三維動畫運動捕捉技術的應用及未來發展探究

劉勃

摘要：發展于二維動畫基礎上的三維動畫，因其更加立體、自然且具有強大的空間感而逐漸被人們所接受。三維動畫在不斷發展中，先后出現了眾多優秀的三維動畫作品及相關先進技術，三維動畫運動捕捉技術便是其中一種。在這一背景下，本文將從闡明三維運動捕捉技術原理入手，著重圍繞三維動畫運動捕捉技術的實際應用及未來發展進行簡要分析研究。

關鍵詞：三維動畫? ?運動捕捉技術? ?實際應用? ?未來發展

中圖分類號：J218.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1008-3359（2019）15-0161-02

近些年我國三維動畫教學事業的蓬勃發展，也使得人們對三維動畫及運動捕捉技術的理解與認知更加深刻。通過探究三維動畫運動捕捉技術的實際應用，對該項技術的未來發展前景進行展望，不僅可以有效幫助學生深化三維動畫與三維度動畫運動捕捉技術的學習，同時對于推動三維動畫教學事業以及三維動畫運動捕捉技術的長效發展也具有積極作用。

一、三維動畫運動捕捉技術的實際應用

（一）應用在影視劇中

目前三維動畫運動捕捉技術已經被廣泛運用在影視劇視作中，并且取得了一定的應用成效。例如在電影《金剛》當中，演員身穿裝有跟蹤器的特殊服裝，并在其面部貼有若干識別點，跟蹤器將對表演者的所有運動信息進行實時捕捉與記錄，最后通過將捕捉得到的各項運動信息轉換成“金剛”這一虛擬角色可讀取的運動數據，此時動畫師便可以根據實際劇情需要對“金剛”這一虛擬角色的運動進行有效驅動。在運動捕捉技術的運用下，表演者的各種肢體動作、表情變化等均將被快速、精準捕捉。而眼下還出現了一種全新的運動捕捉系統即OpenStage，在無需佩戴任何標記點的基礎上便可以有效完成運動捕捉，實現了運動捕捉技術的一大創新。相比于以往手工逐幀動畫制作，在三維動畫運動捕捉技術的運用下，動畫制作速度更快，同時工作人員只需為指定虛擬角色模型設定相應捕捉數據，并結合實際需要對其進行微調便可以有效完成三維動畫制作。受此影響，影視劇拍攝制作可以徹底擺脫攝影棚的限制，并且在該技術的運用下可以使得作品更加生動立體、活靈活現，對于降低制作成本也具有積極效用。

（二）應用于三維動畫

三維動畫眼下也是運動捕捉技術的一大重要應用領域。以制作虛擬火災消防員的三維動畫為例，在實際制作過程中，動畫師通常可以直接利用3dsMAX等專業軟件制作所需三維消防員模型，隨后其可以利用Character Studio當中的Physique為消防員添加與之相適宜的骨骼，考慮到骨骼和消防員人物模型相互獨立，因此在利用Physique將二者相互聯系的過程中，需要動畫師結合實際情況對骨骼進行移動或縮放調整，確保骨骼與人物模型完成相適應。此時動畫師可以通過直接運用3dsMAX軟件中自帶的修改器進行展UV，目的在于將平面貼圖指定到子對象選擇，同時根據實際三維動畫制作需要靈活編輯所選擇的UVW坐標。只有在有效運用UV處理技術下，才能夠使得最終貼圖可以充分展現出其應有效果[2]。在完展UV環節后，工作人員需要將其存儲成圖片格式，并利用Photoshop專業制圖軟件，根據消防戰斗服繪制相應貼圖，隨后對其物件紋理進行制作，便可以最終完成消防人員的貼圖。

（三）應用于動畫教學

1.應用于動畫運動規律教學

三維動畫運動捕捉技術運用在動畫教學當中，對于提高教學成效也發揮了重要作用。例如在開展動畫運動規律的教學當中，為了能夠有效幫助學生全面把握三維動畫中的各種運動規律，使其在日后創作三維動畫時可以靈活運用具體運動規律，在教學過程中教師可以適時引入三維度動畫運動捕捉技術。如在講解人物行走規律的過程中，教師可以通過運用三維動畫動作捕捉技術對學生真實的行走數據進行動態捕捉，隨后依照學生實際興趣愛好、學習需要等為其賦予相應的虛擬角色模型，并向其給定捕捉得到的學生行走數據，利用計算機復制分解動作便可以向學生逐幀清晰展示各種的工作，進而在將教學內容與學生實際進行有機結合，有效激發學生學習興趣之余，也可以幫助學生深化對人物行走規律的理解和運用，有助于提高學生整體學習成效。

