从动画到影视，虚拟动点动作捕捉技术，助力多元科技发展

1914年创作了《大力水手》等知名动画的动画师Max Fleischer发明了转描机技术(Rotoscoping),并将其应用在自己的系列动画《逃出墨水池(Out of the Inkwell)》中。转描机技术的原理是将真人表演拍摄的胶片用转描机(Rotoscope)每次播放一帧画面并投射到毛玻璃上,以供动画师在此基础上逐帧描摹真人的动作(即拓印),最终将所有拓印所得画幅串联起来成为动画作品。

《逃出墨水池》中,由Max的弟弟Dave Fleischer表演拍摄的视频就是该动画中小丑这一形象的参考原型,也是自此,转描机技术逐渐开始被世界各地动画制作公司广泛使用。

1937年迪士尼公司精确地将转描机技术运用在动画片《白雪公主和七个小矮人》中,这也是历史上首部运用转描机技术生成的长篇动画作品。白雪公主的描绘原型为迪士尼公司聘请的一位会跳舞的女孩,动画师和助手常常参考原型视频,有时甚至需要从镜子里看自己,以观察人自然的体态姿势。电影主要使用了关键格动画,需要人手绘制帧动态,并在两个不同的关键帧之间填充人物自然过渡的动作形态。

到1941年,中国上海美术电影厂在《铁扇公主》中亦运用了这样的技术,并在海内外一举成名,取得了巨大成功。

转描机技术成片效果如此之好,甚至原版《星球大战》三部曲当中也使用了它来制作发光剑的特效,但由于该技术以描绘为核心,现代许多动画导演都避讳使用,即使用到,提及时也常常宣称成片仅以视频作参考,而非直接描画。

该技术给动画的灵动性带来了飞跃性的提升,但由于需要大量手绘,所需的人力和时间成本都较高,虽已存在很长时间,但是其替代方法也随之迅速发展起来。转描机技术被发明的五十年后,随着生物力学实验室开始使用电脑分析人类动作,动作捕捉类研究终于在计算机图形学领域找到了自己的一席之地,而现代动作捕捉技术时代也终于到来。

20世纪80年代,思蒙弗雷泽大学(Simon Fraser University)人体运动学与计算机科学的Tom Calvert教授最早将“机械版动作捕捉系统”使用在舞台舞蹈设计学和运动异常的临床评估中,他将多个电位器安装在人体上并使用人体动作输出的数据来驱动电脑中的动画形象。Calvert和他的团队使用电位器重点研究了膝关节区域,“模仿系统”中的动作数据被数字化后进行输出转换,并被发送至计算机动画系统。

此番生物力学研究为未来的影片制作铺平了道路,在接下来的十五年中,当动作捕捉与计算机图形技术相遇,动作数据的易得性使动作捕捉技术快速发展,并相继被完整、大规模地运用到游戏与电影行业。

1994年,电影《指环王》的拍摄则第一次将动捕拍摄步骤带到了拍摄现场,动捕演员先驱AndySerkis在场地中可以作为“咕噜”这一角色和其他演员进行互动,这样的互动更加有利于角色的塑造,因为只有当演员在表演过程中获得了其他演员的情绪和语言反馈,自身情绪才能更酣畅地被释放,角色才能更加有血有肉、活灵活现。

电影博客ScreenCrush的副主编Nick Romano总结道:“虽然游戏行业率先将动捕技术运用到娱乐领域,但特效艺术家John Dykstra很快便注意到了这一趋势,并决定将其应用到Val Kilmer执导的《永远的蝙蝠侠》(1995)中,为Kilmer的一些特技动作创造一个数字替身。自此,导演James Cameron也在《泰坦尼克号》(1997)中小范围使用了动捕技术,2000年Ridley Scott将其运用在电影《角斗士》中,而Jorge Lucas则在创作《星球大战前传》(1999-2005)中的Jar Jar Binks这一角色时使用到了动捕技术。”

2005年,《金刚》在动作捕捉技术上增加了另一层创新——电影使用了面部捕捉技术,加上大量的后期制作,制作组在金刚的脸上精准还原了演员表演时自然连贯的表情神态。而在《金刚》上映前,面部捕捉技术还未被真正使用到电影中,面部动画仅能通过后期制作实现,动画师必须依靠真人视频作参考来制作数字虚拟面部动态。而随着技术的进步和电影行业的长足发展,面部捕捉技术在电影产业中扮演的角色逐渐越发重要。

2009年上映的《阿凡达》可以说是将动作捕捉与表情捕捉技术成功结合的先驱者。导演JamesCameron与团队使用了头戴式面部捕捉相机,并建立了有史以来最大的拍摄与动作捕捉影棚,Cameron为《阿凡达》开发的“虚拟拍摄(Virtual Cinematography)”也经常被使用。

2006年的《加勒比海盗2:聚魂棺》也因为在电影中使用了面部捕捉技术而闻名世界。

拍摄时,摄制组使用了面部捕捉及动作捕捉技术来捕捉和记录Bill Nighy及扮演被诅咒船员演员们的动作数据。

这种面部捕捉和动作捕捉相结合的高成本拍摄方式在当时仍不算常见,但随着技术的发展和相关成本的下降,2011年,动捕设备已经非常小巧和轻便,且不会对表演效果产生较大影响。

到了《霍比特》三部曲及《猩球崛起》时期,在电影拍摄过程中使用演员间可交互式面部及动作捕捉技术已经是影界标准做法。在原有动捕技术的基础上,技术层面,科研人员也实现了从红外被动标记点捕捉到红外主动标记点捕捉的技术开发,而在《猩球崛起》中使用的户外实景动作捕捉技术也已逐渐成熟,并开始被电影界广泛使用。

2019年,一部CG与真人结合的电影《阿丽塔:战斗天使》诞生。拍摄过程中,技术人员在演员面部标记了重要活动肌肉,而演员头戴的高清摄像机捕捉的面部动态图像能够被一帧一帧实时转换成面部捕捉数据,用来驱动虚拟人物的动态与神情,重建了虚拟人物“阿丽塔”的面部肌肉系统。

《阿凡达》的导演、《阿丽塔》的制片人JamesCameron在接受电影专访时说道:“(表演的)一切都是以面部为中心的,如果你能带给观众逼真的动态面部特写,观众就更容易忘记这个人物是虚拟的。”《阿丽塔》中大量使用面部捕捉技术,几乎省略了以往后期制作中有关面部表情的所有制作修补,也正是因为该电影技术的大幅提升,动作捕捉(Motion Capture)与面部捕捉(Facial Capture)相结合的虚拟人物拍摄方式逐渐进入了大众视野,并被统称为“表演捕捉(Performance Capture)”。

重温了一个世纪的美好,我们一同见证了动捕技术的飞速发展,一个个生动鲜明的角色跃然屏上。动捕技术的成长不会止步于此,它的无限潜力让我们对未来更加多元的科技生活充满期待。