周 進(jìn) 劉洪琛

一、動(dòng)作捕捉技術(shù)概述

人們追求高效率創(chuàng)建高品質(zhì)影像的努力永遠(yuǎn)不會(huì)停止，其中最重要的路徑之一是，如何從現(xiàn)實(shí)中提取真實(shí)性，并在其上復(fù)合幻想和虛構(gòu)的成分，從而獲得可信的虛擬影像效果，這是從特效影像先驅(qū)梅里愛開始就未停止過的。在進(jìn)入數(shù)字時(shí)代以后，影像創(chuàng)作的幾乎所有領(lǐng)域都開始與信息技術(shù)相結(jié)合，其中最重要的一個(gè)部分就是動(dòng)畫。我們的動(dòng)畫通常是通過2D繪制、定格擺拍或3D手調(diào)（關(guān)鍵幀動(dòng)畫）的方式實(shí)現(xiàn)的。但不管動(dòng)畫師的水準(zhǔn)有多高，都很難達(dá)到實(shí)拍影像那種徹底的真實(shí)感。為了實(shí)現(xiàn)更加真實(shí)的動(dòng)畫虛擬影像效果，動(dòng)作捕捉技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

動(dòng)作捕捉（Motion Capture，簡(jiǎn)稱Mocap）的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，能捕捉的對(duì)象不僅包括人，還可以是動(dòng)物或物品。在動(dòng)作捕捉的過程中，儀器會(huì)對(duì)拍攝對(duì)象進(jìn)行每秒若干次姿態(tài)采樣，將這些采樣數(shù)據(jù)串聯(lián)到時(shí)間線上后，就得到了被攝對(duì)象的運(yùn)動(dòng)軌跡。因此，動(dòng)作捕捉只是記錄被攝對(duì)象的真實(shí)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，外觀則可以是計(jì)算機(jī)虛擬的。當(dāng)動(dòng)作捕捉應(yīng)用在電影和數(shù)字游戲的開發(fā)中時(shí)，它主要是指記錄真人演員的關(guān)節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)信息，并借此驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)中數(shù)字角色的動(dòng)作。其中，采集精度要求更高、技術(shù)更先進(jìn)的面部捕捉和手部捕捉則可以統(tǒng)稱為表演捕捉，也是目前重要的數(shù)字技術(shù)發(fā)展方向之一。

（一）早期的動(dòng)作捕捉技術(shù)

動(dòng)作捕捉技術(shù)在影視行業(yè)應(yīng)用的起源被普遍認(rèn)為是費(fèi)舍爾（Fleischer）于1915年發(fā)明的動(dòng)作轉(zhuǎn)描技術(shù)（Rotoscope），也就是將實(shí)拍的序列幀畫面作為底稿，在其上的透明介質(zhì)中進(jìn)行逐幀“臨摹”和一定程度改造的技術(shù)。雖然在今天看來該技術(shù)費(fèi)時(shí)費(fèi)力且畫面效果常常有些不倫不類，但在動(dòng)畫技術(shù)還不成熟的條件下，它能幫助卡通角色獲得更為真實(shí)可信的動(dòng)作表現(xiàn)，這一點(diǎn)非常寶貴。在動(dòng)畫剛剛誕生的草創(chuàng)期，很多動(dòng)畫片就需要使用這種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。比如，1941年，萬氏兄弟聯(lián)合導(dǎo)演的動(dòng)畫片《鐵扇公主》就一定程度上要依靠這種技術(shù)；1951年，迪士尼出品的動(dòng)畫電影《愛麗絲夢(mèng)游仙境》已經(jīng)在轉(zhuǎn)描的基礎(chǔ)上進(jìn)行了大量創(chuàng)作。

（二）動(dòng)作捕捉技術(shù)方案

動(dòng)作捕捉技術(shù)在進(jìn)入數(shù)字時(shí)代后產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，信號(hào)的捕捉和傳遞提供了多樣化的技術(shù)可能性，生成效率和表現(xiàn)能力越來越強(qiáng)大，這使得動(dòng)作捕捉技術(shù)逐漸成為數(shù)字影像創(chuàng)作中難以取代的核心技術(shù)之一。而之所以動(dòng)作捕捉能夠在電影和數(shù)字游戲中逐漸普及，這離不開它的幾個(gè)核心優(yōu)勢(shì)：相對(duì)關(guān)鍵幀動(dòng)畫，它具有很高的動(dòng)作生成效率，可以實(shí)時(shí)獲得仿真動(dòng)畫數(shù)據(jù)；流水線式的生產(chǎn)模式也不會(huì)讓這個(gè)生成效率發(fā)生波動(dòng)，這使得使用動(dòng)作捕捉的時(shí)間越長，成本越低；在相同時(shí)間內(nèi)可以獲得龐大的信息量，豐富畫面內(nèi)容。

