影时间
缩短至近似于秒数量级的程度。卡罗式摄影法的方式主要是：
首先制作底片，用最高质量的写字纸，在红灯下蘸以稀硝酸银
溶液，接着蘸以碘化钾溶液，并擦干。在纸的一面，用毛刷涂图10 世界上第一张底片所翻拍出来的正片The Lacock Abbey
上一层硝酸银和酸性溶液，并将已光敏化的纸置于火前烘干。然后放入防光盒中，以供拍摄。 在暗箱中曝光1-3分钟。放在第二步所用的硝酸银和酸性溶液中进行显影，但必须加水一倍，使溶液的强度减弱一半。用硫代硫酸钠溶液进行定影，然后水洗及晾干。然后制作正片，用另一张纸浸于盐水中，并擦干。在红灯下，用刷子涂上一层氯化银溶液，并晾干。将负片覆盖于纸面上，用镜框压紧，放在阳光中曝晒，至纸面上形成深棕色的影像为止约20分钟。将像纸定影，水洗、并晾干。 William Fox Talbot最重要的工作，是出版了一本卡
罗式照片集。这是世界上第一本摄影画册，名为《自然的画笔》
(The Pencil of Nature)。整个画册共有24幅卡罗式的大幅像
片。自然的画笔“是于1844至1846年分6个部分出版及销售，
至今仍有少数留存。
卡罗式摄影法的优点：每张负片，可以无限量地印制成价
钱较低的像片。印出来的像片不是左右相反。负片可以修饰、
去掉脸上的皱纹、斑点等。比较便宜，并且便于旅游者使用。
印在纸上的像片，易于观看，便于邮寄，贴相册等。影调较暖，
适宜于表达气氛。但是其也有其缺点：影纹较粗，而且不均匀。
感光性能较低，需要曝光时间较长。制作时间也较长，负片要
冲洗、晾干，然后印片，再冲洗，再晾干。容易退色。器材供
应不广泛，受到专利的限制也较多。
在19世纪40年代，达盖尔式摄影法和卡罗式摄影法，仍在互相竞争，但在群众中享有声誉的，只有达盖尔式摄影法。人们认为，用一幅人像照片赠送亲友，要比小型画像更经济、更真实、更时髦。铁路的发明使运输成本降低了一半，而速度却提高了一倍。每个人都想去旅游，并希望
把遥远的地方拍成真实的照片。对于这种拍摄，达盖尔式摄影法是不方便的。因此，卡罗式摄影
图10 世界上第一本摄影画册 The Pencil of Nature 1845年出版
法就成为较好的选择对象，而为一些水平较高的业余摄影爱好者和专业摄影者所使用了。照片，像素描一样，可以用来制版或做成木刻，印在书刊杂志上。有些政府部门和医院，已开始使用达盖尔式摄影法作为记录的手段。照片肖像也已成为肖像画家的极好的参考资料。由于摄影既费钱，又困难，特别是达盖尔式摄影法，需要镀银的金属板，大部分人都不敢把摄影作为业余爱好。那是一种复杂的、需要一定技术的玩艺儿，只有具备一定化学知识的真正热心人，才能玩得起来的。
AD1835-1850 湿板火棉摄影法与定影胶体的探究
随着那是摄影技术的不成熟，摄影家与科学家追求的是这样的一种方法，它既具有达盖尔式摄影法清晰的影像和细致的影纹，又像卡罗式摄影法那样，能迅速而经济地在像纸上印制照片。这就需要一种较好的负片形式，就是说，要用透明的片基来代替纸基。在没有胶片的情况下，人们选择了玻璃。1839年，英国科学家John Herschel曾在这方面做过试验，他让氯化银溶液慢慢地沉积在玻璃板上。这样做既慢又不实际，冲洗液很容易将氯化银沉积层冲走。关键是要找到一种“胶合剂”，一种透明的粘性物质，它既可将感光化学药品附着于玻璃表面上，又使附着的药品经受得起冲洗液的化学作用。
开始时，蛋白似乎是最好的胶合剂。所以，法国科学家Niepce de Saint Victor曾于1847年
取得蛋白玻璃摄影法的专利权。英国植物学家、女摄影师Anna Atkins
发明了氰版摄影法，并将这种方法比较广泛地应用到了植物标本绘制
的过程中，节省了大量
的手工绘画需求。但能
混合于蛋中之中的感
光化学药品的分量是
极有限的。因此，蛋白
玻璃的感光速度实在
太慢了，不能用来拍摄
人像之类的照片。用蛋
图11
Anna Atkins 白涂于像纸上，效果较
佳，因为像纸不需要太图12 使用氰版摄影术拍摄的植物标本
高的感光速度。蛋白像纸的影像质量很好，不像塔尔博特的银盐像纸
那样易于退色，而且，还有一层很吸引人的光滑面。你也可以在蛋白
板上印制照片，供幻灯放映用。火棉胶是用硝化棉溶于乙醚和酒精而
成的粘性液体，干后即形成一层硬而透明的保护薄膜。1851年英国
雕塑家Frederick Scott Archer发明了湿板摄影术。其方法是：底片
方面将溶化有碘化钾的火棉胶粘液涂在一块洁净而光滑的玻璃板上。
要涂得均匀而平滑，需要有熟练的技术，特别是大块玻璃板。在红灯
下，将粘的玻璃板放入硝酸银溶液中浸泡数分钟。然后，取出滴净，
图13 Frederick Archer 立即置于一个防光暗盒内，以便装进摄影机，进行拍摄。在摄影机中
进行曝光。一般是30秒至2分钟。回到暗房，
焦酸显液立即倒在玻璃板上，至影像充分显影
时，用清水略为漂洗。将已显影的玻璃板置于
海波溶液中进行定影。接着水洗和晾干。最后，
涂以清漆。正片制作方面在暗房中，将一张涂
有蛋白和食盐的像纸，置于一盆硝酸银感光溶
液中，涂面朝下。然后，晾干，并尽早使用。
将像纸置于负片下，用印片框压紧，放在阳光
下曝晒，至形成紫黑色的影像为止。将已曝光图14 十九世纪后期湿板摄影移动摄影棚 爱尔兰
的像纸用清水漂洗片刻后，一般先用氯化金溶液将影像漂成棕黑色，然后置于海波中定影，接着水洗和晾干。湿板摄影法的优点和不足：底片影纹极清晰，可用蛋白像纸无限量地印制永久性的、能清晰地显示出真实景物的像片。价钱低廉。一幅达盖尔式照片的价钱，约相当于12幅蛋白像纸照片。Frederick Scott Archer从来没有对他的方法实行专利，所以，任何人都可以免费使用火棉胶摄影法。它的光敏度比卡罗式摄影法和蛋白玻璃摄影法都高。
AD1855-1865 彩色摄影的实现
在1855年，英国著名科学家James Clerk Maxwell指出，对一个
物体，可以用红、绿、兰三种颜色叠加的方法还原正常色彩。彩色摄
影技术的诞生初期正如最初的黑白摄影技术的诞生一样，需要非常长
时间的曝光时间，而且面临的最大问题时，当单色照片形成时，一旦
暴露在白光之下其会迅
速褪色。麦克斯韦通过三
色分离原理，分别拍摄一
图15 James Maxwell 张通过RGB滤光器的黑
白照片，再进行制作彩色
照片。在1858年，法国
科学家迪奥隆提出了一
套完整的彩色摄影方法。
但是当时没有能对红色
感光的材料。公元1858
年底，德国柏林工科大学图16 Hermann Vogel所实验的彩色照片
Hermann Vogel将火棉胶感光版，浸在苯铵液后，就能感受绿色光，
试验一发表，鼓动了科学家们，寻找其他色彩的感光增添剂。摄影软
图17 Hermann Vogel 片胶片，最早仅能感应蓝色光，再改善可感应紫色光，公元1860年，已可感应黄色光，到公元1861年，更进步可以感应到红色光。底片到此，已可以对红、橙、黄、绿、蓝、紫等色光有了“色感”，不过，照片的缤纷明丽程度，需要加予改善。
图18 同样身为天文学家的Hermann Vogel于1865在纽约拍摄的彩色月球表面照片
这也是人类历史上第一张以外星球为主题的照片
第二章 Rapid Development Epoch 电影技术快速发展时代
AD1878 动图的实现与电影的诞生
早在1829年，比利时著名物理学家Joseph Prado发现：当一个物体在人的眼前消失后，该物体的形象还会在人的视网膜上滞留一段时间。这一发现，被称之为“视象暂留原理”。普拉多根据此原理于1832年发明了“诡盘”。“诡盘”能使被描画在锯齿形的硬纸盘上的画片因运动而活动起来，而且能使视觉上产生的活动画面分解为各种不同的形象。“诡盘”的出现，标志着电影的发明进入到了科学实验阶段。1834年，美国人Craig Horner的“活动视盘”试验成功。1853年，奥地利的Phoisefdud将军在上述的发明基础上，运用幻灯，放映了原始的动画片
直到1872年的一天，在美国加利
福尼亚州一个酒店里，美国参议院
Leland Stanford与好友发生了激烈的
争执：马奔跑时蹄子是否都着地？斯坦
福认为奔跑的马在跃起的瞬间四蹄是
腾空的；科恩却认为，马奔跑时始终有
一蹄着地。争执的结果谁也说服不了谁，
于是就采取了美国人惯用的方式打赌
来解决。他们请来一位驯马好手来做裁
图19 Edward Muybridge 决，然而，这位裁判员也难以断定谁是图20 Leland Stanford 谁非。这很正常，因为单凭人的眼睛确实难以看清快速奔跑的马蹄是如何运动的。
图21 著名的24连图The Horse in Motion
裁判的好友英国摄影师Eadweard Muybridge知道了这件事后，表示可由他来试一试。他在跑道的一边安置了24架照相机，排成一行，相机镜头都对准跑道。在跑道的另一边，他打了24个木桩，每根木桩上都系上一根细绳，这些细绳横穿跑道，分别系到对面每架照相机快门上。
一切准备就绪后，Muybridge牵来了一匹漂亮的骏马，让它从跑道一端飞奔到另一端。当跑马经过这一区域时，依次把24极引线绊断，24架照相机的快门也就依次被拉动而拍下了24张照片。Muybridge把这些照片按先后顺序剪接起来。每相邻的两张照片动作差别很小，它们组成了一条连贯的照片带。裁判根据这组照片，终于看出马在奔跑时，总有一蹄着地，不会四蹄腾空，从而判定科恩赢了。按理说，故事到此就应结束了，但这场打赌及其判定的奇特方法却引起了人们很大的兴趣。Muybridge一次又一次地向人们出示那条录有奔马形象的照片带。一次，有人无意识地快速牵动那条照片带，结果眼前出现了一幕奇异的景象：各张照片中那些静止的马叠成一匹运动的马，它竟然“活”起来了！
AD1880 留声机的诞生与声音记录技术的发展
在1857年，法国发明家Édouard
Léon Scott de Martinville发明了声波振记
器，并于1857年3月25日取得专利。斯
科特的声波振记器是最早的原始录音机，
是留声机的鼻祖。它能将声音转录到一种
可视媒介，但无法在录音后播放。刚开始
时，这台声波记振仪是将录音转到一块玻
璃板上。后来的一种版本用一张纸放在鼓
面或滚筒上。另一种版本将一条代表声波
的线拉到一卷纸上。这台声波记振仪是在
实验室研究声学时发明的。它被用来测定图22 Édouard Léon Scott de Martinville的声波振记器
一个音调的频率和研究声音及语言，直到发明留声机之后，人们它才得到普遍的了解，由声波记振仪记录下来的波形是一种只需一个重放装置来重现声音的声波记录。
1870年代，Thomas
Edison根据电话传话器里的
膜板随着说话声会引起震动
的现象，拿短针作了试验，从
中得到很大的启发。说话的快
慢高低能使短针产生相应的
不同颤动。那么，反过来，这
种颤动也一定能发出原先的
说话声音。于是，他开始研
图23 Thomas Alva Edison与其发明的留声机
究声音重发的问题。
1877
年8月15日，Thomas Edison让助手克瑞西按图样制出一台由大圆筒、曲柄、受话机和膜板组成的怪机器。Thomas Edison指着这台怪机器对助手说：
留声机的发明奠定了人类能够实现记录并播放声音，这为电影有声时代的带来奠定了基础。
AD1888 电影摄影机的诞生
1874年，法国的Louis Le
Prince发明了一种摄影机。他将
感光胶片卷绕在带齿的供片盘上，
在一个钟摆机构的控制下，供片
盘在圆形供片盒内做间歇供片运
动，同时钟摆机构带动快门旋转，
每当胶片停下时，快门开启曝光。
让桑将这种相机与一架望远镜相
接，能以每秒一张的速度拍下行
星运动的一组照片。Louis Le
图24 Louis Le Prince Prince将其命名为摄影枪，这就
图25 世界上第一台
电影摄影机 是现代电影摄影机的始祖。1882年，Louis Le Prince又发明了一种摄影机，用它可以拍摄飞鸟的连贯动作，由此诞生了摄影
