基于表演运动捕捉技术在影视表演动画中的应用

摘要：在当今的动画影片中，虚拟人动画是计算机图形学中一个快速发展的研究领域，其中运动捕获是重要的组成部分，给三维动画制作技术带来了革命性的变化，它使得动画制作者能够以演员的表演动作和表情直接驱动动画形象模型，极大地简化了动画制作过程，提高了动画制作的质量。

关键词：影视表演；运动捕捉；技术

中图分类号：J969 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）06-0188-02

随着现代计算机技术的发展，计算机动画技术得到了突飞猛进的发展，尤其是三维概念的引入使得动画的立体感、真实感更加强烈，也更符合人们认识的现实世界。在当今的动画生产上，人们已经可以用计算机生成高质量的图像，虚拟现实技术已渗透到人们生活的各个角落。表演动画借助运动捕捉对运动中的人、动物或物体的三维运动轨迹进行实时捕捉和数字解析的一种高新技术。从近年来欧美国家的院线三维动画影片《阿凡达》、《丁丁历险记》、《怪兽在巴黎》、《冰河世纪》系列、《功夫熊猫》系列等可以得到证实。

在当今的动画影片中，虚拟人动画是计算机图形学中一个快速发展的研究领域，其中运动捕捉技术是重要的组成部分。根据对三维物体的实时捕捉，实现测量、跟踪、记录物体在三维空间的运动轨迹进行分析的技术。本文从运动捕捉技术和其在影视表演动画中的应用阐述。

一、运动捕捉技术

动画制作是一项繁杂耗时的工作，为了减少计算机三维动画制作过程中动画制作者的工作量，表演动画得到进一步的研究和应用。而表演动画中最关键，最不可或缺的就是运动捕捉技术。运动捕捉技术是一种用来记录人体动作，并将其转换为数字模式的技术。从其基本原理来说，就是将人或动物的动作、空间位移记录下来，并以此数据驱动虚拟角色运动，达到比手工动画更流畅、更精确地效果。早期动作捕捉只记录演员的肢体语言，脸部则靠动画师后期绘上。但是影片《猩球崛起》在表情捕捉上取得了突破性的进展，首次使用了“脸部肌肉组织模拟技术”，使得演员的演技得以最大化地传递给观众，让人意识到“动作捕捉技术”越来越应该被称作“表演捕捉技术”。《猩球崛起》通过“动作捕捉”技术呈现的猩猩凯撒的经典程度也不遑多让。凯撒兽性未泯与人性初露的种种复杂、微妙的表情和肢体语言，都在影片中呈现得极为自然鲜活，真正达到了以假乱真、真假难辨的高超境界。当影片结尾凯撒以平等的姿态站立在威尔博士面前时候，神态中那种充满猩猩尊严的独立与霸气，无疑让观众更为真切地理解了“猩球崛起”这一片名的含义。可以说，正是“动作捕捉”技术成就了这部影片，更证明了好莱坞先进的电影科技不仅仅只有在动作场面中营造夸张的视听噱头，更是将技术与故事完美的结合。

二、表演运动捕捉技术的基本构成

在影视表演动画系统中，基于计算机图形原理，通过数个视频捕捉设备将运动物体的运动状况以图形的形式记录下来，然后使用计算机对图形数据进行处理。运动捕捉技术从工作原理来看，主要有机械式、电磁式、声学式和光学式运动捕捉几种。目前的影视表演动画中多数使用光学运动捕捉系统。运动捕捉技术系统的工作过程如下：撰写文字脚本，绘制分镜头脚本，然后进入数字化角色造型设计和气氛图设计，再根据脚本要求制作动画模型。为了便于后期编辑，通常要求表演者穿上蓝色或绿色服装，并在身体的关键部位，如关节、髋部、肘、腕等位置贴上特殊的标志或发光点，视觉系统识别和处理这些标志。利用多台摄像机进行实时视频捕捉，从各个摄像机得到的序列图片中可以看到每一帧中标记点的运动情况。因此可以得到一个特定的点随着时间变化的连续运动轨迹，然后通过三维重建技术将这些点的运动轨迹还原为骨架模型的动作。

