淺析動作捕捉技術在影視動畫作品中的應用

劉宇洋 周子怡

【摘要】 本文闡述了動捕技術的發展歷程以及動作捕捉技術的應用，將動作捕捉技術與傳統的手K動畫相比較，通過舉例分析了動作捕捉技術的優點和該技術在國內的發展的不足。

【關鍵詞】 動作捕捉;發展歷史;動畫應用

【中圖分類號】J954? ? ? ? ? ? 【文獻標識碼】A? ? ? ? ? ?【文章編號】2096-8264（2022）13-0099-03

動作捕捉的簡單學術性定義為：動作捕捉是一種綜合運用計算機圖形學、電子、機械、光學、計算機動畫等技術，以此捕捉表演主體的動作或者是表情，通過這些動作或表情的捕捉數據來直接驅動動畫形象模型的技術。[1]動作捕捉分為機械式動作捕捉、聲學式動作捕捉、電磁式動作捕捉、光學式動作捕捉。受精度和機械裝置、靈敏度的限制，機械式、聲學式以及電磁式動作捕捉均為大量采用，在進行動捕的房間中設置攝像機列陣，攝像機環繞表演場地排列，這些攝像機的視野重疊區域就是動作捕捉的表演有效區域。首先在表演者的關鍵部位如：手肘、關節處設置特殊的反光“Marker”，表演者身著純色衣服，再根據跟蹤點反射的光線在電腦中轉換成三維坐標系的點，最后運用軟件將數據轉換成骨骼信息。現在，許多三維動畫人物的動作都通過動作捕捉設備和軟件進行捕捉與制作。

一、動捕的發展與應用

2001年，在《指環王》的制作中，咕嚕這一角色使用了動作捕捉技術，通過捕捉動作演員安迪·瑟金斯的動作制作完成，塑造的咕嚕這一角色立體生動，讓人印象深刻。演員的動作和表演時的表情是分開制作的，同樣的表演要在不同的準備條件下重復多次，當時的動作捕捉技術初有成效依舊不夠完善，并且運用到電影特效中的例子不多。到了2006年在電影《金剛》之中，動作捕捉系統迎來了面部表情捕捉的概念，通過捕捉演員表演時的表情，所得到的數據用于之后的虛擬角色——金剛的制作之中。同年在拍攝《加勒比海盜2：聚魂棺》時拍攝團隊遇到了拍攝環境潮濕，陰暗的環境使得當時所用的光學式動作捕捉系統難以正常工作，捕捉精度下降難以支持影片的正常拍攝。為了解決這一大問題，當時負責拍攝制作的特效公司—— 工業光魔開發了imocap動作捕捉系統。imocap系統的使用讓動作捕捉可以在戶外甚至是陰暗潮濕的環境下運行并且不受影響。

在2009年電影《阿凡達》之中，動作捕捉系統迎來了一次突破性發展。導演卡梅隆在這部影片的制作之中幾乎全程使用動作捕捉系統。為了能夠實時地反饋演員的表演成果以及能夠更精確地捕捉演員的面部表情以用于虛擬角色之中，導演詹姆斯·卡梅隆在此片中基于動作捕捉系統和面部表情捕捉之上開創了一套”虛擬攝像機“Simclcam系統和頭戴式表情捕捉系統。這是這項技術的成功的一次突破性的發展，它成功地使得解決了演員與虛擬的電腦制作出的場景格格不入的問題的同時又大大提高了動作捕捉對于面部表情捕捉的精細度。2011年維塔數碼在拍攝《猩球崛起》時對動作捕捉技術進行了進一步地更改與升級，他們將動捕所需的設備——反光標記點改進為主動發射紅外光線的LED燈。這項改動使得動捕技術能在演員處于真實的場景下進行使用，新的系統設備可以在各種復雜的環境和燈光下順利地進行工作。2015年的《猩球崛起：黎明之戰》讓動捕表演在戶外進行這一想法變成現實，讓使用動捕變得不那么困難繁瑣，真正地實現了“戶外實景多人同時捕捉技術”[2]。

現在的動作捕捉技術已經相對成熟與完善，通過動作捕捉技術所衍生的各種技術也滲透社會生活中，特別是在娛樂與信息技術相關的領域中。當打開視頻軟件，人們不難發現許多主播的直播頁面之中會有一個卡通小人，這個卡通小人同步主播們的動作同時也捕捉他們的面部表情，代替主播進行直播表演，并且成為主播的一個分身。但很少有人意識到這些虛擬主播在直播中使用的正是面部表情捕捉系統。這項面部表情捕捉技術的開創及使用不僅使動作捕捉技術更加精準，還開拓了動作捕捉技術的應用面讓其更頻繁地出現在了大眾的視野之中。

