這兩天大家都在看什麼電影？小夥伴們一定被《猩球崛起2》這部好萊塢最新科幻巨製吸引了吧。一隻情感細膩、性格豐滿的猩猩成為電影的主角，還帶領起猿族結營紮寨與人類展開抗爭，簡直不敢相信自己的眼睛。當然，這些演技高超的猩猩不可能是劇組訓練出來的，也不是通過化妝，而是利用動作捕捉技術結合計算機圖形處理技術（CG）的完美呈現。
簡單來說，就是給飾演猩猩的演員身上穿上特製的衣服，然後把人的動作信息捕捉下來，再合成到建立好的猩猩模型上。這其中，捕捉人的動作信息有兩種方式，其一是較為成熟的光學動作捕捉技術，另外則是較為前沿的基於傳感器的慣性動作捕捉技術。
宅客君近日採訪了國內從事傳感器動作捕捉技術的諾亦騰公司，聽劉昊揚博士講一講這些特效的背後製作過程。
用真實人物的運動數據來驅動虛擬角色光學動作捕捉技術已經相當成熟，精確度又很高，在電影行業早就得到應用。劉昊揚介紹說，這種技術現在已經發展成各個細分領域，比如說有團隊就專門做流體的特效製作，一個倒水的畫面就能做得非常逼真，完全看不出是計算機做出來的；有專門做人群仿真（crowd simulation）的，比如《鐵達尼號》裡最終落水的那個畫面，其實只有幾個主要演員真正在演，其他人都是模擬出來的。
電影猩球崛起裡也只有八個主要演員，其餘都是效果合成（難以置信哈）。人物模型做好以後，只要把另外一些動作信息做些修改然後賦值給這些模型就可以了。通過下面這個介紹視頻可以更直觀地了解特效的製作過程。
特效的製作包含四個關鍵部分。一是建立角色模型，就是用計算機把需要虛擬的角色做出來（比如猩猩），可依據所需控制點的不同做出各個等級的精細程度。第二步就要開始建立骨骼架構，因為虛擬角色最終要動起來也是靠骨骼的運動，這其中也要構建骨骼之間的關聯動作。
接著要建立皮膚的模型，因為皮膚都是有彈性的，骨骼的拉伸等動作也會造成皮膚的收縮，因而要建立相應的關係。最後就是在演員表演的時候利用動作捕捉技術來收集運動數據，然後把這些數據綁定到相應的骨骼模型上，就可以用實際捕捉的動作數據去驅動骨骼模型運動。
最初，演員身上會在特定的位置貼上一些反光點，然後通過遍布四周的高速攝像機來捕捉這些點，這樣得到一連串的圓點運行軌跡信息，就相當於得到了每個點的空間運行坐標。每個反光點的亮度其實很高，為了顯示得更加清晰就要看灰度圖，那些大小都類似而且是連續的亮點就是有效數據，可排除雜點。
（圖片來自維基百科）
但這樣也有一個缺陷，因為這些光點沒有身份標識，計算機不容易識別就很容易出現混淆，於是漸漸地，這些被動反光點就發展成主動發光點。演員穿戴上一些可發出不同頻率紅外光的結點，由攝像機來捕捉收集。而且這也有一個好處，這些場景的拍攝就不需要再限定在室內攝影棚內，在戶外也可以避免自然光的幹擾，捕捉出有效數據。
最難的是面部表情的捕捉為《猩球崛起2》製作特效的是維塔數碼公司（Weta Digital），動作捕捉技術成熟的標誌作品《阿凡達》就出自他們手下。劉昊揚介紹道，這其中最難的是面部表情捕捉技術。
「最早為了捕捉面部表情，也是靠貼反光片的形式，但貼片總是有大小的，貼在臉上就容易遮擋視線。」在電影《阿凡達》裡，維塔數碼公司應用了頭戴式攝像頭，並在演員的臉上塗上螢光漆點來解決面部識別問題。
人的面部肌群非常複雜，單靠動畫來做效果不是很好，因此「要保證動作協調，就必需要人來演，」這是目前最完美的解決方案。
仍然存在一些缺陷雖然光學動作捕捉技術的成熟度很高，又非常精準，但全套設備的造價和使用成本非常之高。「設備使用前的調試就非常麻煩」，比如，拍攝現場有幾十個攝像機，每一個反光點在每個攝像機的位置都不同。因此就要對每一個攝像機的參數進行修正，這是一個很複雜的標定流程，「一般要花費三到四個小時」。而這個時候，只要隨便碰一下，所有的一切就要再次重新標定。
另外，其精準度也是打折扣的。因為發光貼片都是綁定在演員的外表皮膚上，所以最終得到的數據是皮膚層面的運動數據，而動作模擬需要的是骨骼的數據，所以就要有一個算法來進行修正，反算骨骼的動作。
而且，限於光照的傳播，數據的採集會經常有丟幀的情況發生。比如，當猩猩突然蹲下時，胸部的地方就會被遮擋，需要後期再去修補。
慣性動作捕捉的前景慣性動作捕捉技術可以避免這些不足，它是利用傳感器的組合來採集人的動作姿態，然後使用無線技術輸送到電腦上。使用起來非常方便，「便攜性對技術的普及是非常重要的，每個演員所需要的設備只要一個小箱子就能裝下」。
但要真正實現慣性動作捕捉技術的應用還需要一個比較長的培育過程。「電影的製作流程是很成熟化的一套工作，如果要將光學動作捕捉改為慣性動作捕捉，就意味著要調整很多東西。」劉昊揚表示，他們正在跟美國的一些大學談合作，這些學校的相關教學內容將會使用諾亦騰的慣性動作捕捉設備，而當學生參加工作以後，必然會優先選擇慣性動作捕捉技術。
任何一項新技術的應用都會有一個階段性的過程，會先從一個小的地方開始，比如李安在拍《少年派的奇幻漂流》時，就應用了慣性動捕技術來做拍攝前的預演。劉昊揚認為，慣性動作捕捉技術對電影領域的影響是長遠的，光學動作捕捉技術的高精準特性在其他領域有著更好的應用空間，但在電影的特效製作上，最終由慣性動作捕捉技術取而代之似乎是必然的。
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