動作捕捉技術的前世今生

說到動作捕捉技術我們最先想到的應該就是在2009年席捲全球票房被譽為是數字電影史上里程碑式的電影《阿凡達》，這部由詹姆斯·卡梅隆指導由二十世紀FOCUS出品的特效科幻電影當年在全球範圍內收穫了高達27.823億美元的票房直到《復仇者聯盟4》在2019年憑藉27.96億美元的票房打破這一票房神話，這一票房記錄被保持了10年之久。超高票房的表現背後是電影中近乎極致的特效製作。在電影中使用了大量的動作捕捉技術和電腦特效技術為觀眾打造了一個近乎真實的潘多拉星，通過動作捕捉技術演員可以將自身的動作與電影中Na’vi人的動作同步做到動作流暢真實，讓觀眾消除對電腦特效產生的違和感。

在“阿凡達”之後的許多電影都運用到了動作捕捉技術力求讓演員的動作與電影中新奇怪異的角色達到統一，提升觀眾對於電影的觀感。例如後來的《霍位元人》、《人猿星球》、《復仇者聯盟》等等大家耳熟能詳的電影作品中都大量運用了動作捕捉技術，為觀眾呈現出一幕幕既真實又精彩的電影片段。然而動作捕捉技術的起源實際上非常的早，而且應用的原理也極其簡單，並不像我們想象中的那樣複雜、繁瑣、高科技。

動作捕捉技術起源於大約100年前。對！你沒聽錯。那時候連計算機還沒有誕生。上個世紀初動畫師們通常會遇到一個非常令他們困擾的問題，就是通過繪畫描繪的人物動作不管怎樣都不會特別自然，生硬的動作導致了動畫行業在那段時間還是一個非常小眾的行業。受到小孔成像“轉描”繪畫形式的啟發，美中國人馬克思·弗萊舍（Max Fleischer）發明了對近代動畫產業貢獻巨大的“轉描機”。其原理也是非常的簡單，動畫師只要將對映在毛玻璃上面的一幀一幀的照片描繪成動畫人物便能夠得到一串連貫且真實的動畫人物動作。這與動作捕捉技術的原理如出一轍。著名的動畫公司迪士尼在動畫製作中運用了這項技術，1937年迪士尼公司將這項技術運用到了動畫片《白雪公主與七個小矮人》中這也是歷史上首部運用“轉描機”技術完成的長篇動畫作品。我們可以從《白雪公主》中看到角色的動作達到了非常流暢且真實的程度。這相比於之前的動畫作品給觀眾帶來了流暢的視覺體驗。而中國也緊隨其後在1941年上海美術電影廠製作的《鐵扇公主》中也運用了“轉描”技術，憑藉這項技術《鐵扇公主》在國內外也一舉取得了巨大的成功。

到了20世界80年代，加拿大思蒙弗雷澤大學（Simon Fraser University）人體動力學與電腦科學專業領域的教授Tom Calvert將“機械動作捕捉系統”使用在了舞臺舞蹈設計學和運動異常的臨床評估中，這也開啟了動作捕捉技術與計算機領域融合的新階段。

1999年，電影《指環王》中導演彼得·傑克遜運用動作捕捉技術將電影中的“咕嚕”這一角色活靈活現的展現在了觀眾的面前。這是歷史上第一次將動作捕捉技術運用在電影製作之中。

目前我們能接觸到的三種動作捕捉技術

隨著動作捕捉技術的發展，現在的動作捕捉技術可以大致分為三類：

l 光學動作捕捉技術

l 慣性動作捕捉技術

l 視訊動作捕捉技術

每種技術都有其優勢和劣勢，光學動作捕捉技術的優勢是可捕捉物件多，捕捉動作精確，但其缺點也非常明顯，光學動作捕捉技術依靠對光非常敏感的光學攝像頭對捕捉物件進行動作捕捉，因此光學動作捕捉技術需要在非常嚴格的環境下進行，通常是在實驗室或者專門搭建的場景中進行。其次由於是通過攝像頭進行捕捉，在捕捉的過程中不能有對捕捉物件產生遮擋的物體，所以光學動作捕捉的範圍也受到了相應的限制。

