Главная страница 1
скачать файл



Департамент образования администрации города Липецка

Муниципальное образовательное учреждение

дополнительного образования детей
ЦЕНТР ДЕТСКОГО (ЮНОШЕСКОГО)

ТЕХНИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА "ГОРОДСКОЙ"



МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

в помощь руководителям кинообъединений. Содержит обширный теоретический материал, а также практические советы по самостоятельному изготовлению необходимого оборудования.

Педагог дополнительного образования,

руководитель детской студии экранного творчества «ДЖИНН»

Потороев Владимир Анатольевич

Липецк, 2009г.



Оглавление


  1. Оглавление

2

  1. Системы стабилизации камер. Стедикам

3

  1. Немного теории. Оптическая стабилизация.

3

  1. Механическая стабилизация

4

  1. Технические меры. Предотвращение дрожания. Механическая стабилизация

4


  1. Динамический баланс. Определения.

5

  1. Основные принципы динамического баланса

5

  1. Физика и математика.

6

  1. Сборка Steadiсam

17

  1. Регулировка Steadiсam

20

  1. Литература

21

СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ КАМЕР
Стедикам
Основа качественной профессиональной съемки — стабильное изображение. Нестабильность кадра — свойство, характеризующее практически любую любительскую съемку. Использование штатива может, спасти ситуацию, и в большинстве случаев этого вполне достаточно. Но что делать, когда хочется снять камеру со штатива и двигаться вместе с объектом съемки? Какой выход?

В киноиндустрии ответ давно найден — Steadicam, изобретатель которого кинооператор Гаррет Браун.

Главное достоинство изображения, которое дает стедикам, заключается в том, что оно максимально приближено к привычной картинке восприятия мира каждым из нас. Стедикам сглаживает все шероховатости отснятого движения. Зрителю на экране предлагают динамичную картинку такой, какой бы он увидел ее в жизни, без дополнительной авторской экспрессивности. Ведь когда мы смотрим на мир, перед нами ничего не дергается. У нас в мозгу существует своеобразная стабилизация образа движения. И такое видение совершенно не похоже на съемку с рук. Операторский кран, тележка, стедикам — это способы создания максимально комфортного киноизображения для зрителя.

Существуют съемки в заниженных или завышенных точках, со стедикамом можно встать на операторский кран или полетать. Но на 80% съемок стедикам используется тогда, когда нужно показать точку зрения человека, который идет в толпе, по лестнице, в горах, то есть, когда нужна имитация свободной камеры. Обычно это происходит в тех местах, где нельзя или сложно проложить рельсы: на лестничных площадках, автомобильных трассах, на пересеченной местности.




НЕМНОГО ТЕОРИИ...
Оптическая стабилизация
Чтобы при съёмке избежать колебаний, их можно компенсировать путем оптического перемещения изображения. На таком принципе работают системы стабилизации камкордеров Canon XL1, Canon GL1, Sony VX1000, Sony VX2000 и Sony DSR-200. В них имеется заполненная жидкостью деформируемая призма, расположенная на пути света, при деформации которой изменяется положение изображения на матрице ПЗС. Датчики поворота управляют сервоприводами, перемещающими грани призмы. Так как требуемая величина смещения зависит от того изображения, которое "видит" призма, оптические стабилизаторы обычно располагают перед остальными элементами объектива. В камерах Canon сделан следующий шаг: для коррекции низкочастотного дрейфа и смещения изображение считывается с ПЗС. Это дает хороший результат в режиме слежения, но в начале и в конце панорамирования плавность перемещения картинки может нарушаться.

Цифровая стабилизация применяется в системах электронной или цифровой стабилизации изображений (EIS/DIS). Эффекты дрожания измеряются с помощью датчиков поворота или отдельных блоков анализа изображения, и с помощью электронных схем активная область ПЗС смещается так, чтобы "поймать" изображение без смещения.

