什么是動(dòng)作捕捉？

近日一則新聞，引發(fā)影迷的關(guān)注，在美國夢工場3D動(dòng)畫《馴龍高手2》定檔8月14日于內(nèi)地上映之后，片方曝光了一支奧巴馬拜訪夢工場的視頻，影片中所使用的動(dòng)畫捕捉技術(shù)震驚了奧巴馬，總統(tǒng)不禁親自上陣體驗(yàn)一番，并驚呼：“太精彩了！”

顯然，這是《馴龍高手2》吸取了第一部在內(nèi)地叫好不叫座的教訓(xùn)，為引發(fā)關(guān)注提前造勢，而創(chuàng)造的一個(gè)營銷話題。但從這則新聞之中，我們可以得到兩個(gè)信息：

1、《馴龍高手2》使用了先進(jìn)的動(dòng)作捕捉技術(shù)；

2、奧巴馬對(duì)動(dòng)作捕捉技術(shù)很感興趣，并親身做了實(shí)驗(yàn)。

由此可見，從前略顯神秘的動(dòng)作捕捉技術(shù)，已經(jīng)漸漸進(jìn)入大眾視野，并成為新聞元素被片方用作宣傳噱頭。

其實(shí)正如新聞中奧巴馬質(zhì)疑的那樣，動(dòng)作捕捉并不是這兩年新近發(fā)明的技術(shù)，在此前風(fēng)靡全球的電影《阿凡達(dá)》中，就已經(jīng)大量運(yùn)用這項(xiàng)新銳科技。我們看到的納美人，我們見識(shí)到的那些美輪美奐的外星奇觀，除了運(yùn)用傳統(tǒng)的CG數(shù)字技術(shù)之外，大量倚重的就是神奇的“動(dòng)作捕捉”技術(shù)。

那么，什么是動(dòng)作捕捉技術(shù)呢？

動(dòng)作捕捉，意同“運(yùn)動(dòng)捕捉”，英文Motion capture，簡稱Mocap。這項(xiàng)技術(shù)涉及尺寸測量、物理空間里物體的定位，及方位測定等可以由計(jì)算機(jī)直接處理的數(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)過計(jì)算機(jī)處理后得到三維空間坐標(biāo)的數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)被計(jì)算機(jī)識(shí)別后，可以應(yīng)用在動(dòng)畫制作、步態(tài)分析、生物力學(xué)、人機(jī)工程等領(lǐng)域。

目前常用的運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)，從原理上可分為機(jī)械式、聲學(xué)式、電磁式、主動(dòng)光學(xué)式和被動(dòng)光學(xué)式。不同原理的設(shè)備各有其優(yōu)缺點(diǎn)，一般可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)：定位精度、實(shí)時(shí)性、使用方便程度、可捕捉運(yùn)動(dòng)范圍大小、抗干擾性、多目標(biāo)捕捉能力，以及與相應(yīng)領(lǐng)域?qū)I(yè)分析軟件的連接程度。

而動(dòng)作捕捉技術(shù)被人們廣泛認(rèn)知，還得從動(dòng)畫制作說起。這項(xiàng)技術(shù)是上世紀(jì)70年代起，美國迪斯尼公司為改進(jìn)動(dòng)畫制作效果而嘗試的新技術(shù)。將運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)用于動(dòng)畫制作，極大地提高了動(dòng)畫制作的效率，降低了成本，而且使動(dòng)畫制作過程更為直觀，效果更為生動(dòng)。

近年來我們熟知的視效大片，如曾經(jīng)創(chuàng)造驚人票房成績的《阿凡達(dá)》、《變形金剛》、《霍比特人》，都把動(dòng)作捕捉技術(shù)作為核心競爭籌碼。我們耳熟能詳?shù)哪切┙?jīng)典角色，如《霍比特人》里兇悍的咕嚕，《泰迪熊》里充滿痞氣的毛熊公仔，甚至《阿凡達(dá)》里的納美部落公主……這些經(jīng)典的虛擬形象，他們生動(dòng)的表演總能打動(dòng)觀眾，而他們被賦予生命的背后都源于一項(xiàng)重要的電影科技——?jiǎng)幼鞑蹲健?/p>

如何用動(dòng)作捕捉拍電影？

特型演員身穿遍布光點(diǎn)的黑色緊身服，腰上吊著鋼絲，在綠色布景前閃轉(zhuǎn)騰挪完成“三維空間”運(yùn)動(dòng)。這些虛擬角色可能是電影《環(huán)太平洋》里威風(fēng)八面的機(jī)甲戰(zhàn)士，《金剛》里暴躁強(qiáng)壯的大猩猩，或動(dòng)畫片《飛屋環(huán)游記》里憨態(tài)可掬的小胖男孩。有了動(dòng)作捕捉技術(shù)，讓這些角色從天馬行空的想象成為現(xiàn)實(shí)。

