淺談基于Kinect動(dòng)作捕捉中優(yōu)化制作三維模型與動(dòng)作表現(xiàn)

王軒

摘要：隨著現(xiàn)代數(shù)字科技的不斷發(fā)展，kinect的誕生顛覆了虛擬人物在游戲中的單一操作，同樣也對(duì)開(kāi)發(fā)虛擬人物動(dòng)作表現(xiàn)起到了積極地發(fā)展作用，改變了以往虛擬人物以手工調(diào)節(jié)動(dòng)作為主的局勢(shì)，展現(xiàn)了人機(jī)互動(dòng)理念，滿(mǎn)足了人們與虛擬世界交互的心理需求，真切的表達(dá)了人的情感和心靈感受。隨著數(shù)字媒體的發(fā)展，Kinect的動(dòng)作捕捉設(shè)備在精確度上可以完成大部分的動(dòng)作辨別，捕捉到的動(dòng)作與表情直接用于驅(qū)動(dòng)動(dòng)畫(huà)的虛擬模型，同樣這些捕捉計(jì)算到的人體數(shù)據(jù)可以直接應(yīng)用到數(shù)字媒體中，數(shù)字媒體的發(fā)展讓虛擬世界的表現(xiàn)無(wú)論是在游戲還是在電影的創(chuàng)作和制作中應(yīng)用的越來(lái)越廣泛。

關(guān)鍵詞：kinect的動(dòng)作捕捉；虛擬人物；動(dòng)作

一、虛擬人物的優(yōu)化制作

虛擬人物的優(yōu)化：

（一）解剖的藝術(shù)：

達(dá)芬奇說(shuō)“理論脫離實(shí)踐是最大的不幸”虛擬人物的制作，繪畫(huà)，雕刻都需要具備人體解剖學(xué)知識(shí)，如果對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)知識(shí)缺乏了解，則非常容易創(chuàng)造出含糊，不正確的形態(tài)。從人體解剖學(xué)出發(fā)，虛擬人物的基礎(chǔ)造型分別建立在：“正確的人體比例，符合人物性格的骨架，表現(xiàn)表面特征的肌肉群”正確的人體比例可以根據(jù)實(shí)際情況自己設(shè)定，一般8頭高模型看起來(lái)體態(tài)更加優(yōu)雅等：一副能體現(xiàn)人物性格的骨架，決定了人物能做的動(dòng)作，體現(xiàn)人物生性，同樣人物的所有運(yùn)動(dòng)都源于骨架，是骨架支撐和推動(dòng)肌肉的運(yùn)動(dòng)：肌肉群的掌握跟人物體型的胖瘦起著至關(guān)重要的作用。

（二）賦予

前期準(zhǔn)備：對(duì)于一個(gè)模型創(chuàng)造人來(lái)說(shuō)遇到的每一個(gè)虛擬人物都是獨(dú)一無(wú)二的，針對(duì)于每一個(gè)生物，你應(yīng)該要學(xué)會(huì)詢(xún)問(wèn)自己，從外形上，這個(gè)生物像什么，我是不是可以強(qiáng)化物體的特性，以至于在游戲中讓虛擬人物形象得以體現(xiàn)：在整個(gè)制作過(guò)程中，這個(gè)生物需要作什么動(dòng)作：是否需要為一些特定的鏡頭提供特殊的模型或者特定于鏡頭的模型等，模型布根據(jù)動(dòng)作來(lái)進(jìn)行布線，有針對(duì)性的進(jìn)行動(dòng)作的與模型的設(shè)定。

生物概況：根據(jù)生物的體型和體重來(lái)判斷，虛擬角色的運(yùn)動(dòng)軌跡：猜測(cè)其行為舉止，虛擬模型的制作，在制作模型的過(guò)程當(dāng)中，一定要為其賦予個(gè)性

（三）線

在制作的過(guò)程當(dāng)中，虛擬人物盡可能多的方形拓?fù)洌倪呅杏兄谥谱髁鞒讨兴腥说墓ぷ?，它既能在?xì)分時(shí)保持體表光滑，也能最小化素材的拉伸度，使權(quán)重能在蒙皮權(quán)重變形時(shí)均勻分布，肌肉線條的的建立與規(guī)劃，正確的循環(huán)線條相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，但模型的建立需要遵循正確的肌肉線條，如果正確的創(chuàng)建了環(huán)形邊，我們就可以為模型決定體表外觀了，主要邊緣線條顯示了生物的主要肌肉所處的位置，同樣也為后期的骨骼動(dòng)畫(huà)增添生動(dòng)性，對(duì)基于kinect的動(dòng)作捕捉，虛擬人物的動(dòng)作反應(yīng)更加形象化。

二、虛擬人物動(dòng)作的綁定

（一）兩足動(dòng)物（Biped）是一個(gè)非常優(yōu)秀的工具，它的設(shè)置方便快捷，因?yàn)榭筛牡膮?shù)不多，所以出錯(cuò)的概率也很低，如果沒(méi)有其它功能更強(qiáng)大的軟件的話，那么Biped（兩足動(dòng)物）命令為你提供了一個(gè)出色的動(dòng)作捕捉解決方案.但對(duì)于kinect的動(dòng)作捕捉還是存在很大不足之處，例如骨骼放置的諸多局限，這一點(diǎn)在局限兩足動(dòng)物的形體外表，讓除兩足動(dòng)物以外的模型無(wú)法在進(jìn)行綁定：基礎(chǔ)分級(jí)結(jié)構(gòu)無(wú)法修改，讓超出兩足動(dòng)物的動(dòng)作無(wú)法進(jìn)行：Biped（兩足動(dòng)物）工具腳本難以修改，不論是建模還是kinect動(dòng)畫(huà)的收集，都必須遵照Biped（兩足動(dòng)物）工具默認(rèn)進(jìn)行，隨著數(shù)字媒體的發(fā)展，kinect的捕捉技術(shù)越來(lái)越成熟，兩足動(dòng)物的骨骼已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足要求。

