浅谈三维动作捕捉技术对国产动

范文一：浅谈三维动作捕捉技术对国产动画的发展

三维运动捕捉技术课程设计报告

学院: 化工学院

学号: P142014673

姓名: 林文鑫

联系电话: 18394140685

联系邮箱: 365852854@qq.com

填写日期: 2015/12/26

浅谈动作捕捉技术对国产电影动画的发展

——以国产动画《秦时明月》与《大圣归来》例

摘要:三维动画作为一种视觉冲击力强、效果逼真的动画类型在计算机动画领域中越来越受到重视，三维运动捕捉技术则作为解决三维动画制作的一个手段也被广泛地使用(在此分析国产动画在动作捕捉技术的应用下的帮助，和对未来国产动漫产业的发展前景前瞻。

关键词:三维动捕，三维动画，《秦时明月》，《西游记之大圣归来》背景知识:在信息时代的今天，各种缤纷炫目的影视节目充斥着我们的眼球，各种现实与不现实的表现形式都可以在众多影视媒体中所见。影片类型从影视片头、栏目包装、企业宣传、电视广告到各类电影特技，每天变换着花样的展示给大众，形态也从最初的二维动画到如今随处可见的三维动画，让人们看的同时，也不免去思考这些现实与不现实的的东西是如何实现的。

一三维动作捕捉技术

1、三维运动捕捉技术是指在真实运动物体(例如人、动物)的关键部位设置跟踪器，计算机通过跟踪和处理这些跟踪器的位置，将运动物体的动作数据记录下来形成三维动作数据，最后将这些动作数据重新赋予动画模型，从而创造出动画模型真实而自然的动作(目前常用的运动捕捉技术主要有机械式、声学式、电磁式和光学式，其中光学式运动捕捉由于其采样速率高、表演者活动范围大、无电缆和机械装置的限制等优点而最为常见(

2、三维动捕在国产三维动画《秦时明月》的应用:在以往的计算机动画制作中，我们都是使用三维动画制作软件来制作三维角色的形象并调制角色动作。整个角色动作都是由操作人员逐帧调整的，这样动作的制作工作就变得十分烦琐、复杂，且极易出现误差，效率很低。

所以一般使用三维动画制作软件制作出来的动作时间都不会很长，而且有些动作制作得十分拙劣。这一现象在某些电影电视作品中并不难发现。以Motion capture为基础的动画制作系统将物体的实际动作数据记录下来输入计算机，经处理后由计算机在虚拟镜头中恢复，同时控制材质。由于它记录的是物体的实际运动，所以动作精确，效率极高。

《秦时明月》中画面场景

动画制作是群策群力的活动，需要遵循一定的工业流程才能确保动画产品的质量。角色的动作采集也要遵循一定的标准才能达成。《秦时明月》中涉及的角色动作均采用了运动捕捉技术。以下动作捕捉工业流程图，该图详细描述了运动捕捉环节涉及的每个关键节点。整个流程共分5个阶段:前期准备、采集沟通、制订计划、动作捕捉、数据处理与修正。该捕捉流程同样也适用于其他工作原理的捕捉设备(图2)。

二、三维动作捕捉技术给动画发展带来的影响

如今的国产动画电影水平，相比国外的一些优秀制作公司做出来的作品，差距明显，但是今年的《西游记之大圣归来》让全世界的人都看到了国产动画水平的进步。《大圣归来》拥有一个极其优质的创意与前提，并别在人设、场景设计、细节处理方面极其用心。举例而言，孙悟空的形象设计能脱离俗套，并且在塑造上比较鲜活，有潜力成为中国近年来动画电影中的典型人物。包括混沌、山妖、土地公等颇具特色的形象都是创作者专业精神的体现。三维动捕技术的应用也是动画本身的动作场景更加合理和具有观赏性。然而因为国产动画对特效的过于重视，反而忽视了动画本身所能带给观众的东西。在动作场面的处理上一厢情愿，空间混乱，为动画的精彩(确实在美术、造型、摄影方面极其突出)而忽略了场面调度的合理性，无效越轴比比皆是，导致本可以更加精彩的大闹天宫戏份略为跳脱，看得人头昏眼花，复杂有余而精致不足。另外，许多人诟病的剧情方面的问题确实是存在的，后继乏力，原因是编导对于几个人物出现时的剧情非常自信，然而在进行过程中逐渐失去支撑点，用了一个妖精用孩子做药引子的简

