浅析动作捕捉技术在影视动画作品中的应用

刘宇洋 周子怡

【摘要】 本文阐述了动捕技术的发展历程以及动作捕捉技术的应用，将动作捕捉技术与传统的手K动画相比较，通过举例分析了动作捕捉技术的优点和该技术在国内的发展的不足。

【關键词】 动作捕捉;发展历史;动画应用

【中图分类号】J954            【文献标识码】A           【文章编号】2096-8264（2022）13-0099-03

动作捕捉的简单学术性定义为：动作捕捉是一种综合运用计算机图形学、电子、机械、光学、计算机动画等技术，以此捕捉表演主体的动作或者是表情，通过这些动作或表情的捕捉数据来直接驱动动画形象模型的技术。[1]动作捕捉分为机械式动作捕捉、声学式动作捕捉、电磁式动作捕捉、光学式动作捕捉。受精度和机械装置、灵敏度的限制，机械式、声学式以及电磁式动作捕捉均为大量采用，在进行动捕的房间中设置摄像机列阵，摄像机环绕表演场地排列，这些摄像机的视野重叠区域就是动作捕捉的表演有效区域。首先在表演者的关键部位如：手肘、关节处设置特殊的反光“Marker”，表演者身着纯色衣服，再根据跟踪点反射的光线在电脑中转换成三维坐标系的点，最后运用软件将数据转换成骨骼信息。现在，许多三维动画人物的动作都通过动作捕捉设备和软件进行捕捉与制作。

一、动捕的发展与应用

2001年，在《指环王》的制作中，咕噜这一角色使用了动作捕捉技术，通过捕捉动作演员安迪·瑟金斯的动作制作完成，塑造的咕噜这一角色立体生动，让人印象深刻。演员的动作和表演时的表情是分开制作的，同样的表演要在不同的准备条件下重复多次，当时的动作捕捉技术初有成效依旧不够完善，并且运用到电影特效中的例子不多。到了2006年在电影《金刚》之中，动作捕捉系统迎来了面部表情捕捉的概念，通过捕捉演员表演时的表情，所得到的数据用于之后的虚拟角色——金刚的制作之中。同年在拍摄《加勒比海盗2：聚魂棺》时拍摄团队遇到了拍摄环境潮湿，阴暗的环境使得当时所用的光学式动作捕捉系统难以正常工作，捕捉精度下降难以支持影片的正常拍摄。为了解决这一大问题，当时负责拍摄制作的特效公司—— 工业光魔开发了imocap动作捕捉系统。imocap系统的使用让动作捕捉可以在户外甚至是阴暗潮湿的环境下运行并且不受影响。

在2009年电影《阿凡达》之中，动作捕捉系统迎来了一次突破性发展。导演卡梅隆在这部影片的制作之中几乎全程使用动作捕捉系统。为了能够实时地反馈演员的表演成果以及能够更精确地捕捉演员的面部表情以用于虚拟角色之中，导演詹姆斯·卡梅隆在此片中基于动作捕捉系统和面部表情捕捉之上开创了一套”虚拟摄像机“Simclcam系统和头戴式表情捕捉系统。这是这项技术的成功的一次突破性的发展，它成功地使得解决了演员与虚拟的电脑制作出的场景格格不入的问题的同时又大大提高了动作捕捉对于面部表情捕捉的精细度。2011年维塔数码在拍摄《猩球崛起》时对动作捕捉技术进行了进一步地更改与升级，他们将动捕所需的设备——反光标记点改进为主动发射红外光线的LED灯。这项改动使得动捕技术能在演员处于真实的场景下进行使用，新的系统设备可以在各种复杂的环境和灯光下顺利地进行工作。2015年的《猩球崛起：黎明之战》让动捕表演在户外进行这一想法变成现实，让使用动捕变得不那么困难繁琐，真正地实现了“户外实景多人同时捕捉技术”[2]。

现在的动作捕捉技术已经相对成熟与完善，通过动作捕捉技术所衍生的各种技术也渗透社会生活中，特别是在娱乐与信息技术相关的领域中。当打开视频软件，人们不难发现许多主播的直播页面之中会有一个卡通小人，这个卡通小人同步主播们的动作同时也捕捉他们的面部表情，代替主播进行直播表演，并且成为主播的一个分身。但很少有人意识到这些虚拟主播在直播中使用的正是面部表情捕捉系统。这项面部表情捕捉技术的开创及使用不仅使动作捕捉技术更加精准，还开拓了动作捕捉技术的应用面让其更频繁地出现在了大众的视野之中。

