摘 要：隨著電影工業(yè)的發(fā)展，三維動(dòng)畫(huà)制作技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛了，同時(shí)作為21世紀(jì)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)的動(dòng)畫(huà)產(chǎn)業(yè)近年來(lái)備受?chē)?guó)家的重視。動(dòng)畫(huà)制作技術(shù)是動(dòng)畫(huà)產(chǎn)業(yè)中極為重要的環(huán)節(jié)之一，對(duì)當(dāng)前動(dòng)畫(huà)產(chǎn)業(yè)的大步前進(jìn)有著重要作用。作為一項(xiàng)動(dòng)畫(huà)制作技術(shù)——?jiǎng)幼鞑蹲皆趪?guó)內(nèi)的應(yīng)用已越來(lái)越被重視。在紛繁復(fù)雜的動(dòng)作捕捉系統(tǒng)中有著許多技術(shù)分類(lèi)，特別以光學(xué)式動(dòng)作捕捉儀為代表。動(dòng)作捕捉技術(shù)的廣泛應(yīng)用體現(xiàn)了中國(guó)動(dòng)畫(huà)技術(shù)硬件實(shí)力的提升。

關(guān)鍵詞：光學(xué)式動(dòng)作捕捉；三維動(dòng)畫(huà)；動(dòng)畫(huà)生產(chǎn)

0 引言

影視動(dòng)畫(huà)技術(shù)日新月異的發(fā)展無(wú)疑是造就一個(gè)個(gè)虛擬世界的現(xiàn)實(shí)條件，無(wú)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(jué)奇觀，均得益于計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)的發(fā)展。不少好萊塢商業(yè)電影中虛擬角色的動(dòng)作表演細(xì)膩到與現(xiàn)實(shí)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(dòng)作捕捉設(shè)備——通過(guò)動(dòng)作捕捉設(shè)備采集真人演員的動(dòng)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(guò)研究動(dòng)作捕捉技術(shù)在影視動(dòng)畫(huà)中的應(yīng)用，闡述動(dòng)作捕捉技術(shù)在動(dòng)畫(huà)制作中的應(yīng)用過(guò)程，并在分析三維動(dòng)畫(huà)制作流程的基礎(chǔ)上，探索動(dòng)作捕捉在動(dòng)畫(huà)制作過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)，從而提高動(dòng)畫(huà)制作的質(zhì)量與速度。

1 三維動(dòng)畫(huà)

1995年皮克斯公司制作的世界上第一部全電腦制作的動(dòng)畫(huà)長(zhǎng)片《玩具總動(dòng)員》在全美上映，引起動(dòng)畫(huà)界的軒然大波。《玩具總動(dòng)員》被稱(chēng)為是繼《米老鼠》賦予動(dòng)畫(huà)片聲音以及《白雪公主》賦予動(dòng)畫(huà)片色彩之后的第三次飛躍——賦予動(dòng)畫(huà)片3D效果。計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫(huà)從此打破動(dòng)畫(huà)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(dòng)畫(huà)產(chǎn)業(yè)不斷注入活力。

三維動(dòng)畫(huà)與二維動(dòng)畫(huà)相對(duì)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(dòng)畫(huà)。三維動(dòng)畫(huà)制作技術(shù)包括了：三維建模，材質(zhì)貼圖，骨骼綁定，動(dòng)畫(huà)制作以及燈光渲染。三維動(dòng)畫(huà)制作的流程：故事腳本>分鏡頭>設(shè)計(jì)稿>三維建模>三維動(dòng)畫(huà)制作>燈光渲染>后期合成>剪輯配音>輸出成片。

