《头号玩家》：动作捕捉，连接虚拟与现实全靠它
片名：《头号玩家》
导演：史蒂文·斯皮尔伯格
片长：140分钟
类型：科幻/冒险/惊悚/动作
主演：泰伊·谢里丹/奥利维亚·库克/西蒙·佩吉
剧情概述：在2045年，现实世界衰退破败，人们沉迷于虚拟现实游戏“绿洲（OASIS）”营造的世界里寻求慰藉。马克·里朗斯饰演的“绿洲”的创始人临终前宣布，将亿万身家全部留给寻获他隐藏彩蛋的游戏玩家，史上最大规模的寻宝冒险就此展开。韦德·沃兹和数十亿竞争者踏上了奇妙而危险的旅途。
你听说过虚拟现实吗？它是连接现实和虚幻世界的仿真系统，通过计算机生成一种模拟环境，产生交互式的三维动态实景，使用者可以身临其中，采取实体行为。
如果你觉得这个概念离我们的日常生活太远，那么换个问题：你玩过VR（virtual reality）游戏吗？就是那种带着头显、装备和手套，操纵人物运动的游戏。想来很多人都有过这种如临其境的高科技体验。这就是虚拟现实多种应用中的一种。
（图片来自：expoon网络展示）
不要以为这只是年轻人才玩的时髦游戏，年过70的著名大导演斯皮尔伯格也是VR游戏的头号粉丝。近日，由他指导的热映电影《头号玩家》便是以此为灵感拍摄的。在名为“绿洲”的大型虚拟世界中，每个玩家都有一个对应的游戏角色，想来是不是很酷呢？
游戏好玩又刺激，不过你有没有仔细思考过：电影中的玩家是怎样与游戏人物实现同步运动的呢？动画设计？不对；真人扮演，半对。正确答案是：动作捕捉（Motion capture，简称Mocap）。
从字面意义理解，动作捕捉就是在抓取人物运动时的肢体状态，然后把这些动作同步到电脑中的虚拟角色上，使虚拟角色的动作和真人毫无差别。而这一切的目的只为达到视觉上逼真、自然的效果。
（图片来自新浪科技）
其实仔细想想，“高大上”的动作捕捉技术就是基于一个简单的原理：有样学样——以真人为蓝本描摹其外形。在计算机动画（CG）尚未发明以前，电影从业者便领悟了这个道理，但受困于技术落后，动作捕捉的实现方式也有些“笨拙”。
首先登场的是：定格动画。
代表影片：《金刚》（1933）
动画师将木偶、黏土偶角色，每帧都摆一个略微不同的动作，然后逐帧拍摄。就形成了连续的活动影像，但这种技术要求动画师在每一帧都要摆放角色造型，因此非常费时费力。
（图片来自视频截图）
《杰逊王子战群妖》骷髅兵的动画是定格动画大师雷·哈里豪森一帧一帧制作的，这个格斗段落耗时4个半月才完成，成就了定格动画经典。
接下来是机械模型。
代表影片：《终结者》（1984）
时间来到80年代，机械、无线电技术飞速发展，通过遥控、机械杠杆操控全尺寸机器人模型，但这些机器人动作远没有真人流畅。此外，机器的设计和制作的难度本身就很大。
（图片来自视频截图）
最后诞生的是逐帧转描。
代表电影：《白雪公主》（1937）
该技术在前期《大世界》（超链接：
http://ask.kedo.gov.cn/c/2018-01-26/912249.shtml）中提及过，多应用于动画影片。1914年，Max Fleisher发明了这一技术，动画师参考视频素材，观察演员的表演动态，将真人转换为角色。
（图片来自视频截图）
那么问题来了，如果绘画对象不是人物，应该怎么办呢？来看看这张图。
（图片来自视频截图）
哈哈，你可以对着镜子画自己啊。
（图片来自视频截图）
逐帧绘制的缺点也是非常明显的：逐帧代表着每动一下，你就要绘一张画。这样的工作量可谓巨大。另外，绘图也只能获得二维的平面信息。
