动作捕捉技术发展史及原理

Xsens动作捕捉 2022-10-31 13000

一个游戏或者电影制片人想要演员复杂的肢体或脸部运动转化成动画角色，这些步骤甚至不需要一个电脑。

动画师Max Fleischer在1914年发明了“动态影像描摹（Rotoscoping）”，一种通过描绘真人镜头进行动画创作（例如：《墨水瓶人（Outof Inkwell）》）的方法。

动态影像描摹（Rotoscoping）

第一部使用动态影像描摹的长片动画是迪斯尼1937年的《白雪公主与七个小矮人》。即使是当时动画师用手绘创作角色运动时，他们也经常参考录像片段，学习某些演出场景甚至是从镜子里面看自己。用手创作数字动画的方法被称为“关键格动画（Keyframing）”,或者可以解释为在两个不同的关键帧动作之间充填一个角色的运动。

为了让这些过程自动化，动画师把眼光放到了动作捕捉上。生物运动研究例如思蒙弗雷泽大学（Simon Fraser University）的Tom Calvert在物理机械捕捉服装上取得了重大突破。一个公司开发了“Waldo”脸部和身体捕捉仪器，被一个演员在任天堂的MarioAvatar中使用，并和展会的群众进行互动。同时，麻省理工学院开发了基于LED的“木偶图像化（Graphical Marionette）”技术是第一批光学动作跟踪系统。由先驱公司Kleiser-Walczak制作的音乐视频作为一个早期动画开拓了当时这个不出名的技术。

在早期，动作捕捉只是摄影棚的一个步骤，一个穿着紧身衣的演员单独在单调的设置场景里通过特殊的相机和灯光进行捕捉。《指环王》将动作捕捉从摄影棚带到了拍摄片场，让动作捕捉演员的先驱Andy Serkis可以作为咕噜和其他演员互动。

影片《Avatar》的制作引入了表演捕捉这一技术，包括添加了多个演员，面部表型和唇部动作。像《L.A.Noire》的游戏也大幅的推动了结合面部和整个身体捕捉的发展。现场拍摄表演捕捉（包括面部）对于现在的有数字化角色的影片来说是非常普通的事。

《猩球崛起2：黎明之战》

（是的，又是Serkis，他很受欢迎）

动作捕捉将一个演员的动作转换为一个数字化角色。使用跟踪摄影机的动捕系统被归为光学类，而用惯性或机械运动来测量的系统被归为非光学类。一个后者例子就是Seth Rogan穿着XSens MVN惯性捕捉服在《保罗》中扮演外星人。后来其他技术也涌现出来，比如Leap Motion的Finger-tracking Depth摄像机系统和MYO的Wrtstbands可以探测手和手腕的肌肉活动。Google的Project Tango主要用作制图，但其类似体感的传感器使它也有动作捕捉的潜在功用。

光学系统通过位置追踪器或有3D功能的追踪器把演员的动作数据汇集成近似值。主动系统用灯光或特殊闪烁器，而被动系统用固定物体例如白色球或者只是个描画点（后经常用作面部捕捉）。无标记系统用移动匹配软件的算法而不是标记点去跟踪不同的特征，例如一个演员的衣服或者鼻子。一旦捕捉，动作通过类似Autodesk的MotionBuilder等软件将动画角色的虚拟骨骼绘制出来。结果？动画角色就像真实的表演者

预测一个演员的动作怎样传换成动画角色是非常难的，所以由卡梅隆为《阿凡达》开发的“虚拟拍摄（Virtual Cinematography）”经常被使用。简单的来说，它可以在虚拟设备上随着演员实时移动的显示数字角色，所以导演可以看见一个“粗略版本”的表演。这种应用包括大量的数学计算，但是现在计算机和显卡已经足够快速去完成它。

任何和3D动画相关的东西都不便宜，动作捕捉也包括在内。但是就像任何数字的东西一样，价格会跟随时间下降。不同级别功用的动作捕捉也有不同的价格。你或者我可以在家花295美元用Kinect和iPi动作捕捉软件进行无标记动作捕捉。而EA拥有的18000平方英尺的捕捉室，运用Vicon的动捕软件和132个Vicon摄像机。我们不知道这些具体需要多少花费。但是一个拥有两个摄像机的Vicon系统的软件使用权需要12500美金。（同时考虑到你也需要像MotionBuilder一样的软件将捕捉数据会指正一个角色，每台运行需要4200美金。）除去这些费用，在任何地方做一个动作捕捉都可以花1/4到1/2的关键帧动画的费用，效果却更真实的动画。