三、运动捕捉技术在影视动画制作中的运用

早期三维动画制作主要是依赖于动画师的手动逐帧调节运动，通常一个运动过程耗费时间周期长、繁琐、复杂、效率低。所以以往使用三维动画软件制作出来的动作时间都耗费周期长，而且有些动作制作笨拙。这一现象在某些影片中不难看到。但是以运动捕捉技术为基础创造出了许多生动的动画角色，它对演员、运动员和舞蹈家的动作进行捕捉，演员动作不受限制，动作流畅，自然，减少了动画师调整动作的时间。在2011年度的大银幕——《猩球崛起》的大猩猩，竟然没有一只是真正的猩猩，在这些毛茸茸的生物背后，都是一位一位活生生的动作捕捉演员；《铁甲钢拳》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，踩着高跷的演员亲自表演的；《丁丁历险记》，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。

在电影中运用运动捕捉的标杆之作堪称——《指环王》，其中怪模怪样的咕噜获得当年奥斯卡“最佳男配角”提名。当时在拍摄咕噜的镜头，所有出现咕噜的镜头一般都要制作三遍：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，将安迪瑟金斯擦除以便放置咕噜；第三遍时安迪瑟金斯单独的个人表演，穿着带记录点的动作捕捉衣表演，动画师先制作出安迪瑟金斯运动造型，然后再将数据转化到咕噜的模型身上，这样的制作，耗时长，花费巨额经费。

带动运动捕捉技术走向规范化的影片要数2004年《极地特快》（如图1），《极地特快》是首次将动作捕捉从头用到尾的全CG动画电影，也是第一次将身体动作捕捉和面部表演捕捉一起完成。也是这个原因，这部电影被记录在2006年的《吉尼斯世界纪录》中。同时，在《极地特快》拍摄现场，一共有超过60台摄像机，计算一次性捕捉多位演员的身体表演和面部表演，实现了有使以来动作最接近真人的动画角色。

动捕技术日渐成熟，每年都有一部由动捕技术完成的创世之作，有2005年的《金刚》中威猛高大的金刚以及凶残可怕的恐龙；2006年的《加勒比海盗II》；及2007年由罗伯特泽米吉斯导演的《贝奥武夫》，这部电影在效果上全面超越《最终幻想：I灵魂深处》，展现的全是CG的人类角色。而使真人CG角色达到巅峰之作要数2008年拍摄的《本杰明巴顿奇事》，这是唯一被奥斯卡认可的表演捕捉，到今天为止我们仍然可以说这部电影是最出色的CG人类角色表演。在之前的动作捕捉电影，在面部捕捉技术上仍然存在着一些不可突破的问题，而3D电影《阿凡达》除了采用普通的被动式光学运动捕捉系统捕捉身体运动数据外，还采用了视频运动捕捉技术，研发出佩戴在演员头部的面部表情捕捉头盔（如图2）。通过对身体数据和面部数据的分别捕捉，《阿凡达》有效地克服了以往捕捉中的数组数据不同时捕捉的困境。多套运动捕捉系统同时实时捕捉，制作出片中勇敢刚毅的混血生物阿凡达技术关键。《阿凡达》在动作捕捉方面的意义在于它实现了前所未有的逼真虚拟生命，让观众一扫之前数码角色给人带来的隔离感，并成功跨越了“诡异谷”。2011年上映的《猩球崛起》，是动作捕捉走出摄影棚的一部高端电影。《猩球崛起》的动作捕捉技术是《阿凡达》技术和动作捕捉技术完美结合，可以说基本解决了和动作捕捉有关的所有问题。团队在此基础上改进了识别系统，只需要通过面部安装50个左右的光源点，就可以完美地捕捉演员的表演，此外，再加上用Solver软件的匹配和皮肤纹理的制作，制作出来一只只活生生的猩猩。《猩球崛起》除了对动作捕捉的技术上的意义之外，更在观念上让大家重视了这项技术，实现了电影科技将技术与故事完美结合中营造夸张的视听噱头。

随着数码电影制作技术的不断发展，愈发要求提高运动捕捉技术。运动捕捉技术实现了以三维方式逼真模拟技术动作的形象化方式，便于动画制作者进一步的完善对于系统的实效性以及实用性的计算机视觉技术。

参考文献：

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作者简介：张漫宇，天津美术学院，讲师。