深入淺出動(dòng)作捕捉技術(shù)

周 飛

（湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院，湖北 武漢 430205）

一、動(dòng)作捕捉技術(shù)

隨著美國(guó)好萊塢科幻大片以及日趨真實(shí)的電子游戲風(fēng)靡全球，以“阿凡達(dá)”、“最終幻想”等形成文化現(xiàn)象的電影及游戲?yàn)槊浇?，大眾?duì)于動(dòng)作捕捉這種普遍應(yīng)用在影視動(dòng)畫(huà)特效和電腦游戲中的技術(shù)感到越來(lái)越熟悉。動(dòng)作捕捉技術(shù)是一項(xiàng)在近十年內(nèi)才真正開(kāi)花結(jié)果的特效技術(shù)，通常被簡(jiǎn)稱為“mocap”（motion capture）。它記錄生物個(gè)體的真實(shí)細(xì)膩的動(dòng)作，實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)教摂M平臺(tái)軟件中，并將之應(yīng)用到三維模型中的一項(xiàng)技術(shù)。這種技術(shù)可以讓虛擬角色具備真實(shí)生物細(xì)膩真實(shí)的動(dòng)作?；趧?dòng)作捕捉技術(shù)強(qiáng)大的適用性，它現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，從影視娛樂(lè)、電子游戲行業(yè)，到體育醫(yī)療行業(yè)，甚至擴(kuò)展到軍事領(lǐng)域。但是，它從哪里誕生？這個(gè)看似巧妙、微不足道的技術(shù)如何在如此短的時(shí)間和整個(gè)社會(huì)的各個(gè)層面交接在一起的？接下來(lái)我們從這里出發(fā)開(kāi)始探討。

二、背景

為了能夠全面的理解動(dòng)作捕捉技術(shù)對(duì)現(xiàn)代世界帶來(lái)了多大的沖擊，一個(gè)必須了解的方面是它讓人驚訝的起源。動(dòng)作捕捉的起源普遍被認(rèn)為是費(fèi)舍爾（Fleischer）在1915年發(fā)明的“影像描摹”（rotoscope）[1]。這是一個(gè)在動(dòng)畫(huà)片制作中產(chǎn)生出的一種技術(shù)。藝術(shù)家通過(guò)精細(xì)的描繪播放給他們的真人錄影片段當(dāng)中的每一幀靜態(tài)畫(huà)面來(lái)模擬出動(dòng)畫(huà)人物在虛擬世界中的具備真實(shí)感的表演。這個(gè)過(guò)程本身是枯燥乏味的。但是對(duì)于這些動(dòng)畫(huà)師來(lái)說(shuō)，幸運(yùn)且具有紀(jì)念意義的是，1983年麻省理工學(xué)院（MIT）研發(fā)出了一套圖形牽線木偶。這套系統(tǒng)使用了早期的光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)，叫做“Op-Eye”，它依賴于一系列的發(fā)光二極管，通過(guò)制定動(dòng)作，來(lái)生成動(dòng)畫(huà)腳本[2]（Sturman,1999）。本質(zhì)上，這個(gè)牽線木偶充當(dāng)了第一套“動(dòng)作捕捉服裝”。它自帶非常有限數(shù)量的感應(yīng)球,這些球能粗略的定位人體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵骨骼點(diǎn)的位置。這套技術(shù)的產(chǎn)生，迅速的奠定了動(dòng)作捕捉在之后迅速發(fā)展的基礎(chǔ)，為后續(xù)各種動(dòng)作捕捉提供了追尋的方向，也引領(lǐng)了之后動(dòng)作捕捉技術(shù)的風(fēng)潮，包括今天的動(dòng)作捕捉技術(shù)在內(nèi)。

