1 技术原理
1.1 分层结构与玻璃板布局
多平面摄影机的核心在于将动画画面拆分为多个独立的图层，每个图层绘制在一块透明的玻璃板上。这些玻璃板沿垂直方向（或水平方向，视机型而定）依次排列，摄影机镜头正对最前方的图层进行拍摄。
1.1.1 前景层、中景层与背景层
典型的图层设置包括前景层（最靠近镜头）、中景层（若干层）和背景层（最远）。前景层通常包含近景物体，如树枝、人物面部特写等；中景层容纳主要角色和次要场景元素；背景层描绘山川、天空等远景。各层之间保持一定的物理间距，间距越大，视差效果越明显。
1.1.2 玻璃板的透明度与支撑方式
玻璃板须具备极高的光学透明度和平整度，以避免光畸变和反射干扰。早期的玻璃板采用手工打磨的优质平板玻璃，边缘经抛光处理。各层玻璃板由金属或木质框架独立支撑，框架底部装有导轨或滚轮，确保各层能够顺畅地前后或左右移动。框架之间通过精密齿轮或丝杠系统保持平行，防止因倾斜导致图像错位。
1.2 运动机制
为了模拟纵深运动，各层玻璃板在拍摄过程中以不同的速度和方向进行移动。摄影机本身保持固定，或与某些层同时运动（如推拉镜头）。
1.2.1 各层独立驱动方式
每层玻璃板的移动由独立的机械装置驱动，常见方式包括手动摇柄、链条传动或电动机。驱动系统可精确控制移动的起始位置、速度和加速度。在拍摄一个镜头时，动画师通过曲柄或刻度盘设定各层的参数，使它们在曝光期间保持同步运动。
1.2.2 速度与方向的比例关系
视差效果的产生依赖于各层移动速度与距离的精确比例。通常情况下，越靠近摄影机的图层移动得越快，方向则根据镜头运动需求而定（如向左平移时，前景向右移动，背景向左移动）。
1.2.2.1 视差公式与景深感模拟
视差公式可简化为：视差位移 = (层间距 × 摄影机移动幅度) / 背景距离。在实际操作中，动画师依据经验设定各层速度比为前景:中景:背景 = 3:2:1（或类似比例）。这一比例模拟了人眼在现实世界中观察近处物体比远处物体移动更快的自然现象。通过调整间距和速度比，多平面摄影机能够创造出从浅景深到极强透视感的连续渐变效果。
1.3 照明与曝光
拍摄多层玻璃板面临的直接问题是光照均匀性和光线衰减。每层玻璃板都会反射和吸收部分光线，导致背景层亮度明显低于前景层。
1.3.1 均匀光照的挑战
为了补偿多层光线损耗，照明系统通常采用多组高功率摄影灯从玻璃板侧面或下方投射光线。部分装置在每层两侧安装条形日光灯或白炽灯，并通过漫射板柔化光线。另外，在玻璃板表面涂覆抗反射膜（早期使用凡士林或稀胶）可减少不必要的反射。
1.3.2 多次曝光与合成技术
由于各层玻璃板之间存在物理间距，一次拍摄不可能同时精确对焦所有图层。因此，多平面摄影机常采用多次曝光合成法：先单独拍摄背景层（对焦在远景），然后将胶片倒回，再拍摄中景层（调整对焦），依次曝光直至所有层记录在同一帧胶片上。这要求摄影机具备精确的胶片定位机构，防止各次曝光之间产生位移。后期还可将预拍的实景或特效画面通过光学打印机叠加到动画层中。
2 历史发展
2.1 早期实验（1910s–1930s）
多平面摄影的基本思想在早期动画实验者中已萌芽。
2.1.1 埃米尔·科尔与多层装置雏形
法国动画先驱埃米尔·科尔（Émile Cohl）在1910年代尝试使用多层纸片叠加拍摄，通过手动移动各层纸片产生伪深度。虽然装置简陋且缺乏机械控制，却是首次将分层移动理念付诸实践。