При соответствующей настройке и оптические, и цифровые системы отфильтровывают высокочастотное дрожание, не мешая нормальному панорамированию и наклону камеры. И в тех и в других существуют ограничения на возможную величину компенсации: когда оптическая призма доходит до упора или цифровое изображение упирается в край ПЗС, сделать уже ничего нельзя. В лучших моделях предусмотрен контроль выхода на ограничители с постепенным снижением величины коррекции по мере приближения к краю, а также плавный возврат в центральное положение при исчезновении сигналов коррекции.

Механическая стабилизация
Чаще всего дрожание вызывают повороты камеры. Если камеру двигать назад и вперед, вверх и вниз или из стороны в сторону, то на изображении это сказывается незначительно, но даже небольшое вращение приводит к резким его изменениям. Поворот - следствие вращательного момента. Вращательный момент - это сила, вызывающая вращение, т. е. приложенная к некоторому рычагу. Высокочастотные движения хуже низкочастотных. Медленные колебания меньше раздражают и утомляют. При узкоугольной съемке поворот ощущается сильнее, чем при широкоугольной. При съемке издали с большим увеличением влияние поворота или наклона камеры сказывается гораздо сильнее, чем при съемке с более близкого расстояния, но с меньшим увеличением. При 30-градусном угле зрения трехградусный поворот приводит к 10% -му сдвигу картинки, но если и сам угол зрения составляет 3 градуса, тот же самый поворот станет причиной полного ее изменения.
ТЕХНИЧЕСКИЕ МЕРЫ


Предотвращение дрожания. Механическая стабилизация.
В системах Steadicam, Glidecam и других камера крепится в кардановом подвесе с низким трением, в котором она может свободно поворачиваться в любом направлении. Большой вращательный момент инерции самой камеры и салазок обеспечивает естественную стабилизацию камеры, а карданов подвес создает развязку между опорным устройством и внешними вращательными моментами. Системы с кардановым подвесом, теоретически, могут обеспечить более плавное перемещение; на практике же все зависит от оператора. Нужно, однако, отметить, что некоторые из таких систем позволяют работать с более тяжелой камерой.

Для управления камерой достаточно легкого прикосновения к центральной стойке салазок, расположенной около карданова подвеса. Благодаря небольшому плечу рычага естественная устойчивость этого массивного узла не нарушается, что (при нормальных условиях работы) обеспечивает плавное движение камеры.

На тех же принципах действуют системы, разработанные для лёгких камер.
Разница лишь в упрощении конструкции из-за уменьшения веса камеры и невероятном снижении цены. Так что теперь у нас есть возможность с помощью своей домашней камеры достигать тех же эффектов „скольжения“ кадра, что раньше можно было только наблюдать на экранах кинотеатров.
ДИНАМИЧЕСКИЙ БАЛАНС
Определения

Steadicam находится в статическом балансе, когда в состоянии покоя штанга находится в вертикальном положении, независимо от положения карданного подвеса.

Steadicam находится в динамическом балансе, если при внешнем воздействии (перемещении, отклонении, толчке) система остается вертикальной и сохраняет ориентацию в пространстве. (Если при вращении вокруг точки подвеса, он сохраняет ориентацию по оси (вращается в одной плоскости) и сохраняет ориентацию  в этой плоскости (не отклоняется) и не возникают волновые колебания).

Динамическое равновесие и статический баланс – это два связанных условия для достижения динамического баланса. Динамический баланс не связан с тем как быстро или медленно будет двигаться Steadicam, если приложить усилие. Это описывается понятием – инерция. Часто Steadicam  Может находиться в статическом балансе (находится совершенно вертикально), но не будет в динамическом равновесии и соответственно не будет в состоянии динамического баланса.

 

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ДИНАМИЧЕСКОГО БАЛАНСА
Каждый компонент, подвешенный на Steadicam, такой как камера, монитор, батарея, грузы, имеет свой вес, имеет влияние на статический и динамический баланс. Каждый компонент также влияет на инерционные качества или «чувствительность» Steadicam.