单矛盾解决一切。不得不说，影片在剧情设置方面的重点依然强调在人物形象本身，诸如悟空的自我蜕变，然而对于外部冲突的营造略显幼稚。然而，总的来说，《大圣归来》即使不放在中国动画的大环境下看，也依然是一部相当不错的、合格的动画电影。这是可以肯定的。以前的国产动画，总被国人批以“幼稚”的名头，但是如今一部《大圣归来》彻底打破了国人对之前的想法，《大圣归来》的成功是动画技术上的成功，恶劣的环境促进了《大圣》的成功，但于此同时也阻碍了良心动画创新性的发展。在中国试想一下，如果不是国人对于《大圣》这一题材的熟悉，又有多少人会去买它的电影票呢,我们长抱怨国产动画的主角不是小孩子就是小动物。但是真的是无奈之举，在中国，动画被大众和审核员贴上的标签就是给小孩子看的，所以你想要成功就必须得用低幼的形象去迎合市场，这种由国情束缚和商业束缚造成的选材束缚，牢牢的限制住了国产动漫的发展。让一个个不想着吃老本，不想着卖情怀的奇思妙想胎死腹中。和《大圣》一样的优质动画不是没有，但他们即使成功，票房不差，但也打不到大圣这样的成就。大圣的成功，向我们证明了只要用心做，认真做，脚踏实地的做，国产动画也是能像模像样的也是能得到大家的尊重与认可的这在一定程度上可以改变人们对于国产动画的偏见让那些胸怀大志的动画人们有一个明确的奋斗目标从而推动整个行业的积极发展这对于所有热爱动画的人来说，都是一件值得高兴的事不过凡事都有正反面大圣的功成名就，在让人们高呼国漫崛起的同时也会引导出不良的趋势在动画质量上大圣的票房口碑双赢为本来就缺乏创意的业界提供

了一个非常不好的模版，那就是情怀加特技。这种为了证明自己拼命的做大场面和动作戏忽视故事本身的行为，一旦让前者尝到了甜头，很可能反而是国产动画，进入一个依靠特技卖座的时代。但是不可否认的是，随着数码电影制作的发展，对运动捕捉的需要也会越来越高。也将会有越来越多的动画加入到动捕的大军中来。这也对今后动画制作的要求越来越高，水准的提高必定带来专业水平的提升。这从长远上看，对于国产动画是一个好消息。

三、三维动捕技术对于动画的发展前景

中国的三维动画技术未来要发展，解决三维动画技术问题是关键。国外一流的动画公司都有自己的软件研发团队，掌握的技术非常先进。中国的人才其实不算少，从我国承接的大量外包可以知道，但都没有形成优良的团队来创造技术，与动画人员配备的计算机技术人员更加少。中国的计算机人员不懂动画技术，动画人员不懂计算机，所以交流与合作有问题。中国需要在高级教育中培养计算机与动画兼备的专业型人才，也需要引入高级技术人员。虽然中国的三维动画技术相比国外暂时落后，但是发展前景还是非常值得肯定的。综观三维动画的发展历程，相信不久的将来，三维将进入千家万户，不再是大电影厂和专业影视制作公司的垄断的专利，这几年做三维和学三维的人日益增多，三维平台的趋势由高端过渡到低端，不再需要几十万的工作站，一般家庭电脑就可以做出很专业的三维作品，三维动画制作的收费也日趋合理，三维建筑、室内效果图也下降了很多。而三维动画人才已经成为国内市场迫切需求的高薪，高技术人才，根据资料显

示，动画行业是未来最受欢迎的高薪职业之一。CG动画行业在中国发展的速度很快，我们在电视广告、动画片、电影中经常能看到三维动画设计的元素，在广告、影视、游戏等行业中，三维动画创作人才都是非常抢手的"香饽饽"。

四、总结

本文论述了三维动捕对于国产动画的发展的影响。人类历史上，任何一种创新技术的诞生与发展，势必会影响与其相关联的产业发生变革。毫无疑问，运动捕捉技术的发明与创造已逐步改变了影视动画行业的制作规范与设计思维。对于动画人来说，动画电影已经不仅仅是讲故事，三维动捕的介入无意会使动画更具观赏价值。但是作为动画的本身所传达的内容不能被忽视，这才是电影动画最最重要的部分。三维动捕作为一个先进技术，是为了使动画电影的进步，而不是是动画缺失灵魂的。