與此同時(shí)，在當(dāng)前的技術(shù)水平下，動(dòng)作捕捉還存在一些劣勢(shì)，并限制了它的進(jìn)一步推廣；也存在一些技術(shù)和應(yīng)用上的劣勢(shì)：技術(shù)含量高，軟硬件需求相對(duì)復(fù)雜；對(duì)大批量制作的成本降低效應(yīng)明顯，小批量生產(chǎn)則可能成本過高；根據(jù)技術(shù)方案的不同，對(duì)場(chǎng)地和空間具有不同的限制，比如光學(xué)方案的空間要求就比較高；非真實(shí)運(yùn)動(dòng)不適用該技術(shù)；演員與虛擬角色的外形差異會(huì)造成動(dòng)作誤差。

表1.主要?jiǎng)幼鞑蹲郊夹g(shù)方案匯總

當(dāng)前的動(dòng)作捕捉系統(tǒng)大致可分為光學(xué)系統(tǒng)和非光學(xué)系統(tǒng)。光學(xué)系統(tǒng)又分為紅外式、激光式、可見光式、機(jī)器視覺式等，其中紅外式方案最為成熟。非光學(xué)系統(tǒng)可分為慣性式、電磁式、聲學(xué)式、拉伸式等，其中慣性式方案使用較多（如表1）。

1.光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)

一組光學(xué)系統(tǒng)的動(dòng)作捕捉設(shè)備至少由6-8個(gè)相機(jī)環(huán)繞動(dòng)作捕捉場(chǎng)地（如圖1），這些相機(jī)拍攝范圍重疊的區(qū)域就可以有效拍攝，而被攝物體上需要有足夠明晰的反光點(diǎn)（如圖2）以實(shí)現(xiàn)追蹤。光學(xué)系統(tǒng)的動(dòng)作捕捉方案的精度可以達(dá)到毫米級(jí)別，這是慣性式動(dòng)作捕捉方案無法比擬的，加之高幀率和數(shù)據(jù)修飾軟件的發(fā)展，這使得光學(xué)系統(tǒng)成為應(yīng)用最廣泛的動(dòng)作捕捉方案。但由于設(shè)備較為復(fù)雜導(dǎo)致搭建成本高，需要較大空間導(dǎo)致場(chǎng)地成本高，遮擋引發(fā)的Marker點(diǎn)定位丟失導(dǎo)致攝像機(jī)成本高等原因，致使光學(xué)系統(tǒng)動(dòng)作捕捉方案成本高企，個(gè)人難以負(fù)擔(dān)。

光學(xué)系統(tǒng)中最常用的是紅外式動(dòng)作捕捉方案（或細(xì)分為被動(dòng)紅外式動(dòng)作捕捉方案）。這是基于紅外光發(fā)射來采集人體空間坐標(biāo)的技術(shù)，其基本原理是通過若干發(fā)射紅外光的攝像機(jī)，覆蓋拍攝動(dòng)作捕捉空間，而需要采集空間位置的物體則使用反光小球進(jìn)行標(biāo)記，小球的反光被捕捉到后就可以計(jì)算這些點(diǎn)的位置以及動(dòng)態(tài)變化。

主動(dòng)紅外式、激光式和可見光式動(dòng)作捕捉方案主要應(yīng)用在虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備上，計(jì)算機(jī)視覺式動(dòng)作捕捉主要應(yīng)用在手勢(shì)動(dòng)作捕捉上，計(jì)算機(jī)視覺式身體動(dòng)作捕捉還主要存在于實(shí)驗(yàn)室中，以上非主流光學(xué)動(dòng)作捕捉方案未來是否會(huì)應(yīng)用在電影的動(dòng)作捕捉行業(yè)中，還需要看當(dāng)前的被動(dòng)紅外式光學(xué)捕捉方案是否能滿足電影對(duì)動(dòng)作捕捉精度的要求，以及是否會(huì)產(chǎn)生其他的細(xì)分行業(yè)要求等。

2.慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)

