运动捕捉技术在三维动画中的应用流程研究

　　【内容摘要】动作捕捉作为当代动画制作的尖端技术，已广泛应用于好莱坞的影视作品中，但国内动画的制作方式还相对滞后。文章以动画艺术作品《云之南》为例，结合动作捕捉系统，阐述了运动捕捉技术在三维动画中的应用流程及经验方法。旨在弘扬动画创作的新思路。

　　【关键词】运动捕捉三维动画动捕流程

　　传统动画是原画师通过天才般的手工绘制，来完成一个个精彩的画面。然后再由摄影师通过逐格拍摄的方式，把这些画面连接成动态的视频影片。通常这种动画的制作效率比较低，完成一部动画作品需要多个原画师绘制大量画面。这制约了优秀动画作品的数量，难以满足大众的需求。随着数字时代的到来，当代动画的创作方式也逐步由人工绘制转向数字编辑，动画也由传统的二维形式转为数字的三维形式。动画中的角色为了完成生动表演，往往需要复杂甚至近乎苛刻的动作。尽管在制作的时间上三维动画已比传统动画节约了大量成本，但仍需动画师耗费大量的时间才能完成作品。运动捕捉（MotionCapture）的出现，打破了这一状况。CG动画发生了翻天覆地的变化。

　　运动捕捉技术可追溯到上世纪70年代，迪斯尼公司通过采集演员的动作姿态来提升动画效果，那时还处于一种概念的酝酿与提出阶段。之后，美国诸多世界知名的研究院所开展了一系列运动捕捉的科学研究。时至今日，在西方发达国家，运动捕捉技术已成功地应用于虚拟现实、人体工程学、生物力学、数字娱乐等多个领域。观众最熟识的莫过于好莱坞的影视剧目，如2007年罗伯特·泽米吉斯执导的《贝奥武夫》、2010年詹姆斯·卡梅隆导演的《阿凡达》、2011年史蒂文·斯皮尔伯格创作的《丁丁历险记》等都完美运用了运动捕捉技术。这些世界最顶级的好莱坞知名导演都钟情于该项技术，这也预示着世界动画制作未来的技术方向。

　　一、运动捕捉技术

　　（一）运动捕捉概述

　　运动捕捉又称动作捕捉。运动捕捉的定义为：“运动捕捉技术是一种用来记录人体动作，并将其转换为数字模式的技术，从其基本原理来说，就是将人或动物的动作、空间位移记录下来，并以此数据驱动虚拟角色运动，达到比手工动画更流畅、更精确的效果。”①基于不同的标准，运动捕捉主要有如下分类：“从捕捉的部位来划分，可分为躯体捕捉、脸部捕捉和手势捕捉三种。”②“从捕捉的内容来划分：可分为表情捕捉和身体捕捉两种。”③“从捕捉的原理来划分：可分为机械式运动捕捉、声学式运动捕捉、电磁式运动捕捉、光学式运动捕捉和基于视频的运动捕捉5种。”④《云之南》中所用到的动作捕捉设备为电磁式躯体捕捉类的运动捕捉系统XsensMoven。

　　（二）XsensMoven动作捕捉系统

　　XsensMoven是由位于荷兰恩斯赫德的XsensTechnologies公司研发的运动捕捉产品。它是一款易操作、经济实用的人体动作捕捉装置。它由软件与硬件两部分构成。硬件包括16个微型惯性传感器、2套动作捕捉服、1套无线传输器及无线接收器。配套的软件系统为MVNStudio，其通过计算机实时监视捕捉到的动作信息，并可以对采集的动作进行编辑与导出。XsensMoven作为先进的电磁式动作捕捉系统，通过电磁学原理，对演员表演的动作进行实时捕捉。通过无线传输将捕捉到的数据信息输入到计算机中，这套系统能够很好地完成动画中复杂动作的采集工作。

　　XsensMoven惯性运动捕捉系统无需庞大、昂贵的实验室，也不受遮蔽物及光线的影响，理论上动捕设备可在任何光照条件下运行，但通常需要在光线相对充沛的环境下进行运动数据的采集，以便于演员的表演。该系统比较轻便，可以穿在特制的捕捉服内。其以独特的微型惯性运动传感技术和无线传输技术为基础，结合生物力学等最新科技设计的高效实时动作采编工具。目前广泛应用于游戏开发、数字娱乐与电影制作中。