2.1.2 弗莱舍工作室的转描机改进
弗莱舍兄弟（Fleischer Studios）在1920年代发明了转描机（Rotoscope），并在此基础上开发了“立体光学过程”（Stereoptical Process）。该装置将三维模型布景放置于摄影机前方，动画角色绘制在玻璃板上并置于模型之前，利用模型背景的纵深移动来取代多层玻璃板。虽非纯多平面结构，但同样达到了增强景深的目的。
2.2 迪士尼时代（1937–1960s）
沃尔特·迪士尼敏锐地认识到视觉深度对动画叙事的价值，并投入资源开发可靠的多平面摄影系统。
2.2.1 《白雪公主与七个小矮人》的首次大规模应用
在1937年上映的《白雪公主与七个小矮人》中，多平面摄影机被用于森林场景和皇后城堡的内部。例如，白雪公主在林中奔跑时，前景的树木和灌木以高速向后移动，中景的动物群以中速移动，背景的远山几乎静止。这一技术让观众第一次在动画中体验到清晰的纵深感和空间连续性。
2.2.2 多平面摄影机的专利与改进
迪士尼的工程师比尔·加里蒂（Bill Garity）与摄影师乌伯·伊沃克斯（Ub Iwerks）合作，设计了多款专用摄影机。迪士尼于1940年申请了多平面摄影装置的专利（美国专利号2187430），详细描述了垂直式多平面摄影机的机械结构。
2.2.2.1 水平式 vs 垂直式结构
迪士尼早期使用的多平面摄影机为水平式：玻璃板垂直排列在水平轨道上，摄影机水平拍摄。这种结构适用于拍摄大型多层场景，但占用空间大且对光路精度要求极高。后来迪士尼开发了垂直式摄影机，将玻璃板水平叠放（类似多层三明治），摄影机自上而下拍摄。垂直式结构更节省空间，且各层玻璃板的重力作用使其易于保持稳定，从而在《小鹿斑比》《睡美人》等作品中广泛使用。
2.3 后续演化与数字替代
2.3.1 光学合成与计算机图形学的过渡
20世纪70年代后，光学打印机和视频合成技术逐渐取代了实体多平面摄影机。动画师通过胶片合成机（Oxberry）或后期制作中的光学印片，将不同图层分别拍摄，再通过遮罩和多重曝光合成为最终画面。进入80年代，计算机图形学（CG）的兴起使得“虚拟多平面”成为可能。
2.3.2 现代数字多平面效果
在现代数字动画软件（如Toon Boom Harmony、Adobe After Effects、Blender等）中，多平面效果通过虚拟摄像机和分层Z深度来实现。每个2D图层被赋予一个Z轴坐标，虚拟摄像机移动时，各层根据其Z值自动计算视差位移。这种数字化方案消除了机械误差和光线问题，并且可以轻松调整参数，成为手绘动画与数字融合的标准技术。
3 著名应用实例
3.1 迪士尼经典动画
3.1.1 《小鹿斑比》中的森林景深
1942年的《小鹿斑比》被誉为多平面摄影技术的巅峰之作。森林场景中，斑比穿过林间空地时，前后多层树木和灌木以不同速度移动，营造出沉浸式的自然空间。特别是暴风雪场景，雪花的远近分层和速度变化产生了强烈的立体感和风动感。
3.1.2 《睡美人》中的城堡透视
1959年的《睡美人》在表现城堡外观时，使用了多达六层玻璃板，前景的护城河、中景的城墙、远景的塔楼各层相互配合。当摄影机绕城堡旋转（通过移动各层并配合摄影机自身旋转），产生了近似3D的环绕视角，即使放在今天也令人赞叹。
3.2 其他动画工作室的采用
3.2.1 日本动画：宫崎骏与《龙猫》的类似手法