（二）角色動(dòng)畫(huà)工具（CAT）使用模塊化的組件來(lái)創(chuàng)建最終骨骼模型，這些組件可以被連接在一起，相對(duì)于Biped（兩足動(dòng)物）來(lái)講，前者擁有較大的靈活性，其骨骼的自定義程度也很高，因?yàn)榇蠖鄶?shù)模塊化組件是基于3ds Max控制器系統(tǒng)構(gòu)建的，同樣角色動(dòng)畫(huà)工具的分級(jí)結(jié)構(gòu)也是可以編輯的，在接收動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)方面表現(xiàn)也相對(duì)較好，還有一些內(nèi)嵌的工具可以讓動(dòng)畫(huà)制作變得更輕松，比如姿勢(shì)的保存，動(dòng)畫(huà)素材保存等。

（三）自定義骨骼工具可分為三大組件，第一就是關(guān)節(jié)與骨骼，第二就是皮膚，第三位導(dǎo)出的版本，自定義的骨骼工具它可以綁定流程進(jìn)行全面的控制并且可以提供最多的選擇，基本上沒(méi)有限制，場(chǎng)景和節(jié)點(diǎn)上也不會(huì)出現(xiàn)多余，能更加直觀的詮釋自己的想法和按照自己預(yù)先設(shè)定好的工作流程來(lái)，沒(méi)有傳統(tǒng)功能的限制，全面控制設(shè)置的更改，腳本的編寫(xiě)，動(dòng)畫(huà)的編輯和創(chuàng)建，同樣也是很消耗時(shí)間的，在此基礎(chǔ)上，動(dòng)作捕捉原理基于kinect的3D攝影，動(dòng)作捕捉會(huì)存在差異性。由于自身的局限和環(huán)境差異性的存在，讓虛擬人物無(wú)法接收到具體動(dòng)作，而產(chǎn)生亂動(dòng)，在模型方面利用肌肉線條避免在模型亂動(dòng)的穿插，在動(dòng)作方面，利用自定義骨骼工具中的IK Solver對(duì)骨骼進(jìn)行自定義的約束，通過(guò)實(shí)現(xiàn)鎖定IK的的旋轉(zhuǎn)角度，來(lái)帶到限制虛擬人物做出不合理的人物動(dòng)作，避免穿鏡.

三、kinect的動(dòng)作捕捉啟示和發(fā)展前景

（一）kinect的動(dòng)作捕捉與骨骼綁定對(duì)本科教育的啟示

隨著國(guó)外3A大作在中國(guó)的登錄，中國(guó)國(guó)民對(duì)于游戲體驗(yàn)與審美能力的不斷提高，中國(guó)游戲行業(yè)已經(jīng)開(kāi)始了迅速發(fā)展。國(guó)內(nèi)游戲近幾年也跟隨國(guó)外3A大作的潮流運(yùn)用這種技術(shù)和藝術(shù)來(lái)制作高品質(zhì)的游戲與玩法，在對(duì)游戲玩法與效果表現(xiàn)的應(yīng)用所投資的成本已經(jīng)不亞于國(guó)外3A大作。但是國(guó)產(chǎn)游戲無(wú)論從虛擬角色效果、角色綁定、動(dòng)作流暢程度上都沒(méi)有能達(dá)到觀眾所期待的技術(shù)水平。所以培養(yǎng)專(zhuān)門(mén)的高級(jí)技術(shù)人才成為社會(huì)培訓(xùn)和高等學(xué)校教育的一大熱點(diǎn)。

（二）kinect動(dòng)作捕捉的發(fā)展前景

Kinect的推廣讓動(dòng)作捕捉不在神秘莫測(cè)，專(zhuān)業(yè)的動(dòng)作捕捉系統(tǒng)不僅價(jià)格昂貴，場(chǎng)地安裝設(shè)備要求高，無(wú)法實(shí)時(shí)觀察捕捉效果而且后期工作量較大，而kinect的人體捕捉系統(tǒng)無(wú)需采用任何特殊硬件設(shè)備，只是利用3D攝像來(lái)進(jìn)行人體運(yùn)動(dòng)的捕捉，對(duì)于游戲玩家而言實(shí)時(shí)的動(dòng)作捕捉效果，低的硬件成本，視覺(jué)效果的盛宴。kinect的交互驅(qū)動(dòng)多媒體的應(yīng)用，人體手勢(shì)可以進(jìn)行操作控制，動(dòng)作辨識(shí)等，在電影，動(dòng)畫(huà)，游戲和醫(yī)療科學(xué)等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景

結(jié) 語(yǔ)

Kinect的動(dòng)作捕捉技術(shù)把原來(lái)表現(xiàn)不了的視覺(jué)感受帶給了每一個(gè)人，因此建立了新的游戲體驗(yàn)與游戲感受，相對(duì)于以前來(lái)說(shuō)，開(kāi)放了人們的游戲設(shè)計(jì)思想，也為新生代游戲的降臨打下了基礎(chǔ)。體感游戲的開(kāi)發(fā)將成為新寵兒，隨著科技的不斷進(jìn)步，必定會(huì)為應(yīng)用于動(dòng)作捕捉的相關(guān)行業(yè)給予蓬勃發(fā)展，虛擬世界的構(gòu)成與建造也將越來(lái)越有著技術(shù)和時(shí)代的氣息。