摘 要：隨著電影工業(yè)的發(fā)展，三維動畫制作技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛了，同時作為21世紀(jì)朝陽產(chǎn)業(yè)的動畫產(chǎn)業(yè)近年來備受國家的重視。動畫制作技術(shù)是動畫產(chǎn)業(yè)中極為重要的環(huán)節(jié)之一，對當(dāng)前動畫產(chǎn)業(yè)的大步前進(jìn)有著重要作用。作為一項動畫制作技術(shù)——動作捕捉在國內(nèi)的應(yīng)用已越來越被重視。在紛繁復(fù)雜的動作捕捉系統(tǒng)中有著許多技術(shù)分類，特別以光學(xué)式動作捕捉儀為代表。動作捕捉技術(shù)的廣泛應(yīng)用體現(xiàn)了中國動畫技術(shù)硬件實力的提升。

關(guān)鍵詞：光學(xué)式動作捕捉；三維動畫；動畫生產(chǎn)

0 引言

影視動畫技術(shù)日新月異的發(fā)展無疑是造就一個個虛擬世界的現(xiàn)實條件，無論是影響一代人的《星戰(zhàn)》系列，還是風(fēng)靡世界的《阿凡達(dá)》，大導(dǎo)演們天馬行空的想象在熒屏上變成絢麗多彩的視覺奇觀，均得益于計算機(jī)三維動畫技術(shù)的發(fā)展。不少好萊塢商業(yè)電影中虛擬角色的動作表演細(xì)膩到與現(xiàn)實真假難辨，幾乎每一次都成功迷惑觀眾挑剔的眼睛。殊不知，這些虛擬演員表演的成功大都?xì)w功于動作捕捉設(shè)備——通過動作捕捉設(shè)備采集真人演員的動作數(shù)據(jù)，為虛擬演員的逼真表演提供了基礎(chǔ)和前提。

本文通過研究動作捕捉技術(shù)在影視動畫中的應(yīng)用，闡述動作捕捉技術(shù)在動畫制作中的應(yīng)用過程，并在分析三維動畫制作流程的基礎(chǔ)上，探索動作捕捉在動畫制作過程中的優(yōu)勢，從而提高動畫制作的質(zhì)量與速度。

1 三維動畫

1995年皮克斯公司制作的世界上第一部全電腦制作的動畫長片《玩具總動員》在全美上映，引起動畫界的軒然大波。《玩具總動員》被稱為是繼《米老鼠》賦予動畫片聲音以及《白雪公主》賦予動畫片色彩之后的第三次飛躍——賦予動畫片3D效果。計算機(jī)三維動畫從此打破動畫界二維的壟斷地位，并以其巨大的更新及應(yīng)用潛力為全球影視動畫產(chǎn)業(yè)不斷注入活力。

三維動畫與二維動畫相對應(yīng)，主要是以三維軟件為基礎(chǔ)制作的帶有縱深及360度可視的3D動畫。三維動畫制作技術(shù)包括了：三維建模，材質(zhì)貼圖，骨骼綁定，動畫制作以及燈光渲染。三維動畫制作的流程：故事腳本>分鏡頭>設(shè)計稿>三維建模>三維動畫制作>燈光渲染>后期合成>剪輯配音>輸出成片。

2 光學(xué)式動作捕捉概述

“動作捕捉”英文為：“Motion capture”，Motion capture 技術(shù)涉及尺寸測量、物理空間里物體的定位及方位測定等方面，可以由計算機(jī)直接理解處理的數(shù)據(jù)。在運(yùn)動物體的關(guān)鍵部位設(shè)置跟蹤器，由 Motion capture 系統(tǒng)捕捉跟蹤器位置，再經(jīng)過計算機(jī)處理后向用戶提供可以在動畫制作中應(yīng)用的數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)被計算機(jī)識別后，動畫師即可以在計算機(jī)產(chǎn)生的鏡頭中調(diào)整、控制運(yùn)動的物體。到目前為止，常用的運(yùn)動捕捉技術(shù)從原理上說可分為機(jī)械式、聲學(xué)式、電磁式和光學(xué)式。光學(xué)式動作捕捉通過對目標(biāo)上特定光點(diǎn)的監(jiān)視和跟蹤來完成運(yùn)動捕捉的任務(wù)。目前常見的光學(xué)式運(yùn)動捕捉大多基于計算機(jī)視覺原理。從理論上說，對于空間中的一個點(diǎn)，只要它能同時為兩部相機(jī)所見，則根據(jù)同一時刻兩部相機(jī)所拍攝的圖像和相機(jī)參數(shù)，可以確定這一時刻該點(diǎn)在空間中的位置。當(dāng)相機(jī)以足夠高的速率連續(xù)拍攝時，從圖像序列中就可以得到該點(diǎn)的運(yùn)動軌跡。