技术。这种摄影装置形状像枪，在扳机处固定了一个像大弹仓一样的圆盒，前面装上口径很大的枪管，圆盒内装有表面涂有溴化银乳剂的玻璃感光盘。拍摄时，感光盘作间歇圆周运动，遮光器与感光盘同轴，且不停地转动，遮断和透过镜头摄入光束。整个机器由一根发条驱动。可以用1/100秒的曝光速度以每秒12张的频率摄影。Louis Le Prince于1888年又发明了一种新的摄影机，他用绕在轴上的感光纸带代替了固定感光盘，当感光纸带通过镜头的聚焦处时，两个抓色机构固定住感光纸带使其曝光。后来，Louis Le Prince又用感光胶片代替了感光纸带。Louis Le Prince的摄影机不断改进，最终可以在9厘米宽的胶片上以每秒60张的频率拍摄。
AD1891活动电影摄影与放映机及35mm摄影胶片的诞生
活动电影放映机是一种早期电影显示设备，器件
被放置在一个橱柜里，只能允许一个人通过小窗口观
看电影。活动电影放映机引入了电影放映的基本方法，
该方法于视频发明前被所有电影放映机采用。它通过
在一个光源前高速转动带有连续图片的电影胶片条，
从而产生活动的错觉。1888年美国发明家Thomas
Edison最早提出这个概念，后来他的员工William
Kennedy Dickson在1889年和1892年之间极大程度
地发展了这个技术。Dickson和他在爱迪生实验室的
团队也同时设计了活动电影摄影机，这是一个创新的图26 William Dickson与活动电影摄影机
电影摄影机，可以连续地拍摄图像。在内部试验拍摄电影后，商业的活动电影放映机最终诞生了。1894年4月，第一场历史性的商业电影放映在纽约举行，一共使用了10台活动电影放映机。作为美国电影文化诞生的机器，活动电影放映机在欧洲也引起了轰动。Edison放弃申请这个设备的
国际化专利的决定使它的影响力在全球进一步扩大，
出现了数量众多的仿制品，技术也得到了很大的提高。
1895年，Edison发明有声活动电影机，这是一个将
活动电影放映机和圆筒唱片留声机结合起来的设备。
而受到Edison藐视的电影放映机则很快取代了活动
电影放映机。在1891年， William Kennedy Dickson
向柯达公司创始人Geroge Eastman 订购了35mm
宽的赛璐珞硝酸胶片，并在Thomas Edison原始的
Kinetograph摄像机上运行时开始的。5年之后，35mm
胶片再次用于美国的
首次电影放映中，当
时是在纽约的Koster、
Bial用Vitascope放
图27 最早的活动电影放映机
最上面的观看孔只能供一个人观看 映机放映的一系列几分钟长的短片。自此之
后，在Edison的发起
下，将35mm的电影胶片制定称为一项行业标准，今天的电影放
映业依然是以35mm的胶片电影的发行和放映为核心运转的，这
是现代史上寿命最长的技术标准，超过了100年。
图28 William Dickson
AD1895卢米埃尔兄弟的电影放映机与现代电影业的诞生
Auguste Marie Louis Nicholas和 Louis Jean是法国的一对
兄弟，是电影和电影放映机的发明人。兄弟俩改造了美国发明家
爱迪生所创造的“西洋镜”，将其活动影像能够借由投影而放大，
让更多人能够同时观赏。当年Lumière brothers对电影的研制也
很感兴趣，希望攻克研制的难题，拿出真正的电影来。1894年末
的一天深夜，Louis在设计胶片传送的模拟图时忽然想到：用缝纫
机缝衣服时，衣料不正是做“一动一停”式的运动吗?当缝纫机针插
进布里时，衣料不动；当缝纫机针缝好一针向上收起时，衣料就
向前挪动一下，这不是跟胶片传送所要求的方式很相像吗?于是，
他兴奋地告诉哥哥Auguste，可以用类似缝纫机压脚那样的机械图29 Lumiè
re brothers
所产生的运动来拉动片带。当这个牵引机件再次上升的时
候，尖爪便在下端退出洞孔，而使胶片静止不动。经试验，
Louis的想法果然可行。后来Auguste在一篇文章中说：“我
的弟弟在一个夜晚就发明了活动电影机。”此外，他们兄弟
俩还利用许多科学家的研制成果，对原始的电影做了多项
改进。
1895年12月28日。巴黎的一些社会名流应Lumière
brothers的邀请，来到卡普辛大街14号大咖啡馆的地下
室观看电影。观众在黑暗中，看到了白布上的逼真画面。
一位记者这样报道：“一辆马车被飞跑着的马拉着迎面跑来，
我邻座的一位女客看到这一景象竟十分害怕，以致突然站
了起来。”这就是世界上第一部真正的电影，它意味着电影
图30 Lumière brothers
所设计的电影放映机 技术的成熟。后来，人们把这一天1895年12月28日定
为电影诞生日，Lumière brothers也被称为“现代电影之父”。
图31 世界上第一部电影短片 The Gate of the Factory 1895年在巴黎放映，被世人认为是电影诞生的标志
AD1900 to 1915 彩色摄影技术的诞生
1900年，法国的Edward Raymond Turner于采用模板机械印制法逐幅
画成彩色电影胶片。1903年，法国的莱昂·迪迪埃发明了一项与色染印
法有关的技术。1905年，法国的Bruno Bertone发明了一种透镜加色法，
它是将三基色红，绿，蓝混合相加得到彩色图像的方法。1909年，德
国的Deanm Fisher发现，利用某些化学物质的氧化和偶合作用可以生
成颜料。在此之后，Bella Gaspar发明了分解胶片颜色膜成像的彩色技
术。美国柯达公司及时地购买了这项技术专利，并推出彩色胶片。
自1896年开始，许多简单但是富创造性的彩色处理都应用过，但图32
Edward Turner 在1915年，HerbertT Kalmus建立了Technicolor公司，提供了独特的双色处理技术，结合红、绿两层颜色来模拟全色。这一技术首次应用于1922年电影The toll of the Sea，获得了250,000美元的收入——在当时是不可想象的。Technicolor既而开发了“三色染”，需要用特殊的摄影机分别在三卷影片上同步拍摄图像分别记录蓝、红、绿色之后再结一卷胶片上以得到更自然的颜色。
图33 世界上第一台彩色摄影机 图34 1909年左右拍摄的彩色照片
图35 在1911年世界上第一部彩色电影的诞生 The toll of the Seaside
AD1920s 电气录音技术萌芽有声电影时代指日可待
早在上世纪初，发明电话的贝尔就曾尝试把爱迪生留声机的锡箔圆筒改成蜡质，希望改善电话的声音质量。1919年，贝尔开始实验电气录音。不过，最早的录音作品是英国人Lionel Guest与H.O. Merriman制作的，，他们以电气方式录下伦敦西敏寺无名战士的葬礼仪式，后来英国哥伦比亚唱片公司还发行过唱片。1925年以前，商业录音仍旧以机械式为主，乐团或歌唱者对准大号筒演出，号筒把声音聚集起来推动一个云母做的振膜，振膜再驱动刻片针在厚厚的蜡质圆盘上刻出沟纹。由于声波的力量不足，因此大部分和声都无法收录进去。上世纪30年代的贝尔仍是很成功的大企业，所以他们有能力网罗一流人才。例如Harvey Fletcher（响度补偿曲线的提出者之一，对早期音响的低音表现影响很大）、Joseph P. Maxfield与Henry Harrison（两人共同发展电气录音）、Arthur C. Keller（他发明了MC唱头，以及第一套立体声音响系统）、Ira Rafuse（与发展出单轨45/45的立体声唱片）、Rice与Kellogg这些人，如果没有他们，立体声唱片的问世说不定要晚个十几年。1931年秋天，
贝尔在费城音乐学院的地下室建了一间
录音房，Keller与Ira Rafuse两人负责
录音，主要是乐团排演时的演出。Keller
后来回忆，他要求史托科夫斯基来一段
“声音大的”，他毫不犹豫就选了《罗马
狂欢节序曲》，十几分钟后，史托科夫斯
基汗流浃背，精疲力尽的问说：够大声
了吧？就这样Keller总共为费城管弦乐
团做了128次录音，所有的蜡盘都被送
回贝尔实验室做镀金处理。 图36 Bell 实验室实验电气录音技术
AD1927 有声电影时代的到来
1927年10月6日，纽约的观众在观看华纳兄弟公司出品的Jazz
Singer时，突然听到主角开口说了话：“等一下，等一下，你们还什
么也没听到呢。”这一句话，标志着一个新时代的来临。这部影片使歌舞喜剧演员乔尔森大享盛名。虽然是第一部有声片，但其中只有很少几段对白，却足以让当年的观众大吃一惊。这部影片使歌舞喜
剧演员乔尔森(Al Jolson)大享盛名，并彻底改变整个电影业的轨迹。
曾多次重拍，1980年版由尼尔·戴蒙和劳伦斯·奥利弗主演。电影图37 Warner Brothers Logo 史上之所以对《爵士歌王》给予高度评价，主要原因还是在于把它定位为“有声电影”，声音首次成了电影的一部分而不再像以前那样是剥离在外的。其实，《爵士歌王》能成为“有声电影”也是无心之举造成的，当时男主角乔尔森在唱完一首歌曲后，随口说
了两句台词:“等一会儿，等一会儿，我告诉你，你不会什么也听不到。”后期制作时，这两句台词被无意中保留下来，于是，影片就这样“误打误撞”地成了“有声电影”。1936年，卓别林出品了他的最后一部无声片《摩登时代》，标志着无声片的寿终正寝。
图
38-40 从左至右分别是第一部正式有声电影、第一部有声电影和最后一部无声电影的海报
Flowers and Trees由Walt Disney出品，1932年获得奥斯卡最佳动画短片奖，这也是奥斯卡历史上第一部最佳动画短片。本片被认为是世界上第一部彩色动画，而且是华特·迪士尼的第一部彩色动画。 作为奥斯卡历史上第一部最佳动画短片，很好的讲述了一个赞扬美好，抨击丑恶的小故事。借助动植物所表现的许多细节均处理得恰到好处，使人几乎感觉不出这部作品已经穿越了78年的光阴。
图41世界上第一部彩色动画Flowers and Trees 图42 Walt Disney
第三章 Modern Technology Epoch 电影现代技术时代
AD1940s to 1960s 计算机技术的诞生与数字图像处理技术的发展
1889年，美国科学家Herman Hollerith研制出以电力为基础的电动制表机，用以储存计算资料。
1930年，美国科学家范内瓦·布什造出世界上首台
模拟电子计算机。1946年2月14日，由美国军方
定制的世界上第一台电子计算机“电子数字积分计算
机”ENIAC Electronic Numerical And Calculator在
美国宾夕法尼亚大学问世了。ENIAC是美国奥伯丁
武器试验场为了满足计算弹道需要而研制成的，这台图43 ENIAC
计算器使用了17840支电子管，大小为80英尺×8英尺，重达28吨，功耗为170kW，其运算速度为每秒5000次的加法运算，造价约为487000美元。ENIAC的问世具有划时代的意义，表明电子计算机时代的到来。在以后60多年里，计算机技术以惊人的速度发展，没有任何一门技术的性能价格比能在30年内增长6个数量级。
数字图像处理最早出现于20世纪50年代，当时的电子计
算机已经发展到一定水平，人们开始利用计算机来处理图形和图
像信息。数字图像处理作为一门学科大约形成于20世纪60年
代初期。早期的图像处理的目的是改善图像的质量，它以人为对
象，以改善人的视觉效果为目的。图像处理中，输入的是质量低
的图像，输出的是改善质量后的图像，常用的图像处理方法有图像增强、复原、编码、压缩等。首次获得实际成功应用的是美国
喷气推进实验室JPL。他们对航天探测器徘徊者7号在1964年
图44 世界上第一台能够进行
数字图像处理的微型计算机
发回的几千张月球照片使用了图像处理技术，如几何校正、灰度变换、去除噪声等方法进行处理，并考虑了太阳位置和月球环境的影响，由计算机成功地绘制出月球表面地图，获得了巨大的成功。随后又对探测飞船发回的近十万张照片进行更为复杂的图像处理，以致获得了月球的地形图、彩色图及全景镶嵌图，获得了