Steadicam со всеми компонентами можно представить математическими формулами, с помощью которых можно рассчитать и настроить динамический баланс, можно подстраивать и проверять динамический баланс опытным путем, без решения математических уравнений.

В зависимости от модели Steadicam, оператор может варьировать расположение на нем компонентов. Оператор устанавливает компоненты в положение удобное для съемок, и затем настраивает статический и динамический баланс.

Прежде всего,  давайте рассмотрим силы, которые влияют на статический баланс и динамическое равновесие.

Рассмотрим объект, который не является Steadicam. Этот пример поможет понять, что такое статический и динамический баланс.
ФИЗИКА И МАТЕМАТИКА
На рисунках (1a), (1b), (1c),  представлены 4 подвешенных на ось груза, находящихся в одной плоскости. Ось подвешена на неподвижном карданном подвесе.


Эти грузы являются компланарными.



Вектора называются компланарными, если они лежат на параллельных плоскостях или на одной плоскости

Если масса грузов  W1 = W3 и W2 = W4 и расстояния от оси к грузам (радиусы) равны, то система будет висеть вертикально и находиться в динамическом балансе. Кажется логичным, но почему это не так?

Упрощаем систему до двух, свободно вращающихся грузов, подвешенных на оси. Система на рисунке (2a), представляет собой модель  Steadicam без камеры, закрепленную на карданном подвесе.


На рисунке показаны силы гравитации, действующие на грузы. Система будет висеть вертикально если


(1) W1R1= W2R2 - Это основная формула для статического баланса.
 Сила гравитации постоянно действует на систему. Если мы приводим систему в движение, то на систему начинает действовать центробежная сила.



Уравнение центробежной силы: F=MRΩ2

Где


М – масса грузов

R – радиус от оси до груза

Ω - угловая скорость (ед. изм. оборотов в минуту)

Центробежные силы F1 и F2, действуют на объект в направлении стрелок.


Важно понимать, что центробежные силы не приводят систему во вращение, а создаются из-за вращения и растут с увеличением  квадрата угловой скорости.

Если система находится в статическом балансе. (W1R1 = W2R2) Она может находиться в динамическом равновесии, если действие двух центробежных сил равны.


(3) F1L1 = F2L2

Но  в уравнении F1   не равно F2 , поскольку центробежная сила отклоняющая  грузы  в сторону, зависит от того, насколько далеко от оси точки подвеса находятся эти грузы.

Вы можете провести эксперимент со своим Steadicam , чтобы наглядно понять, почему дистанция от грузов до оси точки подвеса так важна.
Подвесьте  Steadicam без камеры, добейтесь статического баланса.  Приложите пальцем усилие  к центральной стойке, как можно ближе к точке подвеса Steadicam. Усилие даст небольшое отклонение системы. Теперь приложим такое же усилие вдалеке от точки подвеса. Заметьте, оно дало намного больший эффект!

Давайте посмотрим, какие силы действуют на нашу систему при вращении.


Мы назовем силы «позитивными», если они действуют на систему, как показано на рисунке (2c).


Силы на рисунке (2d), назовем «негативными».




     Если «негативные» силы равны «позитивным» -  система находится в динамическом равновесии.

(4a) F2L2 + W1R1= F1L1 + W2R2

Заменим F на  MRΩ2 и получим:

(4b) (M2R2Ω2)L2 + W1R1= (M1R1 Ω2)L1 + W2R2

Поскольку масса у грузов одинакова, мы можем заменить W на M.


(4c) (W2R2Ω2)L2 + W1R1= (W1R1) Ω2L1 + W2R2

В дальнейшем мы будем возвращаться к формуле (4с) снова, так как это основная формула для динамического баланса.

Теперь рассмотрим рисунок (2e):


 

Мы поместили точку вращения на одну ось с грузами.


Теперь L = 0. И центробежные силы не будут действовать на систему, даже если они не равны!

Если L2 и L1 равны нулю.

(4d) (W2R220 + W1R1= (W1R1Ω2)0+ W2R2
Мы получаем: W1R1 = W2R2

На рисунке (2e), система отклонится только тогда когда статические силы W1R1


и W2R2  будут не равны.