戏曲文化这一国粹在我国的非物质文化遗产中占据非常重要的地位，通过制作此类动画可以达到数字化保护的作用。在过去，传统动画制作需要耗费许多人力，特别是这类艺术表演类的动画作品需要绘制大量的原画和中间画，不仅如此，还要邀请相关的戏曲艺术家，动画师需要花费时间对他们的表演动作进行观摩和记录。这就导致了早期的动画作品耗时过长，甚至要三到五年才能完成一部作品。现如今，三维动画的出现解决了一部分的时间与成本上的问题，不过动画师仍需要耗费许多时间对动作进行调控设置。并且普通的K帧已经不能更加精细地制作中国传统古代戏曲人物中复杂的面部表情、丰富的肢体动作、无程式化的动作套路，也无法快速地抓住其特点。动作捕捉技术则解决了这个问题。动作捕捉与中国传统戏曲的结合是对于保护中华优秀传统文化的又一次创新实践。[3]

二、动捕在动画中的应用优点与缺点

（一）优势与提升

1.动作捕捉技术的运用与传统手K动画相比可以更快捷更方便地达到一定程度上专业性的要求。在动画师遇到特殊的动作如打斗、跳舞时，但是动画师毕竟不是专业的表演者，对表演中的各种细节并不熟悉，只能从影像资料中找寻参考目标，手K动画难免会出现耗时长，动作不自然、不专业的情况。在这时，动作捕捉技术的优势便显现出来了。动作捕捉技术在解决动画师对于动作不够专业问题的同时，更在传统制作过程的基础上缩短了制作时间，更大大提高了虚拟角色的真实性。

2.动作捕捉技术可以使制作效率更高、制作周期更短。以国风武侠类动画为例，打斗场景在这类动画中是必不可少的，在动画制作期间，动画师不仅要保证动作的协调、准确，还要兼顾动作的镜头感和美感，这往往需要耗费大量的时间，而动作捕捉解决了这方面的问题。假如一部10到15分钟的纯手K武侠动画制作周期为150天左右，那么使用了动作捕捉以后，这部动画的制作时长则能缩减至25天左右。制作周期缩短了将近90%[4]。制作周期的减少意味着成本的降低资金回笼周期的缩短，运用动作捕捉技术就可以在更短的时间内做出更好的动画，也能使动画达到更好的效果，使用更便捷更高效的技术也能提高一部影片、动画的经济收益。

3.动捕技术的产生也为动画行业增添了新的岗位延长了动画制作的产业链。动作捕捉技术因其具有较高的技术门槛，而不得不与其他动画制作过程中产生的职业区别开来，单独成派。Caveman film就是有动捕技术第一人之称的安迪·瑟金斯在对动作捕捉的表演时看见了动作捕捉技术在制作之中对这方面人才的需要与空缺创立的。并且该公司主要以培养能够在使用动作捕捉技术的电影或影片制作之中担任动作捕捉演员的人才。而动作捕捉演员与传统演员的不同之处就在于在动作捕捉时所需要的夸张和对于表演事物的真实。因为很多时候用到动作捕捉系统时很有可能是为了制作非人角色，所以对于表演角色的真实性能否让人信服至关重要。不仅如此，使用一套完整的动作捕捉系统不仅仅是动作表演，还需要对于动作捕捉系统全方位地了解。例如动作捕捉系统由什么组成，工作原理是什么、如何操作，如何使用，如何在动作捕捉之后进行关键帧的修正等等。这些问题都表明这动作捕捉技术是一项全新的不同于其他制作环节的技术。而目前国内动作捕捉技术虽说仍然较为落后但正因为如此具有专业技能动捕技术人才无比稀缺，全国各大高校、企业也在积极地培养、打造动作捕捉技术的中国军团。

（二）劣势与困境

1.国内的动作捕捉技术与国外相比相对落后，并且投入的规模小。中国动画虽然产生时间较早也有过辉煌的过去，但是受历史原因，中国动画于二十世纪七八十年代开始落后于其他国家，因此中国现代动画、电影特效、制作流程落后于他国，这也导致中国动画于国外先进技术接触较晚。动捕技术早在上个世纪九十年代就运用于电影的制作中，但国内在直到最近十年间才逐渐拥有动作捕捉实验室，动作捕捉技术才逐渐运用到电影、游戏、动画的制作之中。