慣性式動(dòng)作捕捉方案是將感應(yīng)芯片（如圖3）封裝后綁定在身體的重要關(guān)節(jié)點(diǎn)，通過芯片捕捉到關(guān)節(jié)點(diǎn)的多種變換，進(jìn)而通過算法分析轉(zhuǎn)化為人體的動(dòng)作數(shù)據(jù)。但由于這種捕捉和計(jì)算方式只存在于動(dòng)作捕捉服的芯片之中，沒有外界參考，致使慣性式動(dòng)作捕捉設(shè)備會(huì)產(chǎn)生無法避免的累計(jì)誤差，這是慣性式動(dòng)作捕捉精度上不如光學(xué)式動(dòng)作捕捉的主要原因。但也正是由于這一特征，慣性式動(dòng)作捕捉方案可以用于大多數(shù)場(chǎng)景，這解放了動(dòng)作捕捉的空間限制，給演員與場(chǎng)景之間的互動(dòng)帶來了更多可能性。

慣性動(dòng)作捕捉是經(jīng)歷了長時(shí)間發(fā)展的技術(shù)方案，其中最知名的國外廠商是荷蘭Xsens（如圖4）。它從2000年就開始了IMU（慣性測(cè)量裝置，用于直線和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）和AHRS（自動(dòng)航向基準(zhǔn)系統(tǒng)，用于校準(zhǔn)重力場(chǎng)和磁場(chǎng)方向）的研發(fā)工作。國內(nèi)也有廣受認(rèn)可的北京諾亦騰，它的產(chǎn)品使用便捷、價(jià)格親民，以MENS的形式為主。

圖1.典型的紅外式動(dòng)作捕捉設(shè)備攝像機(jī)分布圖

圖2.一套典型的光學(xué)系統(tǒng)動(dòng)作捕捉服

圖3.一個(gè)常見的IMU傳感器集合

目前，動(dòng)作捕捉的各種技術(shù)方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中，紅外式和激光式動(dòng)作捕捉方案的實(shí)時(shí)度和準(zhǔn)確度占優(yōu)，慣性式和計(jì)算機(jī)視覺式動(dòng)作捕捉方案的便攜性和成本占優(yōu)。當(dāng)前的很多影視作品在拍攝中會(huì)同時(shí)使用以慣性式和紅外式為代表的多種技術(shù)方案。比如，慣性式動(dòng)作捕捉方案就常用于個(gè)體畫面占比小、非視覺中心的群體動(dòng)畫和背景路人等，以及不需要非常精確的電影預(yù)演制作，而紅外式動(dòng)作捕捉方案就用在需要體現(xiàn)精細(xì)表演的主要角色上。

二、電影史上動(dòng)作捕捉技術(shù)應(yīng)用經(jīng)典案例分析

動(dòng)作捕捉技術(shù)在電影行業(yè)中的普及經(jīng)歷了一段較為曲折的歷程。雖然動(dòng)作捕捉的前置技術(shù)應(yīng)用最早可以追溯到大量轉(zhuǎn)描技術(shù)制作的動(dòng)畫片，CG（Computer Graphics）技術(shù)也在實(shí)驗(yàn)室影像甚至商業(yè)廣告上取得了突破，但計(jì)算機(jī)化的動(dòng)作捕捉技術(shù)真正應(yīng)用到好萊塢商業(yè)大片中并成為主流特效技術(shù)仍經(jīng)歷了一段相對(duì)漫長的時(shí)光。

技術(shù)的發(fā)展不是一蹴而就的，而無數(shù)小的技術(shù)突破和創(chuàng)作實(shí)踐積累疊加而成的。同樣，動(dòng)作捕捉技術(shù)在電影行業(yè)中也經(jīng)歷了由量變到質(zhì)變，并經(jīng)由標(biāo)志性影片呈現(xiàn)出來的過程。通過觀察影史中對(duì)動(dòng)作捕捉技術(shù)的典型應(yīng)用案例，我們可以概括性地·提出動(dòng)作捕捉技術(shù)在影史中的四個(gè)不同發(fā)展階段。

（一）萌芽期（1990-1999）：《泰坦尼克號(hào)》中的群眾演員

1990-1999年可以看做是動(dòng)作捕捉技術(shù)在電影行業(yè)中的萌芽期，這個(gè)階段的主要特征是：（1）動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)精度較低（動(dòng)作捕捉光學(xué)攝像機(jī)鏡頭分辨率最高30萬像素，模擬視頻數(shù)據(jù)），只有四肢和軀干的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)，且經(jīng)常發(fā)生動(dòng)作抖動(dòng)（捕捉誤差）；（2）數(shù)據(jù)捕捉成功率低，需要反復(fù)測(cè)試和捕捉才能達(dá)到實(shí)用水準(zhǔn)；（3）動(dòng)畫非實(shí)時(shí)呈現(xiàn)，需要一段長短不等的時(shí)間才能看到動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)圖像；（4）受到當(dāng)時(shí)CG技術(shù)的發(fā)展水平限制，動(dòng)畫渲染效果還很簡(jiǎn)單、細(xì)節(jié)較少。