非凡的成果，为人类登月创举奠定了坚实的基础，也推动了数字图像处理这门学科的诞生。在以后的宇航空间技术，如对火星、土星等星球的探测
研究中，数字图像处理技术都发挥了巨大的作用。数字图像处理取得的另一个巨大成就是在医学上
获得的成果。
图45 在1956年美国MIT的数字图像处理 基础实验室内的景象
AD1950s-1960s 3D电影的蓬勃发展
3D电影的第一次商演是1922年9月27日在洛杉矶大使
饭店戏院放映的《爱的力量》，该片由电影人哈利·费尔奥和摄像师罗伯特·艾尔德制作，采用了红绿立体电影模式，同样只有一名观众。哈利·费尔奥后来在纽约向院线经理们推销这部影片，但没人愿买，这部影片渐渐被人遗忘，直至现
在已经彻底遗失。
20年代末、30年代初，由于经济大萧条的原因，很多人
对3D电影产生了兴趣，就连法国的路易斯·卢米埃尔也把他
1895年的《火车进站》制作成了3D电影。1936年雅各布·莱图46 The power of love 海报
温赛尔和约翰·诺林为米高梅公司拍摄了短片Audioscopiks系列，当时每位入场的观众都被发了一幅红绿眼镜，然后银幕上告诉他们如何使用这些眼镜，接着一系列冲着镜头(观众)方向运动的物体出现了，效果在当时极其震撼，该片最后获得了当年奥斯卡最佳短片奖的提名。受此鼓舞，米高梅又在1941年拍摄了《第三维度的凶手》，把弗兰肯斯坦的故事放到了3D电影当中，这也
是当时为数不多的3D故事片之一。 同样在1936年，后来的宝丽来公司创始人埃德温·兰德发明了偏光膜技术，这种技术可以让光线振动方式发生改变。埃德温发明偏光膜的初衷是想用它来避免汽车
头灯过于刺眼，但这种技术后来却对3D电影的发
展起到了深远影响。整个40年代，由于二战的原
图47 早期的3D电影观看眼镜 因，人们没有对3D电影的研究和制作投入太大兴
趣，3D电影就这样蛰伏了起来，直到战后重新兴
起。 第二次世界大战之后，随着电视的发明和普及，电影业遭遇到了第一次严峻的挑战。为了生存和发展，电影业开始了一系列创新和探索，好莱坞大量拍摄宽银幕的史诗片，试图用大场面把观众从小电视前拉回来。在这股潮流中3D电
影也没有被人遗忘，1952年第一部彩色3D电影《博瓦纳的魔鬼》横空出世，大大提升了
3D电影的娱乐效果。从中看到商业前景的哥伦比亚和华纳公司在次年推出两部具有划时
代意义的3D电影：黑暗中的人和蜡像馆，这
两部影片都取得巨大的票房成功，尤其是后者
还首次采用了立体声，使得观众不仅在视觉上，
同时在听觉上实现了身临其境。这两部影片的
成功让好莱坞一夜之间醒悟，原来3D
电影也
图48 20世纪50年代3D电影观众
可以赚钱的，此后主流制片公司的3D商业电影如雨后春笋般冒了出来，迪士尼、环球、20世纪福克斯都加入了这股洪流，迪士尼还把这种电影带进了迪士尼乐园，展现了3D技术在娱乐业中的其他应用前景。不过随着3D影片产量的增多，影片质量开始良莠不齐起来，有些影片制作周期只有两个星期，其效果可想而知。再加上当时的技术仍有大量不足，对银幕、角度、放映都有着苛刻要求，因此只过了一两年，3D电影就成为了明日黄花。1965年随着《怪物复仇记》的下档，这个短暂的“3D黄金期”宣告结束。
AD1970s IMAX电影的蓬勃发展
历史上第一部IMAX电影在
1970年日本的富士展览馆（Fuji
Pavilion）上播放，第一套正式的
IMAX投影设备于1971年安装在
多伦多的安大略圆形剧场Ontario
Place’s Cinesphere。在1974年
美国华盛顿州世界博览会上，美国
馆展出了一块27.3x19.7米的巨
型IMAX银幕，观众向正前方观看
时，画面足以充满整个视界。其间
共有五百万人次观看，绝大部分观图49 普通胶片与IMAX胶片的差别
众认为它呈视了强烈的动感，甚至有少部分观众身上发生了类似晕船的现象。1973年，首个IMAX球形银幕出现在美国加里福尼亚州圣迭戈Balboa公园的Ruben H. Fleet 科技中心太空剧场。1986年在温哥华的加拿大展览馆Canada Pavilion，IMAX公司以The IMAX Experience技术第一次展示IMAX的3D电影效果。IMAX尽管影像质量优秀，而且问世的时间也较长，但是由于制作和放映IMAX的成本较高以及运输困难使得IMAX影片的播放时间比较短（一般为40分钟），
因此IMAX一直未能普及，大多为适合
于科技馆、天文馆等科普机构播放的纪
录片。IMAX是一种能够放映比传统胶片更大和更高解像度的电影放映系统。
整套系统包括以IMAX规格摄制的影片拷贝、放映机、音响系统、银幕等。
标准的IMAX银幕为22米宽、16米高，
但完全可以在更大的银幕播放，而且迄
今为止不断有更大的IMAX银幕出现。
图50 早期的IMAX影院与影片
AD1975 数码摄影技术的诞生
数码图像技术发展得更快，主
要归功于冷战期间的科技竞争。而这些技术也主要应用于军事领域，大多数的间谍卫星都使用数码图
像科技。早在20世纪60年代，
就开始了“CCD芯片”的研究与
开发，1969年，贝尔实验室的
George Smith和Willard Boyle将可视电话和半导体泡存储技术结
合，设计了可以数码相机沿半导体表面传导电荷的“电荷‘泡’器”图51 Steven Sasson数码摄影之父
（Charge “Bubble” Devices），率先发明了CCD器件的原型。当时发明CCD的目的是改进存储技术，元件本身也被当作单纯的存储器使用。随后人们认识到，CCD可以利用光电效应来拍摄并存储图象。1970年，贝尔实验室进行了相关实验。CCD阵列是由喷气推进实验室于1972年研制成功的，尺寸是100*100像元。商业CCD也在同一时期由 Fairchild公司推出。当时的CCD增益非常低，只有百分之零点几，比照相底片稍高。1975年，在美国纽约罗彻斯特的柯达实验室中，一个孩子与小狗的黑白图像被CCD传感器所获取，记录在盒式音频磁带上。这是世界上第一台数码相机获取的第一张数码照片，影像行业的发展就此改变。30年过去了，第一台数码相机背后的发明者来到中国，为我们回顾那段历史，也用他敏锐地洞察力展望数码影像的未来。赛尚（Steven Sasson)1973年硕士毕业后即加入柯达，成为一名应用电子研究中心的工程师。1974 年，他担负起发明“手持电子照相机”的重任。次年，第一台原型机在实验室中诞生，他也成为“数码相机之父”。这个项目的目的是不用胶片来拍摄影像，其原型产品只有1万像素，成像非常粗糙。谈到那段历史，赛尚还记忆犹新：“在当时，数码技术非常困难，CCD很难控制，A/D转换器也很难制造，数码存储介质难于获取，而且容量很小。当时没有PC，回放设备需要
量身定做。这些难点让我
们用了1年的时间才安
装完这台相机。” 数码相机对当时的柯达而言是一个很小的
项目，由于决定采用数码
方式，所以相机中没有太
多移动的机械，赛尚和两图52 早期富士公司所生产的数码相机
个技术工程师就完成了
这个项目。在选择可以移动的数码存储介质时，赛尚希望其存储量可以与35mm胶卷的拍摄数量差不多，所以最后采用了通用的卡式录音磁带，基本可以存储相当于一个胶卷的30张照片。“很多技术在当时是非常新鲜的，这台原型机的电路板可以打开，一边拍摄，一边调整。”赛尚仿佛又回到了实验室中。“当原型机第一次展示给投资者时，他们询问这种产品何时可以成为消费者品，我回答，大概是15～20年这种产品才会走进普通消费者家庭。”赛尚的判断相当数码相机准确，数码相机的发展是一条漫长的道路，在1970末到80年代初，柯达实验室产生了1千多项与数码相机有关的专利，奠定了数码相机的架构和发展基础，让数码相机一步步走向现实。1989年，柯达终于推出了第一台商品化的数码相机。
数码摄影技术的诞生标志着电影的影像技术开始了数字化革命，数字电影以势如破竹之势取代了传统的摄影技术，为电影技术带来了新的巨大的发展空间。
AD1970s to 1980s 计算机数字图像处理在电影技术中的应用
计算机生成图像（也称为CGI）是指把计算机图形，
或者更具体地说，把三维计算机图形应用于电影，电视
节目，广告中的特殊效果的技术。之所以把CGI用于视
觉特效，是因为比起基于实物实景的拍摄，如兴建微缩
模型以取得特殊镜头或者聘请群众演员制作人群场面等，
计算机生成效果的可控性更好，而且它可以自由实现想
象中的形象，这是其他任何科技不能比的，而且一个单
一的图形艺术家就可以完成以上这些内容而无需使用演
员，昂贵的场景或道具等。
第一部运用了CGI技术的电影是1973年科幻电影
《西部世界》，讲述的是一个机器人生活在人类中间的社
会，1976年在这部电影的续集《未来世界》中首次使用
了三维接线框形象，其中出现了一个电脑生成手和脸，
由当时的犹他大学研究生埃德温·卡特摩尔和弗雷
德·帕克创造的。第三部运用这种技术的是1977年的
《星球大战》。1979年《黑洞》（1979）采用了光栅线框模型渲染来描绘一个黑洞。同年发行的科幻恐怖电影《异形》也使用了光栅线框模型，来渲染导航显示器的形象，在这里一个飞船跟随一个灯塔来到了一个陌生的星球。
1978年，在纽约理工大学计算机图形学院实验室的研究生致力于一部本应是第一部完整长度的CGI电影，只可惜没有完成。《星际迷航II：可汗之怒》在1982年6月初次展映了一段CGI系列叫做“创世波”。1982年的《电子世界争霸战》和1984年的《最后的星际战斗机》是最早两部大量投资于三维CGI的电影，然而在商业上却很失败，导致许多导演对CGI敬而远之。
图53 电影West World海报
然而，在1993年的电影《侏罗纪公园》中，由CGI制作的恐龙被天衣无缝地融合进了实景拍摄场景中，为电影工业带来了一场革命，它标志着好莱坞从定格动画和传统光学效应向数字技术的转变。第二年，《阿甘正传》采用了CGI技术制作特殊效果。最值得注意的特效镜头是对演员加里·辛尼斯的腿的数字切除。其他特效镜头包括凝固汽油弹侵袭，快速移动的乒乓球，以及对汤姆•汉克斯的多处历史胶片切入场景等。
1993年，《巴比伦5号》成为第一部把CGI技术（而非手工模型）作为其视觉特效主要方法的电视系列节目。它也标志着虚拟场景第一次在电视上的应用。同年，《Insektors》成为第一部完整长度的完全电脑动画电视连续剧。
1995年，第一部完全电脑生
成的故事片——迪斯尼-皮克斯
制作的《玩具总动员》，取得了巨
大的商业成功。其它数字动画工
作室也如雨后春笋，纷纷投产，
如20世纪福克斯的蓝天工作室，
派拉蒙和华纳兄弟的DNA制作公
司，派拉蒙电影公司的Omation
工作室，哥伦比亚影业公司的索
图54 CGI技术生成的马匹 尼影视动画，迪斯尼电影公司、
狮门娱乐和20世纪福克斯公司的先锋动画，环球电影公司和FHE影业的大创意制作公司，华纳兄弟的动物逻辑以及梦工厂的太平洋数据公司。原有的动画制作公司，如华特迪士尼公司等，也开始了从传统动画向的CGI动画的转变。 1995年至2005年，一部广泛发行的故事片的平均特效预算从500万美元飙升至4000万美元。据一位公司的执行官讲，截至2005年，超过一半的故事片有相当重要的特效部分。然而，由CGI带来的效益却超出了其它现实手段的百分之二十，足以弥补由于CGI产生的开支。
AD1990s till now 数字特效时代与最新电影技术
随着计算机技术的飞速发展，电影工业迅速地走进了一个数字特效开创的新的创作天地。到1996年时美国的50%以上的影片用计算机技术制作画面。人类进入新世纪后，数字特效在电影中的应用更是不胜枚举。他已不仅仅是后期剪辑中的一个补充，而渗入到电影生产的方方面面，从剧本的创作、策划到前期的摄影、置景、道具，到后期的合成、剪辑，无处不发挥着他巨大的功力，让电影创作超出了人类有限的视点和运动轨迹。如今的ILM工业光魔已成为特效制作领域中规模最大、技术最先进的公司。来自ILM工业光魔的特效大师们，将电脑科学、软件创新与优雅的艺术完美、巧妙地结合在一起，带给观众一幅幅美轮美奂的画面。这些魔术师会把创新视觉