日本动画监督宫崎骏在吉卜力工作室的早期作品中，大量使用多层背景绘制与摄影机移动结合的技术。《龙猫》中草壁家周围的田园场景，前景的草丛、中景的树木、背景的山峦通过不同的移动速度模拟深度。虽然并非使用实体多平面摄影机（吉卜力更倾向于后期合成），但其原理完全一致。宫崎骏本人多次提及迪士尼多平面摄影对其创作的影响。
3.2.2 欧洲独立动画的变体
欧洲独立动画导演如加拿大的诺曼·麦克拉伦（Norman McLaren）尝试使用多层透明胶片直接手绘，并用手持翻拍的方式制造视差。捷克动画师伊日·特恩卡（Jiří Trnka）在偶动画中结合玻璃板分层，创造出介于定格与手绘之间的独特景深效果。这些变体虽未形成大规模工业应用，但丰富了多平面摄影的美学边界。
4 文化影响与遗产
4.1 对动画美学的塑造
4.1.1 从平面到立体的叙事语言
多平面摄影机从根本上改变了动画的视觉叙事能力。在它出现之前，动画画面基本是二维平面上的移动剪纸式运动；而多平面技术引入了“空间”这一维度，使得镜头移动、角色穿梭、环境展现更加自然。动画师从此可以像真人电影导演一样设计“场面调度”，用景深引导观众视线。
4.1.2 对观众视觉心理的启发
观众在观看多平面镜头时，会无意识地将视差信息解读为真实的三维空间。这种认知上的“沉浸感”让动画突破了“儿童画”的窠臼，具备了与实拍电影竞争的能力。多平面技术也因此被视为动画从“绘画”走向“电影语言”的关键桥梁。
4.2 技术传承与博物馆展示
4.2.1 多平面摄影机的复原与演示
由于原版多平面摄影机体积庞大、零部件精密，现存完整可运行的装置极少。迪士尼动画研究图书馆和日本吉卜力美术馆均收藏了复原的多平面摄影机模型，并在特定展览中向公众演示其工作原理。动画爱好者可以在这些场所亲眼看到玻璃板如何升降、灯光如何闪烁，感受技术带来的魔法。
4.2.2 动画教育中的经典案例
全球各大动画院校（如加州艺术学院、法国戈布兰图像学院、北京电影学院）在教授传统动画史与数字合成技术时，多平面摄影机是必修内容。教师常通过制作简单纸板分层模型或数字模拟作业，让学生亲身体验视差公式与运动比例的关系。该案例不仅代表技术演进，也启发学生思考“限制下的创造力”——在机械精度有限的年代，动画师如何通过巧妙的设置获得惊人的视觉效果。
5 相关技术对比
5.1 与赛璐珞动画的差异
赛璐珞动画（即传统手绘动画中的透明片分层）与多平面摄影机有相似之处，但本质不同。赛璐珞动画使用醋酸纤维素片作为动画角色的载体，这些片叠加在固定的背景上拍摄，各层本身并非物理分离，而是通过透明片叠放实现部分层次。多平面摄影机的关键区别在于各层之间存在物理间距，因此能够产生真正的视差位移，而不是简单的叠加遮挡。简单比喻：赛璐珞动画如同在书页间夹入透明纸，多平面摄影机则像一座立体的微型舞台。
5.2 与3D计算机图形学的相似之处
5.2.1 虚拟摄像机与多平面原理的数字化
在3D计算机图形学中，虚拟摄像机的运动同样遵循视差原理：场景中的多边形网格根据其世界坐标生成透视投影。多平面摄影机本质上是这一原理的“机械模拟”。现代特效软件中的“2.5D”技术（如“纸片人”风格动画）直接继承自多平面概念——将2D图像赋予Z坐标，通过虚拟摄像机移动产生立体感。因此，多平面摄影机常被誉为“3D动画的前朝遗老”。如果迪士尼的工程师懂编程，他们一定会将多平面摄影机视为一种“硬件驱动的预渲阴影渲染器”。