世界上第一個(gè)使用動(dòng)作捕捉技術(shù)實(shí)現(xiàn)的電影畫面是1990年《全面回憶》（Total Recall）中的一個(gè)鏡頭，這是一個(gè)只有幾秒鐘的X光安檢機(jī)畫面。在原本的設(shè)想中，影片會(huì)用到更多動(dòng)作捕捉技術(shù)制作的畫面，但動(dòng)作捕捉現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的技術(shù)問題。更重要的是，直到拍攝結(jié)束很久以后，技術(shù)人員才發(fā)現(xiàn)大量動(dòng)作捕捉的數(shù)據(jù)并未成功采集。雖然該片依舊憑借出色的特效得到了當(dāng)年的奧斯卡金像獎(jiǎng)，但這一失誤也一定程度上造成了在電影界剛受到關(guān)注的動(dòng)作捕捉技術(shù)再度沉寂。

1996年，詹姆斯·卡梅隆在創(chuàng)作《泰坦尼克號(hào)》的時(shí)候，動(dòng)用了大量先進(jìn)的電影特效技術(shù)，其中就用到了動(dòng)作捕捉技術(shù)，并為此建立了一個(gè)CG人物動(dòng)作庫。該片應(yīng)用動(dòng)作捕捉技術(shù)的主要目的是為了創(chuàng)建一大批各式各樣的CG背景人物，從而化解指揮大量真人群演帶來的復(fù)雜度和成本問題。比如，在一個(gè)俯覽甲板的鏡頭中，工作人員就利用微縮輪船模型和CG角色的拼接，巧妙完成了一副宏大的泰坦尼克號(hào)出航畫面，其大量的背景角色在今天看來依舊不算太過粗糙。這是動(dòng)作捕捉技術(shù)第一次成規(guī)模的進(jìn)入商業(yè)電影，成為電影內(nèi)容不可或缺的一部分，為后來動(dòng)作捕捉技術(shù)的進(jìn)一步深入發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

(二)起步期（2000-2006）：《指環(huán)王2》《金剛》中的主要角色

2000-2006年可以看作是動(dòng)作捕捉技術(shù)在電影行業(yè)中的起步期，這個(gè)階段的主要特征是：（1）數(shù)據(jù)精度較高（動(dòng)作捕捉光學(xué)攝像機(jī)從模擬升級(jí)到數(shù)字，分辨率達(dá)到130萬像素以上），已經(jīng)可以用于電影的主要角色表演，但大部分動(dòng)作，特別是面部和手部數(shù)據(jù)依然需要?jiǎng)赢嫀熓謩?dòng)清理和修飾完善；（2）動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)的成功率較高，受到技術(shù)性干擾而重新捕捉的情況減少；（3）角色動(dòng)畫基本實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)渲染，動(dòng)作捕捉的同時(shí)就能看到簡(jiǎn)模呈現(xiàn)的渲染效果；（4）動(dòng)畫渲染效果好，虛擬角色的材質(zhì)和面部細(xì)節(jié)豐富。

圖4.荷蘭Xsens慣性動(dòng)作捕捉設(shè)備的芯片位置、動(dòng)作捕捉服和動(dòng)作捕捉手套

2002年上映的魔幻史詩電影《指環(huán)王：雙塔奇兵》帶來了咕嚕，這一電影史上的里程碑式形象，觀眾認(rèn)可這個(gè)角色并不僅是因?yàn)樗@人的視覺效果，更是因?yàn)樗怯捌罱艹龅谋硌葜?，它讓人既鄙夷又同情。在咕嚕的?chuàng)造過程中，最具標(biāo)志性的突破就是動(dòng)作捕捉技術(shù)的成功運(yùn)用。這部電影使用動(dòng)作捕捉技術(shù)出色表現(xiàn)了一個(gè)非常不適合真人演繹的角色，并證明了全動(dòng)作捕捉影片《最終幻想：靈魂深處》《仙巴歷險(xiǎn)記》的票房失利并不是因?yàn)閼?yīng)用了動(dòng)作捕捉技術(shù)，而是表明了恰當(dāng)使用動(dòng)作捕捉技術(shù)是能為影片增色的。