的元素注入到每部电影中，于是意想不到的视觉冲击波一次次地向我们袭来。由此，真正的大片
时代开始了。如今，更多的特效电影如《魔戒》、《加勒比海盗》、《黑客帝国》、《金刚》、《哈利波特》、《蜘蛛侠》、《钢铁侠》、《木乃伊》、《功夫熊猫》等等更是给了观众梦幻般的视觉感受，特效制作的技术比起卢卡斯时代也成熟许多，很多镜头甚至产生以假乱真的效果。计算机图形学的飞速发展给电影特效创作注入了活力，特效软件如今多不胜数，如三维动画软件Maya、3D Max、SoftImage、XSI、Zbrush、Mudbox、Blender，后期特效处理软件Flame、Smoke、Lustre、NUKE、5D Cyborg、Fusion等等。出色的电影特效制作公司也如雨后春笋般涌现出来，著名的有工业光魔、Weta Digital、Digital Domain、索尼数码梦工厂、SGI等等。
图55 电影《黑客帝国》中的数字特效镜头 图56电影《金刚》中的数字特效镜头
图57-58 电影《加勒比海盗》中数字特效的镜头
图59 电影《功夫熊猫》中数字特效的镜头 图60 电影《变形金刚》中数字特效的镜头
说到现今最新潮的电影技术不
得不提到4D电影，4D电影就是普通
的3D电影加上环境效果。4D影院的
设备构成较为复杂，除了3D放映设
备，还需要动感座椅及其他特效辅助
设备，影院内安装有下雪、下雨、闪
电、烟雾等特效设备，用来营造一种
与影片内容相一致的环境。4D影院
一般多建在游乐场，普通影院如要改
造成本很大。 观看4D电影时，观众
同样要带3D眼镜，随着影片内容的图61 小型4D电影院结构示意图
变化，观众可实时感受到下雨、振动、喷气、喷雾、拍腿等身边所发生与片中影像对应的事件，从而实现惊险刺激、身临其境的效果。在技术方面主要体现在：1、环幕立体技术：该系统采用平面、0°、240°圆形柱面屏幕，由多台电影放映机或投影机经过无缝拼接与变形矫正放映组成一个全景式画面。大尺度、具有立体视觉的形象能够一直运动到观众眼前，或横穿演示大厅，或环绕观众运动。2、现场声光电特技技术：该系统综合运用了多种现场特技技术：整个影院采用人工模拟的方式产生吹风、喷水、烟雾、闪电等多种特效，同时观众坐席采用了具有多种特技效果的4D特技座椅，可以让观众感受到震动、扰腿、坠落等特技，通过计算机的精确控制，达到了特技效果与影片内容的完美结合。3、动感技术：该系统采用动感旋转平台，以增强影片的感染力。4D特技座椅除了常规的安装于地面这种安装方式外，还可以安装在一个动感旋转平台上，该平台可以绕中心轴配合影片内容旋转，让观众的视线跟随着影片的精彩点。4、同步控制技术：采用同步控制器，利用计算机实时控制各种特技执行机构，使各项特技动作与影片的内容完美地结合在一起，增强影片的现场效果。5、数码电影技术：影片的制作充分利用了计算机强大的图形图像处理能力，将拍摄的实景与三维制作的模型相结合，能够制作各种用实拍无法得到出来的镜头，让编导可以充分发挥自己的
创造力，制作出多部精彩的影片。6、
多声道环绕音响技术：4D影院采用
计算机控制的数码多声道环绕立体
音响。但是我认为，我们不得不承
认，4D电影在电影发展的历史长河
中也只是比较有特色的一个阶段而
已，随着人类科学技术的不断发展，
还会有更加激动人心的未来电影技
术在等待着我们去体验！
图62 北京天文馆球幕4D影院
后 记
以上即为从两千五百年前墨翟的针孔成像到公元二十一世纪的阿凡达数字3D电影的漫长而又飞速地发展过程。本人竭尽可能地想全面地把每一项关于光、影、声相关发明发现与技术创造都收纳入本文之中，但是由于篇幅和本人精力有限，只能将最主要的里程碑式的发明创造进行简介，还有很多位电影业发展做出重要贡献的科学家、工程师和企业家未能够纳入到本文之中，值此也要向这些人致以最诚挚的敬意。
电影产业现如今已经成为世界各国文化产业中最重要的组成部分，同时也是世界经济结构中重要的一个环节，以美国为例2011年电影产业的收入占美国GDP的18%。由于本文是以时间为轴对电影技术的发展进行整理，将各项成果与发明在时间轴上进行累积，可以得到如下表格：
结合科技史的发展历程，十六世纪开始近代科学革命开启了科学技术的新篇章，十八世纪末近代化学革命也拉开了序幕，伴随着化学革命的开始，电影技术也正是开始了其飞跃式的发展，短短两百年间就实现了从玩具暗箱针孔成像机到数字特效IMAX电影技术的发展，至此不禁感叹科学技术对于人类社会的贡献之巨大，对于推动社会和人类生活变革的能量之巨大！不过我坚信，现今大家所津津乐道的新潮电影技术也只不过是历史长河中的一颗明星，未来还会有更加激动人心的技术诞生，让我们拭目以待！
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摘要
电影是由活动照相术和幻灯放映术结合发展起来的一种连续画面。是一门可以容纳悲喜剧与文学戏剧、摄影、绘画、音乐、舞蹈、文字、雕塑、建筑等多种艺术的综合艺术，但它又具有独自的艺术特征。电影在艺术表现力上不但具有其它各种艺术的特征，又因可以运用蒙太奇这种艺术性极强的电影组接技巧，具有超越其它一切艺术的表现手段，而且影片可以大量复制放映。电影已深入到人类社会生活的方方面面，是人们不可或缺的一员。电影的发展是建立在电影技术的发展技术之上而来的，在这过程中主要包括了摄影技术的发展、声音记录技术的发展等各个学科的最新成果。本文以编年体的方式，从电影技术奠基时代、电影技术快速发展时代和电影现代技术时代浅谈电影技术的发展史，旨在以科普的方式简要介绍电影技术的发展，并展现科学技术对于电影业发展的巨大推动力。
关键词： 电影技术 摄影术 声音记录技术 近现代科学技术革命
Abstract
A film, also called a movie or motion picture, is a series of still images which, when shown on a screen, creates the illusion of moving images due to phi phenomenon. This optical illusion causes us to perceive continuous motion between separate objects viewed rapidly in succession. A film is created by photographing actual scenes with a motion picture camera; by photographing drawings or miniature models using traditional animation techniques; by means of CGI and computer animation; or by a combination of some or all of these techniques and other visual effects. Contemporary definition of cinema is the art of simulating experiences, which communicate ideas, stories, perceptions, feelings, beauty or atmosphere by the means of recorded or programmed moving images along with other sensory stimulations. This paper will discuss the history of film technology from the era of film technology foundation to the era of rapid technological development and then the era of modern film technology chronologically in order to demonstrate the development of film technology in a popular way, and indicate the tremendous impetus of science have on it.
Keywords: Film Technology Photography Sound Recording Technique
Modern Science and Technology Revolution
目 录
前 言 ……………………………………………………………………………………3
第一章 Precursor Technology Epoch电影技术奠基时代
BC400s - AD1500s针孔成像原理的发现及暗箱针孔成像机的发明 ……………4 AD1700s - 1802 光感化学反应的发现与图像记录的初步尝试 …………………4 AD1825 光刻摄影法的诞生 ……………………………………………………………5 AD1833 达盖尔式摄影法的诞生 ………………………………………………………6 AD1835 卡罗式摄影法的诞生 …………………………………………………………6 AD1835 -1850 湿板火棉摄影法与定影胶体的探究 …………………………………8 AD1855 -1865 彩色摄影的实现 ………………………………………………………9
第二章 Rapid Development Epoch电影技术快速发展时代
AD1878 动图的实现与电影的诞生 ……………………………………………………11 AD1880 留声机的诞生与声音记录技术的发展 ……………………………………12 AD1888 电影摄影机的诞生 ……………………………………………………………13 AD1891活动电影摄影与放映机及35mm摄影胶片的诞生 ………………………14 AD1895卢米埃尔兄弟的电影放映机与现代电影业的诞生 ………………………15 AD1900 - 1915 彩色摄影技术的诞生 ………………………………………………16 AD1920s 电气录音技术萌芽有声电影时代指日可待 ……………………………17 AD1927 有声电影时代的到来 …………………………………………………………17
第三章 Modern Technology Epoch电影现代技术时代
AD1940s - 1960s 计算机技术的诞生与数字图像处理技术的发展 ……………19 AD1950s-1960s 3D电影的蓬勃发展 …………………………………………………20 AD1970s IMAX电影的蓬勃发展 ………………………………………………………21 AD1975 数码摄影技术的诞生 …………………………………………………………22 AD1970s - 1980s 计算机数字图像处理在电影技术中的应用 …………………23 AD1990s 至今 数字特效时代与最新电影技术 ……………………………………24 后 记 …………………………………………………………………………………27 参考文献 ………………………………………………………………………………28
前 言
电影技术的发展史是一个非常有意思的话题，选择这个主题来完成这篇论文的初衷主要是由于本人对于电影的极大兴趣，同时结合了自己的工程背景，想借此机会探究一下电影技术的发展历程。
但是随着相关资料的搜集与研读的深入，着实发现这个主题所涉及的内容太过于丰富了，涉及的学科包括物理学、化学、光学、机械工程、电气工程、材料科学、力学、声学、热学、生物学、医学、计算机科学、信息电子工程等等诸多学科，限于本人能力有限，很多电影发展过程中的里程碑式的发明我无法能够完全理解其原理，故本文中所涉及的诸多原理设计等我只是本着科普的性质做了简要的介绍。