2.運用與游戲動畫課程教學

現階段在游戲動畫課程教學中，三維動畫運動捕捉技術也已經得到了較為廣泛的使用。由于游戲動作本身由各種小片段動作組合而成，相比于影視劇制作中要求每一個片段動作必須具有流暢性和連貫性，在游戲動作中強調每一個片段動作必須具有高精準性。一般情況下，可將游戲動作細分成跑步與行走動作、攻擊與死亡動作等，因此教師在實際開展游戲動畫課程教學時，通過深入貫徹落實以學生為中心的教學理念，在主動了解學生具體學習需求等基礎上，將學生分成若干學習小組，要求學生以小組為單位對游戲動作尺度進行討論分析，并鼓勵學生通過親自對游戲動作進行模仿，嘗試運用動作捕捉技術對產生的各種運動數據進行采集。此后教師可以引導各小組相互比較其捕捉的動作，對動作的精準性進行判斷，由此在有效提高學生課堂參與積極性的同時，也可以使其得以學會靈活使用三維動畫運動捕捉技術判斷游戲動作尺度。

二、三維動畫運動捕捉技術的未來發展

（一）與其他技術相互整合

本文認為，未來三維動畫運動捕捉技術將與其他相關技術進行優化整合，用以不斷提高動畫捕捉的真實性與精準性，并增加捕捉的靈活性。例如眼下三維動畫運動捕捉技術正在積極與關鍵幀技術進行整合運用，先通過利用動態捕捉技術對光學標記點運動軌跡、具體動作等進行準確捕捉，此時捕捉得到的數據將會直接利用MotionBuilder向Characters進行傳遞，從而自動生成動畫并進行保存，最后直接向既定的虛擬角色傳遞已經匹配完畢的數據，在MotionBuilder當中完成關鍵幀層的構建，便可以靈活對虛擬角色動作進行相應調整，由此獲得更為理想的動畫捕捉效果。值得注意的是，在整合運用三維動畫運動捕捉技術與關鍵幀技術時，數據標記點應始終呈初始姿態，便于動畫制作人員在MotionBuilder中進行映射，在Character Controls中編輯與控制Actor[3]。在將角色與光學數據點之間建立起關聯性的過程中，需要確保導航面板中的數據點同場景角色位置完全匹配，并對所創建的角色進行準確標記，此后通過點擊激活鍵便可以對角色進行自由驅動。在修改自定義的虛擬角色動作時，通過在建立的調整層上進行無損動作修改，即將關鍵幀層加入到動畫捕捉數據中，根據具體要求對動作幅度與時間等進行相應調整，能夠有效增強動作幅度，令動作更為夸張有力。

（二）不斷突破其技術瓶頸

三維動畫運動捕捉技術也還存在一定不足，例如目前在使用光學系統進行運動捕捉時，其價格成本較高，需要準確捕捉表演者身上的特殊光點。在后期根據實際需要對捕捉的動作數據進行調整與修改時，工作量往往相對較大。鑒于當前光學運動捕捉自身所存在局限性，因此有研究人員正在逐步嘗試跳脫光學運動捕捉的思維，從原本對光點進行直接捕捉的方式轉變為利用視頻處理的方式，對表演者實際運動軌跡進行準確識別，以此有效降低運動捕捉的操作難度及其捕捉成本，極大減少后期運動數據修改調整的工作量。

（三）應用范圍領域更廣闊

隨著三維動畫運動捕捉技術的持續發展，未來除了在現有的三維動畫制作、影視劇制作以及三維動畫教學中可以應用三維動畫運動捕捉技術外，其應用范圍與應用領域也將變得更加廣闊。例如我國在獨立制作的大型3D動畫《畫江湖之不良人》《秦時明月》等以及在《英雄聯盟》《魔獸世界》等大型網游中，通過利用三維動畫運動捕捉技術完成其中特殊場景和動畫制作之外，在軍事、醫學以及教育等領域中同樣可以靈活運用三維動畫運動捕捉技術。例如在醫學領域中，對于疑難、復雜的手術案例，通過對主刀醫師的操作動作進行動態捕捉與準確記錄，不僅可以有效幫助醫師隨時掌握手術進程與手術情況，同時由此制作的三維醫學動畫視頻也可以為其他醫學人員的科學研究提供重要參考。由此可見，在未來將三維動畫運動捕捉技術靈活運用到各領域中，可以更好地造福人類。

三、結語

綜上所述，三維動畫運動捕捉技術可以快速、精準地完成物體動作捕捉，將其運用在三維動畫制作、影視制作以及三維動畫教學中均可以獲得良好的應用效果。但由于其自身也存在一定的技術局限，因此未來三維動畫運動捕捉技術還將積極與其他相關優勢技術進行優化整合，通過利用技術互補的方式不斷突破三維動畫運動捕捉技術的技術瓶頸，使得其應用范圍和應用領域得以進一步拓廣，真正實現三維動畫運動捕捉技術的可持續發展。

參考文獻：

[1]蘇宸，孟香旭.表演運動捕捉技術在影視表演動畫中的應用[J].南方農機，2019，（04）：181.

[2]巢晟盛.基于三維運動捕捉數據關鍵幀的動畫合成研究[D].鎮江：江蘇大學，2017年.