动作捕捉技术与我们并不遥远

动作捕捉技术的前世今生

说到动作捕捉技术我们最先想到的应该就是在2009年席卷全球票房被誉为是数字电影史上里程碑式的电影《阿凡达》，这部由詹姆斯·卡梅隆指导由二十世纪福克斯出品的特效科幻电影当年在全球范围内收获了高达27.823亿美元的票房直到《复仇者联盟4》在2019年凭借27.96亿美元的票房打破这一票房神话，这一票房记录被保持了10年之久。超高票房的表现背后是电影中近乎极致的特效制作。在电影中使用了大量的动作捕捉技术和电脑特效技术为观众打造了一个近乎真实的潘多拉星，通过动作捕捉技术演员可以将自身的动作与电影中Na’vi人的动作同步做到动作流畅真实，让观众消除对电脑特效产生的违和感。

在“阿凡达”之后的许多电影都运用到了动作捕捉技术力求让演员的动作与电影中新奇怪异的角色达到统一，提升观众对于电影的观感。例如后来的《霍比特人》、《人猿星球》、《复仇者联盟》等等大家耳熟能详的电影作品中都大量运用了动作捕捉技术，为观众呈现出一幕幕既真实又精彩的电影片段。然而动作捕捉技术的起源实际上非常的早，而且应用的原理也极其简单，并不像我们想象中的那样复杂、繁琐、高科技。

动作捕捉技术起源于大约100年前。对！你没听错。那时候连计算机还没有诞生。上个世纪初动画师们通常会遇到一个非常令他们困扰的问题，就是通过绘画描绘的人物动作不管怎样都不会特别自然，生硬的动作导致了动画行业在那段时间还是一个非常小众的行业。受到小孔成像“转描”绘画形式的启发，美国人马克思·弗莱舍（Max Fleischer）发明了对近代动画产业贡献巨大的“转描机”。其原理也是非常的简单，动画师只要将映射在毛玻璃上面的一帧一帧的照片描绘成动画人物便能够得到一串连贯且真实的动画人物动作。这与动作捕捉技术的原理如出一辙。著名的动画公司迪士尼在动画制作中运用了这项技术，1937年迪士尼公司将这项技术运用到了动画片《白雪公主与七个小矮人》中这也是历史上首部运用“转描机”技术完成的长篇动画作品。我们可以从《白雪公主》中看到角色的动作达到了非常流畅且真实的程度。这相比于之前的动画作品给观众带来了流畅的视觉体验。而我国也紧随其后在1941年上海美术电影厂制作的《铁扇公主》中也运用了“转描”技术，凭借这项技术《铁扇公主》在国内外也一举取得了巨大的成功。

到了20世界80年代，加拿大思蒙弗雷泽大学（Simon Fraser University）人体动力学与计算机科学专业领域的教授Tom Calvert将“机械动作捕捉系统”使用在了舞台舞蹈设计学和运动异常的临床评估中，这也开启了动作捕捉技术与计算机领域融合的新阶段。

1999年，电影《指环王》中导演彼得·杰克逊运用动作捕捉技术将电影中的“咕噜”这一角色活灵活现的展现在了观众的面前。这是历史上第一次将动作捕捉技术运用在电影制作之中。

目前我们能接触到的三种动作捕捉技术

随着动作捕捉技术的发展，现在的动作捕捉技术可以大致分为三类：

l 光学动作捕捉技术

l 惯性动作捕捉技术

l 视频动作捕捉技术

每种技术都有其优势和劣势，光学动作捕捉技术的优势是可捕捉对象多，捕捉动作精确，但其缺点也非常明显，光学动作捕捉技术依靠对光非常敏感的光学摄像头对捕捉对象进行动作捕捉，因此光学动作捕捉技术需要在非常严格的环境下进行，通常是在实验室或者专门搭建的场景中进行。其次由于是通过摄像头进行捕捉，在捕捉的过程中不能有对捕捉对象产生遮挡的物体，所以光学动作捕捉的范围也受到了相应的限制。