于此同时，由于电影技术发展史相关的中文资料主要关注点大都是关于中国尤其是解放后中国大陆电影技术发展过程，而中国对于世界电影技术的贡献并不是很大，更多是从艺术表现形式上进行创新，因此本文的资料大都是以英文以及部分日文的参考资料为主，因此翻译工作的工作量还是比较大的，尤其是某些专业词汇的翻译可能并不是非常理想，但是只要是能找到相关对应的中文或日文词汇的我都仔细地进行了考证校对,部分实在无法翻译尤其是一些科学家和工程师的名字我都保留了英语或法语的原始拼写。由于未找到非常广泛承认的电影技术史的时代划分标准，本人根据所查到的相关史料以诞生时间及技术成熟程度将电影技术史分为电影技术奠基时代、电影技术快速发展时代、电影现代技术时代三个阶段。其主要标志分别对应化学影像时代、电影摄影制片放映的诞生时代以及计算机数字电影时代，详细内容将在文中具体介绍。
最后值得一提的是，由于无法将每一项重要的发明或发现进行很深入的阐述，本文以严格的时间为轴，配以丰富的图片资料从侧面进行反映展示，方便读者在无法完全清楚该发明或发现的具体原理是，有一个比较直观的印象。
第一章 Precursor Technology Epoch 电影技术奠基时代
BC400s to AD1500s针孔成像原理的发现及暗箱针孔成像机的发明
大约公元前四百年左右，我国的学者墨翟和
他的学生，做了世界上第一个小孔成倒像的实验，
解释了小孔成倒像的原因，指出了光的直线进行
的性质。这是对光直线传播的第一次科学解释。
《墨经》中有着这样的记载：景光之人照若射，
下者之人也高，高者之人也下。足蔽下光，故成
景于上，首蔽上光，故成景于下。在远近，有端
与于光，故景库内也。明代 《帝京景物略》提图1针孔成像原理示意图，摘自 1925年英国Science教科书
到北京天宁寺中的小孔成像，并且做了一些解释。原文是“塔倒影，在大士殿。日方中，合殿中门，如入门隙，塔全影倒现石上。昔人云：影从隙入，空中物则旁碍，碍则影束，影束则倒。”
在同一时期，希腊科学家Aristotle和Euclid of
Alexandria也都发现了针孔成像的原理，并制作了初步
的暗箱针孔成像机。公元十一世纪时，阿拉伯科学家阿
尔哈曾在其著作Book of Optical中，记录了两位古希腊
科学家关于针孔成像的原理，并记录了其自行实验的一
些结果。在十六世纪时，拜占庭科学家Anthemius of
Tralles制作了比较成熟的暗箱针孔成像机。图2所示，
图2暗箱针孔成像机 暗箱针孔成像机最初被艺术家画家广泛地应用，主要是借
助这样一个仪器，实现将远景映射入暗箱，再通过镜面反射最终在一个较小的屏幕上投影，方便画家进行绘画创作，可以比较方便地进行临摹。1558年，意大利剧作家Giovanni Porta就曾对加以清楚的叙述。人们也发现，将墙壁上的小孔挖大，装上一个望远镜的镜头，便可以形成一个更明亮、更清楚的影像。这些作为暗室用的房子，主要是设在公共建筑里，或公园里，以供人们
观赏。有些至今仍然留存着。
AD1700s to 1802 光感化学反应的发现与图像记录的初步尝试
在13世纪时，德国科学家Albertus Magnus发现了AgNO3，在17世纪德国Georges Fabricius主教发现了AgCl。在1649年法国科学家Wilhelm Homberg提出了光感化学反应。在1727年，德国科学家James Schulze证明，将硝酸银与白粉混合成的白色溶液，置于玻璃瓶之中，面向阳光的一侧将会变黑。他指出，单是热不会产生这样的效果。随着这一系列光感化学反应的发现，以及近代科学革命中，法国化学家拉瓦锡对于化学科学革命的推动，在1800年英国
科学家Thomas Wedgwood首次尝试
通过化学的方式对图像进行记录。他将
不透明的树叶放在涂有硝酸银的皮革上，
在太阳下曝晒，皮革上未被覆盖部分即
逐渐变黑，而当取下树叶时，便留下白
色的影子 。这就是 “阳光图片”(Sun
picture)，但是他不能控制让白色的影子
不再见光变黑。Thomas Wedgwood于
1802年将其成果发布在英国皇家科学
院的期刊中，也因其通过化学的方式记图3 Wilhelm Homberg 图4 Thomas Wedgwood
录图像的开拓性设想，被誉为是摄影术的开拓者，也被誉为世界上“第一个摄影师”。
AD1825 光刻摄影法的诞生
法国科学家Nicephore Niepce试图把暗箱中的影像直接
记录在涂有化学药剂的石块或金属面上，并希望将这影像用
新发明的平版印刷术印刷出来。为了达到这个目的，他用一
种油溶的白沥青，涂在一块铅锡合金板上，经长时间曝光，
使沥青硬化。然后，将金属板置于薰衣草油中，把白沥青的
未硬化部分洗去。这样，影像的明亮部分成为白色，在黑色
金属板的衬托下，显现为影调与原物相似的正像。1826年，
尼埃普斯成功地将一块铅锡合金板置于一个暗箱中，从他房
子的顶楼工作室里，把窗外的景物记录了下来。曝光时间约
是8小时。这幅样子粗糙的影像，是用暗箱拍摄的第一幅永
图5 Nicephore Niepce 久性照片，至今仍存在。尼埃普斯的这个日光硬化摄影法，后来，经过改进，为印刷制版所采用，但由于光敏度过低，始终没有直接应用于摄影上。
图6 世界上第一张照片View from the Window at Le Gras现存于卢浮宫美术馆
AD1833 达盖尔式摄影法的诞生
法国人Louis Daguerre在1833年发明了达盖尔式摄影法。其
方法是将一块镀银的铜板彻底清洗,并抛光。把镀银的铜板置于一个
装有碘溶液的小箱子内,在室温下停留5-30分钟,至镀银的表面变为
金黄色为止(可在红灯下观察).这时,镀银的铜板已光敏化。在暗箱内
曝光5-12分钟。将已曝光的镀银铜板置于75℃的水银上方,面朝下,
进行“显影”。用海波溶液将留存的银盐洗去“定影”。最后用蒸馏水清
洗,并晾干。首先，因为达盖尔式摄影法只对蓝色或白色感光，其他
颜色大都表现为黑色。妇女必须避免穿红色或深绿色的衣服;男子穿
深灰色比穿黑色效果要好些。在1838年，Louis Daguerre在巴黎
图7 Louis Daguerre 拍摄了一张以街景为主题的照片，这张照片的清晰度已经得到了大大的提高，照片的曝光时间是大约10分钟左右，街上的马车行人是没有办法拍摄下来的，但是在街边擦靴子的一个人在这段时间站了足够静止，因此就成为了第一个被记录在照片中的人。1839年，Louis Daguerre同志与法国政府交涉，将此摄影方法作为礼物送给法国政府，换取了他以及他儿子享受终身高额津贴，Louis Daguerre同志也在发布这项发明不久后就退休享受生活。
图8 世界上第一张有人的照片Boulevard du Temple现存于法国巴黎现代美术馆
AD1835 卡罗式摄影法的诞生
在1835年，英国摄影家William Fox Talbot发明了卡罗式摄影法，相比较于同时期所发明的达盖尔式摄影法，卡罗式摄影法的最大优点在于Talbot发明了底片或称为负片，
通过这样的设计，
能够使得所获得的照片能够进行
反复复制，当然受于当时材料的
限制，初期只能够实现一张底片
复制20-30张效果较好的照片，
但是达盖尔摄影法却无法实现照
片复制的功能，甚至采用对照片
再进行翻拍的方式进行复制，效
果远不如卡罗式摄影法。与此同
图
9 William Fox Talbot 时卡罗式摄影法能够将摄影时间
缩短至近似于秒数量级的程度。卡罗式摄影法的方式主要是：
首先制作底片，用最高质量的写字纸，在红灯下蘸以稀硝酸银
溶液，接着蘸以碘化钾溶液，并擦干。在纸的一面，用毛刷涂图10 世界上第一张底片所翻拍出来的正片The Lacock Abbey
上一层硝酸银和酸性溶液，并将已光敏化的纸置于火前烘干。然后放入防光盒中，以供拍摄。 在暗箱中曝光1-3分钟。放在第二步所用的硝酸银和酸性溶液中进行显影，但必须加水一倍，使溶液的强度减弱一半。用硫代硫酸钠溶液进行定影，然后水洗及晾干。然后制作正片，用另一张纸浸于盐水中，并擦干。在红灯下，用刷子涂上一层氯化银溶液，并晾干。将负片覆盖于纸面上，用镜框压紧，放在阳光中曝晒，至纸面上形成深棕色的影像为止约20分钟。将像纸定影，水洗、并晾干。 William Fox Talbot最重要的工作，是出版了一本卡
罗式照片集。这是世界上第一本摄影画册，名为《自然的画笔》
(The Pencil of Nature)。整个画册共有24幅卡罗式的大幅像
片。自然的画笔“是于1844至1846年分6个部分出版及销售，
至今仍有少数留存。
卡罗式摄影法的优点：每张负片，可以无限量地印制成价
钱较低的像片。印出来的像片不是左右相反。负片可以修饰、
去掉脸上的皱纹、斑点等。比较便宜，并且便于旅游者使用。
印在纸上的像片，易于观看，便于邮寄，贴相册等。影调较暖，
适宜于表达气氛。但是其也有其缺点：影纹较粗，而且不均匀。
感光性能较低，需要曝光时间较长。制作时间也较长，负片要
冲洗、晾干，然后印片，再冲洗，再晾干。容易退色。器材供
应不广泛，受到专利的限制也较多。
在19世纪40年代，达盖尔式摄影法和卡罗式摄影法，仍在互相竞争，但在群众中享有声誉的，只有达盖尔式摄影法。人们认为，用一幅人像照片赠送亲友，要比小型画像更经济、更真实、更时髦。铁路的发明使运输成本降低了一半，而速度却提高了一倍。每个人都想去旅游，并希望
把遥远的地方拍成真实的照片。对于这种拍摄，达盖尔式摄影法是不方便的。因此，卡罗式摄影
图10 世界上第一本摄影画册 The Pencil of Nature 1845年出版
法就成为较好的选择对象，而为一些水平较高的业余摄影爱好者和专业摄影者所使用了。照片，像素描一样，可以用来制版或做成木刻，印在书刊杂志上。有些政府部门和医院，已开始使用达盖尔式摄影法作为记录的手段。照片肖像也已成为肖像画家的极好的参考资料。由于摄影既费钱，又困难，特别是达盖尔式摄影法，需要镀银的金属板，大部分人都不敢把摄影作为业余爱好。那是一种复杂的、需要一定技术的玩艺儿，只有具备一定化学知识的真正热心人，才能玩得起来的。
AD1835-1850 湿板火棉摄影法与定影胶体的探究
随着那是摄影技术的不成熟，摄影家与科学家追求的是这样的一种方法，它既具有达盖尔式摄影法清晰的影像和细致的影纹，又像卡罗式摄影法那样，能迅速而经济地在像纸上印制照片。这就需要一种较好的负片形式，就是说，要用透明的片基来代替纸基。在没有胶片的情况下，人们选择了玻璃。1839年，英国科学家John Herschel曾在这方面做过试验，他让氯化银溶液慢慢地沉积在玻璃板上。这样做既慢又不实际，冲洗液很容易将氯化银沉积层冲走。关键是要找到一种“胶合剂”，一种透明的粘性物质，它既可将感光化学药品附着于玻璃表面上，又使附着的药品经受得起冲洗液的化学作用。
开始时，蛋白似乎是最好的胶合剂。所以，法国科学家Niepce de Saint Victor曾于1847年
取得蛋白玻璃摄影法的专利权。英国植物学家、女摄影师Anna Atkins
发明了氰版摄影法，并将这种方法比较广泛地应用到了植物标本绘制
的过程中，节省了大量
的手工绘画需求。但能
混合于蛋中之中的感
光化学药品的分量是
极有限的。因此，蛋白
玻璃的感光速度实在
太慢了，不能用来拍摄
人像之类的照片。用蛋
图11
Anna Atkins 白涂于像纸上，效果较
佳，因为像纸不需要太图12 使用氰版摄影术拍摄的植物标本
高的感光速度。蛋白像纸的影像质量很好，不像塔尔博特的银盐像纸
那样易于退色，而且，还有一层很吸引人的光滑面。你也可以在蛋白
板上印制照片，供幻灯放映用。火棉胶是用硝化棉溶于乙醚和酒精而
成的粘性液体，干后即形成一层硬而透明的保护薄膜。1851年英国
雕塑家Frederick Scott Archer发明了湿板摄影术。其方法是：底片
方面将溶化有碘化钾的火棉胶粘液涂在一块洁净而光滑的玻璃板上。
要涂得均匀而平滑，需要有熟练的技术，特别是大块玻璃板。在红灯
下，将粘的玻璃板放入硝酸银溶液中浸泡数分钟。然后，取出滴净，
图13 Frederick Archer 立即置于一个防光暗盒内，以便装进摄影机，进行拍摄。在摄影机中