2.动作捕捉系统成本高。动作捕捉技术动辄上百万上千万，这让对动作捕捉技术感兴趣的高校、企业及个人望而生畏。面对如此高昂的成本，国内的电影制作人为了节省资金宁可延长制作周期选择手K动画，这也是动作捕捉技术在国内普及程度较低的原因之一。或许在未来动作捕捉技术所需要花费的成本就如同计算机的发展一般，由最开始的庞然大物到后来的不过小小一台，动作捕捉技术随着普及所需要的成本也会不断地减少，动作捕捉也能不断被人所接受，但在这之前仍有数十年的鸿沟需要跨越。

3.国内动作捕捉技术人才紧缺。动作捕捉所需的技术比较复杂，国内能熟练地进行动作捕捉人才较少，并且尚未达到动画制作的需求;同时它又是一项许多需要高级电子设备并为之投入成本的技术。动作捕捉技术在国内的普及范围和受众群体较小，人们对这项技术的了解程度不高，这直接导致国内关于这方面技术的人才稀缺。在现如今的国内动画市场中，能熟练运用动作捕捉技术并将其投入到实际运用中的人才少之又少，而碍于动作捕捉技术系统其高昂的设置成本，较高的科技门槛，国内很难进行动捕技术的教育普及。

4.诡异谷效应①在影视作品之中的出现阻碍人们接受动作捕捉技术。诡异谷效应简单地说就是“越像反而越不像”。人们对于人脸的识别能力的一个普遍规律是：识别对象距离我们的差异越大，我们的识别能力就越差;反之越是接近我们的自身形象，我们的识别能力就越强。例如2001年上映的《最终幻想》。这部影片之中大量采用动作捕捉技术，其毛发、眼睛以及动作的真实程度都达到了以假乱真的地步，甚至有人说以后演员这一职业都可以被电脑取代[5]。但是电影上映之后却并没有受到多大的赞赏。观众看着银幕上外表动作酷似自己的真人却感觉到了莫名的违和感甚至产生抵触情绪。所以每当动捕技术运用在真人模型身上并且当真实程度达到一定高度时或多或少都会激起人类本能的抵触。

三、结语

许多企业或者制作公司选择使用动作捕捉系统的原因在于动作捕捉系统可以更方便、更快捷、更真实、更专业地去完成一段影片的制作。但对于动画来说，真实并不是唯一追求。真实是能够快速获得观众共鸣的一种方式，但动画获得共鸣的方式大多在于夸张，因此动画中优秀的镜头与画面仍需要动画师通过自身经验来进行较为感性的艺术加工、最终修改与处理。在动画片中的一些場景动作中会需要适当地变形夸张来使动画作品更加具有画面感和表演性，这是动作捕捉无法做到的，也是动捕所欠缺的地方。

动捕技术的相关软件硬件逐渐升级，操作变得更加便捷，同时使用动捕技术所需的成本也在逐渐降低，向大众化、常态化发展并且或许能够在不太遥远的未来能够被大多数的个人、学校、企业所接纳。

注释：

①诡异谷（The Uncanny Valley）假说是日本著名机器人学专家森政弘于20世纪70年代提出的一个现象或者说可能。森政弘认为，在有关机器人等人造的类人物体不断人格化过程中，人类对于它们的情感存在一种递增过程中突然衰减的可能。尽管有人至今仍不赞成诡异谷的说法，但我们在心理上对于很多高分辨率CG人像的冰冷怪异感是普遍存在的，这个规律可以粗略的概括成“越像反而越不像”。

参考文献：

[1]许乐，朱柏宇.计算机技术与电影真实感的建立——以动作捕捉技术和奥斯卡视觉特效奖为例[J].北京电影学院学报，2014，（01）.

[2]朱永琼.运动捕捉技术在影视创作中的发展[J].中国民族博览，2019，（14）.

[3]卢俊.3D动画与黄梅戏试验融合的应用研究——以动画《天仙配》中动作捕捉技术与手动K帧技术运用为例[J].景德镇学院学报，2018，33（06）.

[4]吴娟，吴志斌，李缨.3D动作捕捉技术在我国动漫游戏产业的应用研究[J].文化产业研究，2015，（01）.

[5]许乐，朱柏宇.计算机技术与电影真实感的建立——以动作捕捉技术和奥斯卡视觉特效奖为例[J].北京电影学院学报，2014，（01）.

作者简介：

刘宇洋，男，江西南昌人，汉族，金陵科技学院，本科，研究方向：影视动画。

周子怡，女，江苏苏州人，汉族，金陵科技学院，本科，研究方向：影视动画。