運動捕捉技術在影視動畫制作中運用

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摘要：運動捕捉技術在實踐中的很多領域都被廣泛運用，對現(xiàn)代經濟的發(fā)展具有重要影響。近年來，更是被用在影視動畫制作中，顯著提高了影視動畫的質量。運動捕捉技術可以分為機械式運動捕捉技術、電磁式運動捕捉系統(tǒng)以及聲學式運動捕捉配置等幾種形態(tài)，在運用過程中主要從標記點追蹤記錄入手，以此為基礎進行三維坐標重建，達到動畫制作的效果。根據運動捕捉技術的運用原理，可以讓影視動畫在質和效上都得到極大提高，因此，我們有必要深入研究，促進該技術的有效運用。

關鍵詞：運動捕捉技術；影視動畫制作；運用

自科幻影片《阿凡達》運用運動捕捉技術進行動畫制作取得良好成效以后，運動捕捉技術逐漸被引入影視動畫制作領域?！栋⒎策_》以后相繼出現(xiàn)多部運用運動捕捉技術進行影視動畫制作的電影，隨著運動捕捉技術在動畫制作方面的深入運用，讓很多電影公司選擇運用該技術對電影進行完善和創(chuàng)新，極大地推動著影視動畫制作發(fā)展和前進。運動捕捉技術本身的穩(wěn)定性和效率性，可以大大縮減影視動畫制作的誤差和時間，更為重要的是，能夠在很大程度上降低影視動畫制作的成本，提高影視動畫制作的視覺效果質量。而無論是運動捕捉技術中的哪一種形式，都對影視動畫制作具有極大的運用意義。本文從運動捕捉技術的簡單概述展開論述，著重論述運動捕捉技術如何在影視動畫制作中進行有效運用。

一、運動捕捉技術及其類型

運動捕捉技術，是通過一定的技術和方法，將表演者的動作、姿態(tài)、神情等各元素通過先進儀器追蹤記錄下以后，運用計算機技術將這些元素轉化為相應的數(shù)據，使其成為抽象的數(shù)字化運動。通過分析比對，再利用動畫制作軟件，由該軟件將模型設計成為和表演者一致的表演形式，讓觀眾能夠從視覺上真實地感受到電影主體的“表演”，達到影視動畫制作的效果。當前，運動捕捉技術主要有以下幾類。機械式運動捕捉技術。該技術的關鍵在于利用捕捉式機械裝置，將表演者的運動軌跡捕捉下來以后，結合計算機處理技術，讓已經生成的模型能夠在數(shù)據處理之后進行有效的“表演”。機械式捕捉技術本身對影視動畫制作具有很強的推動作用，在運用之后也取得極好的效果，但是運用該技術，表演者需要佩戴相對厚重的捕捉機械，如果需要進行大幅度運動，會因為佩戴機械的原因大大受限，在一定程度上影響到影視動畫主體的“表演”，這一缺陷極大地限制了機械式捕捉技術的運用[1]。電磁式運動捕捉系統(tǒng)。這種捕捉系統(tǒng)有兩個核心部分是不可或缺的，即接收單元和數(shù)據處理單元。接收單元在運用時被放置到表演者的關鍵部位，利用“連接式”的方式將表演者的動作捕捉以后，通過傳感器讓運動數(shù)據及時傳達到數(shù)據處理單元，數(shù)據處理單元按照具體化的數(shù)據，帶動模型在神態(tài)、動作、姿勢等方面進行表達，產生極好的影視動畫效果。相對機械式捕捉技術而言，電磁式捕捉技術讓表演者有了更輕便的裝置，不會造成運動負擔，能夠極好地配合影視動畫內容完成表演。聲學式運動捕捉配置。聲學式運動捕捉配置主要是由發(fā)聲器、聲波接收器、數(shù)據處理單元三個部分組成，這種技術的原理在于通過聲波接收來判斷表演者的運動軌跡，通過裝置在表演者身上的發(fā)聲器來對運動聲波進行有效的傳輸，在聲波接收器接收到運動聲波后，用數(shù)據處理單元對運動數(shù)據進行有效處理，達到捕捉表演動作，進行動畫制作的效果。該方法極其便利，但是因為聲波的傳輸會受到溫度的影響，因此在捕捉動作的過程中，需要進行溫度高低的處理，達到捕捉的準確性[2]。光學式運動捕捉。光學式運動捕捉技術相對而言，具有更大的優(yōu)勢，該技術主要由攝像機、位置標記點、數(shù)據處理單元組成。通過光學傳播原理，可以利用攝像機對表演者的運動軌跡進行有效的記錄，通過位置標記點來精確定位表演者的動作、神態(tài)等方面的元素。這種技術具有極高的數(shù)據采集率，能夠從不同的角度來提高捕捉結果的精確性，確保影視動畫制作的質量[3]。同時，相對機械式捕捉技術而言，光學式運動捕捉技術的配備裝置及其輕便，能夠讓表演者靈活進行動作表演。但該技術成本相對較高，對表演的環(huán)境也有很高的要求，如果光線環(huán)境選擇不好，會極大地影響影視動畫最終的效果。

