基于表演運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)在影視表演動(dòng)畫中的應(yīng)用

摘要：在當(dāng)今的動(dòng)畫影片中，虛擬人動(dòng)畫是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中一個(gè)快速發(fā)展的研究領(lǐng)域，其中運(yùn)動(dòng)捕獲是重要的組成部分，給三維動(dòng)畫制作技術(shù)帶來了革命性的變化，它使得動(dòng)畫制作者能夠以演員的表演動(dòng)作和表情直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)畫形象模型，極大地簡(jiǎn)化了動(dòng)畫制作過程，提高了動(dòng)畫制作的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：影視表演；運(yùn)動(dòng)捕捉；技術(shù)

中圖分類號(hào)：J969 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）06-0188-02

隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，尤其是三維概念的引入使得動(dòng)畫的立體感、真實(shí)感更加強(qiáng)烈，也更符合人們認(rèn)識(shí)的現(xiàn)實(shí)世界。在當(dāng)今的動(dòng)畫生產(chǎn)上，人們已經(jīng)可以用計(jì)算機(jī)生成高質(zhì)量的圖像，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已滲透到人們生活的各個(gè)角落。表演動(dòng)畫借助運(yùn)動(dòng)捕捉對(duì)運(yùn)動(dòng)中的人、動(dòng)物或物體的三維運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)捕捉和數(shù)字解析的一種高新技術(shù)。從近年來歐美國(guó)家的院線三維動(dòng)畫影片《阿凡達(dá)》、《丁丁歷險(xiǎn)記》、《怪獸在巴黎》、《冰河世紀(jì)》系列、《功夫熊貓》系列等可以得到證實(shí)。

在當(dāng)今的動(dòng)畫影片中，虛擬人動(dòng)畫是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中一個(gè)快速發(fā)展的研究領(lǐng)域，其中運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)是重要的組成部分。根據(jù)對(duì)三維物體的實(shí)時(shí)捕捉，實(shí)現(xiàn)測(cè)量、跟蹤、記錄物體在三維空間的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分析的技術(shù)。本文從運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)和其在影視表演動(dòng)畫中的應(yīng)用闡述。

一、運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)

動(dòng)畫制作是一項(xiàng)繁雜耗時(shí)的工作，為了減少計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫制作過程中動(dòng)畫制作者的工作量，表演動(dòng)畫得到進(jìn)一步的研究和應(yīng)用。而表演動(dòng)畫中最關(guān)鍵，最不可或缺的就是運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)。運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)是一種用來記錄人體動(dòng)作，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字模式的技術(shù)。從其基本原理來說，就是將人或動(dòng)物的動(dòng)作、空間位移記錄下來，并以此數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)虛擬角色運(yùn)動(dòng)，達(dá)到比手工動(dòng)畫更流暢、更精確地效果。早期動(dòng)作捕捉只記錄演員的肢體語(yǔ)言，臉部則靠動(dòng)畫師后期繪上。但是影片《猩球崛起》在表情捕捉上取得了突破性的進(jìn)展，首次使用了“臉部肌肉組織模擬技術(shù)”，使得演員的演技得以最大化地傳遞給觀眾，讓人意識(shí)到“動(dòng)作捕捉技術(shù)”越來越應(yīng)該被稱作“表演捕捉技術(shù)”。《猩球崛起》通過“動(dòng)作捕捉”技術(shù)呈現(xiàn)的猩猩凱撒的經(jīng)典程度也不遑多讓。凱撒獸性未泯與人性初露的種種復(fù)雜、微妙的表情和肢體語(yǔ)言，都在影片中呈現(xiàn)得極為自然鮮活，真正達(dá)到了以假亂真、真假難辨的高超境界。當(dāng)影片結(jié)尾凱撒以平等的姿態(tài)站立在威爾博士面前時(shí)候，神態(tài)中那種充滿猩猩尊嚴(yán)的獨(dú)立與霸氣，無疑讓觀眾更為真切地理解了“猩球崛起”這一片名的含義。可以說，正是“動(dòng)作捕捉”技術(shù)成就了這部影片，更證明了好萊塢先進(jìn)的電影科技不僅僅只有在動(dòng)作場(chǎng)面中營(yíng)造夸張的視聽噱頭，更是將技術(shù)與故事完美的結(jié)合。

