什么是动作捕捉?

时间:2018-06-28   来源:易漫传媒   浏览:739

什么是动作捕捉?

近日一则新闻,引发影迷的关注,在美国梦工场3D动画《驯龙高手2》定档8月14日于内地上映之后,片方曝光了一支奥巴马拜访梦工场的视频,影片中所使用的动画捕捉技术震惊了奥巴马,总统不禁亲自上阵体验一番,并惊呼:“太精彩了!”


显然,这是《驯龙高手2》吸取了第一部在内地叫好不叫座的教训,为引发关注提前造势,而创造的一个营销话题。但从这则新闻之中,我们可以得到两个信息:


1、《驯龙高手2》使用了先进的动作捕捉技术;

2、奥巴马对动作捕捉技术很感兴趣,并亲身做了实验。


由此可见,从前略显神秘的动作捕捉技术,已经渐渐进入大众视野,并成为新闻元素被片方用作宣传噱头。


其实正如新闻中奥巴马质疑的那样,动作捕捉并不是这两年新近发明的技术,在此前风靡全球的电影《阿凡达》中,就已经大量运用这项新锐科技。我们看到的纳美人,我们见识到的那些美轮美奂的外星奇观,除了运用传统的CG数字技术之外,大量倚重的就是神奇的“动作捕捉”技术。


那么,什么是动作捕捉技术呢?


动作捕捉,意同“运动捕捉”,英文Motion capture,简称Mocap。这项技术涉及尺寸测量、物理空间里物体的定位,及方位测定等可以由计算机直接处理的数据。在运动物体的关键部位设置跟踪器,由Motion capture系统捕捉跟踪器位置,再经过计算机处理后得到三维空间坐标的数据。当数据被计算机识别后,可以应用在动画制作、步态分析、生物力学、人机工程等领域。


目前常用的运动捕捉技术,从原理上可分为机械式、声学式、电磁式、主动光学式和被动光学式。不同原理的设备各有其优缺点,一般可从以下几个方面进行评价:定位精度、实时性、使用方便程度、可捕捉运动范围大小、抗干扰性、多目标捕捉能力,以及与相应领域专业分析软件的连接程度。


而动作捕捉技术被人们广泛认知,还得从动画制作说起。这项技术是上世纪70年代起,美国迪斯尼公司为改进动画制作效果而尝试的新技术。将运动捕捉技术用于动画制作,极大地提高了动画制作的效率,降低了成本,而且使动画制作过程更为直观,效果更为生动。


近年来我们熟知的视效大片,如曾经创造惊人票房成绩的《阿凡达》、《变形金刚》、《霍比特人》,都把动作捕捉技术作为核心竞争筹码。我们耳熟能详的那些经典角色,如《霍比特人》里凶悍的咕噜,《泰迪熊》里充满痞气的毛熊公仔,甚至《阿凡达》里的纳美部落公主……这些经典的虚拟形象,他们生动的表演总能打动观众,而他们被赋予生命的背后都源于一项重要的电影科技——动作捕捉。


如何用动作捕捉拍电影?

特型演员身穿遍布光点的黑色紧身服,腰上吊着钢丝,在绿色布景前闪转腾挪完成“三维空间”运动。这些虚拟角色可能是电影《环太平洋》里威风八面的机甲战士,《金刚》里暴躁强壮的大猩猩,或动画片《飞屋环游记》里憨态可掬的小胖男孩。有了动作捕捉技术,让这些角色从天马行空的想象成为现实。


这项于上世纪70年代就被用于电影动画特效制作的技术,如今正被一股新的科技力量所改造。在这股力量中起关键作用的,是近年来飞速发展的传感器技术。如今传感器的尺寸被制作得越来越小、价格越来越低。在电影科技最新力量得到展现的动作捕捉摄影棚中,几十个高速摄影机捕捉现实演员的动作后,即时将这些动作还原并渲染至相应的虚拟形象身上。


有了动作捕捉和CG技术,大银幕已经迎来崭新的“表演”时代。看看如今的大银幕——《猩球崛起》的大猩猩,竟然没有一只是真实的猩猩,在这些毛茸茸的生物背后,都是一位位活生生的动作捕捉演员;《铁甲钢拳》里在拳坛上自然流畅拳拳到肉的机器斗士们,也都是穿着蓝色服装,踩着高跷的演员在表演;《丁丁历险记》中那些角色,有着卡通的造型却有无比自然的动作和表情,这同样是拜真人演员的动作捕捉所赐。


我们不禁要问,有了动作捕捉,将来拍电影还需要演员吗?