這項(xiàng)于上世紀(jì)70年代就被用于電影動(dòng)畫特效制作的技術(shù)，如今正被一股新的科技力量所改造。在這股力量中起關(guān)鍵作用的，是近年來飛速發(fā)展的傳感器技術(shù)。如今傳感器的尺寸被制作得越來越小、價(jià)格越來越低。在電影科技最新力量得到展現(xiàn)的動(dòng)作捕捉攝影棚中，幾十個(gè)高速攝影機(jī)捕捉現(xiàn)實(shí)演員的動(dòng)作后，即時(shí)將這些動(dòng)作還原并渲染至相應(yīng)的虛擬形象身上。

有了動(dòng)作捕捉和CG技術(shù)，大銀幕已經(jīng)迎來嶄新的“表演”時(shí)代?？纯慈缃竦拇筱y幕——《猩球崛起》的大猩猩，竟然沒有一只是真實(shí)的猩猩，在這些毛茸茸的生物背后，都是一位位活生生的動(dòng)作捕捉演員；《鐵甲鋼拳》里在拳壇上自然流暢拳拳到肉的機(jī)器斗士們，也都是穿著藍(lán)色服裝，踩著高蹺的演員在表演；《丁丁歷險(xiǎn)記》中那些角色，有著卡通的造型卻有無比自然的動(dòng)作和表情，這同樣是拜真人演員的動(dòng)作捕捉所賜。

我們不禁要問，有了動(dòng)作捕捉，將來拍電影還需要演員嗎？

在動(dòng)作捕捉領(lǐng)域，表現(xiàn)最為搶眼的莫過于安迪·瑟金斯。這位出色的特型演員，因?yàn)檫B續(xù)扮演了《指環(huán)王》系列中的咕嚕，及《猩球崛起》中的凱撒，而被觀眾譽(yù)為“奧斯卡欠他一個(gè)影帝提名”。此前一直是配音演員的瑟金斯，無疑是一位幕后英雄，但在《指環(huán)王2》中，用實(shí)力證明自己在動(dòng)作捕捉領(lǐng)域無可替代的個(gè)人能力之后，安迪·瑟金斯迅速成為這一領(lǐng)域數(shù)一數(shù)二的經(jīng)典演員。

在動(dòng)作捕捉技術(shù)的發(fā)展歷程中，《指環(huán)王》中的咕嚕無疑是一個(gè)跨時(shí)代的重要角色。當(dāng)時(shí)，出現(xiàn)咕嚕的鏡頭一般要制作三遍：第一遍是實(shí)拍，安迪·瑟金斯穿著白色衣服和演員一起表演；第二遍在電腦中，將安迪擦除以便放置咕嚕；第三遍是安迪單獨(dú)的個(gè)人表演，他穿著帶記錄點(diǎn)的動(dòng)作捕捉衣表演，動(dòng)畫師先制作出安迪運(yùn)動(dòng)的造型，然后再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到咕嚕的模型身上。

而于今年8月在內(nèi)地上映的《猩球崛起2黎明之戰(zhàn)》，則在動(dòng)作捕捉技術(shù)上又取得了巨大的進(jìn)步，安迪·瑟金斯再次奉獻(xiàn)出堪稱年度最佳的動(dòng)作捕捉表演。

多年來動(dòng)作捕捉技術(shù)一直有一個(gè)難題，那就是制作出一張真實(shí)的CGI人臉。直到這部描述人猿大戰(zhàn)的科幻電影中，“人臉捕捉”技術(shù)才取得較大突破。動(dòng)作捕捉演員們穿著捕捉服，戴上面部捕捉專用頭盔，和真人演員一起進(jìn)入到實(shí)際場景中，像正常拍戲一樣表演，同時(shí)動(dòng)作捕捉團(tuán)隊(duì)成員把他們的身體動(dòng)作和面部表情錄制下來，并實(shí)時(shí)給到CG角色身上，現(xiàn)場有多臺(tái)液晶顯示器實(shí)時(shí)顯示動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)映射到CG角色之后的結(jié)果，因此演員們可以實(shí)時(shí)看到自己的表演有什么問題。

當(dāng)導(dǎo)演對(duì)動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)滿意之后，攝影師需要拍攝一遍clean plate。等兩遍拍攝都完成后，動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)給到CG角色，同時(shí)動(dòng)作捕捉團(tuán)隊(duì)為此大力改進(jìn)了毛發(fā)和肌肉系統(tǒng)，還專門開發(fā)了眼睛系統(tǒng)（包括瞳孔變化、眼部肌肉變化），使得CG制作的猩猩非常逼真。與此同時(shí)跟蹤部門對(duì)實(shí)拍素材進(jìn)行跟蹤，重建場景，然后合成部門根據(jù)這些素材將猩猩合成到實(shí)景中。