現(xiàn)在我們提到動(dòng)作捕捉技術(shù)，最常聯(lián)想到的圖畫(huà)是一個(gè)動(dòng)作捕捉演員身穿全黑的緊身衣，全身關(guān)鍵位置布上了白色的感應(yīng)小球。實(shí)際上，這套系統(tǒng)就是依賴于早期光學(xué)跟蹤系統(tǒng)的。關(guān)于動(dòng)作捕捉最新的發(fā)展實(shí)際上也可以說(shuō)成是圖形提線木偶系統(tǒng)的最終完善的遺產(chǎn)。即使如此，這套標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比與最新的無(wú)感應(yīng)點(diǎn)動(dòng)作掃描技術(shù)也顯得過(guò)時(shí)。微軟開(kāi)發(fā)的應(yīng)用在游戲主機(jī)xbox360上的“kinect”技術(shù)，可以不借助感應(yīng)點(diǎn)掃描并捕捉對(duì)象的細(xì)微動(dòng)作。而New York’s Organic Motion公司注冊(cè)的技術(shù)通過(guò)即時(shí)測(cè)量數(shù)臺(tái)不同攝像機(jī)之間畫(huà)面的精確到毫秒單位的微小交錯(cuò)時(shí)間來(lái)測(cè)量空間動(dòng)作數(shù)據(jù)[3]（Scientific American,2009）。

三、現(xiàn)在和未來(lái)潛在的用途

通常大眾都會(huì)將動(dòng)作捕捉技術(shù)和電影制作聯(lián)系起來(lái)。然而其潛在的價(jià)值在其他眾多領(lǐng)域近年來(lái)也逐漸增加。比如在2010年，新研發(fā)出來(lái)的彈塑性X線斷層攝影術(shù)項(xiàng)目（Elasto Tomography Project，縮寫(xiě)DIET）在醫(yī)藥界掀起浪潮。它通過(guò)其三維動(dòng)態(tài)記錄程序，偵測(cè)可能出現(xiàn)在女性體內(nèi)的乳腺癌信號(hào)。雖然這套標(biāo)準(zhǔn)在醫(yī)療界還很青澀，DIET已經(jīng)表明了它在癌癥預(yù)警方面的寶貴價(jià)值，具備可能在未來(lái)作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備入駐每家醫(yī)院[4]（Brown,2010）。

不止在醫(yī)療領(lǐng)域，動(dòng)作捕捉和跟蹤技術(shù)也同樣吸引了不同軍事組織的興趣?；厮莸絆rganic Motion公司的Open stage軟件，該公司希望“這技術(shù)能支持次世代軍事模擬系統(tǒng)，包括城市戰(zhàn)事模擬和近戰(zhàn)步兵群戰(zhàn)術(shù)模擬訓(xùn)練?！盵3]（Scientific American，2009）通過(guò)帶領(lǐng)士兵進(jìn)入虛擬空間進(jìn)行演習(xí)訓(xùn)練，可以減少不必要的傷亡，同時(shí)，虛擬的環(huán)境是具備難以置信的可延展性。全副武裝的士兵可以通過(guò)仿真的虛擬環(huán)境輕易的跨海作戰(zhàn)。

四、社會(huì)及道德相關(guān)問(wèn)題

光學(xué)捕捉系統(tǒng)很多情況下是不斷進(jìn)化的技術(shù)的被動(dòng)形式，很容易被科學(xué)界和社會(huì)中更有爭(zhēng)議的發(fā)現(xiàn)所掩蓋。換句話說(shuō)，動(dòng)作捕捉系統(tǒng)也帶有怪誕的缺點(diǎn)。其中最讓人注意的，是其引發(fā)的惹人好奇的現(xiàn)象。日本科學(xué)家森政弘提出的“詭異之谷[5]”（也稱“恐怖谷”，英文 Uncanny Valley）理論指出，由于機(jī)器人與人類在外表動(dòng)作上都相當(dāng)相似，所以人類也會(huì)對(duì)機(jī)器人產(chǎn)生正面情感；直至到了一個(gè)特定程度，他們的反應(yīng)會(huì)突然變得極為反感，哪怕機(jī)器人與人類有一點(diǎn)點(diǎn)差別都會(huì)顯得非常刺眼，讓整個(gè)機(jī)器人顯得非常僵硬恐怖，讓人有面對(duì)行尸走肉的感覺(jué)。基于動(dòng)作捕捉而呈現(xiàn)在觀眾面前的虛擬數(shù)字角色也是如此。這是因?yàn)槿嗽斓奶摂M角色模仿人類的相似程度引出了“人類”這個(gè)概念，但是他們并非人類。作為非人類的對(duì)象表現(xiàn)出來(lái)的人類特性和特征引起人們的不安和焦慮，因?yàn)樗隽舜蟊姷娜粘Ｉ鐣?huì)經(jīng)驗(yàn)。[6]（Steckenfinger，2009）

