動(dòng)作捕捉技術(shù)在微電影中的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

葉燕 李夢(mèng) 陳文娟

摘要：以案例制作的形式研究動(dòng)作捕捉技術(shù)在微電影中的應(yīng)用，通過(guò)電磁式動(dòng)作捕捉系統(tǒng)采集真實(shí)的動(dòng)作數(shù)據(jù)，結(jié)合三維建模軟件對(duì)模型進(jìn)行骨骼綁定和蒙皮處理，并將模型與動(dòng)作數(shù)據(jù)進(jìn)行綁定，創(chuàng)建出的虛擬角色與真實(shí)的拍攝場(chǎng)景結(jié)合，最終渲染出微電影。

關(guān)鍵詞：動(dòng)作捕捉；微電影；；電磁式；骨骼綁定；蒙皮處理；虛擬角色

中圖分類號(hào)：TP37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）32-0220-03

1 引言

動(dòng)作捕捉（Motion Capture）用于記錄物體移動(dòng)的過(guò)程并將其模擬到數(shù)字模型中，近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，動(dòng)作捕捉技術(shù)在影視領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。同時(shí)隨著影視作品的多元化發(fā)展，短視頻、微電影應(yīng)運(yùn)而生，從廣義上說(shuō)，微電影是微視頻的一種，所謂微視頻是指主要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)收視和傳播的、時(shí)長(zhǎng)3至5分鐘的短視頻。

2 技術(shù)概述與實(shí)現(xiàn)

動(dòng)作捕捉的原理是測(cè)量、跟蹤、記錄物體或標(biāo)記點(diǎn)的空間坐標(biāo)與軌跡，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后，驅(qū)動(dòng)虛擬角色運(yùn)動(dòng)。電影中應(yīng)用的動(dòng)作捕捉技術(shù)虛擬的人物形象或物體形象要求造型真實(shí)，動(dòng)作逼真且連貫性好，能夠融洽電影畫(huà)面中而不產(chǎn)生違和感。電磁式動(dòng)作捕捉技術(shù)是目前主流的動(dòng)作捕捉技術(shù)之一，具有捕捉實(shí)時(shí)性好，裝置構(gòu)成簡(jiǎn)單，占用空間較少，連接方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合三維建模和后期制作基本能夠滿足微電影中虛擬形象的需求。

基于劇情設(shè)定需要設(shè)計(jì)一個(gè)符合情節(jié)發(fā)展的虛擬角色模型，虛擬角色模型的動(dòng)作采用動(dòng)作捕捉技術(shù)來(lái)完成：將捕捉的三維動(dòng)作數(shù)據(jù)與帶骨骼綁定的虛擬角色模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)綁定；然后可生成虛擬角色模型動(dòng)畫(huà)，最終與寫(xiě)實(shí)場(chǎng)景真實(shí)融合，技術(shù)路線流程圖如圖1所示。

2.1 動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)采集

本文的運(yùn)動(dòng)捕捉采用的是無(wú)線電磁式動(dòng)作捕捉設(shè)備，被捕捉者需要穿戴貼有Marker（標(biāo)記點(diǎn)）的裝置，通過(guò)接收器感知電磁場(chǎng)發(fā)生的變化來(lái)確定被捕捉者的位置和方向，Marker點(diǎn)裝置和接收器裝置分別如圖2（a）、圖2（b）所示。演員穿好動(dòng)作捕捉的服裝，如圖2（c）所示，然后將Marker點(diǎn)裝置安裝到演員頭部、胸部、腰部、手臂、手部、腿部、腳部等部位，如圖2（d）所示，同時(shí)圖2（d）也是讓MotionBox動(dòng)作捕捉軟件識(shí)別的初始捕捉動(dòng)作，稱為T(mén)-pose，接著就可進(jìn)行相關(guān)操作實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)捕捉，如圖3所示。

