光學(xué)式動作捕捉技術(shù)在影視動畫中的發(fā)展

黃涵渝　涂凌琳

動作捕捉技術(shù)是指在被測物體的關(guān)鍵部位設(shè)置跟蹤器，測定被測物體在物理空間里的坐標(biāo)和方位，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后得到三維空間坐標(biāo)的數(shù)據(jù)，可以應(yīng)用于娛樂、體育、醫(yī)療應(yīng)用、電腦視覺以及機(jī)器人技術(shù)等諸多領(lǐng)域。

而光學(xué)式動作捕捉系統(tǒng)是由多個(gè)高速相機(jī)從不同角度對目標(biāo)特征點(diǎn)的監(jiān)視和跟蹤來完成運(yùn)動捕捉的任務(wù)。從定位精度、實(shí)時(shí)性、使用方便程度等方面來看，光學(xué)式動作捕捉技術(shù)的優(yōu)勢比較明顯，所以，在當(dāng)今影視動畫市場下被廣泛使用。

一、光學(xué)式動捕系統(tǒng)在影視動畫中的發(fā)展

（一）由棚內(nèi)到戶外

在電影工業(yè)中，一般動作捕捉都是在攝影棚中完成的，因?yàn)閯幼鞑蹲綍r(shí)需要大量設(shè)備、電纜、計(jì)算機(jī)等，一般不易于攜帶，而光學(xué)式動捕對光線干擾特別敏感。

在棚內(nèi)拍攝，演員缺乏與實(shí)景環(huán)境之間的參考與互動，表演難度大大增加，需要靠導(dǎo)演的引導(dǎo)和演員的自我想象。而在戶外拍攝，不僅可以用實(shí)景創(chuàng)造出真實(shí)感，還使得拍攝更加靈活、便捷。能夠到戶外拍攝，是因?yàn)橹谱髡邆兎艞壛藗鹘y(tǒng)攝影棚內(nèi)動捕系統(tǒng)具有反射功能的被動式“Marker”，而采用了主動式“Marker”。這種主動式“Marker”由系統(tǒng)提供“Marker”發(fā)光的電源和控制“Marker”的發(fā)光頻率，一改原來被動接受光源的方式，主動發(fā)射不同頻率的紅外光源，很大程度上解決了戶外多變光學(xué)環(huán)境的問題。

（二）表情捕捉的發(fā)展

人的面部動作是十分復(fù)雜的，眼神、表情是表演的核心和精華部分。要百分之百把演員的表演移植到CG角色上去，難度是非常大的。表情捕捉的發(fā)展可以看作從頭到全身、從輪廓到細(xì)節(jié)的進(jìn)步。早期的動捕技術(shù)還只能處理頭、四肢這些大的身體部位，直到2009年，《阿凡達(dá)》的出現(xiàn)標(biāo)志著表情捕捉技術(shù)已經(jīng)走向成熟。維塔團(tuán)隊(duì)改進(jìn)了軟件的算法，并發(fā)明了頭戴式攝像頭，用來捕捉演員的表情，即在頭盔前加置一個(gè)攝像頭，并且在演員臉上畫上標(biāo)記點(diǎn)，相較于身體上的標(biāo)記點(diǎn)，臉部表情動作較為豐富，所以標(biāo)記點(diǎn)比較相近且密集。頭戴式表情捕捉系統(tǒng)完美解決了演員面部表情高精度采集的問題， 從此以后，頭戴式攝像頭就成為了動作捕捉的標(biāo)配。

（三）虛擬拍攝技術(shù)

