這兩天大家都在看什么電影？小伙伴們一定被《猩球崛起2》這部好萊塢最新科幻巨制吸引了吧。一只情感細膩、性格豐滿的猩猩成為電影的主角，還帶領(lǐng)起猿族結(jié)營扎寨與人類展開抗?fàn)?，簡直不敢相信自己的眼睛。?dāng)然，這些演技高超的猩猩不可能是劇組訓(xùn)練出來的，也不是通過化妝，而是利用動作捕捉技術(shù)結(jié)合計算機圖形處理技術(shù)（CG）的完美呈現(xiàn)。 

簡單來說，就是給飾演猩猩的演員身上穿上特制的衣服，然后把人的動作信息捕捉下來，再合成到建立好的猩猩模型上。這其中，捕捉人的動作信息有兩種方式，其一是較為成熟的光學(xué)動作捕捉技術(shù)，另外則是較為前沿的基于傳感器的慣性動作捕捉技術(shù)。 

宅客君近日采訪了國內(nèi)從事傳感器動作捕捉技術(shù)的諾亦騰公司，聽劉昊揚博士講一講這些特效的背后制作過程。

用真實人物的運動數(shù)據(jù)來驅(qū)動虛擬角色

光學(xué)動作捕捉技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，精確度又很高，在電影行業(yè)早就得到應(yīng)用。劉昊揚介紹說，這種技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成各個細分領(lǐng)域，比如說有團隊就專門做流體的特效制作，一個倒水的畫面就能做得非常逼真，完全看不出是計算機做出來的；有專門做人群仿真（crowd simulation）的，比如《泰坦尼克號》里最終落水的那個畫面，其實只有幾個主要演員真正在演，其他人都是模擬出來的。 

電影猩球崛起里也只有八個主要演員，其余都是效果合成（難以置信哈）。人物模型做好以后，只要把另外一些動作信息做些修改然后賦值給這些模型就可以了。通過下面這個介紹視頻可以更直觀地了解特效的制作過程。 

 特效的制作包含四個關(guān)鍵部分。一是建立角色模型，就是用計算機把需要虛擬的角色做出來（比如猩猩），可依據(jù)所需控制點的不同做出各個等級的精細程度。第二步就要開始建立骨骼架構(gòu)，因為虛擬角色最終要動起來也是靠骨骼的運動，這其中也要構(gòu)建骨骼之間的關(guān)聯(lián)動作。 

接著要建立皮膚的模型，因為皮膚都是有彈性的，骨骼的拉伸等動作也會造成皮膚的收縮，因而要建立相應(yīng)的關(guān)系。最后就是在演員表演的時候利用動作捕捉技術(shù)來收集運動數(shù)據(jù)，然后把這些數(shù)據(jù)綁定到相應(yīng)的骨骼模型上，就可以用實際捕捉的動作數(shù)據(jù)去驅(qū)動骨骼模型運動。 

最初，演員身上會在特定的位置貼上一些反光點，然后通過遍布四周的高速攝像機來捕捉這些點，這樣得到一連串的圓點運行軌跡信息，就相當(dāng)于得到了每個點的空間運行坐標(biāo)。每個反光點的亮度其實很高，為了顯示得更加清晰就要看灰度圖，那些大小都類似而且是連續(xù)的亮點就是有效數(shù)據(jù)，可排除雜點。 

（圖片來自維基百科）

但這樣也有一個缺陷，因為這些光點沒有身份標(biāo)識，計算機不容易識別就很容易出現(xiàn)混淆，于是漸漸地，這些被動反光點就發(fā)展成主動發(fā)光點。演員穿戴上一些可發(fā)出不同頻率紅外光的結(jié)點，由攝像機來捕捉收集。而且這也有一個好處，這些場景的拍攝就不需要再限定在室內(nèi)攝影棚內(nèi)，在戶外也可以避免自然光的干擾，捕捉出有效數(shù)據(jù)。

最難的是面部表情的捕捉

為《猩球崛起2》制作特效的是維塔數(shù)碼公司（Weta Digital），動作捕捉技術(shù)成熟的標(biāo)志作品《阿凡達》就出自他們手下。劉昊揚介紹道，這其中最難的是面部表情捕捉技術(shù)。 

“最早為了捕捉面部表情，也是靠貼反光片的形式，但貼片總是有大小的，貼在臉上就容易遮擋視線。”在電影《阿凡達》里，維塔數(shù)碼公司應(yīng)用了頭戴式攝像頭，并在演員的臉上涂上熒光漆點來解決面部識別問題。 

人的面部肌群非常復(fù)雜，單靠動畫來做效果不是很好，因此“要保證動作協(xié)調(diào)，就必需要人來演，”這是目前最完美的解決方案。

仍然存在一些缺陷

雖然光學(xué)動作捕捉技術(shù)的成熟度很高，又非常精準，但全套設(shè)備的造價和使用成本非常之高。“設(shè)備使用前的調(diào)試就非常麻煩”，比如，拍攝現(xiàn)場有幾十個攝像機，每一個反光點在每個攝像機的位置都不同。因此就要對每一個攝像機的參數(shù)進行修正，這是一個很復(fù)雜的標(biāo)定流程，“一般要花費三到四個小時”。而這個時候，只要隨便碰一下，所有的一切就要再次重新標(biāo)定。 

另外，其精準度也是打折扣的。因為發(fā)光貼片都是綁定在演員的外表皮膚上，所以最終得到的數(shù)據(jù)是皮膚層面的運動數(shù)據(jù)，而動作模擬需要的是骨骼的數(shù)據(jù)，所以就要有一個算法來進行修正，反算骨骼的動作。

而且，限于光照的傳播，數(shù)據(jù)的采集會經(jīng)常有丟幀的情況發(fā)生。比如，當(dāng)猩猩突然蹲下時，胸部的地方就會被遮擋，需要后期再去修補。

慣性動作捕捉的前景

慣性動作捕捉技術(shù)可以避免這些不足，它是利用傳感器的組合來采集人的動作姿態(tài)，然后使用無線技術(shù)輸送到電腦上。使用起來非常方便，“便攜性對技術(shù)的普及是非常重要的，每個演員所需要的設(shè)備只要一個小箱子就能裝下”。

但要真正實現(xiàn)慣性動作捕捉技術(shù)的應(yīng)用還需要一個比較長的培育過程。 “電影的制作流程是很成熟化的一套工作，如果要將光學(xué)動作捕捉改為慣性動作捕捉，就意味著要調(diào)整很多東西?！眲㈥粨P表示，他們正在跟美國的一些大學(xué)談合作，這些學(xué)校的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容將會使用諾亦騰的慣性動作捕捉設(shè)備，而當(dāng)學(xué)生參加工作以后，必然會優(yōu)先選擇慣性動作捕捉技術(shù)。 

任何一項新技術(shù)的應(yīng)用都會有一個階段性的過程，會先從一個小的地方開始，比如李安在拍《少年派的奇幻漂流》時，就應(yīng)用了慣性動捕技術(shù)來做拍攝前的預(yù)演。劉昊揚認為，慣性動作捕捉技術(shù)對電影領(lǐng)域的影響是長遠的，光學(xué)動作捕捉技術(shù)的高精準特性在其他領(lǐng)域有著更好的應(yīng)用空間，但在電影的特效制作上，最終由慣性動作捕捉技術(shù)取而代之似乎是必然的。

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