從上文這些例子我們可以看出，動(dòng)作捕捉技術(shù)在電影中，一般多應(yīng)用于那些普通演員無法完成的角色——比如一只猩猩、一個(gè)怪獸。但在科技日新月異的時(shí)代，任何技術(shù)都可能實(shí)現(xiàn)跨越式突破。不排除有這種可能，動(dòng)作捕捉技術(shù)不僅能把人類演員的動(dòng)作，瞬間移動(dòng)到CG角色身上；也能捕捉到演員的表情、動(dòng)作、神態(tài)，存儲(chǔ)為數(shù)據(jù)格式，并依據(jù)不同情境進(jìn)行編程處理，在對(duì)應(yīng)場景中給出對(duì)應(yīng)反應(yīng)。

假設(shè)這個(gè)數(shù)據(jù)庫夠大、夠全面的話，我們可以預(yù)言，在不久的將來，演員表演將不需要再進(jìn)行什么演技培訓(xùn)，只需要給出幾個(gè)相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，就會(huì)自然而然產(chǎn)生合適的角色和表演。那么，是否可以假設(shè)，有朝一日再也不需要真實(shí)的的演員表演，我們只需運(yùn)用動(dòng)作捕捉技術(shù)，把數(shù)據(jù)庫中相對(duì)應(yīng)的表演調(diào)用出來，以制造出一個(gè)個(gè)經(jīng)典的角色呢？

還有哪些可能性？

如果我們把眼界放寬一些就會(huì)發(fā)現(xiàn)，動(dòng)作捕捉技術(shù)不僅在電影制作中舉足輕重，在人體工程學(xué)研究、模擬訓(xùn)練、生物力學(xué)研究等領(lǐng)域，這項(xiàng)技術(shù)也同樣大有可為?？梢灶A(yù)見，將來運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)還會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用。

比如互動(dòng)式游戲。利用運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)捕捉游戲者的各種動(dòng)作，用以驅(qū)動(dòng)游戲環(huán)境中角色的動(dòng)作，給游戲者以一種全新的參與感受，加強(qiáng)游戲的真實(shí)感和互動(dòng)性。

比如體育訓(xùn)練。運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)可以捕捉運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作，便于進(jìn)行量化分析，結(jié)合人體生理學(xué)、物理學(xué)原理，研究改進(jìn)的方法，使體育訓(xùn)練擺脫純粹的依靠經(jīng)驗(yàn)的狀態(tài)，進(jìn)入理論化、數(shù)字化的時(shí)代。

比如提供新的人機(jī)交互手段。表情和動(dòng)作是人類情緒、愿望的重要表達(dá)形式，運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)完成了將表情和動(dòng)作數(shù)字化的工作，不僅可以實(shí)現(xiàn)"三維鼠標(biāo)"和"手勢識(shí)別"，還使操作者能以自然的動(dòng)作和表情直接控制計(jì)算機(jī)，并為最終實(shí)現(xiàn)可以理解人類表情、動(dòng)作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和機(jī)器人提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

比如機(jī)器人遙控。機(jī)器人將危險(xiǎn)環(huán)境的信息傳送給控制者，控制者根據(jù)信息做出各種動(dòng)作，運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)將動(dòng)作捕捉下來，實(shí)時(shí)傳送給機(jī)器人并控制其完成同樣的動(dòng)作。與傳統(tǒng)的遙控方式相比，這種系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更為直觀、細(xì)致、復(fù)雜、靈活而快速的動(dòng)作控制，大大提高機(jī)器人應(yīng)付復(fù)雜情況的能力。

比如汽車設(shè)計(jì)。通過使用收集現(xiàn)場的人體動(dòng)作，來使得以往不精確的數(shù)據(jù)變得更加精確，福特汽車很顯然是第一個(gè)使用動(dòng)作捕捉軟件來輔助汽車設(shè)計(jì)的汽車制造商。這項(xiàng)技術(shù)能夠讓福特的工程師知道，人們在車內(nèi)將會(huì)是怎么運(yùn)動(dòng)的，他們希望借此設(shè)計(jì)出更符合人機(jī)工程學(xué)的產(chǎn)品。

此外，動(dòng)作捕捉技術(shù)還被應(yīng)用在汽車創(chuàng)意廣告上，例如，當(dāng)你經(jīng)過一個(gè)汽車廣告時(shí)，汽車將會(huì)與你同速前行。當(dāng)你轉(zhuǎn)過頭看司機(jī)時(shí)，他也會(huì)轉(zhuǎn)過來頭看你，而你看到的將是自己的面孔。

在可預(yù)見的將來，動(dòng)作捕捉還將應(yīng)用到更廣泛、更生活化的領(lǐng)域，比如遠(yuǎn)程遙控探親，一個(gè)工人通過動(dòng)作捕捉控制一家工廠生產(chǎn)——或許，如我們擔(dān)心的那樣，科技發(fā)展到數(shù)字化程度更高的那天，演員也會(huì)被程序設(shè)計(jì)好的角色替代。

如果那天真的來了，我們不知該感謝還是后悔自己發(fā)明了動(dòng)作捕捉技術(shù)。