【图形技术】你应该知道的动作捕捉基本知识
好了，现在忘掉这些不快，让我们看看最近这些年，从《指环王》中的咕噜、到《阿凡达》中的纳威人、再到《复仇者联盟》中的绿巨人，动作捕捉技术终于得以大步前进了。同时也别忽略游戏领域，《最后生还者》完成了一些最成功的动作捕捉案例，而EA也从《疯狂橄榄球94版》开始就一直使用这项技术。那么，到底什么是动作捕捉？它的原理是怎样的？它会取代真人演员，或者让三维动画师失业吗？为了回答这些问题，我们先回到100年前。
动作捕捉是什么？
你可能已经知道，动作捕捉需要让演员穿上布满小球的紧身服，然后四处走动。但这到底是怎么回事？简单来说，电影或游戏制作者希望把演员复杂的肢体和面部动作传递到动画角色身上。这一过程甚至可以不用电脑。动画师Max Fleisher早在1914年就发明了逐帧转描（rotoscoping），这种方法只是单调地一帧帧跟踪实拍画面，从而创建卡通动画（著名作品《墨水瓶人》）。动画长片中首次使用逐帧转描是迪士尼1937年的《白雪公主和七个小矮人》。
即便动画师是手工制作角色动画，他们往往也参考视频素材，学习演员的表演，甚至是直接拿镜子照着自己画。数字时代的手工动画被称为“关键帧动画”，也就是顺序地填充不同关键帧之间的角色运动。
为了自动完成这一过程，动画师们开始使用动作捕捉。西蒙弗雷泽大学生物动力学研究员Tom Calvert开创性地发明了机械动捕服。有一家公司开发了“Waldo”面部和肢体捕捉设备，上图中的演员正用其驱动任天堂的马里奥，它在展会中与观众进行互动。同事，麻省理工开发了基于LED的“图形木偶”，这也是首批光学动作跟踪系统。这一系统的早期动画典例便是Kleiser-Walczak制作的臭名昭著且令人毛骨悚然的MV《Don’t Touch Me》。
早期，动作捕捉还是摄影棚专属的技术，演员穿着紧身服，被专门的摄影机和灯光围在空荡荡的舞台中央。《阿凡达》提出了“表演捕捉”的概念，包含多名演员，能够捕捉面部甚至嘴唇动作。《黑色洛城》等游戏也大幅提升了面部和全身动作捕捉的真实感。同时，《指环王》把动作捕捉从摄影棚带到了片场，让顶级动作捕捉演员安迪·瑟金斯表演咕噜，并与其他演员交互。片场动作捕捉如今已经成为电影中数字角色制作的标准流程，例如《猩球黎明》（同样是安迪·瑟金斯主演的）。
动作捕捉的原理是什么？
动作捕捉将演员的运动传递给数字角色。使用跟踪摄像机（有无跟踪点均可）的系统可称为“光学动作捕捉”，而基于测量惯性和机械运动的系统则是“非光学动作捕捉”。后者的一个例子是XSens MVN惯性动作捕捉服，Seth Rogan借此表演《保罗》中的外星人。最近又出现了一些新技术，例如Leap Motion的手指跟踪深度摄像机系统和MYO的腕带，可以识别手臂和手腕的肌肉活动。Google的Tango手机主要用于3D制图，但是其类似于Kinect的深度感光芯片也可以用于动作捕捉。
光学系统通过在三维坐标系中跟踪标记点或特征区的位置，并整合这些数据来近似获得演员的运动。主动式系统使用的标记点会亮光或闪烁，而被动式系统则使用静态的物体，例如白球或颜料点（后者常用于面部捕捉）。无标记点系统使用类似于运动匹配（match-moving）软件的算法来跟踪特定的特征，例如演员的衣服或鼻子，而无需标记点。一旦捕捉到运动，数据可以通过Autodesk MotionBuilder之类的软件映射到动画角色的虚拟“骨骼”上。然后呢？动画角色自然就像真人演员一样动起来了。
（时长：1分01秒，建议WiFi环境观看）
很难预测演员的运动会如何传递到动画角色身上，因此詹姆斯·卡梅隆为《阿凡达》开发的“虚拟摄影”技术就派上了用场。简单来说，这项技术可以在虚拟场景中实时显示数字角色跟真人演员的交互，因此导演可以观察这一粗略的“表演”。这涉及到大量的数学，但是当今的电脑和图形卡以及足以解决这些难题。以下视频来自Weta Digital的《霍比特人：史矛革荒漠》制作花絮，展现了这一流程。
动作捕捉要多少钱？
涉及到三维动画的没有便宜的，包括动作捕捉。但是跟任何数字技术一样，价格都是在逐渐下降的。最便宜的方案，可以在家使用Kinect和iPi Motion Capture软件进行无标记点式动作捕捉，这只需要295美元。而在高端领域，EA的新动作捕捉棚战地18000平方英尺，使用最新的Vicon Blade软件和132个Vicon摄像头。我们不知道这到底要多少钱，但是两个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）。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四分之一到一半，并且真实感更强。
关于动作捕捉的争论
真实感强？额……许多人都讨厌动作捕捉，态度很鲜明。因为它很难取代任天堂风格的游戏，以及传统的手工动画，例如《千与千寻》和华纳的《兔八哥》系列。这些经典角色都是Chuck Jones、宫崎骏之类的动画巨匠应用艺术灵感、通过上千小时的手工动画来完成的。虽然瑟金斯的动作捕捉表演对于精神分裂的Gollum来说是不可忽视的，但是仍需要动画师做大量的关键帧来优化角色。然而，Serkis却认为角色完全是他演的，而把动画师的工作称为“数字化妆”。
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，动作捕捉的数据都没法直接用，通常都需要大量的数据清理工作，最终的结果也很可能便宜制片人的初衷。假如角色动画接近人类，但并不完全一致，你就掉进了“诡异谷”，观众一定会很不爽。相比之下，我们最近看到了一部迷人的视频游戏《Cuphead》，这是用上世纪的传统手工动画技法制作的。
然而，动作捕捉自有其价值。现代视频游戏需要逼真的角色动作，以进一步提升真实感。影史上的动作捕捉经典角色，例如《指环王》中的咕噜、《加勒比海盗》中的章鱼船长，以及本尼迪克特·康伯巴奇饰演的史矛革，都得归功于其扮演者。而这正是动作捕捉的本质：要获得经典数字角色，首先得获得经典的演员表演。
想了解更多？
你想亲自尝试3D动画和动作捕捉吗？现在有许多免费的方案。Autodesk的大多数产品（包括MotionBuilder、Maya和3DS Max）都允许你在无需授权的情况下试用30天（学生可以免费使用3年）。Autodesk Area上还有大量教程和技巧。如果你有两个Sony PS Eye摄像头，或者Kinect，你也可以尝试免费试用版的iPi Soft。如果要跳过这些步骤直接测试捕捉的运动数据，卡内基·梅隆大学有上千份数据，你可以使用播放器来进行预览。如果你只是对3D和动作捕捉感兴趣，你可以查看Weta Digital、EA动作捕捉实验室、Digital Domain和ILM的数字特效和游戏作品。
本文转发自影视工业网
