運(yùn)動捕捉技術(shù)在影視動畫制作中運(yùn)用

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摘要：運(yùn)動捕捉技術(shù)在實踐中的很多領(lǐng)域都被廣泛運(yùn)用，對現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要影響。近年來，更是被用在影視動畫制作中，顯著提高了影視動畫的質(zhì)量。運(yùn)動捕捉技術(shù)可以分為機(jī)械式運(yùn)動捕捉技術(shù)、電磁式運(yùn)動捕捉系統(tǒng)以及聲學(xué)式運(yùn)動捕捉配置等幾種形態(tài)，在運(yùn)用過程中主要從標(biāo)記點追蹤記錄入手，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行三維坐標(biāo)重建，達(dá)到動畫制作的效果。根據(jù)運(yùn)動捕捉技術(shù)的運(yùn)用原理，可以讓影視動畫在質(zhì)和效上都得到極大提高，因此，我們有必要深入研究，促進(jìn)該技術(shù)的有效運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：運(yùn)動捕捉技術(shù)；影視動畫制作；運(yùn)用

自科幻影片《阿凡達(dá)》運(yùn)用運(yùn)動捕捉技術(shù)進(jìn)行動畫制作取得良好成效以后，運(yùn)動捕捉技術(shù)逐漸被引入影視動畫制作領(lǐng)域。《阿凡達(dá)》以后相繼出現(xiàn)多部運(yùn)用運(yùn)動捕捉技術(shù)進(jìn)行影視動畫制作的電影，隨著運(yùn)動捕捉技術(shù)在動畫制作方面的深入運(yùn)用，讓很多電影公司選擇運(yùn)用該技術(shù)對電影進(jìn)行完善和創(chuàng)新，極大地推動著影視動畫制作發(fā)展和前進(jìn)。運(yùn)動捕捉技術(shù)本身的穩(wěn)定性和效率性，可以大大縮減影視動畫制作的誤差和時間，更為重要的是，能夠在很大程度上降低影視動畫制作的成本，提高影視動畫制作的視覺效果質(zhì)量。而無論是運(yùn)動捕捉技術(shù)中的哪一種形式，都對影視動畫制作具有極大的運(yùn)用意義。本文從運(yùn)動捕捉技術(shù)的簡單概述展開論述，著重論述運(yùn)動捕捉技術(shù)如何在影視動畫制作中進(jìn)行有效運(yùn)用。

一、運(yùn)動捕捉技術(shù)及其類型

運(yùn)動捕捉技術(shù)，是通過一定的技術(shù)和方法，將表演者的動作、姿態(tài)、神情等各元素通過先進(jìn)儀器追蹤記錄下以后，運(yùn)用計算機(jī)技術(shù)將這些元素轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)據(jù)，使其成為抽象的數(shù)字化運(yùn)動。通過分析比對，再利用動畫制作軟件，由該軟件將模型設(shè)計成為和表演者一致的表演形式，讓觀眾能夠從視覺上真實地感受到電影主體的“表演”，達(dá)到影視動畫制作的效果。當(dāng)前，運(yùn)動捕捉技術(shù)主要有以下幾類。機(jī)械式運(yùn)動捕捉技術(shù)。該技術(shù)的關(guān)鍵在于利用捕捉式機(jī)械裝置，將表演者的運(yùn)動軌跡捕捉下來以后，結(jié)合計算機(jī)處理技術(shù)，讓已經(jīng)生成的模型能夠在數(shù)據(jù)處理之后進(jìn)行有效的“表演”。機(jī)械式捕捉技術(shù)本身對影視動畫制作具有很強(qiáng)的推動作用，在運(yùn)用之后也取得極好的效果，但是運(yùn)用該技術(shù)，表演者需要佩戴相對厚重的捕捉機(jī)械，如果需要進(jìn)行大幅度運(yùn)動，會因為佩戴機(jī)械的原因大大受限，在一定程度上影響到影視動畫主體的“表演”，這一缺陷極大地限制了機(jī)械式捕捉技術(shù)的運(yùn)用[1]。電磁式運(yùn)動捕捉系統(tǒng)。這種捕捉系統(tǒng)有兩個核心部分是不可或缺的，即接收單元和數(shù)據(jù)處理單元。接收單元在運(yùn)用時被放置到表演者的關(guān)鍵部位，利用“連接式”的方式將表演者的動作捕捉以后，通過傳感器讓運(yùn)動數(shù)據(jù)及時傳達(dá)到數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元按照具體化的數(shù)據(jù)，帶動模型在神態(tài)、動作、姿勢等方面進(jìn)行表達(dá)，產(chǎn)生極好的影視動畫效果。相對機(jī)械式捕捉技術(shù)而言，電磁式捕捉技術(shù)讓表演者有了更輕便的裝置，不會造成運(yùn)動負(fù)擔(dān)，能夠極好地配合影視動畫內(nèi)容完成表演。聲學(xué)式運(yùn)動捕捉配置。聲學(xué)式運(yùn)動捕捉配置主要是由發(fā)聲器、聲波接收器、數(shù)據(jù)處理單元三個部分組成，這種技術(shù)的原理在于通過聲波接收來判斷表演者的運(yùn)動軌跡，通過裝置在表演者身上的發(fā)聲器來對運(yùn)動聲波進(jìn)行有效的傳輸，在聲波接收器接收到運(yùn)動聲波后，用數(shù)據(jù)處理單元對運(yùn)動數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理，達(dá)到捕捉表演動作，進(jìn)行動畫制作的效果。該方法極其便利，但是因為聲波的傳輸會受到溫度的影響，因此在捕捉動作的過程中，需要進(jìn)行溫度高低的處理，達(dá)到捕捉的準(zhǔn)確性[2]。光學(xué)式運(yùn)動捕捉。光學(xué)式運(yùn)動捕捉技術(shù)相對而言，具有更大的優(yōu)勢，該技術(shù)主要由攝像機(jī)、位置標(biāo)記點、數(shù)據(jù)處理單元組成。通過光學(xué)傳播原理，可以利用攝像機(jī)對表演者的運(yùn)動軌跡進(jìn)行有效的記錄，通過位置標(biāo)記點來精確定位表演者的動作、神態(tài)等方面的元素。這種技術(shù)具有極高的數(shù)據(jù)采集率，能夠從不同的角度來提高捕捉結(jié)果的精確性，確保影視動畫制作的質(zhì)量[3]。同時，相對機(jī)械式捕捉技術(shù)而言，光學(xué)式運(yùn)動捕捉技術(shù)的配備裝置及其輕便，能夠讓表演者靈活進(jìn)行動作表演。但該技術(shù)成本相對較高，對表演的環(huán)境也有很高的要求，如果光線環(huán)境選擇不好，會極大地影響影視動畫最終的效果。