在動(dòng)作捕捉技術(shù)還未完全成熟的2002年，劇組成員花費(fèi)了大量時(shí)間來實(shí)現(xiàn)咕嚕這一形象。首先，扮演者安迪·瑟金斯首先要穿上特制的白色服裝與其他演員對(duì)戲，這是為了給其他演員一個(gè)互動(dòng)對(duì)象，以保證電影的動(dòng)作和畫面效果真實(shí)可信的同時(shí)，還能在后期通過服裝顏色，更方便地?fù)赋錾鹚沟挠跋瘢怨緡５男蜗蟆?/p>

然后，瑟金斯還要穿上帶有幾十個(gè)Mark點(diǎn)的動(dòng)作捕捉服裝進(jìn)入一個(gè)專門的動(dòng)作捕捉房間，將咕嚕的所有臺(tái)詞和動(dòng)作重新單獨(dú)表演一遍，此時(shí)，瑟金斯表演的動(dòng)作數(shù)據(jù)才真正輸入了電腦，初步驅(qū)動(dòng)咕嚕的動(dòng)作成為一個(gè)鮮活的形象。沒有對(duì)手演員和真實(shí)環(huán)境，完全通過想象和講解來復(fù)現(xiàn)每一場(chǎng)戲，這對(duì)當(dāng)時(shí)的演員來說是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

即使采用了高度可控的環(huán)境，最終的動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)也達(dá)不到實(shí)用的要求，全部數(shù)據(jù)中只有大約20%可以直接使用，剩下的要依靠十幾個(gè)動(dòng)畫師來手動(dòng)完成。特別是面部動(dòng)畫，在參考了瑟金斯表演的基礎(chǔ)上，絕大部分要?jiǎng)赢嫀熗ㄟ^傳統(tǒng)三維動(dòng)畫技術(shù)中的融合動(dòng)畫（Blend Shape）才得以實(shí)現(xiàn)。因此，對(duì)于最終畫面來說，不同職位的人都做出了獨(dú)特的貢獻(xiàn)?！鞍驳稀ど鹚梗ˋndy Serkis）創(chuàng)作了樂曲，由蘭迪·庫克（Randy Cook，動(dòng)畫導(dǎo)演）進(jìn)行指揮，而動(dòng)畫師就是演奏音樂的人?！?/p>

在2005年的電影《金剛》中，動(dòng)作捕捉技術(shù)相比《雙塔奇兵》有了進(jìn)一步的發(fā)展，面部捕捉技術(shù)更加成熟，進(jìn)入了更加實(shí)用化的階段。影片可以在動(dòng)作捕捉的同時(shí)通過面部的132個(gè)反光標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行表演捕捉，身體動(dòng)作、面部表情和聲音可以同時(shí)記錄。在實(shí)際拍攝中，瑟金斯的表演會(huì)通過面部反光標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)入計(jì)算機(jī)中應(yīng)用于肌肉群組系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)金剛的面部表情，而動(dòng)畫師進(jìn)行少量夸張和微調(diào)，就能確保表情接近巨型黑猩猩。但在類似嘴邊這樣需要更多情緒，肌肉活動(dòng)更精細(xì)的部分，就依舊需要?jiǎng)赢嫀熗ㄟ^大量關(guān)鍵幀動(dòng)畫的方式實(shí)現(xiàn)。

（三）成熟期（2006-2015）：《阿凡達(dá)》《丁丁歷險(xiǎn)記》中的角色、鏡頭與虛擬拍攝

2006-2015年可以看做是動(dòng)作捕捉技術(shù)在電影行業(yè)中的成熟期，這個(gè)階段的主要特征是：（1）動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)精度很高(動(dòng)作捕捉光學(xué)攝像機(jī)分辨率達(dá)到千萬像素以上），已經(jīng)很少用到動(dòng)畫師手動(dòng)清理和修飾，且實(shí)現(xiàn)了更為精細(xì)的表演捕捉；（2）數(shù)據(jù)成功率高，由于技術(shù)原因被廢棄的動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)降到最低；（3）虛擬拍攝技術(shù)讓初步預(yù)演最終畫面效果成為可能，為藝術(shù)創(chuàng)作帶來了巨大便利；（4）角色渲染效果好，特別是面部表情和手部細(xì)節(jié)更為豐富；（5）計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力很大提升，光學(xué)攝像機(jī)數(shù)量增加至一百個(gè)以上，可以進(jìn)行超大規(guī)模的動(dòng)作捕捉，支持極大的表演場(chǎng)地及角色數(shù)量。

圖5.主動(dòng)發(fā)射紅外光的跟蹤點(diǎn)

圖6.機(jī)動(dòng)化布置的參考攝像機(jī)

