石葉young遊戲研究社
把遊戲做好真不容易。
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當我們判斷一款遊戲的好壞時，除了最明顯的畫面和玩法，往往還有一個重要的隱形指標，那就是角色動畫的質量。
有些遊戲雖然畫面還不錯，但玩起來卻依然能感到它內裡的不足，很可能就是因為裡面的人物動畫暴露了它的弱點。
人物動作是不是流暢、自然，很大程度上影響了遊戲的表現力，有時動畫的作用甚至大於畫面本身。
不論是2D動畫還是3D動畫，最基礎的製作方式就是手工的幀動畫。
動畫師先擺出角色的幾個關鍵幀，然後利用程序填補中間的過程，把關鍵幀連續播放就完成了一個簡單的動畫。
這種動畫製作方式，從遊戲出現之初就一直存在，直到今天依然應用在多數的遊戲當中，因為它相對簡單、便宜、易於操作。
這一類動畫都是提前製作完成的預製動畫，導出後就不會再變化了，在遊戲中只是調用並播放。因此我們會發現很多遊戲中的攻擊、跳躍、行走動作永遠都是一樣的，時間長了會覺得有些死板。
而另一種程序生成的動畫（Procedural animation）則更加的靈活多變。這種動畫把動作和程序綁定在了一起，按照一定的規則來控制角色各個部位的動作。因為動畫由程序計算而來，只要調整程序中的變量，動畫也會做出相應的改變，利用這種方式可以讓動畫根據環境進行實時的調整。
程序生產動畫往往比關鍵幀動畫能容易模擬出真實的物理效果，特別是與環境交互時，可以根據不同的交互情況作出不同的反應，布娃娃就是一種程序生成的動畫系統。
預製動畫在遇到複雜地形的時候經常會出現人物浮空、穿模的問題，因為動畫是固定的，因此人物站立的高度也是固定，遇到了不一樣的地形就會顯得很尷尬。
但程序生產的動畫可以通過計算腳與地面的距離、地面的傾角實時調整腳的高度和角度，所以每次都能精確的踩在地面上，不只是在播放動畫，而確實是存在著互動的。
還有人利用程序生的動畫去模擬一些難以用手工製作的動畫，比如多腿生物的運動情況非常的複雜，手工製作需要很強的專業技巧，而利用程序生成只需要知道動物腿部運動的規則，就可以做出非常的自然、多變的動畫了。
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多數遊戲對動畫的根本要求是表現出真實感，不論是手工製作的動畫還是程序生產的動畫，都是去儘量的模仿角色在現實中的動態。
但模仿畢竟存在局限性，人眼對於真實感有天然的敏感性，尤其是人類的動作，哪怕是非常小的細節違和，普通人都能一眼看出來。想讓手工製作的動畫表現出真實的動態、重量、速度感，是一門深刻的藝術。
為了做出以假亂真的動畫，更多的遊戲選擇使用動作捕捉技術。
動作捕捉技術通過採集真人演員的動作數據，應用到虛擬角色的骨骼上，這樣做出來的動畫能夠最大程度的接近真實。
遊戲行業很早就開始利用這種技術來製作動畫了。1994年的《VR戰士2》是最早使用動作捕捉技術的遊戲之一，那時候捕捉技術還屬於黑科技，設備甚至是鈴木裕從美國軍方那裡借的。
在此之前，1989年的《波斯王子》還曾嘗試過一種原始的動作捕捉方式。製作人先讓演員在現實中作出移動、戰鬥的動作，然後再照著錄像中的動作畫出人物動畫的關鍵幀，最終呈現出的動畫效果也十分的真實、流暢。
如今，動作捕捉已經成為了3A遊戲的標配，很多遊戲工作室都有自己的動作捕捉室，遊戲中的動作也幾乎全部通過動作捕捉技術錄製製作。因此我們才能在遊戲中見到電影水準的動作演出。
遊戲中的劇情動畫會包含非常多的特殊動作，這些動作不會在其他地方用到，因此動捕演員會就像演電影一樣的親自表演一遍。而對於人物在遊戲中的常規動作，製作者會將所有動畫列成細緻的表格，讓演員一個個的表演出來。
不過，動作捕捉得到的只是粗略的動畫，有時動作中會出現細節缺失、採集偏離等問題，還需要人工進行二次的調整使其更加的正確和自然，手工操作依然是動畫製作的基礎。
動作捕捉無疑是得到逼真動畫的最好方式，但動作捕捉的缺點是成本太高，不但設備昂貴，還需要專用的演員、場地，因此只有大型的遊戲工作室才能夠用得起這樣的技術。
好在最近的動作捕捉設備也正變得越來越簡化和便宜，有些中小型團隊也開始使用輕量化的動作捕捉技術讓自己的遊戲更加出彩，甚至有人利用VR設備或者Kinect，自己 DIY出了動作捕捉設備。
相信在未來，動作捕捉技術會更多的出現在中型遊戲和獨立遊戲中。
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在遊戲中，人物的動畫需要根據玩家的操作做出及時的反應，所以不論使用哪種方式製作，得到動畫只是遊戲動畫的第一步。接下來，還要控制動畫與遊戲綁定在一起，讓角色能夠在正確的時機做正確的動作。
一種比較常用的方式是使用狀態機（State Machine），製作者可以將角色的動作分解為各種瞬時的狀態，比如走、跑、跳，狀態機的作用就是判斷角色處於哪種狀態，並根據狀態匹配相應的動畫。
人物擁有多少個狀態，決定了動作系統的複雜等級。狀態越多，人物的動作就越細緻，製作也就更加複雜。
早期遊戲的狀態都很簡單，比如《洛克人》中跳躍就是單獨的一個狀態，動作也只有一兩幀。