Теперь рассмотрим другую систему с двумя грузами. Но теперь эти грузы не будут равны. На рисунке (3а) представлен Steadicam с поднятым вверх монитором. Ради интереса мы также изменили радиусы расположения грузов от оси.





Система останется вертикальной, если статические силы равны.
Старая формула: (1) W1R1 = W2R2.

Заметим, что на статический баланс не влияет то, насколько выше груз W2


находится над грузом  W1

В формуле для статического баланса нет высоты грузов (L).


На рисунке (3b), показаны центростремительные силы, действующие на систему.

На рисунке (3с) показаны «позитивные» силы, а на (3d) – «негативные» силы, действующие на систему.




На рисунке (3e) показаны все силы, действующие на систему.

Система находится в динамическом равновесии, если:
(4a) F2L2 + W1R1= F1L1 + W2R2
Но этого не может быть. Почему?

Вспомним.  F=MRΩ2

  Заменим W на  M.

Мы имеем:

(4c) (W2R2Ω2)L2 + W1R1= (W1R1)Ω2L1 + W2R2
Если система находится в статическом балансе:

W1R1 = W2R2

Таким образом, уравнение (4c) становится:


(4f) (W2R22L2 = (W1R1Ω2)L1
Все члены уравнения с левой и с правой стороны равны, кроме  L1 и L2.
Поскольку  L2  меньше  L1, следовательно, и  (W2R22L2 меньше, чем (W1R1Ω2)L1
и уравнение не может быть удовлетворено. Это означает что  массы находящиеся на разных горизонтальных плоскостях могут быть в статическом равновесии, но не находиться в динамическом балансе.

Но, имея систему  Steadicam из трех и более грузов, даже подвешенных не в одной плоскости, система  Steadicam может быть уравновешена динамически!

Теперь дадим условные названия нашим грузам. Камера, монитор, батарея. И посмотрим, какие статические и динамические силы действуют на них.
На рисунке (4а), представлена простая система Steadicam и показаны силы, действующие на нее.



На рисунке центр тяжести камеры смещен вправо по отношению к центральной стойке. Но в действительности мы не знаем, где он должен находиться.


Чтобы находиться в статическом балансе, статические силы должны уравновешивать друг друга:

(5) – WmRm + WbRb+ WcRc = 0


Также все силы должны быть уравновешены, если система находится в динамическом балансе:

(6a) FmLm – WmRm– FbLb + WbRb– FcLc + WcRc = 0


Заменим  F  на  MRΩ2 .
(6b) (WmRmΩ2)LmWmRm– (WbRbΩ2)Lb + WbRb– (WcRcΩ2)Lc + WcRc = 0
Получаем слишком много переменных! Однако если выбрать другую точку вращения, мы сможем решить уравнение.
Переместим центр массы камеры в точку вращения системы.

Теперь Lc = 0. Поэтому



(WcRcΩ2)Lc = 0.
И если система находится в статическом балансе: 

WmRm + WbRb + WcRc = 0
Таким образом, из уравнения (6b) мы удаляем «нулевые» элементы и получаем уравнение(7а).

( 7a) (WmRmΩ2)Lm– (WbRbΩ2)Lb = 0

Или, говоря по другому:

(7b) (WmRmΩ2)Lm= (WbRbΩ2)Lb

 

Мы сокращаем Ω, так как угловая скорость (Ω) находится в обоих частях уравнения.



(7c) (WmRm)Lm =(WbRb)Lb
Заметим, что в уравнениях (7а), (7b), (7c),  нет коэффициентов, зависящих от массы камеры или ее расположения.

Это значит, что  вертикальное положение системы не связано с весом камеры и зависит только от высоты  монитора и аккумулятора над точкой подвеса Lm, Lb. Мы будем использовать уравнение (7с) чтобы найти радиус батареи (Rb), а затем уравнение (5), чтобы найти радиус камеры (Rc).