在动作捕捉领域,表现最为抢眼的莫过于安迪·瑟金斯。这位出色的特型演员,因为连续扮演了《指环王》系列中的咕噜,及《猩球崛起》中的凯撒,而被观众誉为“奥斯卡欠他一个影帝提名”。此前一直是配音演员的瑟金斯,无疑是一位幕后英雄,但在《指环王2》中,用实力证明自己在动作捕捉领域无可替代的个人能力之后,安迪·瑟金斯迅速成为这一领域数一数二的经典演员。


在动作捕捉技术的发展历程中,《指环王》中的咕噜无疑是一个跨时代的重要角色。当时,出现咕噜的镜头一般要制作三遍:第一遍是实拍,安迪·瑟金斯穿着白色衣服和演员一起表演;第二遍在电脑中,将安迪擦除以便放置咕噜;第三遍是安迪单独的个人表演,他穿着带记录点的动作捕捉衣表演,动画师先制作出安迪运动的造型,然后再将数据转化到咕噜的模型身上。


而于今年8月在内地上映的《猩球崛起2黎明之战》,则在动作捕捉技术上又取得了巨大的进步,安迪·瑟金斯再次奉献出堪称年度最佳的动作捕捉表演。


多年来动作捕捉技术一直有一个难题,那就是制作出一张真实的CGI人脸。直到这部描述人猿大战的科幻电影中,“人脸捕捉”技术才取得较大突破。动作捕捉演员们穿着捕捉服,戴上面部捕捉专用头盔,和真人演员一起进入到实际场景中,像正常拍戏一样表演,同时动作捕捉团队成员把他们的身体动作和面部表情录制下来,并实时给到CG角色身上,现场有多台液晶显示器实时显示动作捕捉数据映射到CG角色之后的结果,因此演员们可以实时看到自己的表演有什么问题。


当导演对动作捕捉数据满意之后,摄影师需要拍摄一遍clean plate。等两遍拍摄都完成后,动作捕捉数据给到CG角色,同时动作捕捉团队为此大力改进了毛发和肌肉系统,还专门开发了眼睛系统(包括瞳孔变化、眼部肌肉变化),使得CG制作的猩猩非常逼真。与此同时跟踪部门对实拍素材进行跟踪,重建场景,然后合成部门根据这些素材将猩猩合成到实景中。


从上文这些例子我们可以看出,动作捕捉技术在电影中,一般多应用于那些普通演员无法完成的角色——比如一只猩猩、一个怪兽。但在科技日新月异的时代,任何技术都可能实现跨越式突破。不排除有这种可能,动作捕捉技术不仅能把人类演员的动作,瞬间移动到CG角色身上;也能捕捉到演员的表情、动作、神态,存储为数据格式,并依据不同情境进行编程处理,在对应场景中给出对应反应。


假设这个数据库够大、够全面的话,我们可以预言,在不久的将来,演员表演将不需要再进行什么演技培训,只需要给出几个相对应的数据,就会自然而然产生合适的角色和表演。那么,是否可以假设,有朝一日再也不需要真实的的演员表演,我们只需运用动作捕捉技术,把数据库中相对应的表演调用出来,以制造出一个个经典的角色呢?


还有哪些可能性?

如果我们把眼界放宽一些就会发现,动作捕捉技术不仅在电影制作中举足轻重,在人体工程学研究、模拟训练、生物力学研究等领域,这项技术也同样大有可为。可以预见,将来运动捕捉技术还会得到越来越广泛的应用。


比如互动式游戏。利用运动捕捉技术捕捉游戏者的各种动作,用以驱动游戏环境中角色的动作,给游戏者以一种全新的参与感受,加强游戏的真实感和互动性。


比如体育训练。运动捕捉技术可以捕捉运动员的动作,便于进行量化分析,结合人体生理学、物理学原理,研究改进的方法,使体育训练摆脱纯粹的依靠经验的状态,进入理论化、数字化的时代。


比如提供新的人机交互手段。表情和动作是人类情绪、愿望的重要表达形式,运动捕捉技术完成了将表情和动作数字化的工作,不仅可以实现"三维鼠标"和"手势识别",还使操作者能以自然的动作和表情直接控制计算机,并为最终实现可以理解人类表情、动作的计算机系统和机器人提供了技术基础。


比如机器人遥控。机器人将危险环境的信息传送给控制者,控制者根据信息做出各种动作,运动捕捉系统将动作捕捉下来,实时传送给机器人并控制其完成同样的动作。与传统的遥控方式相比,这种系统可以实现更为直观、细致、复杂、灵活而快速的动作控制,大大提高机器人应付复杂情况的能力。


比如汽车设计。通过使用收集现场的人体动作,来使得以往不精确的数据变得更加精确,福特汽车很显然是第一个使用动作捕捉软件来辅助汽车设计的汽车制造商。这项技术能够让福特的工程师知道,人们在车内将会是怎么运动的,他们希望借此设计出更符合人机工程学的产品。


此外,动作捕捉技术还被应用在汽车创意广告上,例如,当你经过一个汽车广告时,汽车将会与你同速前行。当你转过头看司机时,他也会转过来头看你,而你看到的将是自己的面孔。


在可预见的将来,动作捕捉还将应用到更广泛、更生活化的领域,比如远程遥控探亲,一个工人通过动作捕捉控制一家工厂生产——或许,如我们担心的那样,科技发展到数字化程度更高的那天,演员也会被程序设计好的角色替代。


如果那天真的来了,我们不知该感谢还是后悔自己发明了动作捕捉技术。

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