而现在应用的成熟CG技术，克服了以上三种传统方法的缺陷。根据设备运行原理的不同，动捕技术本身也有着诸多分类，常见的有“机械式动捕系统”，“声学式动捕系统”，“电磁式动捕系统”，“光学式动捕系统”以及“惯性导航式动捕系统”。其中“光学式动作捕捉”凭借着“采集场地限制低”，“采集精度高”，“可实时反馈”等优势成为现阶段应用最为广泛、发展最为成熟的运动捕捉技术。
相信你一定看到过，电影演员们身着布满小灯泡的黑色紧身衣，在空旷的场地进行表演。这就是在进行光学式动作捕捉。这些光点对应着一个捕捉目标的特殊部位，所以当对应的光点移动时，就可以映射到目标的分段位移。那么，应该佩戴多少光点呢？它们应该如何分布呢？答案是：越多越好，360无死角覆盖。哪怕是结构再复杂的物体，光学动捕的定位精度也能高达0.1毫米。换句话说，即使你没有刻意移动，但简单的呼吸浮动也能被洞察到。这样做虽然有些吹毛求疵，但在成形时也更能体现人性化特征。
（图片来自电影科技）
事实上，动作捕捉技术并非因电影而诞生，它最早应用于生物动力学研究机构。彼时，研究员们通过一些穿戴式机械传感器，获取人体关节的运动数据。但这些大型的设备比较笨拙，对演员的动作限制较大，尚未被电影界广泛采用。
（图片来自生物科技）
同一时期，出现了基于LED灯的光学式动作捕捉技术，它摆脱繁重的机械设备，依靠图形识别处理等技术来获得演员的动作，虽然不够精准，但这一突破还是迅速获得了大批电影人的青睐。
（图片来自影视工业网）
1990年，施瓦辛格主演的《全面回忆》上映，片中出现了X射线透视人体的几秒镜头。不要小瞧它，这可是动作捕捉技术的首秀。虽然当时的设备还需要连线操作。
（图片来自视频截图）
1997年，《泰坦尼克号》热映全球，人们惊叹于宏大的灾难场景和感人的爱情故事。而你是否注意到背景中成群结对的乘客们，都是由动态捕捉生成的？电影团队建立了CG人物动作库，由此生成了栩栩如生的沉船逃难场景，这可比找上千名群众演员要省时省力得多。
（图片来自视频截图）
2009年上映的《阿凡达》是动作捕捉技术走向成熟的标志。这部电影的最大贡献在于：面部表情的高精度采集。头戴式摄像头和改进的软件算法从此成为新的标配。
（图片来自视频截图）
那么，动作捕捉需要多少钱？
事实上，凡是涉及到三维动画技术的，就没有“便宜”二字。但是跟任何数字技术一样，价格都是在逐渐下降的。
而在这个行业里，也遵循着“一分钱一分货”的硬道理。无标记点式的动作捕捉生成效果差强人意，你在家里也能完成，这只需要295美元。在专业的高端领域，就要用到18000平方英尺的专用摄影棚，使用最新的Vicon Blade软件和132个Vicon摄像头。让我们来算一下，两个Vicon摄像头的系统加上软件就得12500美元。而且你还得需要MotionBuilder软件来把动作捕捉数据映射到数字角色，一个授权就得4200美元！
（图片来自Vicon官网）
尽管价格昂贵，据说动作捕捉还是只占同量级手工动画成本的25%到50%，并且真实感更强。
许多人都讨厌动作捕捉，态度很鲜明。对于制片人来说，动作捕捉可能在价格上很诱人，但是大多数情况下，收集的动态数据都没法直接用，需要大量的数据清理工作，最终的结果也很可能偏离了制片人的初衷。除此之外，过于真实的画面生成也容易让观众产生“诡异谷效应”，而降低了观影兴趣。
在接受专访时，斯皮尔伯格表达了对于动态捕捉技术的看法，他认为这在本质上，是人们对于虚拟和现实的不同理解：“你可以选择把所有时间都花在那里，或者在真实世界中与真实的人交往，有真正的眼神交流。在某种程度上，我们的故事是一个警世故事，也是一场伟大的历险。”
面对如此双重的选择，你会怎样决定呢？
作者：孙东临
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