进行曝光。一般是30秒至2分钟。回到暗房，
焦酸显液立即倒在玻璃板上，至影像充分显影
时，用清水略为漂洗。将已显影的玻璃板置于
海波溶液中进行定影。接着水洗和晾干。最后，
涂以清漆。正片制作方面在暗房中，将一张涂
有蛋白和食盐的像纸，置于一盆硝酸银感光溶
液中，涂面朝下。然后，晾干，并尽早使用。
将像纸置于负片下，用印片框压紧，放在阳光
下曝晒，至形成紫黑色的影像为止。将已曝光图14 十九世纪后期湿板摄影移动摄影棚 爱尔兰
的像纸用清水漂洗片刻后，一般先用氯化金溶液将影像漂成棕黑色，然后置于海波中定影，接着水洗和晾干。湿板摄影法的优点和不足：底片影纹极清晰，可用蛋白像纸无限量地印制永久性的、能清晰地显示出真实景物的像片。价钱低廉。一幅达盖尔式照片的价钱，约相当于12幅蛋白像纸照片。Frederick Scott Archer从来没有对他的方法实行专利，所以，任何人都可以免费使用火棉胶摄影法。它的光敏度比卡罗式摄影法和蛋白玻璃摄影法都高。
AD1855-1865 彩色摄影的实现
在1855年，英国著名科学家James Clerk Maxwell指出，对一个
物体，可以用红、绿、兰三种颜色叠加的方法还原正常色彩。彩色摄
影技术的诞生初期正如最初的黑白摄影技术的诞生一样，需要非常长
时间的曝光时间，而且面临的最大问题时，当单色照片形成时，一旦
暴露在白光之下其会迅
速褪色。麦克斯韦通过三
色分离原理，分别拍摄一
图15 James Maxwell 张通过RGB滤光器的黑
白照片，再进行制作彩色
照片。在1858年，法国
科学家迪奥隆提出了一
套完整的彩色摄影方法。
但是当时没有能对红色
感光的材料。公元1858
年底，德国柏林工科大学图16 Hermann Vogel所实验的彩色照片
Hermann Vogel将火棉胶感光版，浸在苯铵液后，就能感受绿色光，
试验一发表，鼓动了科学家们，寻找其他色彩的感光增添剂。摄影软
图17 Hermann Vogel 片胶片，最早仅能感应蓝色光，再改善可感应紫色光，公元1860年，已可感应黄色光，到公元1861年，更进步可以感应到红色光。底片到此，已可以对红、橙、黄、绿、蓝、紫等色光有了“色感”，不过，照片的缤纷明丽程度，需要加予改善。
图18 同样身为天文学家的Hermann Vogel于1865在纽约拍摄的彩色月球表面照片
这也是人类历史上第一张以外星球为主题的照片
第二章 Rapid Development Epoch 电影技术快速发展时代
AD1878 动图的实现与电影的诞生
早在1829年，比利时著名物理学家Joseph Prado发现：当一个物体在人的眼前消失后，该物体的形象还会在人的视网膜上滞留一段时间。这一发现，被称之为“视象暂留原理”。普拉多根据此原理于1832年发明了“诡盘”。“诡盘”能使被描画在锯齿形的硬纸盘上的画片因运动而活动起来，而且能使视觉上产生的活动画面分解为各种不同的形象。“诡盘”的出现，标志着电影的发明进入到了科学实验阶段。1834年，美国人Craig Horner的“活动视盘”试验成功。1853年，奥地利的Phoisefdud将军在上述的发明基础上，运用幻灯，放映了原始的动画片
直到1872年的一天，在美国加利
福尼亚州一个酒店里，美国参议院
Leland Stanford与好友发生了激烈的
争执：马奔跑时蹄子是否都着地？斯坦
福认为奔跑的马在跃起的瞬间四蹄是
腾空的；科恩却认为，马奔跑时始终有
一蹄着地。争执的结果谁也说服不了谁，
于是就采取了美国人惯用的方式打赌
来解决。他们请来一位驯马好手来做裁
图19 Edward Muybridge 决，然而，这位裁判员也难以断定谁是图20 Leland Stanford 谁非。这很正常，因为单凭人的眼睛确实难以看清快速奔跑的马蹄是如何运动的。
图21 著名的24连图The Horse in Motion
裁判的好友英国摄影师Eadweard Muybridge知道了这件事后，表示可由他来试一试。他在跑道的一边安置了24架照相机，排成一行，相机镜头都对准跑道。在跑道的另一边，他打了24个木桩，每根木桩上都系上一根细绳，这些细绳横穿跑道，分别系到对面每架照相机快门上。
一切准备就绪后，Muybridge牵来了一匹漂亮的骏马，让它从跑道一端飞奔到另一端。当跑马经过这一区域时，依次把24极引线绊断，24架照相机的快门也就依次被拉动而拍下了24张照片。Muybridge把这些照片按先后顺序剪接起来。每相邻的两张照片动作差别很小，它们组成了一条连贯的照片带。裁判根据这组照片，终于看出马在奔跑时，总有一蹄着地，不会四蹄腾空，从而判定科恩赢了。按理说，故事到此就应结束了，但这场打赌及其判定的奇特方法却引起了人们很大的兴趣。Muybridge一次又一次地向人们出示那条录有奔马形象的照片带。一次，有人无意识地快速牵动那条照片带，结果眼前出现了一幕奇异的景象：各张照片中那些静止的马叠成一匹运动的马，它竟然“活”起来了！
AD1880 留声机的诞生与声音记录技术的发展
在1857年，法国发明家Édouard
Léon Scott de Martinville发明了声波振记
器，并于1857年3月25日取得专利。斯
科特的声波振记器是最早的原始录音机，
是留声机的鼻祖。它能将声音转录到一种
可视媒介，但无法在录音后播放。刚开始
时，这台声波记振仪是将录音转到一块玻
璃板上。后来的一种版本用一张纸放在鼓
面或滚筒上。另一种版本将一条代表声波
的线拉到一卷纸上。这台声波记振仪是在
实验室研究声学时发明的。它被用来测定图22 Édouard Léon Scott de Martinville的声波振记器
一个音调的频率和研究声音及语言，直到发明留声机之后，人们它才得到普遍的了解，由声波记振仪记录下来的波形是一种只需一个重放装置来重现声音的声波记录。
1870年代，Thomas
Edison根据电话传话器里的
膜板随着说话声会引起震动
的现象，拿短针作了试验，从
中得到很大的启发。说话的快
慢高低能使短针产生相应的
不同颤动。那么，反过来，这
种颤动也一定能发出原先的
说话声音。于是，他开始研
图23 Thomas Alva Edison与其发明的留声机
究声音重发的问题。
1877
年8月15日，Thomas Edison让助手克瑞西按图样制出一台由大圆筒、曲柄、受话机和膜板组成的怪机器。Thomas Edison指着这台怪机器对助手说：
留声机的发明奠定了人类能够实现记录并播放声音，这为电影有声时代的带来奠定了基础。
AD1888 电影摄影机的诞生
1874年，法国的Louis Le
Prince发明了一种摄影机。他将
感光胶片卷绕在带齿的供片盘上，
在一个钟摆机构的控制下，供片
盘在圆形供片盒内做间歇供片运
动，同时钟摆机构带动快门旋转，
每当胶片停下时，快门开启曝光。
让桑将这种相机与一架望远镜相
接，能以每秒一张的速度拍下行
星运动的一组照片。Louis Le
图24 Louis Le Prince Prince将其命名为摄影枪，这就
图25 世界上第一台
电影摄影机 是现代电影摄影机的始祖。1882年，Louis Le Prince又发明了一种摄影机，用它可以拍摄飞鸟的连贯动作，由此诞生了摄影
技术。这种摄影装置形状像枪，在扳机处固定了一个像大弹仓一样的圆盒，前面装上口径很大的枪管，圆盒内装有表面涂有溴化银乳剂的玻璃感光盘。拍摄时，感光盘作间歇圆周运动，遮光器与感光盘同轴，且不停地转动，遮断和透过镜头摄入光束。整个机器由一根发条驱动。可以用1/100秒的曝光速度以每秒12张的频率摄影。Louis Le Prince于1888年又发明了一种新的摄影机，他用绕在轴上的感光纸带代替了固定感光盘，当感光纸带通过镜头的聚焦处时，两个抓色机构固定住感光纸带使其曝光。后来，Louis Le Prince又用感光胶片代替了感光纸带。Louis Le Prince的摄影机不断改进，最终可以在9厘米宽的胶片上以每秒60张的频率拍摄。
AD1891活动电影摄影与放映机及35mm摄影胶片的诞生
活动电影放映机是一种早期电影显示设备，器件
被放置在一个橱柜里，只能允许一个人通过小窗口观
看电影。活动电影放映机引入了电影放映的基本方法，
该方法于视频发明前被所有电影放映机采用。它通过
在一个光源前高速转动带有连续图片的电影胶片条，
从而产生活动的错觉。1888年美国发明家Thomas
Edison最早提出这个概念，后来他的员工William
Kennedy Dickson在1889年和1892年之间极大程度
地发展了这个技术。Dickson和他在爱迪生实验室的
团队也同时设计了活动电影摄影机，这是一个创新的图26 William Dickson与活动电影摄影机
电影摄影机，可以连续地拍摄图像。在内部试验拍摄电影后，商业的活动电影放映机最终诞生了。1894年4月，第一场历史性的商业电影放映在纽约举行，一共使用了10台活动电影放映机。作为美国电影文化诞生的机器，活动电影放映机在欧洲也引起了轰动。Edison放弃申请这个设备的
国际化专利的决定使它的影响力在全球进一步扩大，
出现了数量众多的仿制品，技术也得到了很大的提高。
1895年，Edison发明有声活动电影机，这是一个将
活动电影放映机和圆筒唱片留声机结合起来的设备。
而受到Edison藐视的电影放映机则很快取代了活动
电影放映机。在1891年， William Kennedy Dickson
向柯达公司创始人Geroge Eastman 订购了35mm
宽的赛璐珞硝酸胶片，并在Thomas Edison原始的
Kinetograph摄像机上运行时开始的。5年之后，35mm
胶片再次用于美国的
首次电影放映中，当
时是在纽约的Koster、
Bial用Vitascope放
图27 最早的活动电影放映机
最上面的观看孔只能供一个人观看 映机放映的一系列几分钟长的短片。自此之
后，在Edison的发起
下，将35mm的电影胶片制定称为一项行业标准，今天的电影放
映业依然是以35mm的胶片电影的发行和放映为核心运转的，这
是现代史上寿命最长的技术标准，超过了100年。
图28 William Dickson
AD1895卢米埃尔兄弟的电影放映机与现代电影业的诞生
Auguste Marie Louis Nicholas和 Louis Jean是法国的一对
兄弟，是电影和电影放映机的发明人。兄弟俩改造了美国发明家
爱迪生所创造的“西洋镜”，将其活动影像能够借由投影而放大，
让更多人能够同时观赏。当年Lumière brothers对电影的研制也
很感兴趣，希望攻克研制的难题，拿出真正的电影来。1894年末
的一天深夜，Louis在设计胶片传送的模拟图时忽然想到：用缝纫
机缝衣服时，衣料不正是做“一动一停”式的运动吗?当缝纫机针插
进布里时，衣料不动；当缝纫机针缝好一针向上收起时，衣料就
向前挪动一下，这不是跟胶片传送所要求的方式很相像吗?于是，
他兴奋地告诉哥哥Auguste，可以用类似缝纫机压脚那样的机械图29 Lumiè
re brothers
所产生的运动来拉动片带。当这个牵引机件再次上升的时
候，尖爪便在下端退出洞孔，而使胶片静止不动。经试验，
Louis的想法果然可行。后来Auguste在一篇文章中说：“我
的弟弟在一个夜晚就发明了活动电影机。”此外，他们兄弟
俩还利用许多科学家的研制成果，对原始的电影做了多项
改进。
1895年12月28日。巴黎的一些社会名流应Lumière
brothers的邀请，来到卡普辛大街14号大咖啡馆的地下
室观看电影。观众在黑暗中，看到了白布上的逼真画面。
一位记者这样报道：“一辆马车被飞跑着的马拉着迎面跑来，
我邻座的一位女客看到这一景象竟十分害怕，以致突然站
了起来。”这就是世界上第一部真正的电影，它意味着电影
图30 Lumière brothers
所设计的电影放映机 技术的成熟。后来，人们把这一天1895年12月28日定
为电影诞生日，Lumière brothers也被称为“现代电影之父”。