戲曲文化這一國粹在我國的非物質文化遺產中占據非常重要的地位，通過制作此類動畫可以達到數字化保護的作用。在過去，傳統動畫制作需要耗費許多人力，特別是這類藝術表演類的動畫作品需要繪制大量的原畫和中間畫，不僅如此，還要邀請相關的戲曲藝術家，動畫師需要花費時間對他們的表演動作進行觀摩和記錄。這就導致了早期的動畫作品耗時過長，甚至要三到五年才能完成一部作品。現如今，三維動畫的出現解決了一部分的時間與成本上的問題，不過動畫師仍需要耗費許多時間對動作進行調控設置。并且普通的K幀已經不能更加精細地制作中國傳統古代戲曲人物中復雜的面部表情、豐富的肢體動作、無程式化的動作套路，也無法快速地抓住其特點。動作捕捉技術則解決了這個問題。動作捕捉與中國傳統戲曲的結合是對于保護中華優秀傳統文化的又一次創新實踐。[3]

二、動捕在動畫中的應用優點與缺點

（一）優勢與提升

1.動作捕捉技術的運用與傳統手K動畫相比可以更快捷更方便地達到一定程度上專業性的要求。在動畫師遇到特殊的動作如打斗、跳舞時，但是動畫師畢竟不是專業的表演者，對表演中的各種細節并不熟悉，只能從影像資料中找尋參考目標，手K動畫難免會出現耗時長，動作不自然、不專業的情況。在這時，動作捕捉技術的優勢便顯現出來了。動作捕捉技術在解決動畫師對于動作不夠專業問題的同時，更在傳統制作過程的基礎上縮短了制作時間，更大大提高了虛擬角色的真實性。

2.動作捕捉技術可以使制作效率更高、制作周期更短。以國風武俠類動畫為例，打斗場景在這類動畫中是必不可少的，在動畫制作期間，動畫師不僅要保證動作的協調、準確，還要兼顧動作的鏡頭感和美感，這往往需要耗費大量的時間，而動作捕捉解決了這方面的問題。假如一部10到15分鐘的純手K武俠動畫制作周期為150天左右，那么使用了動作捕捉以后，這部動畫的制作時長則能縮減至25天左右。制作周期縮短了將近90%[4]。制作周期的減少意味著成本的降低資金回籠周期的縮短，運用動作捕捉技術就可以在更短的時間內做出更好的動畫，也能使動畫達到更好的效果，使用更便捷更高效的技術也能提高一部影片、動畫的經濟收益。

3.動捕技術的產生也為動畫行業增添了新的崗位延長了動畫制作的產業鏈。動作捕捉技術因其具有較高的技術門檻，而不得不與其他動畫制作過程中產生的職業區別開來，單獨成派。Caveman film就是有動捕技術第一人之稱的安迪·瑟金斯在對動作捕捉的表演時看見了動作捕捉技術在制作之中對這方面人才的需要與空缺創立的。并且該公司主要以培養能夠在使用動作捕捉技術的電影或影片制作之中擔任動作捕捉演員的人才。而動作捕捉演員與傳統演員的不同之處就在于在動作捕捉時所需要的夸張和對于表演事物的真實。因為很多時候用到動作捕捉系統時很有可能是為了制作非人角色，所以對于表演角色的真實性能否讓人信服至關重要。不僅如此，使用一套完整的動作捕捉系統不僅僅是動作表演，還需要對于動作捕捉系統全方位地了解。例如動作捕捉系統由什么組成，工作原理是什么、如何操作，如何使用，如何在動作捕捉之后進行關鍵幀的修正等等。這些問題都表明這動作捕捉技術是一項全新的不同于其他制作環節的技術。而目前國內動作捕捉技術雖說仍然較為落后但正因為如此具有專業技能動捕技術人才無比稀缺，全國各大高校、企業也在積極地培養、打造動作捕捉技術的中國軍團。

（二）劣勢與困境

1.國內的動作捕捉技術與國外相比相對落后，并且投入的規模小。中國動畫雖然產生時間較早也有過輝煌的過去，但是受歷史原因，中國動畫于二十世紀七八十年代開始落后于其他國家，因此中國現代動畫、電影特效、制作流程落后于他國，這也導致中國動畫于國外先進技術接觸較晚。動捕技術早在上個世紀九十年代就運用于電影的制作中，但國內在直到最近十年間才逐漸擁有動作捕捉實驗室，動作捕捉技術才逐漸運用到電影、游戲、動畫的制作之中。

