三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)的應(yīng)用及未來發(fā)展探究

劉勃

摘要：發(fā)展于二維動畫基礎(chǔ)上的三維動畫，因其更加立體、自然且具有強(qiáng)大的空間感而逐漸被人們所接受。三維動畫在不斷發(fā)展中，先后出現(xiàn)了眾多優(yōu)秀的三維動畫作品及相關(guān)先進(jìn)技術(shù)，三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)便是其中一種。在這一背景下，本文將從闡明三維運(yùn)動捕捉技術(shù)原理入手，著重圍繞三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用及未來發(fā)展進(jìn)行簡要分析研究。

關(guān)鍵詞：三維動畫? ?運(yùn)動捕捉技術(shù)? ?實(shí)際應(yīng)用? ?未來發(fā)展

中圖分類號：J218.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1008-3359（2019）15-0161-02

近些年我國三維動畫教學(xué)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，也使得人們對三維動畫及運(yùn)動捕捉技術(shù)的理解與認(rèn)知更加深刻。通過探究三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，對該項(xiàng)技術(shù)的未來發(fā)展前景進(jìn)行展望，不僅可以有效幫助學(xué)生深化三維動畫與三維度動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)的學(xué)習(xí)，同時對于推動三維動畫教學(xué)事業(yè)以及三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)的長效發(fā)展也具有積極作用。

一、三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

（一）應(yīng)用在影視劇中

目前三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)已經(jīng)被廣泛運(yùn)用在影視劇視作中，并且取得了一定的應(yīng)用成效。例如在電影《金剛》當(dāng)中，演員身穿裝有跟蹤器的特殊服裝，并在其面部貼有若干識別點(diǎn)，跟蹤器將對表演者的所有運(yùn)動信息進(jìn)行實(shí)時捕捉與記錄，最后通過將捕捉得到的各項(xiàng)運(yùn)動信息轉(zhuǎn)換成“金剛”這一虛擬角色可讀取的運(yùn)動數(shù)據(jù)，此時動畫師便可以根據(jù)實(shí)際劇情需要對“金剛”這一虛擬角色的運(yùn)動進(jìn)行有效驅(qū)動。在運(yùn)動捕捉技術(shù)的運(yùn)用下，表演者的各種肢體動作、表情變化等均將被快速、精準(zhǔn)捕捉。而眼下還出現(xiàn)了一種全新的運(yùn)動捕捉系統(tǒng)即OpenStage，在無需佩戴任何標(biāo)記點(diǎn)的基礎(chǔ)上便可以有效完成運(yùn)動捕捉，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動捕捉技術(shù)的一大創(chuàng)新。相比于以往手工逐幀動畫制作，在三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)的運(yùn)用下，動畫制作速度更快，同時工作人員只需為指定虛擬角色模型設(shè)定相應(yīng)捕捉數(shù)據(jù)，并結(jié)合實(shí)際需要對其進(jìn)行微調(diào)便可以有效完成三維動畫制作。受此影響，影視劇拍攝制作可以徹底擺脫攝影棚的限制，并且在該技術(shù)的運(yùn)用下可以使得作品更加生動立體、活靈活現(xiàn)，對于降低制作成本也具有積極效用。

（二）應(yīng)用于三維動畫

三維動畫眼下也是運(yùn)動捕捉技術(shù)的一大重要應(yīng)用領(lǐng)域。以制作虛擬火災(zāi)消防員的三維動畫為例，在實(shí)際制作過程中，動畫師通?？梢灾苯永?dsMAX等專業(yè)軟件制作所需三維消防員模型，隨后其可以利用Character Studio當(dāng)中的Physique為消防員添加與之相適宜的骨骼，考慮到骨骼和消防員人物模型相互獨(dú)立，因此在利用Physique將二者相互聯(lián)系的過程中，需要動畫師結(jié)合實(shí)際情況對骨骼進(jìn)行移動或縮放調(diào)整，確保骨骼與人物模型完成相適應(yīng)。此時動畫師可以通過直接運(yùn)用3dsMAX軟件中自帶的修改器進(jìn)行展UV，目的在于將平面貼圖指定到子對象選擇，同時根據(jù)實(shí)際三維動畫制作需要靈活編輯所選擇的UVW坐標(biāo)。只有在有效運(yùn)用UV處理技術(shù)下，才能夠使得最終貼圖可以充分展現(xiàn)出其應(yīng)有效果[2]。在完展UV環(huán)節(jié)后，工作人員需要將其存儲成圖片格式，并利用Photoshop專業(yè)制圖軟件，根據(jù)消防戰(zhàn)斗服繪制相應(yīng)貼圖，隨后對其物件紋理進(jìn)行制作，便可以最終完成消防人員的貼圖。