作為電影史上前無古人的里程碑式作品，《阿凡達(dá)》（2009）中所創(chuàng)造的奇觀首先源自于其對(duì)新技術(shù)的開發(fā)，以及對(duì)技術(shù)的高超運(yùn)用。其中一系列動(dòng)作捕捉技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和超越，成就了虛擬世界的極度仿真。

首先，為了提高動(dòng)作捕捉的成功率，防止丟點(diǎn)，不同于以上介紹的被動(dòng)紅外式動(dòng)作捕捉方案，《阿凡達(dá)》開發(fā)了全新的主動(dòng)紅外式動(dòng)作捕捉方案，其中最重要一點(diǎn)是一套主動(dòng)發(fā)射紅外光的跟蹤點(diǎn)（如圖5）。以往的被動(dòng)紅外式主要依靠攝像機(jī)發(fā)出紅外光，跟蹤點(diǎn)反光，其成功率很大程度上依賴反光材料以及環(huán)境中的光線干擾多寡，外部影響因素較多。主動(dòng)紅外式動(dòng)作捕捉的好處顯然是大大提升了標(biāo)記點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，進(jìn)而提升了采集的精準(zhǔn)度。除此之外，為了進(jìn)一步避免丟點(diǎn)，《阿凡達(dá)》還通過軟件算法設(shè)計(jì)提升了小幅誤差的猜測(cè)能力，并在多達(dá)120個(gè)的動(dòng)作捕捉攝像機(jī)之外，于場(chǎng)景的薄弱處機(jī)動(dòng)化布置了若干個(gè)參考攝像機(jī)，從而最大程度的避免遮擋（如圖6）。

其次，為了保證面部捕捉能夠徹底實(shí)現(xiàn)，創(chuàng)造出極為逼真，能夠超越“恐怖谷”的角色，《阿凡達(dá)》創(chuàng)造出了頭戴式面部捕捉設(shè)備（Facial Capture Head Rig）。它類似頭盔，能夠緊密、光滑且舒適的包裹住除了面部以外的部分，保證即使在很大的動(dòng)作戲中，輕巧的碳纖維桿前的高清攝像頭也能結(jié)實(shí)不晃動(dòng)。演員面部的追蹤點(diǎn)也簡(jiǎn)化為了綠色的顏料，計(jì)算機(jī)通過圖像識(shí)別來進(jìn)行面部表情追蹤。這套新的面部捕捉系統(tǒng)能夠精確記錄從嘴部到眼球的細(xì)微變化，生成的動(dòng)畫中只有10%左右需要調(diào)節(jié)手動(dòng)調(diào)節(jié)關(guān)鍵幀，從而大大提升了表情捕捉的效率，實(shí)現(xiàn)了對(duì)虛擬角色的面部表情無縫驅(qū)動(dòng)，也避免了以往動(dòng)作捕捉過程中演員表演和臨場(chǎng)體驗(yàn)的割裂。除此之外，《阿凡達(dá)》還開發(fā)了真人表情到類人造型之間的動(dòng)畫驅(qū)動(dòng)程序，它不僅能將演員面部與類人面部進(jìn)行對(duì)應(yīng)，還能實(shí)時(shí)解析面部追蹤點(diǎn)，即時(shí)呈現(xiàn)面部表情效果。

最后，《阿凡達(dá)》還開創(chuàng)性的研發(fā)和使用了虛擬拍攝系統(tǒng)，這為后來的虛擬拍攝和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度打開了新的大門。實(shí)際上在以往的全虛擬影片拍攝中，大部分人認(rèn)為這只是數(shù)字影片拍攝轉(zhuǎn)型中無可避免的“陣痛”：以前人們能在拍攝中看到實(shí)景，現(xiàn)在只能時(shí)不時(shí)地腦補(bǔ)一下。而《阿凡達(dá)》所使用的虛擬拍攝系統(tǒng)，將以前實(shí)時(shí)渲染的虛擬角色和場(chǎng)景加入了實(shí)時(shí)移動(dòng)的虛擬攝像機(jī)，讓任何人都可以在拍攝時(shí)步入《阿凡達(dá)》的虛擬世界，這大大提升了拍攝的可視性，為藝術(shù)化創(chuàng)作提供了巨大便利，也為虛擬制作的無限可能性放開了想象。

《丁丁歷險(xiǎn)記：獨(dú)角獸號(hào)的秘密》同樣實(shí)現(xiàn)了史無前例的完美視覺效果和商業(yè)成功，一定程度上就要?dú)w功于《阿凡達(dá)》的創(chuàng)作班底，相同的虛擬拍攝系統(tǒng)、動(dòng)作捕捉系統(tǒng)、表演捕捉系統(tǒng)等一系列先進(jìn)數(shù)字技術(shù)，讓迥異于原作的寫實(shí)版丁丁完全落在了斯皮爾伯格藝術(shù)創(chuàng)作能力的“五指山”中，為飛越“恐怖谷”打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（四）新時(shí)期（2016-至今）：《阿麗塔》《雙子殺手》中的全仿真角色