相比于光学动作捕捉技术的局限性，惯性动作捕捉则可以最大限度的延展动作捕捉的场地范围。通过磁力计和陀螺仪原理进行动作捕捉的惯性动作捕捉技术可以让动作捕捉参与者拥有更大的捕捉范围而且使用者再也不必担心被遮挡无法获取数据这一问题。但由于运用了磁力计的原因，惯性动作捕捉普遍也存在着受周围磁场干扰的问题，在一些有金属存在的环境中，惯性动作捕捉往往不能得到有效的动作捕捉数据。

视频动作捕捉技术现在还处于研究阶段，我们所熟悉的苹果Memoji动态表情便是应用了这一技术，但是这一技术目前还没有达到产品级别精度，所以在目前我们看到的电影、动画、游戏中还没有运用这项技术的案例。但是这种技术也是三种动作捕捉中最为方便快捷的且廉价的，因为采用视频动作捕捉技术意味着不需要佩戴动作捕捉设备，也加强了动捕角色的灵活性。

动作捕捉技术与我们并不遥远

在电影拍摄的花絮中我们经常可以看到演员佩戴着光学动捕的反光点进行表演，这些没有特效加持的画面常常让我们忍俊不禁。在电影制作这种需要高精度动捕的情况下，光学动捕相比于惯性动捕更具有优势。凭借每秒钟上万帧的动作跟踪，光学动捕可以精确地捕捉演员的动作和表情，后期工作人员可以通过这些数据进行电影后期制作，他们将上百个图层进行叠加从而创作出一个又一个令人印象深刻的电影角色。但光学动捕相对于惯性动捕有一个不可避免的短处——成本问题，光学动捕需要专门搭建的场景地和价格高昂的设备支持。如果制作团队的经费没有那么充足那么采用光学动作捕捉无疑会给制作团队带来巨大的压力。

在只需要捕捉动作或者需要捕捉运动范围非常大的情况中光学动捕就没有惯性动捕那么具有优势了。在常见足球或者篮球游戏中，惯性动作捕捉有着绝对的主导地位。游戏的制作团队会让运动员佩戴惯性动捕设备进行真实的比赛并在运动馆或者足球场中得到运动员实时反馈来的数据。通过软件的处理，运动员传球、运球、射门、扣篮等动作将会同步记录在电脑中，实现真实运动中的动作捕捉。而且与追求精确的光学动捕相比惯性动捕的优势在于可以在任何环境下进行动捕，不受场地以及遮挡物的限制。

随着科技的发展动作捕捉技术在我们生活中的应用也十分广泛，在一些VR游戏中与上面我们所提及的手机动态表情录制中都或多或少的应用到了动作捕捉技术。相信在不久的未来随着动作捕捉技术的开发越来越完善能有更多我们可以亲身接触到的动作捕捉产品出现在我们身边。

ART光学动作捕捉与Xsens惯性动作捕捉

ARTTRACK5

ARTTRACK5是ARTTRACK系列的新一代成员，是工业和研究领域3D应用的新标准。

ARTTRACK5提供更高帧率和分辨率，以及提高所有运动跟踪应用程序的灵活性，致力于制造世界上最精准的光学动作捕捉系统。

性能：

帧率高达300赫兹

传感器分辨率1.3像素（全帧模式）

每个相机只有一个电缆减少安装时间

综合图像处理

支持主动和被动标记

Xsens MVN Animate Pro高精度惯性动作捕捉系统Awinda版

Xsens发布了MVN Animate的一款颠覆性的软件解决方案，MNV Animate是唯一给予惯性动作捕捉的解决方案，并可与光学动作捕捉系统在数据准确性方面保持一致，且可在户外所有条件下传送好莱坞级惯性动捕数据。

MVN Animate与过去版本有着根本不同，它是Xsens第一款解决了一直困扰惯性动作捕捉主要问题磁性失真的动作捕捉软件版本。在过去使用惯性动作捕捉技术获取的数据由于家具、建筑物、车辆或者其他物体中金属的存在而导致环境磁场的变形。MVN Animate解决了这个问题——它不受磁性失真的影响，这要归功于一个新的动捕引擎，这个新引擎可以从相同的数据中提取到更多的信息。这意味着使用Xsens MVN Animate惯性动作捕捉系统可以不再受金属磁场干扰的困扰，真正做到在任何环境中都可以完成动作捕捉。

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