参考文献:

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报.Sep( 2011 Vol( 21 No( 5

2. 上官大堰黄心渊王婧慧. 运动捕捉技术在三维动画中的应用流

程研究 ——以原创动画艺术短片《云之南》为例.2014 ? 04 3. 谢鑫; 粟冰妮.动作捕捉技术能否成为动画判定界限,,N,中国

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4. LexBurner. 【完结有槽点】大圣归来,国漫崛起,哔哩哔哩弹幕

网. 2015-11-28

范文二：.隔墙有眼的动作捕捉技术

在许多人仍然对微软的 Kinect 动作捕捉技术津津乐道的时候，麻省理工学院(MIT)的技术狂人们已经将其升级为 “隔墙有眼” 的动作捕捉技术。

日前，MIT 电脑科学与人工智能实验室(CSAIL)展示了一组隔墙捕捉活动的装置。其通过一台改装后的 Kinect，但不再利用原来的感应器与镜头，取而代之的是四条灵敏的讯号天线(3条用于发射，1条负责接收)，实现对墙壁另一边的物体动作进行捕捉。

而谈到该技术的先进性与必要性，项目负责人 Fadel Adib 表示，动作捕捉除了用作游戏外，用于定位同样非常重要。因为对于目前的室内定位技术来说，通过 WiFi 讯号定位仍然存在不足，例如定位对象需要无时无刻携带 “信号收发装置” 在身上——例如智能手机。

而 MIT 团队的技术，则不需要定位目标携带信号收发装置，只需要通过向对方发射信号，利用对方身体反射回来的信号即可实现定位，而且最让人觉厉的地方在于，这种技术的定位精度，远远高出 WiFi 定位，误差居然不超过 10 厘米。

目前该技术能实现对墙壁另一边的物体进行精确的活动轨迹记录，就如在视频中展示的一样，被捕捉的物体的行动，在另一间房间中一览无遗。

当然，就如钢铁侠的 Mark I 一样，再牛哄哄的技术诞生之初，原型机还是可以做得相当原始。

这套 MIT 隔墙定位装置仍然有许多不足。首先其体积仍然相当巨大，除【隔断墙】www.5g6d.com了 Kinect 作为本体外，团队仍需要外置复杂的电路和线材，用于定位信号的生成与信号反馈后的编译。为了减低干扰和保证信号强度，天线需要设计得比较魁梧，而且三条发射天线之间还需要至少保持 1 米的距离。因而导致设备占用的面积巨大。

据团队透露， “Mark II” 版本正在密锣紧鼓地开发中，针对目前机器对信号处理仍然非常原始，物体反馈出来的信号仅能以一个红点表示，下一版装置有望实现和原装 Kinect 上一样，能呈现出物体的 “剪影”。而且针对目前的原型机如果同时面超过一个的活动物体，就

会罢工的问题，也会在未来得到解决。

目前，这款 “加强版 Kinect” 除了能用作定位、偷窥之外，还能实现 3D (在 X、Y 轴基础上，多了 Z 轴)动作捕捉。这个技术相当有用，比如能对病人家进行看护，如果病人万一倒下了，系统即能辨别出来，然后提醒远方的家人。

对了，这项技术目前已经申请相关专利，但团队目前对其商用化还未有什么头绪。

说不定某天被某财团收购后，大有作为,

(YouTube | Youku)

题图来自:SfbayView

范文三：动作捕捉技术

动作捕捉技术(Motion Capture)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。早期动作捕捉只记录演员的肢体语言，脸部则靠动画师后期绘上(当然在制作时也会参考演员表演)。但是《猩球崛起》在表情捕捉技术上取得了突破性的进展，首次使用了“脸部肌肉组织模拟技术”(Facial Tissue Simulations)，使得演员的演技得以最大化传达给观众，让人意识到“动作捕捉技术”越来越应该被称作“表演捕捉技术”<猩球崛起>>通过“动作捕捉”技术呈现的猩猩凯撒，经典程度也不遑多让。凯撒兽性未泯与人性初露的种种复杂、微妙的表情和肢体语言，都在影片中呈现得极为自然鲜活，真正达到了以假乱真、真假难辨的高超境界。当影片结尾凯撒以平等的姿态站立在威尔博士面前时，神态中那种充满猩猩尊严的独立与霸气，无疑让观众更为真切地理解了“猩球崛起”这一片名的含义。可以说，正是“动作捕捉”技术成就了这部影片，更证明了好莱坞先进的电影科技不仅仅只有在动作场面中营造夸张的视听噱头这一条路可走，将技术与故事完美结合，即便没有多少大场面、即使没有太多的

动作戏,也可以赢得很好的口碑.