相比於光學動作捕捉技術的侷限性，慣性動作捕捉則可以最大限度的延展動作捕捉的場地範圍。通過磁力計和陀螺儀原理進行動作捕捉的慣性動作捕捉技術可以讓動作捕捉參與者擁有更大的捕捉範圍而且使用者再也不必擔心被遮擋無法獲取資料這一問題。但由於運用了磁力計的原因，慣性動作捕捉普遍也存在著受周圍磁場干擾的問題，在一些有金屬存在的環境中，慣性動作捕捉往往不能得到有效的動作捕捉資料。

視訊動作捕捉技術現在還處於研究階段，我們所熟悉的蘋果Memoji動態表情便是應用了這一技術，但是這一技術目前還沒有達到產品級別精度，所以在目前我們看到的電影、動畫、遊戲中還沒有運用這項技術的案例。但是這種技術也是三種動作捕捉中最為方便快捷的且廉價的，因為採用視訊動作捕捉技術意味著不需要佩戴動作捕捉裝置，也加強了動捕角色的靈活性。

動作捕捉技術與我們並不遙遠

在電影拍攝的花絮中我們經常可以看到演員佩戴著光學動捕的反光點進行表演，這些沒有特效加持的畫面常常讓我們忍俊不禁。在電影製作這種需要高精度動捕的情況下，光學動捕相比於慣性動捕更具有優勢。憑藉每秒鐘上萬幀的動作跟蹤，光學動捕可以精確地捕捉演員的動作和表情，後期工作人員可以通過這些資料進行電影后期製作，他們將上百個圖層進行疊加從而創作出一個又一個令人印象深刻的電影角色。但光學動捕相對於慣性動捕有一個不可避免的短處——成本問題，光學動捕需要專門搭建的場景地和價格高昂的裝置支援。如果製作團隊的經費沒有那麼充足那麼採用光學動作捕捉無疑會給製作團隊帶來巨大的壓力。

在只需要捕捉動作或者需要捕捉運動範圍非常大的情況中光學動捕就沒有慣性動捕那麼具有優勢了。在常見足球或者籃球遊戲中，慣性動作捕捉有著絕對的主導地位。遊戲的製作團隊會讓運動員佩戴慣性動捕裝置進行真實的比賽並在運動館或者足球場中得到運動員實時反饋來的資料。通過軟體的處理，運動員傳球、運球、射門、扣籃等動作將會同步記錄在電腦中，實現真實運動中的動作捕捉。而且與追求精確的光學動捕相比慣性動捕的優勢在於可以在任何環境下進行動捕，不受場地以及遮擋物的限制。

隨著科技的發展動作捕捉技術在我們生活中的應用也十分廣泛，在一些VR遊戲中與上面我們所提及的手機動態表情錄製中都或多或少的應用到了動作捕捉技術。相信在不久的未來隨著動作捕捉技術的開發越來越完善能有更多我們可以親身接觸到的動作捕捉產品出現在我們身邊。

ART光學動作捕捉與Xsens慣性動作捕捉

ARTTRACK5

ARTTRACK5是ARTTRACK系列的新一代成員，是工業和研究領域3D應用的新標準。

ARTTRACK5提供更高幀率和解析度，以及提高所有運動跟蹤應用程式的靈活性，致力於製造世界上最精準的光學動作捕捉系統。

效能：

幀率高達300赫茲

感測器解析度1.3畫素（全幀模式）

每個相機只有一個電纜減少安裝時間

綜合影象處理

支援主動和被動標記

Xsens MVN Animate Pro高精度慣性動作捕捉系統Awinda版

Xsens釋出了MVN Animate的一款顛覆性的軟體解決方案，MNV Animate是唯一給予慣性動作捕捉的解決方案，並可與光學動作捕捉系統在資料準確性方面保持一致，且可在戶外所有條件下傳送好萊塢級慣性動捕資料。

MVN Animate與過去版本有著根本不同，它是Xsens第一款解決了一直困擾慣性動作捕捉主要問題磁性失真的動作捕捉軟體版本。在過去使用慣性動作捕捉技術獲取的資料由於傢俱、建築物、車輛或者其他物體中金屬的存在而導致環境磁場的變形。MVN Animate解決了這個問題——它不受磁性失真的影響，這要歸功於一個新的動捕引擎，這個新引擎可以從相同的資料中提取到更多的資訊。這意味著使用Xsens MVN Animate慣性動作捕捉系統可以不再受金屬磁場干擾的困擾，真正做到在任何環境中都可以完成動作捕捉。

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