二、表演運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)的基本構(gòu)成

在影視表演動(dòng)畫系統(tǒng)中，基于計(jì)算機(jī)圖形原理，通過數(shù)個(gè)視頻捕捉設(shè)備將運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)狀況以圖形的形式記錄下來，然后使用計(jì)算機(jī)對(duì)圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)從工作原理來看，主要有機(jī)械式、電磁式、聲學(xué)式和光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉幾種。目前的影視表演動(dòng)畫中多數(shù)使用光學(xué)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)系統(tǒng)的工作過程如下：撰寫文字腳本，繪制分鏡頭腳本，然后進(jìn)入數(shù)字化角色造型設(shè)計(jì)和氣氛?qǐng)D設(shè)計(jì)，再根據(jù)腳本要求制作動(dòng)畫模型。為了便于后期編輯，通常要求表演者穿上藍(lán)色或綠色服裝，并在身體的關(guān)鍵部位，如關(guān)節(jié)、髖部、肘、腕等位置貼上特殊的標(biāo)志或發(fā)光點(diǎn)，視覺系統(tǒng)識(shí)別和處理這些標(biāo)志。利用多臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻捕捉，從各個(gè)攝像機(jī)得到的序列圖片中可以看到每一幀中標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況。因此可以得到一個(gè)特定的點(diǎn)隨著時(shí)間變化的連續(xù)運(yùn)動(dòng)軌跡，然后通過三維重建技術(shù)將這些點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡還原為骨架模型的動(dòng)作。

三、運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)在影視動(dòng)畫制作中的運(yùn)用

早期三維動(dòng)畫制作主要是依賴于動(dòng)畫師的手動(dòng)逐幀調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)，通常一個(gè)運(yùn)動(dòng)過程耗費(fèi)時(shí)間周期長(zhǎng)、繁瑣、復(fù)雜、效率低。所以以往使用三維動(dòng)畫軟件制作出來的動(dòng)作時(shí)間都耗費(fèi)周期長(zhǎng)，而且有些動(dòng)作制作笨拙。這一現(xiàn)象在某些影片中不難看到。但是以運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)為基礎(chǔ)創(chuàng)造出了許多生動(dòng)的動(dòng)畫角色，它對(duì)演員、運(yùn)動(dòng)員和舞蹈家的動(dòng)作進(jìn)行捕捉，演員動(dòng)作不受限制，動(dòng)作流暢，自然，減少了動(dòng)畫師調(diào)整動(dòng)作的時(shí)間。在2011年度的大銀幕——《猩球崛起》的大猩猩，竟然沒有一只是真正的猩猩，在這些毛茸茸的生物背后，都是一位一位活生生的動(dòng)作捕捉演員；《鐵甲鋼拳》在拳壇上自然流暢，拳拳到肉的機(jī)器斗士們，也都是穿著藍(lán)色服裝，踩著高蹺的演員親自表演的；《丁丁歷險(xiǎn)記》，卡通的造型卻有無比自然的動(dòng)作和表情，這同樣是拜真人演員的動(dòng)作捕捉所賜。

在電影中運(yùn)用運(yùn)動(dòng)捕捉的標(biāo)桿之作堪稱——《指環(huán)王》，其中怪模怪樣的咕嚕獲得當(dāng)年奧斯卡“最佳男配角”提名。當(dāng)時(shí)在拍攝咕嚕的鏡頭，所有出現(xiàn)咕嚕的鏡頭一般都要制作三遍：第一遍是實(shí)拍，安迪瑟金斯穿著白色衣服和演員一起表演；第二遍在電腦中，將安迪瑟金斯擦除以便放置咕嚕；第三遍時(shí)安迪瑟金斯單獨(dú)的個(gè)人表演，穿著帶記錄點(diǎn)的動(dòng)作捕捉衣表演，動(dòng)畫師先制作出安迪瑟金斯運(yùn)動(dòng)造型，然后再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到咕嚕的模型身上，這樣的制作，耗時(shí)長(zhǎng)，花費(fèi)巨額經(jīng)費(fèi)。

帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)走向規(guī)范化的影片要數(shù)2004年《極地特快》（如圖1），《極地特快》是首次將動(dòng)作捕捉從頭用到尾的全CG動(dòng)畫電影，也是第一次將身體動(dòng)作捕捉和面部表演捕捉一起完成。也是這個(gè)原因，這部電影被記錄在2006年的《吉尼斯世界紀(jì)錄》中。同時(shí)，在《極地特快》拍攝現(xiàn)場(chǎng)，一共有超過60臺(tái)攝像機(jī)，計(jì)算一次性捕捉多位演員的身體表演和面部表演，實(shí)現(xiàn)了有使以來動(dòng)作最接近真人的動(dòng)畫角色。

動(dòng)捕技術(shù)日漸成熟，每年都有一部由動(dòng)捕技術(shù)完成的創(chuàng)世之作，有2005年的《金剛》中威猛高大的金剛以及兇殘可怕的恐龍；2006年的《加勒比海盜II》；及2007年由羅伯特澤米吉斯導(dǎo)演的《貝奧武夫》，這部電影在效果上全面超越《最終幻想：I靈魂深處》，展現(xiàn)的全是CG的人類角色。而使真人CG角色達(dá)到巔峰之作要數(shù)2008年拍攝的《本杰明巴頓奇事》，這是唯一被奧斯卡認(rèn)可的表演捕捉，到今天為止我們?nèi)匀豢梢哉f這部電影是最出色的CG人類角色表演。在之前的動(dòng)作捕捉電影，在面部捕捉技術(shù)上仍然存在著一些不可突破的問題，而3D電影《阿凡達(dá)》除了采用普通的被動(dòng)式光學(xué)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)捕捉身體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)外，還采用了視頻運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)，研發(fā)出佩戴在演員頭部的面部表情捕捉頭盔（如圖2）。通過對(duì)身體數(shù)據(jù)和面部數(shù)據(jù)的分別捕捉，《阿凡達(dá)》有效地克服了以往捕捉中的數(shù)組數(shù)據(jù)不同時(shí)捕捉的困境。多套運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)同時(shí)實(shí)時(shí)捕捉，制作出片中勇敢剛毅的混血生物阿凡達(dá)技術(shù)關(guān)鍵。《阿凡達(dá)》在動(dòng)作捕捉方面的意義在于它實(shí)現(xiàn)了前所未有的逼真虛擬生命，讓觀眾一掃之前數(shù)碼角色給人帶來的隔離感，并成功跨越了“詭異谷”。2011年上映的《猩球崛起》，是動(dòng)作捕捉走出攝影棚的一部高端電影。《猩球崛起》的動(dòng)作捕捉技術(shù)是《阿凡達(dá)》技術(shù)和動(dòng)作捕捉技術(shù)完美結(jié)合，可以說基本解決了和動(dòng)作捕捉有關(guān)的所有問題。團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上改進(jìn)了識(shí)別系統(tǒng)，只需要通過面部安裝50個(gè)左右的光源點(diǎn)，就可以完美地捕捉演員的表演，此外，再加上用Solver軟件的匹配和皮膚紋理的制作，制作出來一只只活生生的猩猩。《猩球崛起》除了對(duì)動(dòng)作捕捉的技術(shù)上的意義之外，更在觀念上讓大家重視了這項(xiàng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電影科技將技術(shù)與故事完美結(jié)合中營(yíng)造夸張的視聽噱頭。

隨著數(shù)碼電影制作技術(shù)的不斷發(fā)展，愈發(fā)要求提高運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)。運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)實(shí)現(xiàn)了以三維方式逼真模擬技術(shù)動(dòng)作的形象化方式，便于動(dòng)畫制作者進(jìn)一步的完善對(duì)于系統(tǒng)的實(shí)效性以及實(shí)用性的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)。

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作者簡(jiǎn)介：張漫宇，天津美術(shù)學(xué)院，講師。