图31 世界上第一部电影短片 The Gate of the Factory 1895年在巴黎放映，被世人认为是电影诞生的标志
AD1900 to 1915 彩色摄影技术的诞生
1900年，法国的Edward Raymond Turner于采用模板机械印制法逐幅
画成彩色电影胶片。1903年，法国的莱昂·迪迪埃发明了一项与色染印
法有关的技术。1905年，法国的Bruno Bertone发明了一种透镜加色法，
它是将三基色红，绿，蓝混合相加得到彩色图像的方法。1909年，德
国的Deanm Fisher发现，利用某些化学物质的氧化和偶合作用可以生
成颜料。在此之后，Bella Gaspar发明了分解胶片颜色膜成像的彩色技
术。美国柯达公司及时地购买了这项技术专利，并推出彩色胶片。
自1896年开始，许多简单但是富创造性的彩色处理都应用过，但图32
Edward Turner 在1915年，HerbertT Kalmus建立了Technicolor公司，提供了独特的双色处理技术，结合红、绿两层颜色来模拟全色。这一技术首次应用于1922年电影The toll of the Sea，获得了250,000美元的收入——在当时是不可想象的。Technicolor既而开发了“三色染”，需要用特殊的摄影机分别在三卷影片上同步拍摄图像分别记录蓝、红、绿色之后再结一卷胶片上以得到更自然的颜色。
图33 世界上第一台彩色摄影机 图34 1909年左右拍摄的彩色照片
图35 在1911年世界上第一部彩色电影的诞生 The toll of the Seaside
AD1920s 电气录音技术萌芽有声电影时代指日可待
早在上世纪初，发明电话的贝尔就曾尝试把爱迪生留声机的锡箔圆筒改成蜡质，希望改善电话的声音质量。1919年，贝尔开始实验电气录音。不过，最早的录音作品是英国人Lionel Guest与H.O. Merriman制作的，，他们以电气方式录下伦敦西敏寺无名战士的葬礼仪式，后来英国哥伦比亚唱片公司还发行过唱片。1925年以前，商业录音仍旧以机械式为主，乐团或歌唱者对准大号筒演出，号筒把声音聚集起来推动一个云母做的振膜，振膜再驱动刻片针在厚厚的蜡质圆盘上刻出沟纹。由于声波的力量不足，因此大部分和声都无法收录进去。上世纪30年代的贝尔仍是很成功的大企业，所以他们有能力网罗一流人才。例如Harvey Fletcher（响度补偿曲线的提出者之一，对早期音响的低音表现影响很大）、Joseph P. Maxfield与Henry Harrison（两人共同发展电气录音）、Arthur C. Keller（他发明了MC唱头，以及第一套立体声音响系统）、Ira Rafuse（与发展出单轨45/45的立体声唱片）、Rice与Kellogg这些人，如果没有他们，立体声唱片的问世说不定要晚个十几年。1931年秋天，
贝尔在费城音乐学院的地下室建了一间
录音房，Keller与Ira Rafuse两人负责
录音，主要是乐团排演时的演出。Keller
后来回忆，他要求史托科夫斯基来一段
“声音大的”，他毫不犹豫就选了《罗马
狂欢节序曲》，十几分钟后，史托科夫斯
基汗流浃背，精疲力尽的问说：够大声
了吧？就这样Keller总共为费城管弦乐
团做了128次录音，所有的蜡盘都被送
回贝尔实验室做镀金处理。 图36 Bell 实验室实验电气录音技术
AD1927 有声电影时代的到来
1927年10月6日，纽约的观众在观看华纳兄弟公司出品的Jazz
Singer时，突然听到主角开口说了话：“等一下，等一下，你们还什
么也没听到呢。”这一句话，标志着一个新时代的来临。这部影片使歌舞喜剧演员乔尔森大享盛名。虽然是第一部有声片，但其中只有很少几段对白，却足以让当年的观众大吃一惊。这部影片使歌舞喜
剧演员乔尔森(Al Jolson)大享盛名，并彻底改变整个电影业的轨迹。
曾多次重拍，1980年版由尼尔·戴蒙和劳伦斯·奥利弗主演。电影图37 Warner Brothers Logo 史上之所以对《爵士歌王》给予高度评价，主要原因还是在于把它定位为“有声电影”，声音首次成了电影的一部分而不再像以前那样是剥离在外的。其实，《爵士歌王》能成为“有声电影”也是无心之举造成的，当时男主角乔尔森在唱完一首歌曲后，随口说
了两句台词:“等一会儿，等一会儿，我告诉你，你不会什么也听不到。”后期制作时，这两句台词被无意中保留下来，于是，影片就这样“误打误撞”地成了“有声电影”。1936年，卓别林出品了他的最后一部无声片《摩登时代》，标志着无声片的寿终正寝。
图
38-40 从左至右分别是第一部正式有声电影、第一部有声电影和最后一部无声电影的海报
Flowers and Trees由Walt Disney出品，1932年获得奥斯卡最佳动画短片奖，这也是奥斯卡历史上第一部最佳动画短片。本片被认为是世界上第一部彩色动画，而且是华特·迪士尼的第一部彩色动画。 作为奥斯卡历史上第一部最佳动画短片，很好的讲述了一个赞扬美好，抨击丑恶的小故事。借助动植物所表现的许多细节均处理得恰到好处，使人几乎感觉不出这部作品已经穿越了78年的光阴。
图41世界上第一部彩色动画Flowers and Trees 图42 Walt Disney
第三章 Modern Technology Epoch 电影现代技术时代
AD1940s to 1960s 计算机技术的诞生与数字图像处理技术的发展
1889年，美国科学家Herman Hollerith研制出以电力为基础的电动制表机，用以储存计算资料。
1930年，美国科学家范内瓦·布什造出世界上首台
模拟电子计算机。1946年2月14日，由美国军方
定制的世界上第一台电子计算机“电子数字积分计算
机”ENIAC Electronic Numerical And Calculator在
美国宾夕法尼亚大学问世了。ENIAC是美国奥伯丁
武器试验场为了满足计算弹道需要而研制成的，这台图43 ENIAC
计算器使用了17840支电子管，大小为80英尺×8英尺，重达28吨，功耗为170kW，其运算速度为每秒5000次的加法运算，造价约为487000美元。ENIAC的问世具有划时代的意义，表明电子计算机时代的到来。在以后60多年里，计算机技术以惊人的速度发展，没有任何一门技术的性能价格比能在30年内增长6个数量级。
数字图像处理最早出现于20世纪50年代，当时的电子计
算机已经发展到一定水平，人们开始利用计算机来处理图形和图
像信息。数字图像处理作为一门学科大约形成于20世纪60年
代初期。早期的图像处理的目的是改善图像的质量，它以人为对
象，以改善人的视觉效果为目的。图像处理中，输入的是质量低
的图像，输出的是改善质量后的图像，常用的图像处理方法有图像增强、复原、编码、压缩等。首次获得实际成功应用的是美国
喷气推进实验室JPL。他们对航天探测器徘徊者7号在1964年
图44 世界上第一台能够进行
数字图像处理的微型计算机
发回的几千张月球照片使用了图像处理技术，如几何校正、灰度变换、去除噪声等方法进行处理，并考虑了太阳位置和月球环境的影响，由计算机成功地绘制出月球表面地图，获得了巨大的成功。随后又对探测飞船发回的近十万张照片进行更为复杂的图像处理，以致获得了月球的地形图、彩色图及全景镶嵌图，获得了
非凡的成果，为人类登月创举奠定了坚实的基础，也推动了数字图像处理这门学科的诞生。在以后的宇航空间技术，如对火星、土星等星球的探测
研究中，数字图像处理技术都发挥了巨大的作用。数字图像处理取得的另一个巨大成就是在医学上
获得的成果。
图45 在1956年美国MIT的数字图像处理 基础实验室内的景象
AD1950s-1960s 3D电影的蓬勃发展
3D电影的第一次商演是1922年9月27日在洛杉矶大使
饭店戏院放映的《爱的力量》，该片由电影人哈利·费尔奥和摄像师罗伯特·艾尔德制作，采用了红绿立体电影模式，同样只有一名观众。哈利·费尔奥后来在纽约向院线经理们推销这部影片，但没人愿买，这部影片渐渐被人遗忘，直至现
在已经彻底遗失。
20年代末、30年代初，由于经济大萧条的原因，很多人
对3D电影产生了兴趣，就连法国的路易斯·卢米埃尔也把他
1895年的《火车进站》制作成了3D电影。1936年雅各布·莱图46 The power of love 海报
温赛尔和约翰·诺林为米高梅公司拍摄了短片Audioscopiks系列，当时每位入场的观众都被发了一幅红绿眼镜，然后银幕上告诉他们如何使用这些眼镜，接着一系列冲着镜头(观众)方向运动的物体出现了，效果在当时极其震撼，该片最后获得了当年奥斯卡最佳短片奖的提名。受此鼓舞，米高梅又在1941年拍摄了《第三维度的凶手》，把弗兰肯斯坦的故事放到了3D电影当中，这也
是当时为数不多的3D故事片之一。 同样在1936年，后来的宝丽来公司创始人埃德温·兰德发明了偏光膜技术，这种技术可以让光线振动方式发生改变。埃德温发明偏光膜的初衷是想用它来避免汽车
头灯过于刺眼，但这种技术后来却对3D电影的发
展起到了深远影响。整个40年代，由于二战的原
图47 早期的3D电影观看眼镜 因，人们没有对3D电影的研究和制作投入太大兴
趣，3D电影就这样蛰伏了起来，直到战后重新兴
起。 第二次世界大战之后，随着电视的发明和普及，电影业遭遇到了第一次严峻的挑战。为了生存和发展，电影业开始了一系列创新和探索，好莱坞大量拍摄宽银幕的史诗片，试图用大场面把观众从小电视前拉回来。在这股潮流中3D电
影也没有被人遗忘，1952年第一部彩色3D电影《博瓦纳的魔鬼》横空出世，大大提升了
3D电影的娱乐效果。从中看到商业前景的哥伦比亚和华纳公司在次年推出两部具有划时
代意义的3D电影：黑暗中的人和蜡像馆，这
两部影片都取得巨大的票房成功，尤其是后者
还首次采用了立体声，使得观众不仅在视觉上，
同时在听觉上实现了身临其境。这两部影片的
成功让好莱坞一夜之间醒悟，原来3D
电影也
图48 20世纪50年代3D电影观众
可以赚钱的，此后主流制片公司的3D商业电影如雨后春笋般冒了出来，迪士尼、环球、20世纪福克斯都加入了这股洪流，迪士尼还把这种电影带进了迪士尼乐园，展现了3D技术在娱乐业中的其他应用前景。不过随着3D影片产量的增多，影片质量开始良莠不齐起来，有些影片制作周期只有两个星期，其效果可想而知。再加上当时的技术仍有大量不足，对银幕、角度、放映都有着苛刻要求，因此只过了一两年，3D电影就成为了明日黄花。1965年随着《怪物复仇记》的下档，这个短暂的“3D黄金期”宣告结束。
AD1970s IMAX电影的蓬勃发展
历史上第一部IMAX电影在
1970年日本的富士展览馆（Fuji
Pavilion）上播放，第一套正式的
IMAX投影设备于1971年安装在
多伦多的安大略圆形剧场Ontario
Place’s Cinesphere。在1974年
美国华盛顿州世界博览会上，美国
馆展出了一块27.3x19.7米的巨
型IMAX银幕，观众向正前方观看
时，画面足以充满整个视界。其间
共有五百万人次观看，绝大部分观图49 普通胶片与IMAX胶片的差别
众认为它呈视了强烈的动感，甚至有少部分观众身上发生了类似晕船的现象。1973年，首个IMAX球形银幕出现在美国加里福尼亚州圣迭戈Balboa公园的Ruben H. Fleet 科技中心太空剧场。1986年在温哥华的加拿大展览馆Canada Pavilion，IMAX公司以The IMAX Experience技术第一次展示IMAX的3D电影效果。IMAX尽管影像质量优秀，而且问世的时间也较长，但是由于制作和放映IMAX的成本较高以及运输困难使得IMAX影片的播放时间比较短（一般为40分钟），
因此IMAX一直未能普及，大多为适合
于科技馆、天文馆等科普机构播放的纪
录片。IMAX是一种能够放映比传统胶片更大和更高解像度的电影放映系统。
整套系统包括以IMAX规格摄制的影片拷贝、放映机、音响系统、银幕等。
标准的IMAX银幕为22米宽、16米高，
但完全可以在更大的银幕播放，而且迄
今为止不断有更大的IMAX银幕出现。