3 基于VICON系統(tǒng)的光學(xué)動作捕捉在三維動畫制作中的應(yīng)用

目前光學(xué)動作捕捉在全球主要有兩大系統(tǒng)：一是美國的MotionanAlysis公司生產(chǎn)的“魔神”動作捕捉系統(tǒng)，二是英國Vicon公司生產(chǎn)的“vicon”動作捕捉系統(tǒng)，本文闡述基于VICON系統(tǒng)的光學(xué)動作捕捉在三維動畫制作中的應(yīng)用過程。

（1）鏡頭校準(zhǔn)。在進(jìn)行動作捕捉之前，要做的第一步是進(jìn)行捕捉場地的鏡頭校準(zhǔn)。鏡頭校準(zhǔn)：VICON公司采用了動態(tài)線性技術(shù)，該技術(shù)是目前唯一能夠?qū)崿F(xiàn)高精度校準(zhǔn)的技術(shù)。首先，使用“L”字形的桿，校準(zhǔn)設(shè)備，確定鏡頭所捕獲的虛擬空間的XYZ軸，同時確定軟件中虛擬鏡頭與實際空間中的鏡頭保持位置的一致。然后使用500（150）毫米長的“T”字形桿創(chuàng)建攝像機(jī)線性參數(shù)。以便更加精準(zhǔn)地捕捉標(biāo)定點(diǎn)在空間中的運(yùn)動軌跡。

（2）貼“Marker”點(diǎn)。根據(jù)之前對人體運(yùn)動骨骼的分析，我們將人體分了49個部分，但是我們在做動作捕捉的時候，先不把手指考慮在內(nèi)，把手看成一個整體。所以剩下的為49-30+2=21個部分。所以在貼點(diǎn)前我們充分考慮到：所貼的點(diǎn)如何才能更好地驅(qū)動骨骼。

在這里我們使用的“Maker”點(diǎn)數(shù)是41，頭部4個點(diǎn)；頸1個點(diǎn)；大臂2個點(diǎn)；小臂2個點(diǎn)；手3個點(diǎn)；胸部5個點(diǎn)（前胸2個點(diǎn)，后背3個點(diǎn)）；臀部4個點(diǎn)；大腿2個點(diǎn)；小腿1個點(diǎn)；腳踝1個點(diǎn)；腳跟1個點(diǎn)；腳掌1個點(diǎn)；腳尖1個點(diǎn)。

在貼點(diǎn)時注意左右胳臂的不對稱性，這樣的不對稱才能讓鏡頭更容易辨認(rèn)出角色的左右。但是也不能差別太大，太大了左右胳臂的動作會有偏差。

（3）動作捕捉。動作捕捉的過程是一個較為簡單的操作過程，演員根據(jù)動畫劇本的要求，盡量好的完成動作的表演，動作捕捉的操作人員此時記錄下演員的動作數(shù)據(jù)即可。

（4）動作匹配。下面的工作是將之前做好的角色與動作數(shù)據(jù)匹配，讓動作數(shù)據(jù)驅(qū)動骨骼生成動畫。打開Motionbuilder軟件，首先導(dǎo)入動作捕捉數(shù)據(jù)，將Actor與動作數(shù)據(jù)形體位置對應(yīng)好。然后進(jìn)行匹配。打開Navigator > Actor Settings > Marker Settings > Create創(chuàng)建角色設(shè)置。

接下來將動作數(shù)據(jù)點(diǎn)一一對應(yīng)地拖到Actor Settings里面人物模型的適當(dāng)位置里，進(jìn)行動作數(shù)據(jù)點(diǎn)與之所驅(qū)動的部位匹配。匹配完成之后勾選 Active，這樣動作數(shù)據(jù)就和Actor建立了關(guān)系?，F(xiàn)在的動作數(shù)據(jù)就可驅(qū)動角色做動作了。

接下來將我們之前在MAYA中所做的角色導(dǎo)入Motionbuilder，與匹配好的帶動作信息的Actor相關(guān)聯(lián)。J下面，之前在maya中制作的角色就可在動作捕捉的數(shù)據(jù)驅(qū)動下運(yùn)動起來了。最終，我們通過光學(xué)動作捕捉的制作，得出一個三維動畫動作制作效率對比（以6人工作小組為參照）：

可見，動作捕捉技術(shù)的應(yīng)用在縮短制作周期、降低制作成本、提高制作效率方面發(fā)揮了積極有效的作用。

4 結(jié)束語

在影視動畫的制作過程中，動作的制作是非常耗時耗力耗資的工作。三維動畫的動作是一門技術(shù)，其中人物說話的口型變化、喜怒哀樂的表情、走路動作等，都要符合自然規(guī)律，制作要盡可能細(xì)膩、逼真。動捕捉系統(tǒng)最大的特性就是高效率，可以將傳統(tǒng)制作動畫的效率提高百倍。隨著動作捕捉技術(shù)的不斷完善，光學(xué)動作捕捉將會得到越來越廣泛的應(yīng)用。

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