虛擬拍攝是指運(yùn)用現(xiàn)場硬件GPU渲染的技術(shù)，在拍攝現(xiàn)場，通過虛擬攝影機(jī)完成畫面的預(yù)演。預(yù)演的畫面中，現(xiàn)場背景的綠屏變成了CG的外星環(huán)境，前景的動作捕捉的演員變成了CG演員。在電影《阿凡達(dá)》中，導(dǎo)演卡梅隆使用了手持的“虛擬攝影機(jī)”（監(jiān)視器），監(jiān)視器上貼著運(yùn)動捕捉系統(tǒng)中使用的“Marker”，其位置能被固定在影棚頂?shù)臄?shù)百個(gè)紅外攝像機(jī)跟蹤定位，算出這個(gè)虛擬攝影機(jī)的三維位置，然后與現(xiàn)場計(jì)算機(jī)內(nèi)的三維攝像機(jī)進(jìn)行參數(shù)綁定、運(yùn)算，結(jié)果以視頻信號的方式回傳到卡梅隆手中， 這樣可以讓導(dǎo)演既看到面前演員的表演，也可以看到 CG 角色的演出。

虛擬攝像機(jī)不僅使得制作團(tuán)隊(duì)以更接近實(shí)拍的方式處理虛擬拍攝，也提高了導(dǎo)演與演員和后期團(tuán)隊(duì)的溝通效率，同時(shí)還讓投資方盡早看到影片小樣，降低了修改成本，從而使整體拍攝更有計(jì)劃，有效控制預(yù)算。

二、影視動畫中光學(xué)式動捕系統(tǒng)的應(yīng)用建議

光學(xué)式動作捕捉系統(tǒng)的應(yīng)用雖然為影視動畫創(chuàng)作手段翻開了新的篇章，但同時(shí)也帶來了新的問題。傳統(tǒng)影視動畫的創(chuàng)作過程是創(chuàng)作者通過自己長期的積累去創(chuàng)作角色的動作，反映了客觀事實(shí)規(guī)律的同時(shí)進(jìn)行主動的藝術(shù)創(chuàng)造。動作捕捉能夠準(zhǔn)確地紀(jì)錄人的動作信息，甚至是表情信息，能夠讓CG角色逼真如真人般動起來。但是很多藝術(shù)作品，只是對真人動作的照相式的直接摹寫，盲目地運(yùn)用這一新的科學(xué)技術(shù)，而忽略掉了藝術(shù)的創(chuàng)作，直接把動捕數(shù)據(jù)套在 CG角色上，最后的效果差強(qiáng)人意，失去了藝術(shù)的張力和質(zhì)感。

那么，怎樣才能更好地把光學(xué)式動捕系統(tǒng)應(yīng)用到影視動畫中，使影視動畫增色，而不失去藝術(shù)表現(xiàn)力？筆者認(rèn)為，動捕精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，可以作為我們創(chuàng)作動作的參考數(shù)據(jù)，而不是作為作品的核心。動捕前，應(yīng)當(dāng)根據(jù)故事板對表演的動作進(jìn)行計(jì)劃；動捕時(shí)，表演者和動捕技術(shù)人員應(yīng)與動畫師、導(dǎo)演通力配合，及時(shí)調(diào)整動作。只有有效地將動捕數(shù)據(jù)與動畫師的藝術(shù)表現(xiàn)力相結(jié)合，才能創(chuàng)作出優(yōu)秀的影視動畫作品。

三、結(jié)語

光學(xué)式動捕系統(tǒng)能夠大大提高影視動畫的制作效率，節(jié)約成本，提高作品質(zhì)量。此外，它也給了導(dǎo)演在電影上極大的創(chuàng)作空間，能夠使其無限發(fā)揮自己的想象能力，創(chuàng)作出好的作品。但動捕技術(shù)的發(fā)展只能作為創(chuàng)作的一種觀察手段，在利用動捕系統(tǒng)的同時(shí)，應(yīng)該注重藝術(shù)的觀察、思考與創(chuàng)作，從而使這一新型的技術(shù)手段在影視動畫領(lǐng)域得到更好地使用，發(fā)揮其價(jià)值，創(chuàng)作出高質(zhì)量的影視動畫作品。

（作者黃涵渝系華中師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院本科生，涂凌琳系華中師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院副教授）