但更精細一些的系統，可能會把一個跳躍的動作分原地跳躍和行進中跳躍。
合金彈頭中的跳躍動作
如果再細緻一些，還可以加入一個從高處跳下的狀態，讓角色落地時出現一個踉蹌的動作。3D遊戲還可以將前後左右方向的跳躍動作區分開來，變成左右橫跳、後空翻，每種基礎的動作都可以這樣不斷細化下去，當然這也意味著工作量的不斷增加。
對於3D遊戲，除了匹配動畫，還要對動畫進行過渡和混合。過渡能讓動作與動作之間更加平滑的銜接，這樣就不會出現突兀的動作變化。
混合則可以將兩種動畫混合成新的動畫，比如攻擊的動畫和跑的動畫是兩個獨立的動畫，但如果要讓角色一邊跑一邊攻擊，就需要把兩個動畫混合在一起，否則就會出現非常奇怪的動畫效果。
而在很多遊戲裡，攻擊、換彈夾、吃藥等各種動作，要製作移動中的版本，都需要人工混合，調整出新的動畫與之匹配，這樣才能讓動作看起來自然、連貫。
因此，利用狀態機製作出精緻的動畫不但需要技巧，同時還要花費非常多的人工成本。
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遊戲動畫製作還有一個難題：它的自由性。
角色的控制權在玩家手中，製作人無法預測角色會做出什麼樣的動作。比如玩家可能會突然改變方向或者快速切換動作，這樣就很容易讓人物的動作出現瞬移或錯位。
因為狀態機不可能考慮到每一種狀態，如果角色的動作超出了狀態機的預設範圍，角色的動畫就可能會從一個狀態無過渡的跳轉至另一個狀態，在這種情況下，即使使用動作捕捉，也無法保證真實感。
為了解決這種問題，人們發明了動作匹配技術（Motion Matching）。
這項技術先用動作捕捉採集一系列的動畫，不論是跑、跳、摔倒，還是不同的移動方式。然後將所有搜集到的動畫素材修剪、打磨成可用的動畫片段，最終整合成一個動畫素材庫。
程序會根據角色的行動路線、位置、速度以及周圍的環境等變量，來預測角色的接下來的動作路徑，每過幾幀就進行一次判斷。如果路徑出現了明顯的變化，程序會據預測結果從素材庫中選擇適合的新動作進行拼接，讓動作順滑地改變。
動作匹配讓人物動作之間的銜接部分也達到了動作捕捉的級別，因為不需要預設狀態，人物動作的變化也更加的豐富，能夠根據周圍的環境做出不同的反應動作，動作的隨機性更高、重複性更低，因此也更加真實。
近年來的遊戲，有不少都使用了動作匹配技術，比如《榮耀戰魂》《刺客信條》《最後生還者2》，這些遊戲真實、複雜、多變的動作都有賴於這項技術的引入。
動作匹配是目前最先進的動作系統，不過它也有缺點。
現代遊戲中的操作非常豐富，動作也非常的複雜，單是移動可能就要有待機、走、跑、跳、蹲、衝刺等等，再加上與環境互動的動作比如開門、坐下、拾取、翻越、騎乘，還有其他的組合動作，多如牛毛。
所有的動畫都需要動作捕捉完成，因此需要的數據量非常的大，同時遊戲運行時動畫也需要存儲在內存裡等待隨時調用，非常消耗機能。
動畫素材庫
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每種動畫製作技術都有各自的優缺點，所以很多遊戲製作組是混合這些技術使用的。
未來的動作系統也許能夠取長補短，在增加真實感的同時減低製作難度和成本，這其中很重要的一個創新點就是人工智慧的加入。
2016年，Daniel Holden等人利用一種叫做PFNN（Phase-Functioned Neural Networks）的神經網絡技術實現了人物動作的動態控制，讓角色可以表現出真實、多變的動作，同時與環境進行準確的互動。
後，來Daniel Holden進入了育碧，又將機器學習和動作匹配的系統相結合，通過訓練神經網絡，讓AI負責判斷、挑選動畫的過程。不但實現了更好的動畫效果，而且這項技術不需要將動畫文件加載到內存裡，因此把動作匹配程序的內存佔用從590MB壓縮到了8.5MB。
愛丁堡大學的研究人員與EA合作，也研製了一套利用深度學習技術處理複雜動畫的系統，他們讓AI控制一個角色的運球動作，結果相當不錯。角色可以根據玩家輸入的方向和周圍的環境自行作出快速、流暢的反應，而且在期間始終保持正確、合理的運球動作，而且球的動態配合也完全的真實，沒有出現反物理規律的現象。
他們還利用AI學習遊戲中的環境分布和人物的逆運動學規則，使角色與各種物體進行無縫、真實的互動，根據實際的情況自動調整人物的動畫。
比如坐在椅子上的動作，不論椅子大小高度、樣式，角色都會自然且準確地坐在椅子上，而不會出現因為椅子太矮而坐在空中的情況。
前面說過，程序生產動畫也可以達到這種效果，前提是製作組必須為每個椅子定製一個動畫，而在一個遊戲中這樣的物品可能有成千上萬，工作量可想而知。更取巧的做法，是讓遊戲中所有椅子的高度、大小保持一致，但這顯然是不夠真實的。
而使用了AI技術之後，不但減少了工作量，也增加了遊戲中的多樣性和真實感。
其實沒人會把遊戲中的每張椅子坐一遍，動作系統的升級對遊戲的提升往往很難被注意到，但就是這樣每次一點點的進步，使得如今的遊戲動畫已經與幾年前有了天壤之別。
關於次世代遊戲，人們最先關心的還是畫面的提升、光影的進步。但相比於已經發展到一定高度的圖像技術，次世代遊戲在動作系統上的革新也許能給玩家們帶來更多的期待。