2 光學(xué)式動(dòng)作捕捉概述

“動(dòng)作捕捉”英文為：“Motion capture”，Motion capture 技術(shù)涉及尺寸測(cè)量、物理空間里物體的定位及方位測(cè)定等方面，可以由計(jì)算機(jī)直接理解處理的數(shù)據(jù)。在運(yùn)動(dòng)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(guò)計(jì)算機(jī)處理后向用戶提供可以在動(dòng)畫(huà)制作中應(yīng)用的數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)被計(jì)算機(jī)識(shí)別后，動(dòng)畫(huà)師即可以在計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的鏡頭中調(diào)整、控制運(yùn)動(dòng)的物體。到目前為止，常用的運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)從原理上說(shuō)可分為機(jī)械式、聲學(xué)式、電磁式和光學(xué)式。光學(xué)式動(dòng)作捕捉通過(guò)對(duì)目標(biāo)上特定光點(diǎn)的監(jiān)視和跟蹤來(lái)完成運(yùn)動(dòng)捕捉的任務(wù)。目前常見(jiàn)的光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉大多基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)原理。從理論上說(shuō)，對(duì)于空間中的一個(gè)點(diǎn)，只要它能同時(shí)為兩部相機(jī)所見(jiàn)，則根據(jù)同一時(shí)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(shí)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(shí)，從圖像序列中就可以得到該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。

3 基于VICON系統(tǒng)的光學(xué)動(dòng)作捕捉在三維動(dòng)畫(huà)制作中的應(yīng)用

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

（1）鏡頭校準(zhǔn)。在進(jìn)行動(dòng)作捕捉之前，要做的第一步是進(jìn)行捕捉場(chǎng)地的鏡頭校準(zhǔn)。鏡頭校準(zhǔn)：VICON公司采用了動(dòng)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(shí)確定軟件中虛擬鏡頭與實(shí)際空間中的鏡頭保持位置的一致。然后使用500（150）毫米長(zhǎng)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(dòng)軌跡。

（2）貼“Marker”點(diǎn)。根據(jù)之前對(duì)人體運(yùn)動(dòng)骨骼的分析，我們將人體分了49個(gè)部分，但是我們?cè)谧鰟?dòng)作捕捉的時(shí)候，先不把手指考慮在內(nèi)，把手看成一個(gè)整體。所以剩下的為49-30+2=21個(gè)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(dòng)骨骼。

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

在貼點(diǎn)時(shí)注意左右胳臂的不對(duì)稱(chēng)性，這樣的不對(duì)稱(chēng)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(dòng)作會(huì)有偏差。

（3）動(dòng)作捕捉。動(dòng)作捕捉的過(guò)程是一個(gè)較為簡(jiǎn)單的操作過(guò)程，演員根據(jù)動(dòng)畫(huà)劇本的要求，盡量好的完成動(dòng)作的表演，動(dòng)作捕捉的操作人員此時(shí)記錄下演員的動(dòng)作數(shù)據(jù)即可。

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

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

接下來(lái)將我們之前在MAYA中所做的角色導(dǎo)入Motionbuilder，與匹配好的帶動(dòng)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(dòng)作捕捉的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)起來(lái)了。最終，我們通過(guò)光學(xué)動(dòng)作捕捉的制作，得出一個(gè)三維動(dòng)畫(huà)動(dòng)作制作效率對(duì)比（以6人工作小組為參照）：

可見(jiàn)，動(dòng)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(yǔ)

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

參考文獻(xiàn)：

[1] 馮波三維角色動(dòng)畫(huà)中運(yùn)動(dòng)控制的主要技術(shù)[J].2007（27）：7-9.

[2] 呂敬華，孫浩鵬.從兩部電教片看三維動(dòng)畫(huà)的設(shè)計(jì)與制作技巧[N].2002-03 （16）.

[3] 張滿囤，馬琳娜，王陽(yáng)生.動(dòng)作捕捉中的動(dòng)畫(huà)驅(qū)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)編輯技術(shù)綜述[N].2008：23.

[4] 徐孟，孫守遷，潘云鶴.虛擬人運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的研究[N].2003-03（15-17）.

[5] 陳志華，馬利莊，楊文山.基于捕獲數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)編輯技術(shù)研究綜述[N].2005：22-23.