2.2 虛擬角色模型處理

動(dòng)作捕捉的數(shù)據(jù)最終是通過(guò)三維模型呈現(xiàn)出來(lái)，模型的精確度會(huì)直接影響到動(dòng)作捕捉的數(shù)據(jù)展示，所以需要進(jìn)行細(xì)致化的模型處理，主要是在Maya（三維建模軟件）中對(duì)角色模型進(jìn)行骨骼綁定和蒙皮處理，以此來(lái)控制模型完成各項(xiàng)動(dòng)作。根據(jù)人類的真實(shí)骨骼原理創(chuàng)建骨骼，如圖4（a）所示，再給虛擬機(jī)器人添加骨骼，如圖4（b）所示；選擇虛擬角色模型和各個(gè)關(guān)節(jié)骨骼，給虛擬角色模型的骨骼蒙皮，設(shè)置權(quán)重、調(diào)整參數(shù)，從而達(dá)到骨骼可以直接驅(qū)動(dòng)虛擬角色的模型的效果，如圖4（c）所示。

2.3 虛擬角色與動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)綁定

在MotionBuilder（3D角色動(dòng)畫(huà)軟件）中將虛擬角色模型與動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)進(jìn)行綁定，并設(shè)置好相關(guān)參數(shù)，讓模型能夠按照數(shù)據(jù)完成各項(xiàng)動(dòng)作，同時(shí)要注意手動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)模型相互“穿幫”問(wèn)題，如角色模型的雙手交叉時(shí)手掌交叉穿過(guò)的問(wèn)題等。最后在Maya中進(jìn)行動(dòng)畫(huà)渲染，并執(zhí)行“烘焙角色”命令，把運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)直接烘焙到虛擬角色模型的骨骼上，使虛擬角色模型的運(yùn)動(dòng)來(lái)源于模型內(nèi)部的骨骼運(yùn)動(dòng)而不是來(lái)源于動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)，讓模型的運(yùn)動(dòng)更加真實(shí)地模擬人類的動(dòng)作，如圖5所示。

2.4 視頻后期處理

Maya渲染出來(lái)的動(dòng)畫(huà)帶有黑色的背景圖，如圖5（a）所示，可用Adobe After Effects（影視后期處理軟件）去掉背景，如圖5（b）所示，才能讓角色模型融入拍攝的實(shí)景視頻中去，如圖6（a）所示，最后在Adobe Premiere（影視后期剪輯軟件）為視頻添加字幕并渲染出微電影，如圖6（b）所示。

3 結(jié)語(yǔ)

論文主要闡述動(dòng)作捕捉技術(shù)在微電影中的實(shí)際應(yīng)用案例，將動(dòng)作捕捉技術(shù)較好地融入拍攝的影片中，與特效合成技術(shù)結(jié)合，能一定程度上為影片增添趣味性和故事性，給觀眾帶來(lái)不一樣的視覺(jué)體驗(yàn)。隨著動(dòng)作捕捉技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)不僅能夠捕捉宏觀的各種運(yùn)動(dòng)，如走路、跑步、跳躍等，還能夠捕捉到微觀的各項(xiàng)動(dòng)作，如手指動(dòng)作、面部表情等，能更真實(shí)、全面、多緯度地構(gòu)建和實(shí)現(xiàn)各種具有較高復(fù)雜程度的動(dòng)作素材數(shù)據(jù)庫(kù)，從而提高工作效率、降低拍攝成本，而且所生成的動(dòng)作庫(kù)具有很強(qiáng)的通用性和真實(shí)性，可以為影視、動(dòng)畫(huà)、游戲提供數(shù)據(jù)導(dǎo)入服務(wù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作創(chuàng)編并支持影視、動(dòng)畫(huà)等不同風(fēng)格的藝術(shù)再現(xiàn)。相信隨著科技的繼續(xù)發(fā)展和相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)水平的提高，動(dòng)作捕捉技術(shù)將會(huì)得到更大的實(shí)際應(yīng)用。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】