范文四：动作捕捉技术

动作捕捉技术

Motion capture 技术涉及尺寸测量、物理空间里物体的定位及方位测定等方面可以由计算机直接理解处理的数据。在运动物体的关键部位设置跟踪器，由 Motion capture 系统捕捉跟踪器位置，再经过计算机处理后向用户通过可以在动画制作中应用的数据。当数据被计算机识别后，动画师即可以在计算机产生的镜头中调整、控制运动的物体。

从应用角度来看，表演动画系统主要有表情捕捉和身体运动捕捉两类;从实时性来看，可分为实时捕捉系统和非实时捕捉系统两种。

用于动画制作的运动捕捉技术的出现可以追溯到 20 世纪 70 年代，迪斯尼公司曾试图通过捕捉演员的动作以改进动画制作效果。当计算机技术刚开始应用于动画制作时，纽约计算机图形技术实验室的 Rebecca Allen 就设计了一种光学装置，将演员的表演姿势投射在计算机屏幕上，作为动画制作的参考。之后从 20 世纪 80 年代开始，美国 Biomechanics 实验室、 Simon Fraser 大学、麻省理工学院等开展了计算机人体运动捕捉的研究。此后，运动捕捉技术吸引了越来越多的研究人员和开发商的目光，并从试用性研究逐步走向了实用化。 1988 年， SGI 公司开发了可捕捉人头部运动和表情的系统。随着计算机软硬件技术的飞速发展和动画制作要求的提高，目前在发达国家，运动捕捉已经进入了实用化阶段，有多家厂商相继推出了多种商品化的运动捕捉设备，如 MotionAnalysis 、 Polhemus 、 Sega Interactive 、

MAC 、 X-Ist 、 FilmBox 等，其应用领域也远远超出了表演动画，并成功地用于虚拟现实、游戏、人体工程学研究、模拟训练、生物力学研究等许多方面。

到目前为止，常用的运动捕捉技术从原理上说可分为机械式、声学式、电磁式和光学式。同时，不依赖于专用传感器，而直接识别人体特征的运动捕捉技术也将很快走向实用。不同原理的设备各有其优缺点，一般可从以下几个方面进行评价:定位精度;实时性;使用方便程度;可捕捉运动范围大小;成本;抗干扰性;多目标捕捉能力。

从技术的角度来说，运动捕捉的实质就是要测量、跟踪、记录物体在三维空间中的运动轨迹。典型的运动捕捉设备一般由以下几个部分组成:

? 传感器。所谓传感器是固定在运动物体特定部位的跟踪装置，它将向 Motion capture 系统提供运动物体运动的位置信息，一般会随着捕捉的细致程度确定跟踪器的数目。

? 信号捕捉设备。这种设备会因 Motion capture 系统的类型不同而有所区别，它们负责位置信号的捕捉。对于机械系统来说是一块捕捉电信号的线路板，对于光学

Motion capture 系统则是高分辨率红外摄像机。

? 数据传输设备。 Motion capture 系统，特别是需要实时效果的 Motion capture 系统需要将大量的运动数据从信号捕捉设备快速准确地传输到计算机系统进行处理，而数据传输设备就是用来完成此项工作的。

? 数据处理设备。经过 Motion capture 系统捕捉到的数据需要修正、处理后还要有三维模型向结合才能完成计算机动画制作的工作，这就需要我们应用数据处理软

件或硬件来完成此项工作。软件也好硬件也罢它们都是借助计算机对数据高速的运算能力来完成数据的处理，使三维模型真正、自然地运动起来。

技术之一:机械式运动捕捉

机械式运动捕捉依靠机械装置来跟踪和测量运动轨迹。典型的系统由多个关节和刚性连杆组成，在可转动的关节中装有角度传感器，可以测得关节转动角度的变化情况。装置运动时，根据角度传感器所测得的角度变化和连杆的长度，可以得出杆件末端点在空间中的位置和运动轨迹。实际上，装置上任何一点的运动轨迹都可以求出，刚性连杆也可以换成长度可变的伸缩杆，用位移传感器测量其长度的变化。