二、運動捕捉技術在影視動畫制作中的運用

運動捕捉技術對影視動畫制作具有極大的推動作用，可以有效促進影視動畫制作的發(fā)展，確保影視動畫畫面的精確性和真實性，該技術的運用主要從標記點追蹤記錄、三維坐標重建、動畫制作三個部分進行，“遞進式”幫助影視動畫制作者完成動畫制作。在捕捉技術運用實踐中，為了確保動畫制作的精確性和提高制作質量，通常采用的是光學式運動捕捉技術，通過光學傳播原理，完成表演捕捉。光學式運動捕捉技術將人體的動作看作十三至十九個運動關節(jié)點，運用特殊的材料貼在表演者運動的關鍵位置，我們稱之為“標記點”，然后利用標記點對表演者的運動進行跟蹤記錄，再根據運動者的運動軌跡進行三維坐標重建，最后進行動畫制作，促進影視動畫制作的有效推進[4]。

（一）標記點追蹤記錄

標記點追蹤記錄主要是通過攝像機對表演者的表演進行有效的拍攝和記錄，再利用視頻卡對攝像機捕捉到的運動軌跡進行處理，從而得到序列幀。然后利用圖像分析的方法通過空間處理，建立出標記點的二維坐標，這便是標記點追蹤記錄的整個過程。而進行標記點追蹤和記錄的目的是能夠讓系統(tǒng)精確識別出標記點所代表的具體關節(jié)點，以此建立坐標，將各個關節(jié)點連接起來，產生制作效果?？傮w而言，標記點追蹤記錄主要遵循以下幾個步驟：第一，先對兩個攝像機捕捉的兩個圖片進行分析比對，找出具體的位置，將兩幅圖片上的點一一對應，標出序號；第二，對于已經產生序號的標記點，利用處理數(shù)據單元進行多次比對，在每一幀不同的表演中找到開始和結束的位置，確保每個標記點都能被找到，如果多次仍然未被找到，說明該點已經被遮擋[5]。此時將已經找到的標記點數(shù)據進行保存，而未找到的通過數(shù)據處理技術進行處理，再次比對，繼續(xù)表演跟蹤。

（二）三維坐標重建

三維坐標重建指的是將標記點追蹤過程中已經建立的二維坐標轉換為三維坐標，通過（x，y，z）的設置，精確每個對應的點，利用三維坐標確定模型的式樣，將采集到的表演者動作和神情等元素有效還原到模型中，驅動創(chuàng)建模型，使其能夠和追蹤到的數(shù)據有效貼合，達到動畫制作的效果。三維坐標的重建需要精確視點的信息，確保二維坐標在轉換為三維坐標的過程得到順利的處理，這便使得攝像機的外部和內部參數(shù)的精確性變得極其重要。為了確保數(shù)據的精確性，可以采用多臺攝像機對表演者進行動作捕捉，讓攝像機之間可以找到對應的平面，通過相互采集，讓還原到的三維坐標能夠投影到另一臺攝像機上，如果投影成功，則表明還原是正確的。利用多臺攝像機，可以讓捕捉的點和三維坐標重建得到精確的呈現(xiàn)。

（三）動畫制作過程

基于動作捕捉技術下的動畫制作相對會更精確。根據影視動畫內容主題的要求，設計出影視動畫主體的概要模型，再利用特殊的技術對真人表演者的動作進行有效的追蹤，得到具體的數(shù)據后，根據動作接收系統(tǒng)、數(shù)據處理系統(tǒng)之間的有效配合，對采集到的動作數(shù)據進行抽象化處理，讓表演者的動作和模型能夠緊密地貼合起來，做到合成沒有缺陷。因為捕捉到的動作數(shù)據并不是連續(xù)的，而是呈現(xiàn)出間斷式軌跡，這使得動畫制作存在一定的難度，再加上演員的表演難以精確達到攝影師的要求，使得動畫制作人在后期需要進行詳細的比對，有效貼合表演者的動作軌跡和模型設計。而三維坐標的建立，可以有效解決這個問題，通過點與點的對應，精確將運動數(shù)據和模型緊密聯(lián)系起來，降低影視動畫制作的難度，同時提高制作效果。

三、結束語

影視動畫制作并非易事，需要大量的人力和物力，對資金投入也比較大。而動作捕捉技術的有效運用，可以在一定程度上降低動畫制作成本，通過動作捕捉，能促進動畫制作動作、神情、姿態(tài)等各方面貼合的精確性，讓畫面呈現(xiàn)在視覺上達到真實的效果。但是現(xiàn)有的動作捕捉技術仍然需要提高，光學式動作捕捉技術雖然相對其他捕捉技術具有更大的優(yōu)勢，但是相對而言，投入的成本極高，對表演者的要求也更高，該技術還需要不斷發(fā)展。為了促進影視動畫制作在質量和效率上有所突破，我們應當加強研究，深入運用，達到以最低的成本制作出最精良的影視動畫，促進影視動畫的高速發(fā)展！

參考文獻：

[1]牛敬德.運動捕捉技術在影視動畫制作中的應用分析[J].創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實踐,2020(05):141-142.

[2]王海輝.探析我國影視動畫場景設計中運動捕捉技術的應用[J].西部廣播電視,2016(17):219.

[3]李淑華.基于表演運動捕捉技術在影視表演動畫中的應用研究[J].電視技術,2018,42(10):43-45,49.

[4]王新,朱信忠,趙建民,等．基于實時動作捕捉技術在影視動畫中的研究[J].微型電腦應用,2014,30(03):16-17．

[5]黃涵渝,涂凌琳.光學式動作捕捉技術在影視動畫中的發(fā)展[J].決策探索.下半月,2016(08):82.

作者:杜嬋 單位:南京傳媒學院