二、運(yùn)動捕捉技術(shù)在影視動畫制作中的運(yùn)用

運(yùn)動捕捉技術(shù)對影視動畫制作具有極大的推動作用，可以有效促進(jìn)影視動畫制作的發(fā)展，確保影視動畫畫面的精確性和真實性，該技術(shù)的運(yùn)用主要從標(biāo)記點追蹤記錄、三維坐標(biāo)重建、動畫制作三個部分進(jìn)行，“遞進(jìn)式”幫助影視動畫制作者完成動畫制作。在捕捉技術(shù)運(yùn)用實踐中，為了確保動畫制作的精確性和提高制作質(zhì)量，通常采用的是光學(xué)式運(yùn)動捕捉技術(shù)，通過光學(xué)傳播原理，完成表演捕捉。光學(xué)式運(yùn)動捕捉技術(shù)將人體的動作看作十三至十九個運(yùn)動關(guān)節(jié)點，運(yùn)用特殊的材料貼在表演者運(yùn)動的關(guān)鍵位置，我們稱之為“標(biāo)記點”，然后利用標(biāo)記點對表演者的運(yùn)動進(jìn)行跟蹤記錄，再根據(jù)運(yùn)動者的運(yùn)動軌跡進(jìn)行三維坐標(biāo)重建，最后進(jìn)行動畫制作，促進(jìn)影視動畫制作的有效推進(jìn)[4]。

（一）標(biāo)記點追蹤記錄

標(biāo)記點追蹤記錄主要是通過攝像機(jī)對表演者的表演進(jìn)行有效的拍攝和記錄，再利用視頻卡對攝像機(jī)捕捉到的運(yùn)動軌跡進(jìn)行處理，從而得到序列幀。然后利用圖像分析的方法通過空間處理，建立出標(biāo)記點的二維坐標(biāo)，這便是標(biāo)記點追蹤記錄的整個過程。而進(jìn)行標(biāo)記點追蹤和記錄的目的是能夠讓系統(tǒng)精確識別出標(biāo)記點所代表的具體關(guān)節(jié)點，以此建立坐標(biāo)，將各個關(guān)節(jié)點連接起來，產(chǎn)生制作效果。總體而言，標(biāo)記點追蹤記錄主要遵循以下幾個步驟：第一，先對兩個攝像機(jī)捕捉的兩個圖片進(jìn)行分析比對，找出具體的位置，將兩幅圖片上的點一一對應(yīng)，標(biāo)出序號；第二，對于已經(jīng)產(chǎn)生序號的標(biāo)記點，利用處理數(shù)據(jù)單元進(jìn)行多次比對，在每一幀不同的表演中找到開始和結(jié)束的位置，確保每個標(biāo)記點都能被找到，如果多次仍然未被找到，說明該點已經(jīng)被遮擋[5]。此時將已經(jīng)找到的標(biāo)記點數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，而未找到的通過數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)行處理，再次比對，繼續(xù)表演跟蹤。