Запомните: точка вращения (подвеса)  может быть перемещена в любое место на центральной штанге, не влияя на динамический баланс.

Давайте дадим нашим условным грузам реальный вес.


Wc = 25#
Wm = 6#
Wb = 5#

Объекты, вес которых мы можем принять в расчет, зависят от конструкции вашего Steadicam.




Lm = 20 inches
Lb = 30 inches
Rm = 10 inches

Смотрим рисунок (4b).




Сначала используем формулу (7c)  для нахождения радиуса батареи(Rb).
(7c) (WbRb)Lb = (WmRm)Lm


(7d) Rb = (WmRm)Lm
-----------------------
(WbLb)

Rb = (6 x 10) x 20
----------------
(5 x 30)

Rb = 8 inches
Теперь используем уравнение 5, чтобы найти радиус камеры (Rc)
(5a)  – WmRm + WcRc+ WbRb = 0
(5b) WcRc = WmRm – WbRb
(5c) Rc = WmRm – WbRb
------------------------------
Wc

Rc = (6 x 10) – (5 x 8)
-----------------
25


Rc = 0.8 inches
Если мы установим радиус камеры  0,8 дюйма и радиус батареи 8 дюймов. Steadicam будет в статическом и динамическом равновесии, т.е. в динамическом балансе.

Теперь мы можем подтвердить, что перемещение точки вращения (подвеса) не даст никакого эффекта на динамический баланс.


Для примера, переместим карданный подвес на 6 дюймов ниже по центральной штанге. Туда, где удобнее будет его использовать.

Используем уравнение (6b).

(6b) (WmRmΩ2)Lm – WmRm– (WbRbΩ2)Lb + WbRb– (WcRcΩ2)Lc + WcRc = 0
Снова система находится в статическом балансе и сумма сил равна нулю.
Мы можем сократить Ω2, так как центростремительное ускорение везде равно.

(8) (WmRm)Lm – (WcRc)Lc– (WbRb)Lb = 0


Переместив точку подвеса на 6 дюймов, мы получаем следующие значения для высоты грузов над плоскостью точки подвеса.
Lm = 14, Lc = - 6(минус 6), и Lb = 24


Подставив значения в уравнение (8) мы получаем:


(6 x 10) x 14– (25 x 0.8) x (– 6)– (5 x 8) x 24 = 0

или



840 + 120 – 960 = 0
Тем самым, мы доказали, что положение точки подвеса на центральной штанге
не влияет на динамический балансs  Steadicam. Этим мы объяснили все элементарные расчеты по физике и математике, которые помогли понять, что такое динамический баланс.

 

Заметим, что наша математическая модель довольно проста и не включает многих факторов, влияющих на Steadicam. Например, таких, как ветер или неравномерное распределение массы. Например, не все внутренности монитора имеют одинаковую плотность, и в итоге монитор не ведет себя как точечная масса. Формулы являются только моделью реальности. Но зачем мы делали все эти расчеты?



Потому что математика ясно описывает главные силы, действующие на динамический баланс.  Используя основные формулы, например, можно рассчитать положение грузов с точностью до 0,25 дюйма. И потом будет достаточно легкой подстройки Steadicam перед работой.

Понимая саму теорию динамического баланса, мы можем быстро и легко поместить компоненты  Steadicam в положение, близкое к идеальному динамическому балансу.

Простой метод добиться динамического баланса в любой системе Steadicam.
Установите на камеру все, что нужно для съемки. Проверьте, что камера на верхней площадке хорошо уравновешена. Поместите монитор в положение удобное для съемки.

Установите камеру так, чтобы центр  тяжести был смещен примерно на 0,75 дюйма от центральной штанги. Поместите систему на стойку и добейтесь, чтобы при отклонении штанги горизонтально, она возвращалась в нижнее положение за время 3 – 4 секунды. Добейтесь точными регулировками, чтобы камера сохраняла ориентацию в пространстве и не начинала вращаться или отклоняться. Для точной подстройки баланса вы можете использовать перемещение батареи.  Заставьте систему вращаться, но не быстро. Со скоростью примерно 20 – 40 оборотов в минуту. Если вы точно настроили динамический баланс, система будет вращаться с той скоростью, которую вы хотите, сохраняя плоскость вращения. Запомните положение камеры над центральной штангой, чтобы быстрее настроить систему в следующий раз.