“詭異之谷”現(xiàn)象在動(dòng)作捕捉的歷史上是如此特殊的一個(gè)事件，因?yàn)樗皬奈窗l(fā)生過(guò)?；诩夹g(shù)是如此發(fā)展到現(xiàn)在這個(gè)程度，以后它也難以再次發(fā)生。然而，像諸如《極地特快》這部電影引起的觀眾基于數(shù)字虛擬角色產(chǎn)生的不適感依然存在。而在2011年發(fā)售的新的由rock star公司旗下的team bodi開(kāi)發(fā)的游戲“黑色洛城”，自信滿滿的認(rèn)為其新的動(dòng)作掃描技術(shù)能突破詭異之谷的邊界[7]（Gizmondo，2011）。Team Bondi開(kāi)發(fā)的動(dòng)作掃描系統(tǒng)通過(guò)多臺(tái)攝像機(jī)全面記錄真人演員面部的每一個(gè)表情細(xì)節(jié)來(lái)完成虛擬角色的動(dòng)作捕捉。

五、小結(jié)

動(dòng)作捕捉技術(shù)更新之快使得要清晰的界定它屬于某個(gè)科學(xué)領(lǐng)域顯得比較困難。諸多大學(xué)安排了對(duì)于這個(gè)技術(shù)的研究和課程。它已經(jīng)被證實(shí)了為人類提供了一個(gè)全新的表達(dá)創(chuàng)造性的光學(xué)跟蹤技術(shù)。然而與此同時(shí)，它也被忽略。光學(xué)捕捉系統(tǒng)的研究和擴(kuò)展人員正在逐步流失。即使在業(yè)內(nèi)，光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)的祖先，“影像描摹”否認(rèn)與之的關(guān)系。奧斯卡不承認(rèn)動(dòng)作捕捉作為合理的獲獎(jiǎng)成果。盡管如此，動(dòng)作捕捉系統(tǒng)是一種近十年來(lái)被激烈發(fā)展的一項(xiàng)技術(shù)。過(guò)去作為愛(ài)好者在自己的小作坊和工作室發(fā)明的一項(xiàng)技術(shù)，如今已經(jīng)演變發(fā)展成社會(huì)的一部分。它被應(yīng)用于電視節(jié)目，電影院正在上映的影片、軍事虛擬訓(xùn)練，也出現(xiàn)在醫(yī)生的辦公室里面。這就是動(dòng)作捕捉技術(shù)。如果過(guò)去的三十年是一種跡象，那么未來(lái)它也將繼續(xù)演變和進(jìn)化下去。

[1]李曉丹.人體動(dòng)作捕捉技術(shù)綜述以及一種新的動(dòng)作捕捉方案［J］.中國(guó)西部科技，2011年05月（下旬）：35-37.

[2]Sturman,David J.A BriefHistory ofMotion Capture For ComputerCharacterAnimation."CharacterMotion Systems",SIGGRAPH 94:Course 9.Web，2011-02-27.

[3]Greenemeier,Larry(2009)E-Motion:Next-Gen Simulators to Blur the Line Between Person and Avatar.Scientific American.

[4]Brown,R.,Hann,C.,&Chase,J.. (2010).Vision-based 3D surface motion capture for the DIET breast cancer screening system. International Journal of Computer Applications in Technology，39(1-3)：72.

[5]Mori M(1970).The Uncanny Valley.Energy,7(4):33-35.

[6]Steckenfinger,S.,& Ghazanfar,A.. (2009).Monkey visual behaviorfalls into the uncanny valley.Proceedings ofthe National Academy of Sciences of the United States of America,106(43),18362.

[7]How L.A.Noire Conquered The Uncanny Valley With A Tech Called MotionScan Video].(17 December).Gizmodo[Gizmodo–Blog]Retrieved February 27,2011,from Career and Technical Education.(Document ID:2215187001).