2016年至今可以看做是動(dòng)作捕捉技術(shù)在電影行業(yè)中的新時(shí)期，這個(gè)階段的主要特征是：（1）動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)精度極高，繼續(xù)提升了前述動(dòng)作捕捉、表演捕捉、虛擬拍攝的精度，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)高精度的效果呈現(xiàn)；（2）虛擬角色的渲染效果真假難辨，已經(jīng)能替代真實(shí)演員出現(xiàn)在電影中。

2019年上映的《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》不再是像《丁丁歷險(xiǎn)記》或《阿凡達(dá)》那樣的虛擬世界，而是虛擬角色與真實(shí)角色站在一起，相互比較，這種畫面對(duì)計(jì)算機(jī)圖像仿真度和復(fù)雜度的要求更高。因此，可以說《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》代表了當(dāng)前CG技術(shù)的最高層次，僅以眼部為例，她的虹膜通過對(duì)扮演者羅莎眼睛的真實(shí)模擬建立，并可以分解為單條纖維，每只眼睛由九百五十萬個(gè)面組成，阿麗塔整體則有5000個(gè)類似的部分。而《魔戒2》中的咕嚕整個(gè)角色只有五萬個(gè)面。當(dāng)阿麗塔眼周、臉上形成皺紋時(shí)，皮膚次表面的血量會(huì)微微增加，制造皮膚自然擠壓變紅的感覺。如此真實(shí)的面部效果得益于維塔數(shù)字工作室為阿麗塔設(shè)計(jì)的全新CG面部系統(tǒng)，羅莎通過更加清晰和智能的面部捕捉系統(tǒng)，除了可以同步控制阿麗塔的表層皮膚，還能深度控制底層肌肉系統(tǒng)。羅莎甚至認(rèn)為，阿麗塔就像她自己一樣，每一點(diǎn)細(xì)微的不完美和完美都會(huì)體現(xiàn)在臉上（如圖7）。

2019年上映的《雙子殺手》是李安嘗試4K+120幀和數(shù)字人的最新影片，其中對(duì)威爾·史密斯（Will Smith）的數(shù)字人重建成為影片視覺特效的核心，因?yàn)闊o論是高清晰還是高幀率，都會(huì)毫無疑問的增加細(xì)節(jié)的呈現(xiàn)，可謂纖毫畢現(xiàn)，這時(shí)虛擬角色的仿真度就顯得無比重要。維塔數(shù)字工作室為虛擬角色升級(jí)了解決方案，如在面部模型表現(xiàn)上，為了精確還原史密斯的面部模型，維塔用八個(gè)攝像機(jī)在史密斯的臉部周圍以90度弧度進(jìn)行了FACS （面部表情編碼系統(tǒng)）半小時(shí)的拍攝，以獲取完整的表情。在面部皮膚表現(xiàn)上，以史密斯的年齡來說，皮膚質(zhì)感已經(jīng)不再適用于年輕版的史密斯，因此，維塔數(shù)字工作室以一個(gè)黑人青年皮膚材質(zhì)為基礎(chǔ)，研發(fā)了一套拾取細(xì)小毛孔真實(shí)形狀的技巧，允許毛孔按照一定的流體力場(chǎng)來沿著臉部表面位移，這樣便形成了模擬毛孔生長和細(xì)小汗毛自然彎曲的形態(tài)，還可以借此形成更真實(shí)的皺紋。通過維塔高精度的面部捕捉系統(tǒng)來控制精細(xì)和寫實(shí)的面部，《雙子殺手》呈現(xiàn)了一個(gè)當(dāng)前視效最頂級(jí)的虛擬角色。