2.動作捕捉系統成本高。動作捕捉技術動輒上百萬上千萬，這讓對動作捕捉技術感興趣的高校、企業及個人望而生畏。面對如此高昂的成本，國內的電影制作人為了節省資金寧可延長制作周期選擇手K動畫，這也是動作捕捉技術在國內普及程度較低的原因之一。或許在未來動作捕捉技術所需要花費的成本就如同計算機的發展一般，由最開始的龐然大物到后來的不過小小一臺，動作捕捉技術隨著普及所需要的成本也會不斷地減少，動作捕捉也能不斷被人所接受，但在這之前仍有數十年的鴻溝需要跨越。

3.國內動作捕捉技術人才緊缺。動作捕捉所需的技術比較復雜，國內能熟練地進行動作捕捉人才較少，并且尚未達到動畫制作的需求;同時它又是一項許多需要高級電子設備并為之投入成本的技術。動作捕捉技術在國內的普及范圍和受眾群體較小，人們對這項技術的了解程度不高，這直接導致國內關于這方面技術的人才稀缺。在現如今的國內動畫市場中，能熟練運用動作捕捉技術并將其投入到實際運用中的人才少之又少，而礙于動作捕捉技術系統其高昂的設置成本，較高的科技門檻，國內很難進行動捕技術的教育普及。

4.詭異谷效應①在影視作品之中的出現阻礙人們接受動作捕捉技術。詭異谷效應簡單地說就是“越像反而越不像”。人們對于人臉的識別能力的一個普遍規律是：識別對象距離我們的差異越大，我們的識別能力就越差;反之越是接近我們的自身形象，我們的識別能力就越強。例如2001年上映的《最終幻想》。這部影片之中大量采用動作捕捉技術，其毛發、眼睛以及動作的真實程度都達到了以假亂真的地步，甚至有人說以后演員這一職業都可以被電腦取代[5]。但是電影上映之后卻并沒有受到多大的贊賞。觀眾看著銀幕上外表動作酷似自己的真人卻感覺到了莫名的違和感甚至產生抵觸情緒。所以每當動捕技術運用在真人模型身上并且當真實程度達到一定高度時或多或少都會激起人類本能的抵觸。

三、結語

許多企業或者制作公司選擇使用動作捕捉系統的原因在于動作捕捉系統可以更方便、更快捷、更真實、更專業地去完成一段影片的制作。但對于動畫來說，真實并不是唯一追求。真實是能夠快速獲得觀眾共鳴的一種方式，但動畫獲得共鳴的方式大多在于夸張，因此動畫中優秀的鏡頭與畫面仍需要動畫師通過自身經驗來進行較為感性的藝術加工、最終修改與處理。在動畫片中的一些場景動作中會需要適當地變形夸張來使動畫作品更加具有畫面感和表演性，這是動作捕捉無法做到的，也是動捕所欠缺的地方。

動捕技術的相關軟件硬件逐漸升級，操作變得更加便捷，同時使用動捕技術所需的成本也在逐漸降低，向大眾化、常態化發展并且或許能夠在不太遙遠的未來能夠被大多數的個人、學校、企業所接納。

注釋：

①詭異谷（The Uncanny Valley）假說是日本著名機器人學專家森政弘于20世紀70年代提出的一個現象或者說可能。森政弘認為，在有關機器人等人造的類人物體不斷人格化過程中，人類對于它們的情感存在一種遞增過程中突然衰減的可能。盡管有人至今仍不贊成詭異谷的說法，但我們在心理上對于很多高分辨率CG人像的冰冷怪異感是普遍存在的，這個規律可以粗略的概括成“越像反而越不像”。

參考文獻：

[1]許樂，朱柏宇.計算機技術與電影真實感的建立——以動作捕捉技術和奧斯卡視覺特效獎為例[J].北京電影學院學報，2014，（01）.

[2]朱永瓊.運動捕捉技術在影視創作中的發展[J].中國民族博覽，2019，（14）.

[3]盧俊.3D動畫與黃梅戲試驗融合的應用研究——以動畫《天仙配》中動作捕捉技術與手動K幀技術運用為例[J].景德鎮學院學報，2018，33（06）.

[4]吳娟，吳志斌，李纓.3D動作捕捉技術在我國動漫游戲產業的應用研究[J].文化產業研究，2015，（01）.

[5]許樂，朱柏宇.計算機技術與電影真實感的建立——以動作捕捉技術和奧斯卡視覺特效獎為例[J].北京電影學院學報，2014，（01）.

作者簡介：

劉宇洋，男，江西南昌人，漢族，金陵科技學院，本科，研究方向：影視動畫。

周子怡，女，江蘇蘇州人，漢族，金陵科技學院，本科，研究方向：影視動畫。