光學式動作捕捉技術在影視動畫中的發展

黃涵渝　涂凌琳

動作捕捉技術是指在被測物體的關鍵部位設置跟蹤器，測定被測物體在物理空間里的坐標和方位，經過計算機處理后得到三維空間坐標的數據，可以應用于娛樂、體育、醫療應用、電腦視覺以及機器人技術等諸多領域。

而光學式動作捕捉系統是由多個高速相機從不同角度對目標特征點的監視和跟蹤來完成運動捕捉的任務。從定位精度、實時性、使用方便程度等方面來看，光學式動作捕捉技術的優勢比較明顯，所以，在當今影視動畫市場下被廣泛使用。

一、光學式動捕系統在影視動畫中的發展

（一）由棚內到戶外

在電影工業中，一般動作捕捉都是在攝影棚中完成的，因為動作捕捉時需要大量設備、電纜、計算機等，一般不易于攜帶，而光學式動捕對光線干擾特別敏感。

在棚內拍攝，演員缺乏與實景環境之間的參考與互動，表演難度大大增加，需要靠導演的引導和演員的自我想象。而在戶外拍攝，不僅可以用實景創造出真實感，還使得拍攝更加靈活、便捷。能夠到戶外拍攝，是因為制作者們放棄了傳統攝影棚內動捕系統具有反射功能的被動式“Marker”，而采用了主動式“Marker”。這種主動式“Marker”由系統提供“Marker”發光的電源和控制“Marker”的發光頻率，一改原來被動接受光源的方式，主動發射不同頻率的紅外光源，很大程度上解決了戶外多變光學環境的問題。

（二）表情捕捉的發展

人的面部動作是十分復雜的，眼神、表情是表演的核心和精華部分。要百分之百把演員的表演移植到CG角色上去，難度是非常大的。表情捕捉的發展可以看作從頭到全身、從輪廓到細節的進步。早期的動捕技術還只能處理頭、四肢這些大的身體部位，直到2009年，《阿凡達》的出現標志著表情捕捉技術已經走向成熟。維塔團隊改進了軟件的算法，并發明了頭戴式攝像頭，用來捕捉演員的表情，即在頭盔前加置一個攝像頭，并且在演員臉上畫上標記點，相較于身體上的標記點，臉部表情動作較為豐富，所以標記點比較相近且密集。頭戴式表情捕捉系統完美解決了演員面部表情高精度采集的問題， 從此以后，頭戴式攝像頭就成為了動作捕捉的標配。

（三）虛擬拍攝技術

虛擬拍攝是指運用現場硬件GPU渲染的技術，在拍攝現場，通過虛擬攝影機完成畫面的預演。預演的畫面中，現場背景的綠屏變成了CG的外星環境，前景的動作捕捉的演員變成了CG演員。在電影《阿凡達》中，導演卡梅隆使用了手持的“虛擬攝影機”（監視器），監視器上貼著運動捕捉系統中使用的“Marker”，其位置能被固定在影棚頂的數百個紅外攝像機跟蹤定位，算出這個虛擬攝影機的三維位置，然后與現場計算機內的三維攝像機進行參數綁定、運算，結果以視頻信號的方式回傳到卡梅隆手中， 這樣可以讓導演既看到面前演員的表演，也可以看到 CG 角色的演出。

虛擬攝像機不僅使得制作團隊以更接近實拍的方式處理虛擬拍攝，也提高了導演與演員和后期團隊的溝通效率，同時還讓投資方盡早看到影片小樣，降低了修改成本，從而使整體拍攝更有計劃，有效控制預算。

二、影視動畫中光學式動捕系統的應用建議

光學式動作捕捉系統的應用雖然為影視動畫創作手段翻開了新的篇章，但同時也帶來了新的問題。傳統影視動畫的創作過程是創作者通過自己長期的積累去創作角色的動作，反映了客觀事實規律的同時進行主動的藝術創造。動作捕捉能夠準確地紀錄人的動作信息，甚至是表情信息，能夠讓CG角色逼真如真人般動起來。但是很多藝術作品，只是對真人動作的照相式的直接摹寫，盲目地運用這一新的科學技術，而忽略掉了藝術的創作，直接把動捕數據套在 CG角色上，最后的效果差強人意，失去了藝術的張力和質感。

那么，怎樣才能更好地把光學式動捕系統應用到影視動畫中，使影視動畫增色，而不失去藝術表現力？筆者認為，動捕精準的數據，可以作為我們創作動作的參考數據，而不是作為作品的核心。動捕前，應當根據故事板對表演的動作進行計劃；動捕時，表演者和動捕技術人員應與動畫師、導演通力配合，及時調整動作。只有有效地將動捕數據與動畫師的藝術表現力相結合，才能創作出優秀的影視動畫作品。

三、結語

光學式動捕系統能夠大大提高影視動畫的制作效率，節約成本，提高作品質量。此外，它也給了導演在電影上極大的創作空間，能夠使其無限發揮自己的想象能力，創作出好的作品。但動捕技術的發展只能作為創作的一種觀察手段，在利用動捕系統的同時，應該注重藝術的觀察、思考與創作，從而使這一新型的技術手段在影視動畫領域得到更好地使用，發揮其價值，創作出高質量的影視動畫作品。

（作者黃涵渝系華中師范大學教育信息技術學院本科生，涂凌琳系華中師范大學教育信息技術學院副教授）