淺談基于Kinect動作捕捉中優化制作三維模型與動作表現

王軒

摘要：隨著現代數字科技的不斷發展，kinect的誕生顛覆了虛擬人物在游戲中的單一操作，同樣也對開發虛擬人物動作表現起到了積極地發展作用，改變了以往虛擬人物以手工調節動作為主的局勢，展現了人機互動理念，滿足了人們與虛擬世界交互的心理需求，真切的表達了人的情感和心靈感受。隨著數字媒體的發展，Kinect的動作捕捉設備在精確度上可以完成大部分的動作辨別，捕捉到的動作與表情直接用于驅動動畫的虛擬模型，同樣這些捕捉計算到的人體數據可以直接應用到數字媒體中，數字媒體的發展讓虛擬世界的表現無論是在游戲還是在電影的創作和制作中應用的越來越廣泛。

關鍵詞：kinect的動作捕捉；虛擬人物；動作

一、虛擬人物的優化制作

虛擬人物的優化：

（一）解剖的藝術：

達芬奇說“理論脫離實踐是最大的不幸”虛擬人物的制作，繪畫，雕刻都需要具備人體解剖學知識，如果對基礎結構知識缺乏了解，則非常容易創造出含糊，不正確的形態。從人體解剖學出發，虛擬人物的基礎造型分別建立在：“正確的人體比例，符合人物性格的骨架，表現表面特征的肌肉群”正確的人體比例可以根據實際情況自己設定，一般8頭高模型看起來體態更加優雅等：一副能體現人物性格的骨架，決定了人物能做的動作，體現人物生性，同樣人物的所有運動都源于骨架，是骨架支撐和推動肌肉的運動：肌肉群的掌握跟人物體型的胖瘦起著至關重要的作用。

（二）賦予

前期準備：對于一個模型創造人來說遇到的每一個虛擬人物都是獨一無二的，針對于每一個生物，你應該要學會詢問自己，從外形上，這個生物像什么，我是不是可以強化物體的特性，以至于在游戲中讓虛擬人物形象得以體現：在整個制作過程中，這個生物需要作什么動作：是否需要為一些特定的鏡頭提供特殊的模型或者特定于鏡頭的模型等，模型布根據動作來進行布線，有針對性的進行動作的與模型的設定。

生物概況：根據生物的體型和體重來判斷，虛擬角色的運動軌跡：猜測其行為舉止，虛擬模型的制作，在制作模型的過程當中，一定要為其賦予個性

（三）線

在制作的過程當中，虛擬人物盡可能多的方形拓撲，四邊行有助于制作流程中所有人的工作，它既能在細分時保持體表光滑，也能最小化素材的拉伸度，使權重能在蒙皮權重變形時均勻分布，肌肉線條的的建立與規劃，正確的循環線條相對來說比較簡單，但模型的建立需要遵循正確的肌肉線條，如果正確的創建了環形邊，我們就可以為模型決定體表外觀了，主要邊緣線條顯示了生物的主要肌肉所處的位置，同樣也為后期的骨骼動畫增添生動性，對基于kinect的動作捕捉，虛擬人物的動作反應更加形象化。

二、虛擬人物動作的綁定

（一）兩足動物（Biped）是一個非常優秀的工具，它的設置方便快捷，因為可更改的參數不多，所以出錯的概率也很低，如果沒有其它功能更強大的軟件的話，那么Biped（兩足動物）命令為你提供了一個出色的動作捕捉解決方案.但對于kinect的動作捕捉還是存在很大不足之處，例如骨骼放置的諸多局限，這一點在局限兩足動物的形體外表，讓除兩足動物以外的模型無法在進行綁定：基礎分級結構無法修改，讓超出兩足動物的動作無法進行：Biped（兩足動物）工具腳本難以修改，不論是建模還是kinect動畫的收集，都必須遵照Biped（兩足動物）工具默認進行，隨著數字媒體的發展，kinect的捕捉技術越來越成熟，兩足動物的骨骼已經無法滿足要求。

（二）角色動畫工具（CAT）使用模塊化的組件來創建最終骨骼模型，這些組件可以被連接在一起，相對于Biped（兩足動物）來講，前者擁有較大的靈活性，其骨骼的自定義程度也很高，因為大多數模塊化組件是基于3ds Max控制器系統構建的，同樣角色動畫工具的分級結構也是可以編輯的，在接收動作捕捉數據方面表現也相對較好，還有一些內嵌的工具可以讓動畫制作變得更輕松，比如姿勢的保存，動畫素材保存等。

（三）自定義骨骼工具可分為三大組件，第一就是關節與骨骼，第二就是皮膚，第三位導出的版本，自定義的骨骼工具它可以綁定流程進行全面的控制并且可以提供最多的選擇，基本上沒有限制，場景和節點上也不會出現多余，能更加直觀的詮釋自己的想法和按照自己預先設定好的工作流程來，沒有傳統功能的限制，全面控制設置的更改，腳本的編寫，動畫的編輯和創建，同樣也是很消耗時間的，在此基礎上，動作捕捉原理基于kinect的3D攝影，動作捕捉會存在差異性。由于自身的局限和環境差異性的存在，讓虛擬人物無法接收到具體動作，而產生亂動，在模型方面利用肌肉線條避免在模型亂動的穿插，在動作方面，利用自定義骨骼工具中的IK Solver對骨骼進行自定義的約束，通過實現鎖定IK的的旋轉角度，來帶到限制虛擬人物做出不合理的人物動作，避免穿鏡.

三、kinect的動作捕捉啟示和發展前景

（一）kinect的動作捕捉與骨骼綁定對本科教育的啟示

隨著國外3A大作在中國的登錄，中國國民對于游戲體驗與審美能力的不斷提高，中國游戲行業已經開始了迅速發展。國內游戲近幾年也跟隨國外3A大作的潮流運用這種技術和藝術來制作高品質的游戲與玩法，在對游戲玩法與效果表現的應用所投資的成本已經不亞于國外3A大作。但是國產游戲無論從虛擬角色效果、角色綁定、動作流暢程度上都沒有能達到觀眾所期待的技術水平。所以培養專門的高級技術人才成為社會培訓和高等學校教育的一大熱點。

（二）kinect動作捕捉的發展前景

Kinect的推廣讓動作捕捉不在神秘莫測，專業的動作捕捉系統不僅價格昂貴，場地安裝設備要求高，無法實時觀察捕捉效果而且后期工作量較大，而kinect的人體捕捉系統無需采用任何特殊硬件設備，只是利用3D攝像來進行人體運動的捕捉，對于游戲玩家而言實時的動作捕捉效果，低的硬件成本，視覺效果的盛宴。kinect的交互驅動多媒體的應用，人體手勢可以進行操作控制，動作辨識等，在電影，動畫，游戲和醫療科學等領域都具有廣泛的應用前景

結 語

Kinect的動作捕捉技術把原來表現不了的視覺感受帶給了每一個人，因此建立了新的游戲體驗與游戲感受，相對于以前來說，開放了人們的游戲設計思想，也為新生代游戲的降臨打下了基礎。體感游戲的開發將成為新寵兒，隨著科技的不斷進步，必定會為應用于動作捕捉的相關行業給予蓬勃發展，虛擬世界的構成與建造也將越來越有著技術和時代的氣息。