寫在前面——緻從After Effects轉到Nuke的Boys & Girls

圖一——RGB通道

圖二——Alpha通道

圖三——預乘後的RGB通道

首先明确，在After Effects和Nuke中，RGB和Alpha通道都是相互獨立存在的。Ok，在After Effects中，在圖層上創建一個蒙版（Alpha），那麼在RGB上會立即體現出來（會被立即預乘）。而在Nuke中，在Alpha通道上做改動，不會立即對RGB産生影響，除非手動做出預乘的動作。比如，圖一RGB通道上是一位哲學家。如果在After Effects中， 對其Alpha進行改動，在上面畫上象征自由的印記♂ ，這時軟件自動預乘，此時RGB通道就會變成圖三。但是如果在此Nuke中進行此Alpha的修改，RGB不會有任何變化，仍保持圖一的狀态，但在此時加入預乘動作，圖一的RGB通道就會變成圖三，就達到了預乘的效果。

啥是預乘（Premult）？

在正式回答這個問題之前，我們先回顧一下預乘（Premultiply）的曆史——在上世紀CG行業剛剛興起時，CG圖像一般被渲染成兩個圖層（Pass），一是原生RGB層，它攜帶着每個像素的原生顔色信息（如圖），注意它是沒有抗鋸齒的，邊緣都是實打實的；二是透明度層，它攜帶着每個像素的透明度信息（如圖），比如抗鋸齒信息，動态模糊信息和半透明區域信息等。早期的合成師收到這兩個圖層後，會先将原生RGB層與透明度層相乘，以得到帶有抗鋸齒的圖像。後來，CG技術的進步使得透明度層可以作為一個通道（Channel）合并到了RGB層（Pass），也就成了我們現在所說的RGBA層（可以理解為直通Alpha圖像），但是這時合成師仍然需要将RGB通道與Alpha通道相乘以獲得抗鋸齒等效果；再得益于渲染技術的發展和特效制作流程的進步，渲染軟件執行了将原生RGB與Alpha相乘的任務，這樣渲染出來的圖像就帶抗鋸齒了。這時再給到合成師的CG圖像，在渲染階段已經做了原生RGB與Alpha相乘的流程，已經不需要合成師再做，他們管它叫做預先乘過的圖像（Premultiplied image），“預乘”這個詞從此出現，沿用至今。從算法上來說，預乘與普通的RGB與Alpha的乘法運算并無二緻，而因為這個曆史沿襲的叫法，隻要是RGB與Alpha相乘的這種運算都叫預乘了。我們再來回到預乘本身，用算法表示即：假如有通道值（R, G, B, A），那麼預乘之後通道值為（RA, GA, BA, A）；在畫面（RGB）上最直觀的表現就是A值為1的部分被完全保留，A值為0的部分被完全抛棄（變為黑色），0-1部分按照值得到不同程度的呈現（如圖）。

為什麼要預乘？

1.使得畫面（RGB）能夠按照Alpha的指示進行正常顯示，這通常适用于素材沒有Alpha或者素材為直通Alpha的情況。

2.在合成中，預乘存在的意義還有順應Nuke的工作流程，比如在Merge的Over模式下，其算法為A B（1-a）（此時的A,B表示素材A，素材B，a表示素材A的Alpha），這就決定在某些流程中必須要預乘，否則就會出現圖像重疊等錯誤。

3.抗鋸齒，平滑邊緣。在處理直通Alpha圖像時，預乘的過程中就實現了平滑邊緣。不過，現在大多數CG軟件輸出的CG圖像都是預乘Alpha圖像而非直通Alpha圖像，注意對于預乘Alpha圖像不要再預乘，否則雙重預乘會造成邊緣黑邊的出現。

啥是預除（Unpremult）？

在算法上表示即：将已經預乘的圖像再除回去，假如有（RA, GA, BA, A），那麼反預乘/預除（Unpremult）之後，則為（R, G, B, A），在畫面上呈現就是它會給到最直觀的沒有半透明部分（Alpha影響）的RGB圖像。

為什麼要預除？

1.針對于已經預乘過的圖像，調色前和進行顔色空間轉換前需要進行反預乘，在調色完成後再預乘回去。為什麼需要這個步驟？主要有兩個目的：目的一：主要是為了避免黑白邊等邊緣破壞問題（是否預乘對于alpha為1的部分沒有影響）。假如我們有已預乘的邊緣像素RGBA值為（0.3, 0.3, 0.3, 0.5），如果我們直接用Grade調色節點Offset設為0.4，那麼此時的像素值為（0.7, 0.7, 0.7, 0.5）；但是如果我們先用反預乘節點，此時像素值為（0.6, 0.6, 0.6, 0.5），我們再進行調色，此時像素值為（1, 1, 1, 0.5），然後再進行預乘，此時像素值為（0.5, 0.5, 0.5, 0.5）。現在有兩個值，一是未經反預乘調色的值（0.7, 0.7, 0.7, 0.5），二是經過反預乘調色的值（0.5, 0.5, 0.5, 0.5），一比二要更亮一些，這就是白邊出現的部分原因，并且在實際調色過程中運算遠不止加法這麼簡單，所以在調色前加入反預乘來避免邊緣破壞是很有必要的。那麼未經反預乘就調色犯了什麼錯誤呢？在于忽略了Alpha這個權重在畫面中的作用。目的二：還是假設要Offset 0.4，那麼如果在已經預乘的圖像上調色會發現原本RGBA都為0的黑色區域也提升了0.4，這顯然不是我們想要的結果，加入反預乘則會解決這個問題。

2.擴邊。這屬于Unpremult的一種特殊用法，在已預乘圖像的RGBA圖層進行Blur，然後再Unpremult，這是利用Unpremult擴邊的大緻思路。可以應用于擴邊，去除污點以及藍綠幕Cleanplate的制作等。

關于Read節點中的Premultiplied

在Read節點的Colorspace欄中，有Premultiplied選框。首先Nuke是在Linear的色彩空間中進行工作的，所以在讀取各種圖像文件時需要進行色彩空間的轉換，而這種轉換是通過特定的Lut來實現的，其實這也相當于一次調色，勾選Premultiplied框即告知Nuke此圖像是預乘過的，那麼Nuke在色彩空間轉換時會先反預乘，轉換完成後再預乘回去。可以解決素材導入時的邊緣破壞（黑白邊）問題。

寫在後面

預乘是一個曆史比較悠久的概念，筆者對其認識尚淺，且本文帶有較多的個人思考，難免纰漏之處，敬請指正。

作者：徐帥岐

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