Точное концептуальное понимание, что такое динамический баланс, позволит настроить Steadicam  любому оператору, не применяя математические расчёты. Также это облегчит возврат системы в динамический баланс, если были внесены какие то изменения
Сборка Steadiсam
Неоспоримые преимущества стедикама ограничивают его использование из-за большой цены. Но, как показывает практика, несложное и недорогое устройство можно сделать своими руками.
Ниже приводится серия изображений, показывающих принцип построения стедикама. Данное устройство разработано для лёгких камкодеров. Упрощённый вариант Steadicam можно собрать из подручных средств, с использованием некоторых методов металлообработки.

Для этого потребуется:




  1. Обрезиненный металлический шарик от компьютерной «мыши»

  2. Алюминиевый прут

  3. Отрезок шланга

  4. Отрезок трубы

  5. Ручка от набора отвёрток

  6. Дюралюминиевая площадка

  7. Резиновая прокладка

  8. Резьбовой фиксатор

  9. Дюралевая заготовка для крепежа

  10. Противовес

Все перечисленные материалы могут быть заменены при необходимости взаимозаменяемыми деталями, это зависит от Ваших возможностей и фантазии.







Крепление противовеса

Площадка и узел крепления противовеса









Регулировка Steadiсam



Наиболее трудоёмкая часть - балансировка камкодера методом проб и ошибок. При правильной балансировке системы центр тяжести должен располагаться в области кисти оператора. Вследствие этого, резкие рывки рукой воздействуют на центр тяжести системы, не создавая момента импульса. Иначе говоря, при перемещениях в горизонтальной или вертикальной плоскостях не возникает угловых колебаний.


  1. С помощью фиксирующего узла (1) приблизительно выравниваем боковой горизонт камеры.

  2. За счёт гибкости алюминиевого прута (2) выравниваем фронтальный горизонт камеры.

  3. С помощью противовеса (3) выполняем более точные настройки.

Система „камера - стедикам“ обладает большим моментом инерции относительно точки подвеса. Она действует как фильтр высоких частот, существенно ослабляя амплитуду колебаний на частотах свыше 1 Гц. Для повышения инерционности не обязательно использовать очень большой груз, можно взять легче, но вынести подальше.



Используемая литература


  1. Адам Уилт . What"s Shakin"? / DV, 2000, июнь, с.102.

  2. "ЦВ", N2'2000, c. 32

  3. http://www.steadicam.com

  4. http://www.steadytracker.com


скачать файл



Смотрите также:
Методическая разработка в помощь руководителям кинообъединений. Содержит обширный теоретический материал, а также практические советы по самостоятельному изготовлению необходимого оборудования
191.26kb.
Методическая разработка «Практические работы на уроках права как средство активизации познавательной деятельности старших школьников»
676.11kb.
Советы по самостоятельному изучению английского языка
302.79kb.
Цель: Дать более глубокие по сравнению с основной школой знания в теме право и мораль. Задачи
52.04kb.
В современной геодезии научные и практические задачи в значительной части решаются быстрее и точнее с помощь космических средств и методов
115.53kb.
Методическая разработка по истории искусства на тему: «Современные течения в изобразительном искусстве XX века. Авангард»
193.31kb.
Методическая разработка для проведения тактико-специального занятия по гражданской обороне
167.4kb.
Путешествие в музыку Грига
65.2kb.
Методическая разработка занятия «велосипед мой друг!»
192.39kb.
Методическая разработка занятия «велосипед мой друг!»
212.49kb.
Методическая разработка конспекта урока биологии в 9 классе по теме «Нуклеиновые кислоты»
81.2kb.
Н. В. Коноплева, А. Р. Каюмова, Л. И
503.51kb.