內(nèi)容摘要

用傳統(tǒng)方法制作一部較長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)影視動(dòng)畫作品是一項(xiàng)相當(dāng)麻煩的工作。表演動(dòng)畫的出現(xiàn),從根本上改變了現(xiàn)有的影視動(dòng)畫制作乃至特技制作方法,極大地縮短了動(dòng)畫制作的時(shí)間,降低了成本,使得動(dòng)畫制作過程更為直觀,效果更為生動(dòng)、逼真。表演動(dòng)畫綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、電子、機(jī)械、光學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫等技術(shù),捕捉表演者的動(dòng)作甚至表情,用這些動(dòng)作或表情數(shù)據(jù)直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)畫形象模型。運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)是表演動(dòng)畫中最關(guān)鍵、最不可或缺的技術(shù),本文討論了運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)在影視表演動(dòng)畫中的應(yīng)用。

運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)

運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)實(shí)時(shí)地檢測(cè)、記錄表演者的肢體、表情乃至相機(jī)、燈光在三維空間的運(yùn)動(dòng)軌跡,將它們轉(zhuǎn)化為數(shù)字化的“抽象運(yùn)動(dòng)”,并將其“賦予”用動(dòng)畫軟件生成的模型,使模型做出和表演者一樣的動(dòng)作,并生成最終的動(dòng)畫序列。它的關(guān)鍵部分在于對(duì)表演者的表演進(jìn)行動(dòng)作捕捉,并對(duì)捕捉到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,還原為空間三維點(diǎn),以此數(shù)據(jù)生成模型運(yùn)動(dòng)所需的動(dòng)作數(shù)據(jù),用該數(shù)據(jù)去驅(qū)動(dòng)已生成的模型,生成計(jì)算機(jī)動(dòng)畫序列。在表演動(dòng)畫系統(tǒng)中,通常并不要求捕捉表演者身上每個(gè)點(diǎn)的動(dòng)作,而只需要捕捉若干個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡,再根據(jù)造型中各部分的物理、生理約束就可以合成最終的運(yùn)動(dòng)畫面。在影視表演動(dòng)畫系統(tǒng)中,運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)從工作原理來看,主要有機(jī)械式、電磁式、聲學(xué)式和光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉幾種。

機(jī)械式運(yùn)動(dòng)捕捉依靠機(jī)械裝置來跟蹤和測(cè)量運(yùn)動(dòng)。可以將欲捕捉的運(yùn)動(dòng)物體與機(jī)械結(jié)構(gòu)相連,物體運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)機(jī)械裝置運(yùn)動(dòng),從而被傳感器記錄下相應(yīng)的角度和模型的機(jī)械尺寸,進(jìn)一步計(jì)算出模型的姿態(tài),將這些姿態(tài)數(shù)據(jù)傳給動(dòng)畫軟件制作出的角色模型。這種方法成本低,裝置定標(biāo)簡(jiǎn)單,精度也較高,可以作到實(shí)時(shí)測(cè)量,還可以容許多個(gè)角色同時(shí)表演;但使用上不方便,機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)表演者的動(dòng)作阻礙、限制很大,較難用于連續(xù)動(dòng)作的實(shí)時(shí)捕捉,主要用于靜態(tài)造型捕捉和關(guān)鍵幀的確定。

電磁式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)一般由發(fā)射源、接收傳感器和數(shù)據(jù)處理單元組成。發(fā)射源在空間產(chǎn)生按一定時(shí)空規(guī)律分布的電磁場(chǎng),接收傳感器安置在表演者身體的關(guān)鍵位置,傳感器通過電纜與數(shù)據(jù)處理單元相連。表演者在電磁場(chǎng)內(nèi)表演時(shí),接收傳感器也隨著運(yùn)動(dòng),并將接收到的信號(hào)通過電纜傳送給處理單元,根據(jù)這些信號(hào)可以解算出每個(gè)傳感器的空間位置和方向。該方法不僅可以同時(shí)得到空間位置和方向信息,而且速度快、實(shí)時(shí)性好,裝置的定標(biāo)比較簡(jiǎn)單,技術(shù)較成熟,魯棒性好,成本相對(duì)低廉;但是對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)格,在表演場(chǎng)地附近不能有金屬物品,否則會(huì)造成電磁場(chǎng)畸變影響精度,該系統(tǒng)中電纜對(duì)表演者的活動(dòng)限制比較大,對(duì)于比較劇烈的運(yùn)動(dòng)、表演不適用。

聲學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置由發(fā)送器、接收器和處理單元組成。發(fā)送器是一個(gè)固定的超聲波發(fā)生器,接收器一般由呈三角形排列的3 個(gè)超聲探頭組成。系統(tǒng)通過測(cè)量、計(jì)算聲波從發(fā)送器到接收器的時(shí)間,可以確定接收器的位置和方向。由于聲波的速度與溫度有關(guān),還必須有測(cè)溫裝置,并在算法中作出相應(yīng)的補(bǔ)償。這類裝置成本較低,但對(duì)運(yùn)動(dòng)的捕捉有較大的延時(shí)和滯后,精度差,還要求聲源和接收器間不能有遮擋,且受噪聲等干擾較大,系統(tǒng)擴(kuò)展困難。

光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉是通過對(duì)目標(biāo)上特定光點(diǎn)的監(jiān)視和跟蹤來完成運(yùn)動(dòng)捕捉的任務(wù)。它是基于計(jì)算機(jī)視覺原理的。對(duì)于空間中的一個(gè)點(diǎn),只要它同時(shí)被兩臺(tái)攝像機(jī)拍攝到,則根據(jù)同一時(shí)刻兩臺(tái)像機(jī)所拍攝的圖像和攝像機(jī)參數(shù),可以確定這一時(shí)刻該點(diǎn)在空間中的位置。當(dāng)攝像機(jī)以足夠高的速率連續(xù)拍攝時(shí),從圖像序列中就可以得到該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉的優(yōu)點(diǎn)是表演者活動(dòng)范圍大,無電纜、機(jī)械裝置的限制,使用很方便; 缺點(diǎn)是系統(tǒng)價(jià)格昂貴,對(duì)于表演場(chǎng)地的光照、反射情況敏感,裝置定標(biāo)也較為繁瑣。雖然它可以捕捉實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng),但后處理時(shí)間長(zhǎng),很難做到實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)角色模型及實(shí)時(shí)地觀看效果。

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