图50 早期的IMAX影院与影片
AD1975 数码摄影技术的诞生
数码图像技术发展得更快，主
要归功于冷战期间的科技竞争。而这些技术也主要应用于军事领域，大多数的间谍卫星都使用数码图
像科技。早在20世纪60年代，
就开始了“CCD芯片”的研究与
开发，1969年，贝尔实验室的
George Smith和Willard Boyle将可视电话和半导体泡存储技术结
合，设计了可以数码相机沿半导体表面传导电荷的“电荷‘泡’器”图51 Steven Sasson数码摄影之父
（Charge “Bubble” Devices），率先发明了CCD器件的原型。当时发明CCD的目的是改进存储技术，元件本身也被当作单纯的存储器使用。随后人们认识到，CCD可以利用光电效应来拍摄并存储图象。1970年，贝尔实验室进行了相关实验。CCD阵列是由喷气推进实验室于1972年研制成功的，尺寸是100*100像元。商业CCD也在同一时期由 Fairchild公司推出。当时的CCD增益非常低，只有百分之零点几，比照相底片稍高。1975年，在美国纽约罗彻斯特的柯达实验室中，一个孩子与小狗的黑白图像被CCD传感器所获取，记录在盒式音频磁带上。这是世界上第一台数码相机获取的第一张数码照片，影像行业的发展就此改变。30年过去了，第一台数码相机背后的发明者来到中国，为我们回顾那段历史，也用他敏锐地洞察力展望数码影像的未来。赛尚（Steven Sasson)1973年硕士毕业后即加入柯达，成为一名应用电子研究中心的工程师。1974 年，他担负起发明“手持电子照相机”的重任。次年，第一台原型机在实验室中诞生，他也成为“数码相机之父”。这个项目的目的是不用胶片来拍摄影像，其原型产品只有1万像素，成像非常粗糙。谈到那段历史，赛尚还记忆犹新：“在当时，数码技术非常困难，CCD很难控制，A/D转换器也很难制造，数码存储介质难于获取，而且容量很小。当时没有PC，回放设备需要
量身定做。这些难点让我
们用了1年的时间才安
装完这台相机。” 数码相机对当时的柯达而言是一个很小的
项目，由于决定采用数码
方式，所以相机中没有太
多移动的机械，赛尚和两图52 早期富士公司所生产的数码相机
个技术工程师就完成了
这个项目。在选择可以移动的数码存储介质时，赛尚希望其存储量可以与35mm胶卷的拍摄数量差不多，所以最后采用了通用的卡式录音磁带，基本可以存储相当于一个胶卷的30张照片。“很多技术在当时是非常新鲜的，这台原型机的电路板可以打开，一边拍摄，一边调整。”赛尚仿佛又回到了实验室中。“当原型机第一次展示给投资者时，他们询问这种产品何时可以成为消费者品，我回答，大概是15～20年这种产品才会走进普通消费者家庭。”赛尚的判断相当数码相机准确，数码相机的发展是一条漫长的道路，在1970末到80年代初，柯达实验室产生了1千多项与数码相机有关的专利，奠定了数码相机的架构和发展基础，让数码相机一步步走向现实。1989年，柯达终于推出了第一台商品化的数码相机。
数码摄影技术的诞生标志着电影的影像技术开始了数字化革命，数字电影以势如破竹之势取代了传统的摄影技术，为电影技术带来了新的巨大的发展空间。
AD1970s to 1980s 计算机数字图像处理在电影技术中的应用
计算机生成图像（也称为CGI）是指把计算机图形，
或者更具体地说，把三维计算机图形应用于电影，电视
节目，广告中的特殊效果的技术。之所以把CGI用于视
觉特效，是因为比起基于实物实景的拍摄，如兴建微缩
模型以取得特殊镜头或者聘请群众演员制作人群场面等，
计算机生成效果的可控性更好，而且它可以自由实现想
象中的形象，这是其他任何科技不能比的，而且一个单
一的图形艺术家就可以完成以上这些内容而无需使用演
员，昂贵的场景或道具等。
第一部运用了CGI技术的电影是1973年科幻电影
《西部世界》，讲述的是一个机器人生活在人类中间的社
会，1976年在这部电影的续集《未来世界》中首次使用
了三维接线框形象，其中出现了一个电脑生成手和脸，
由当时的犹他大学研究生埃德温·卡特摩尔和弗雷
德·帕克创造的。第三部运用这种技术的是1977年的
《星球大战》。1979年《黑洞》（1979）采用了光栅线框模型渲染来描绘一个黑洞。同年发行的科幻恐怖电影《异形》也使用了光栅线框模型，来渲染导航显示器的形象，在这里一个飞船跟随一个灯塔来到了一个陌生的星球。
1978年，在纽约理工大学计算机图形学院实验室的研究生致力于一部本应是第一部完整长度的CGI电影，只可惜没有完成。《星际迷航II：可汗之怒》在1982年6月初次展映了一段CGI系列叫做“创世波”。1982年的《电子世界争霸战》和1984年的《最后的星际战斗机》是最早两部大量投资于三维CGI的电影，然而在商业上却很失败，导致许多导演对CGI敬而远之。
图53 电影West World海报
然而，在1993年的电影《侏罗纪公园》中，由CGI制作的恐龙被天衣无缝地融合进了实景拍摄场景中，为电影工业带来了一场革命，它标志着好莱坞从定格动画和传统光学效应向数字技术的转变。第二年，《阿甘正传》采用了CGI技术制作特殊效果。最值得注意的特效镜头是对演员加里·辛尼斯的腿的数字切除。其他特效镜头包括凝固汽油弹侵袭，快速移动的乒乓球，以及对汤姆•汉克斯的多处历史胶片切入场景等。
1993年，《巴比伦5号》成为第一部把CGI技术（而非手工模型）作为其视觉特效主要方法的电视系列节目。它也标志着虚拟场景第一次在电视上的应用。同年，《Insektors》成为第一部完整长度的完全电脑动画电视连续剧。
1995年，第一部完全电脑生
成的故事片——迪斯尼-皮克斯
制作的《玩具总动员》，取得了巨
大的商业成功。其它数字动画工
作室也如雨后春笋，纷纷投产，
如20世纪福克斯的蓝天工作室，
派拉蒙和华纳兄弟的DNA制作公
司，派拉蒙电影公司的Omation
工作室，哥伦比亚影业公司的索
图54 CGI技术生成的马匹 尼影视动画，迪斯尼电影公司、
狮门娱乐和20世纪福克斯公司的先锋动画，环球电影公司和FHE影业的大创意制作公司，华纳兄弟的动物逻辑以及梦工厂的太平洋数据公司。原有的动画制作公司，如华特迪士尼公司等，也开始了从传统动画向的CGI动画的转变。 1995年至2005年，一部广泛发行的故事片的平均特效预算从500万美元飙升至4000万美元。据一位公司的执行官讲，截至2005年，超过一半的故事片有相当重要的特效部分。然而，由CGI带来的效益却超出了其它现实手段的百分之二十，足以弥补由于CGI产生的开支。
AD1990s till now 数字特效时代与最新电影技术
随着计算机技术的飞速发展，电影工业迅速地走进了一个数字特效开创的新的创作天地。到1996年时美国的50%以上的影片用计算机技术制作画面。人类进入新世纪后，数字特效在电影中的应用更是不胜枚举。他已不仅仅是后期剪辑中的一个补充，而渗入到电影生产的方方面面，从剧本的创作、策划到前期的摄影、置景、道具，到后期的合成、剪辑，无处不发挥着他巨大的功力，让电影创作超出了人类有限的视点和运动轨迹。如今的ILM工业光魔已成为特效制作领域中规模最大、技术最先进的公司。来自ILM工业光魔的特效大师们，将电脑科学、软件创新与优雅的艺术完美、巧妙地结合在一起，带给观众一幅幅美轮美奂的画面。这些魔术师会把创新视觉
的元素注入到每部电影中，于是意想不到的视觉冲击波一次次地向我们袭来。由此，真正的大片
时代开始了。如今，更多的特效电影如《魔戒》、《加勒比海盗》、《黑客帝国》、《金刚》、《哈利波特》、《蜘蛛侠》、《钢铁侠》、《木乃伊》、《功夫熊猫》等等更是给了观众梦幻般的视觉感受，特效制作的技术比起卢卡斯时代也成熟许多，很多镜头甚至产生以假乱真的效果。计算机图形学的飞速发展给电影特效创作注入了活力，特效软件如今多不胜数，如三维动画软件Maya、3D Max、SoftImage、XSI、Zbrush、Mudbox、Blender，后期特效处理软件Flame、Smoke、Lustre、NUKE、5D Cyborg、Fusion等等。出色的电影特效制作公司也如雨后春笋般涌现出来，著名的有工业光魔、Weta Digital、Digital Domain、索尼数码梦工厂、SGI等等。
图55 电影《黑客帝国》中的数字特效镜头 图56电影《金刚》中的数字特效镜头
图57-58 电影《加勒比海盗》中数字特效的镜头
图59 电影《功夫熊猫》中数字特效的镜头 图60 电影《变形金刚》中数字特效的镜头
说到现今最新潮的电影技术不
得不提到4D电影，4D电影就是普通
的3D电影加上环境效果。4D影院的
设备构成较为复杂，除了3D放映设
备，还需要动感座椅及其他特效辅助
设备，影院内安装有下雪、下雨、闪
电、烟雾等特效设备，用来营造一种
与影片内容相一致的环境。4D影院
一般多建在游乐场，普通影院如要改
造成本很大。 观看4D电影时，观众
同样要带3D眼镜，随着影片内容的图61 小型4D电影院结构示意图
变化，观众可实时感受到下雨、振动、喷气、喷雾、拍腿等身边所发生与片中影像对应的事件，从而实现惊险刺激、身临其境的效果。在技术方面主要体现在：1、环幕立体技术：该系统采用平面、0°、240°圆形柱面屏幕，由多台电影放映机或投影机经过无缝拼接与变形矫正放映组成一个全景式画面。大尺度、具有立体视觉的形象能够一直运动到观众眼前，或横穿演示大厅，或环绕观众运动。2、现场声光电特技技术：该系统综合运用了多种现场特技技术：整个影院采用人工模拟的方式产生吹风、喷水、烟雾、闪电等多种特效，同时观众坐席采用了具有多种特技效果的4D特技座椅，可以让观众感受到震动、扰腿、坠落等特技，通过计算机的精确控制，达到了特技效果与影片内容的完美结合。3、动感技术：该系统采用动感旋转平台，以增强影片的感染力。4D特技座椅除了常规的安装于地面这种安装方式外，还可以安装在一个动感旋转平台上，该平台可以绕中心轴配合影片内容旋转，让观众的视线跟随着影片的精彩点。4、同步控制技术：采用同步控制器，利用计算机实时控制各种特技执行机构，使各项特技动作与影片的内容完美地结合在一起，增强影片的现场效果。5、数码电影技术：影片的制作充分利用了计算机强大的图形图像处理能力，将拍摄的实景与三维制作的模型相结合，能够制作各种用实拍无法得到出来的镜头，让编导可以充分发挥自己的
创造力，制作出多部精彩的影片。6、
多声道环绕音响技术：4D影院采用
计算机控制的数码多声道环绕立体
音响。但是我认为，我们不得不承
认，4D电影在电影发展的历史长河
中也只是比较有特色的一个阶段而
已，随着人类科学技术的不断发展，
还会有更加激动人心的未来电影技
术在等待着我们去体验！
图62 北京天文馆球幕4D影院
后 记
以上即为从两千五百年前墨翟的针孔成像到公元二十一世纪的阿凡达数字3D电影的漫长而又飞速地发展过程。本人竭尽可能地想全面地把每一项关于光、影、声相关发明发现与技术创造都收纳入本文之中，但是由于篇幅和本人精力有限，只能将最主要的里程碑式的发明创造进行简介，还有很多位电影业发展做出重要贡献的科学家、工程师和企业家未能够纳入到本文之中，值此也要向这些人致以最诚挚的敬意。
电影产业现如今已经成为世界各国文化产业中最重要的组成部分，同时也是世界经济结构中重要的一个环节，以美国为例2011年电影产业的收入占美国GDP的18%。由于本文是以时间为轴对电影技术的发展进行整理，将各项成果与发明在时间轴上进行累积，可以得到如下表格：
结合科技史的发展历程，十六世纪开始近代科学革命开启了科学技术的新篇章，十八世纪末近代化学革命也拉开了序幕，伴随着化学革命的开始，电影技术也正是开始了其飞跃式的发展，短短两百年间就实现了从玩具暗箱针孔成像机到数字特效IMAX电影技术的发展，至此不禁感叹科学技术对于人类社会的贡献之巨大，对于推动社会和人类生活变革的能量之巨大！不过我坚信，现今大家所津津乐道的新潮电影技术也只不过是历史长河中的一颗明星，未来还会有更加激动人心的技术诞生，让我们拭目以待！
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