（二）三維坐標(biāo)重建

三維坐標(biāo)重建指的是將標(biāo)記點追蹤過程中已經(jīng)建立的二維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為三維坐標(biāo)，通過（x，y，z）的設(shè)置，精確每個對應(yīng)的點，利用三維坐標(biāo)確定模型的式樣，將采集到的表演者動作和神情等元素有效還原到模型中，驅(qū)動創(chuàng)建模型，使其能夠和追蹤到的數(shù)據(jù)有效貼合，達(dá)到動畫制作的效果。三維坐標(biāo)的重建需要精確視點的信息，確保二維坐標(biāo)在轉(zhuǎn)換為三維坐標(biāo)的過程得到順利的處理，這便使得攝像機(jī)的外部和內(nèi)部參數(shù)的精確性變得極其重要。為了確保數(shù)據(jù)的精確性，可以采用多臺攝像機(jī)對表演者進(jìn)行動作捕捉，讓攝像機(jī)之間可以找到對應(yīng)的平面，通過相互采集，讓還原到的三維坐標(biāo)能夠投影到另一臺攝像機(jī)上，如果投影成功，則表明還原是正確的。利用多臺攝像機(jī)，可以讓捕捉的點和三維坐標(biāo)重建得到精確的呈現(xiàn)。

（三）動畫制作過程

基于動作捕捉技術(shù)下的動畫制作相對會更精確。根據(jù)影視動畫內(nèi)容主題的要求，設(shè)計出影視動畫主體的概要模型，再利用特殊的技術(shù)對真人表演者的動作進(jìn)行有效的追蹤，得到具體的數(shù)據(jù)后，根據(jù)動作接收系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)之間的有效配合，對采集到的動作數(shù)據(jù)進(jìn)行抽象化處理，讓表演者的動作和模型能夠緊密地貼合起來，做到合成沒有缺陷。因為捕捉到的動作數(shù)據(jù)并不是連續(xù)的，而是呈現(xiàn)出間斷式軌跡，這使得動畫制作存在一定的難度，再加上演員的表演難以精確達(dá)到攝影師的要求，使得動畫制作人在后期需要進(jìn)行詳細(xì)的比對，有效貼合表演者的動作軌跡和模型設(shè)計。而三維坐標(biāo)的建立，可以有效解決這個問題，通過點與點的對應(yīng)，精確將運(yùn)動數(shù)據(jù)和模型緊密聯(lián)系起來，降低影視動畫制作的難度，同時提高制作效果。

三、結(jié)束語

影視動畫制作并非易事，需要大量的人力和物力，對資金投入也比較大。而動作捕捉技術(shù)的有效運(yùn)用，可以在一定程度上降低動畫制作成本，通過動作捕捉，能促進(jìn)動畫制作動作、神情、姿態(tài)等各方面貼合的精確性，讓畫面呈現(xiàn)在視覺上達(dá)到真實的效果。但是現(xiàn)有的動作捕捉技術(shù)仍然需要提高，光學(xué)式動作捕捉技術(shù)雖然相對其他捕捉技術(shù)具有更大的優(yōu)勢，但是相對而言，投入的成本極高，對表演者的要求也更高，該技術(shù)還需要不斷發(fā)展。為了促進(jìn)影視動畫制作在質(zhì)量和效率上有所突破，我們應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)研究，深入運(yùn)用，達(dá)到以最低的成本制作出最精良的影視動畫，促進(jìn)影視動畫的高速發(fā)展！

參考文獻(xiàn)：

[1]牛敬德.運(yùn)動捕捉技術(shù)在影視動畫制作中的應(yīng)用分析[J].創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實踐,2020(05):141-142.

[2]王海輝.探析我國影視動畫場景設(shè)計中運(yùn)動捕捉技術(shù)的應(yīng)用[J].西部廣播電視,2016(17):219.

[3]李淑華.基于表演運(yùn)動捕捉技術(shù)在影視表演動畫中的應(yīng)用研究[J].電視技術(shù),2018,42(10):43-45,49.

[4]王新,朱信忠,趙建民,等．基于實時動作捕捉技術(shù)在影視動畫中的研究[J].微型電腦應(yīng)用,2014,30(03):16-17．

[5]黃涵渝,涂凌琳.光學(xué)式動作捕捉技術(shù)在影視動畫中的發(fā)展[J].決策探索.下半月,2016(08):82.

作者:杜嬋 單位:南京傳媒學(xué)院