（三）應(yīng)用于動畫教學(xué)

1.應(yīng)用于動畫運(yùn)動規(guī)律教學(xué)

三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)運(yùn)用在動畫教學(xué)當(dāng)中，對于提高教學(xué)成效也發(fā)揮了重要作用。例如在開展動畫運(yùn)動規(guī)律的教學(xué)當(dāng)中，為了能夠有效幫助學(xué)生全面把握三維動畫中的各種運(yùn)動規(guī)律，使其在日后創(chuàng)作三維動畫時可以靈活運(yùn)用具體運(yùn)動規(guī)律，在教學(xué)過程中教師可以適時引入三維度動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)。如在講解人物行走規(guī)律的過程中，教師可以通過運(yùn)用三維動畫動作捕捉技術(shù)對學(xué)生真實(shí)的行走數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)捕捉，隨后依照學(xué)生實(shí)際興趣愛好、學(xué)習(xí)需要等為其賦予相應(yīng)的虛擬角色模型，并向其給定捕捉得到的學(xué)生行走數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)復(fù)制分解動作便可以向?qū)W生逐幀清晰展示各種的工作，進(jìn)而在將教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生實(shí)際進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣之余，也可以幫助學(xué)生深化對人物行走規(guī)律的理解和運(yùn)用，有助于提高學(xué)生整體學(xué)習(xí)成效。

2.運(yùn)用與游戲動畫課程教學(xué)

現(xiàn)階段在游戲動畫課程教學(xué)中，三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)也已經(jīng)得到了較為廣泛的使用。由于游戲動作本身由各種小片段動作組合而成，相比于影視劇制作中要求每一個片段動作必須具有流暢性和連貫性，在游戲動作中強(qiáng)調(diào)每一個片段動作必須具有高精準(zhǔn)性。一般情況下，可將游戲動作細(xì)分成跑步與行走動作、攻擊與死亡動作等，因此教師在實(shí)際開展游戲動畫課程教學(xué)時，通過深入貫徹落實(shí)以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，在主動了解學(xué)生具體學(xué)習(xí)需求等基礎(chǔ)上，將學(xué)生分成若干學(xué)習(xí)小組，要求學(xué)生以小組為單位對游戲動作尺度進(jìn)行討論分析，并鼓勵學(xué)生通過親自對游戲動作進(jìn)行模仿，嘗試運(yùn)用動作捕捉技術(shù)對產(chǎn)生的各種運(yùn)動數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。此后教師可以引導(dǎo)各小組相互比較其捕捉的動作，對動作的精準(zhǔn)性進(jìn)行判斷，由此在有效提高學(xué)生課堂參與積極性的同時，也可以使其得以學(xué)會靈活使用三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)判斷游戲動作尺度。