三、動(dòng)作捕捉技術(shù)在電影行業(yè)的發(fā)展歷程帶來的啟示

最近30年，以動(dòng)作捕捉技術(shù)為代表的數(shù)字影像科技發(fā)展十分迅猛，數(shù)字電影視覺效果所需的模型、材質(zhì)、特效、動(dòng)畫等經(jīng)歷了從無到有，從簡(jiǎn)陋新奇到真假難辨的發(fā)展過程，已經(jīng)成為眾多電影作品的強(qiáng)大創(chuàng)作支撐。當(dāng)前，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的動(dòng)作捕捉技術(shù)在電影創(chuàng)作中的應(yīng)用越來越廣，從先期創(chuàng)作到最終視覺效果，從角色動(dòng)畫到虛擬預(yù)演，動(dòng)作捕捉技術(shù)正在塑造更多的影片內(nèi)容和視覺效果，創(chuàng)造層出不窮的奇觀影像和動(dòng)人故事。其中，堅(jiān)持電影創(chuàng)作至上的“創(chuàng)作派”帶來了諸如《指環(huán)王：雙塔奇兵》《阿凡達(dá)》《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》等技術(shù)嫻熟、藝術(shù)品質(zhì)極高的影片，取得了票房和口碑的雙豐收。這些影片善于利用數(shù)字技術(shù)為電影藝術(shù)創(chuàng)作服務(wù)，但卻恰恰發(fā)揮了人性深處最強(qiáng)大的力量，成為影史上濃墨重彩的一筆。筆者認(rèn)為近十年動(dòng)作捕捉技術(shù)應(yīng)用非常成功的一部影片是2011年由夢(mèng)工廠影業(yè)制作，迪士尼影業(yè)發(fā)行的科幻電影《鐵甲鋼拳》，這部影片沒有大規(guī)模應(yīng)用數(shù)字技術(shù)制作電影特效畫面，只是很純粹的應(yīng)用動(dòng)作捕捉技術(shù)制作了一個(gè)能夠模仿學(xué)習(xí)人類動(dòng)作的低端機(jī)器人，這個(gè)機(jī)器人是兒子在垃圾堆里撿回來的，兒子對(duì)其抱有極大希望，而退役拳擊手父親則非常藐視。通過這個(gè)機(jī)器人向主人公父親學(xué)習(xí)拳擊，不斷提升自身拳擊水平，父子和機(jī)器人一起努力，獲得一場(chǎng)又一場(chǎng)比賽的勝利過程，展現(xiàn)出父親、兒子，以及機(jī)器人伙伴之間的患難與共、互相扶持的溫暖情感，感人至深，在全球斬獲近3億美元的票房，獲得票房口碑雙豐收。

表2.“恐怖谷”與技術(shù)使用區(qū)間對(duì)照?qǐng)D

圖7.《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》動(dòng)作捕捉畫面與最終畫面對(duì)比

但與此同時(shí)，一些堅(jiān)持技術(shù)至上的“技術(shù)派”作品則在一次次沖擊市場(chǎng)的過程中潰敗，大量以新技術(shù)為噱頭的大制作電影遭遇了口碑和票房的滑鐵盧，如《圣誕頌歌》《貝奧武夫》等影片讓人看到了只有先進(jìn)技術(shù)并不足以支撐一部?jī)?yōu)秀的電影作品。很多影片在創(chuàng)作之初雖然看到了數(shù)字技術(shù)的磅礴力量，卻誤以為這就是藝術(shù)和市場(chǎng)的制勝法寶，殊不知卻落入了思維簡(jiǎn)化、孤芳自賞的誤區(qū)。好的故事、精彩的敘事、對(duì)情感的傳達(dá)才是電影的根本，才是觀眾走入影院的原動(dòng)力。

我們依稀能看到這樣的趨勢(shì)：越是早期的作品，大規(guī)模超前使用數(shù)字技術(shù)的往往效果不好，越是接近當(dāng)下的作品，有節(jié)制的使用數(shù)字技術(shù)的往往效果較好。在數(shù)字技術(shù)使用與藝術(shù)掌控力上面走鋼絲，正是諸多常青樹導(dǎo)演的重要能力?！翱植拦取崩碚摫砻鲝念惾说秸嫒酥g存在一個(gè)逼真度的序列，技術(shù)能夠提供的逼真度在不斷提升，我們不能超越這個(gè)逼真度上限，也不追求盡量逼近這個(gè)上限，最重要的還是能夠掌控技術(shù)帶來的逼真度，更需要以電影敘事為核心進(jìn)行靈活的選擇和重構(gòu)（如表2）。

隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，實(shí)時(shí)渲染、交互影像等新技術(shù)還在不斷加入創(chuàng)作手段的隊(duì)伍中來，接納新技術(shù)、使用新技術(shù)已經(jīng)成為未來電影創(chuàng)作的一種必然態(tài)度，一味求新或閉門造車都無法取得進(jìn)步。如何熟捻地使用數(shù)字技術(shù)為好故事服務(wù)，提升電影敘事和角色情感體驗(yàn)，才是我們對(duì)待數(shù)字技術(shù)發(fā)展與電影藝術(shù)創(chuàng)作辯證關(guān)系的真正思路。

【注釋】