二、三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)的未來發(fā)展

（一）與其他技術(shù)相互整合

本文認(rèn)為，未來三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)將與其他相關(guān)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化整合，用以不斷提高動畫捕捉的真實(shí)性與精準(zhǔn)性，并增加捕捉的靈活性。例如眼下三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)正在積極與關(guān)鍵幀技術(shù)進(jìn)行整合運(yùn)用，先通過利用動態(tài)捕捉技術(shù)對光學(xué)標(biāo)記點(diǎn)運(yùn)動軌跡、具體動作等進(jìn)行準(zhǔn)確捕捉，此時捕捉得到的數(shù)據(jù)將會直接利用MotionBuilder向Characters進(jìn)行傳遞，從而自動生成動畫并進(jìn)行保存，最后直接向既定的虛擬角色傳遞已經(jīng)匹配完畢的數(shù)據(jù)，在MotionBuilder當(dāng)中完成關(guān)鍵幀層的構(gòu)建，便可以靈活對虛擬角色動作進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，由此獲得更為理想的動畫捕捉效果。值得注意的是，在整合運(yùn)用三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)與關(guān)鍵幀技術(shù)時，數(shù)據(jù)標(biāo)記點(diǎn)應(yīng)始終呈初始姿態(tài)，便于動畫制作人員在MotionBuilder中進(jìn)行映射，在Character Controls中編輯與控制Actor[3]。在將角色與光學(xué)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間建立起關(guān)聯(lián)性的過程中，需要確保導(dǎo)航面板中的數(shù)據(jù)點(diǎn)同場景角色位置完全匹配，并對所創(chuàng)建的角色進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)記，此后通過點(diǎn)擊激活鍵便可以對角色進(jìn)行自由驅(qū)動。在修改自定義的虛擬角色動作時，通過在建立的調(diào)整層上進(jìn)行無損動作修改，即將關(guān)鍵幀層加入到動畫捕捉數(shù)據(jù)中，根據(jù)具體要求對動作幅度與時間等進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，能夠有效增強(qiáng)動作幅度，令動作更為夸張有力。

（二）不斷突破其技術(shù)瓶頸

三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)也還存在一定不足，例如目前在使用光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動捕捉時，其價格成本較高，需要準(zhǔn)確捕捉表演者身上的特殊光點(diǎn)。在后期根據(jù)實(shí)際需要對捕捉的動作數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整與修改時，工作量往往相對較大。鑒于當(dāng)前光學(xué)運(yùn)動捕捉自身所存在局限性，因此有研究人員正在逐步嘗試跳脫光學(xué)運(yùn)動捕捉的思維，從原本對光點(diǎn)進(jìn)行直接捕捉的方式轉(zhuǎn)變?yōu)槔靡曨l處理的方式，對表演者實(shí)際運(yùn)動軌跡進(jìn)行準(zhǔn)確識別，以此有效降低運(yùn)動捕捉的操作難度及其捕捉成本，極大減少后期運(yùn)動數(shù)據(jù)修改調(diào)整的工作量。

（三）應(yīng)用范圍領(lǐng)域更廣闊

隨著三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，未來除了在現(xiàn)有的三維動畫制作、影視劇制作以及三維動畫教學(xué)中可以應(yīng)用三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)外，其應(yīng)用范圍與應(yīng)用領(lǐng)域也將變得更加廣闊。例如我國在獨(dú)立制作的大型3D動畫《畫江湖之不良人》《秦時明月》等以及在《英雄聯(lián)盟》《魔獸世界》等大型網(wǎng)游中，通過利用三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)完成其中特殊場景和動畫制作之外，在軍事、醫(yī)學(xué)以及教育等領(lǐng)域中同樣可以靈活運(yùn)用三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)。例如在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，對于疑難、復(fù)雜的手術(shù)案例，通過對主刀醫(yī)師的操作動作進(jìn)行動態(tài)捕捉與準(zhǔn)確記錄，不僅可以有效幫助醫(yī)師隨時掌握手術(shù)進(jìn)程與手術(shù)情況，同時由此制作的三維醫(yī)學(xué)動畫視頻也可以為其他醫(yī)學(xué)人員的科學(xué)研究提供重要參考。由此可見，在未來將三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)靈活運(yùn)用到各領(lǐng)域中，可以更好地造福人類。

三、結(jié)語

綜上所述，三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)可以快速、精準(zhǔn)地完成物體動作捕捉，將其運(yùn)用在三維動畫制作、影視制作以及三維動畫教學(xué)中均可以獲得良好的應(yīng)用效果。但由于其自身也存在一定的技術(shù)局限，因此未來三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)還將積極與其他相關(guān)優(yōu)勢技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化整合，通過利用技術(shù)互補(bǔ)的方式不斷突破三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)的技術(shù)瓶頸，使得其應(yīng)用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域得以進(jìn)一步拓廣，真正實(shí)現(xiàn)三維動畫運(yùn)動捕捉技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇宸，孟香旭.表演運(yùn)動捕捉技術(shù)在影視表演動畫中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī)，2019，（04）：181.

[2]巢晟盛.基于三維運(yùn)動捕捉數(shù)據(jù)關(guān)鍵幀的動畫合成研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2017年.