早期的一种机械式运动捕捉装置是用带角度传感器的关节和连杆构成一个 " 可调姿态的数字模型 " ，其形状可以模拟人体，也可以模拟其他动物或物体。使用者可根据剧情的需要调整模型的姿态，然后锁定。角度传感器测量并记录关节的转动角度，依据这些角度和模型的机械尺寸，可计算出模型的姿态，并将这些姿态数据传给动画软件，使其中的角色模型也做出一样的姿态。这是一种较早出现的运动捕捉装置，但直到现在仍有一定的市场。国外给这种装置起了个很形象的名字: " 猴子 " 。

机械式运动捕捉的一种应用形式是将欲捕捉的运动物体与机械结构相连，物体运动带动机械装置，从而被传感器实时记录下来。 X-Ist 的 FullBodyTracker 是一种颇具代表性的机械式运动捕捉产品。

这种方法的优点是成本低，精度也较高，可以做到实时测量，还可容许多个角色同时表演。但其缺点也非常明显，主要是使用起来非常不方便，机械结构对表演者的动作阻碍和限制很大。而 " 猴子 " 较难用于连续动作的实时捕捉，需要操作者不断根据剧情要求调整 " 猴子 " 的姿势，很麻烦，主要用于静态造型捕捉和关键帧的确定。

技术之二:声学式运动捕捉

常用的声学式运动捕捉装置由发送器、接收器和处理单元组成。发送器是一个固定的超声波发生器，接收器一般由呈三角形排列的三个超声探头组成。通过测量声波从发送器到接收器的时间或者相位差，系统可以计算并确定接收器的位置和方向。 Logitech 、 SAC 等公司都生产超声波运动捕捉设备。

这类装置成本较低，但对运动的捕捉有较大延迟和滞后，实时性较差，精度一般不很高，声源和接收器间不能有大的遮挡物体，受噪声和多次反射等干扰较大。由于空气中声波的速度与气压、湿度、温度有关，所以还必须在算法中做出相应的补偿。

技术之三:电磁式运动捕捉

电磁式运动捕捉系统是目前比较常用的运动捕捉设备。一般由发射源、接收传感器和数据处理单元组成。发射源在空间产生按一定时空规律分布的电磁场;接收传感器(通常有 10 , 20 个)安置在表演者身体的关键位置，随着表演者的动作在电磁场中运动 , 通过电缆或无线方式与数据处理单元相连。

表演者在电磁场内表演时，接收传感器将接收到的信号通过电缆传送给处理单元，根据这些信号可以解算出每个传感器的空间位置和方向。 Polhemus 公司和 Ascension 公司均以生产电磁式运动捕捉设备而著称。目前这类系统的采样速率一般

为每秒 15 , 120 次(依赖于模型和传感器的数量)，为了消除抖动和干扰，采样速率一般在 15Hz 以下。对于一些高速运动，如拳击、篮球比赛等，该采样速度还不能满足要求。电磁式运动捕捉的优点首先在于它记录的是六维信息，即不仅能得到空间位置，还能得到方向信息，这一点对某些特殊的应用场合很有价值。其次是速度快，实时性好，表演者表演时，动画系统中的角色模型可以同时反应，便于排演、调整和修改。装置的定标比较简单，技术较成熟，鲁棒性好，成本相对低廉。

它的缺点在于对环境要求严格，在表演场地附近不能有金属物品，否则会造成电磁场畸变，影响精度。系统的允许表演范围比光学式要小，特别是电缆对表演者的活动限制比较大，对于比较剧烈的运动和表演则不适用。

技术之四:光学式运动捕捉

光学式运动捕捉通过对目标上特定光点的监视和跟踪来完成运动捕捉的任务。目前常见的光学式运动捕捉大多基于计算机视觉原理。从理论上说，对于空间中的一个点，只要它能同时为两部相机所见，则根据同一时刻两部相机所拍摄的图像和相机参数，可以确定这一时刻该点在空间中的位置。当相机以足够高的速率连续拍摄时，从图像序列中就可以得到该点的运动轨迹。 MotionAnalysis 公司是该领域的佼佼者。

典型的光学式运动捕捉系统通常使用 6 , 8 个相机环绕表演场地排列，这些相机的视野重叠区域就是表演者的动作范围。为了便于处理，通常要求表演者穿上单色的服装，在身体的关键部位，如关节、髋部、肘、腕等位置贴上一些特制的标志或发光点，称为 "Marker" ，视觉系统将识别和处理这些标志，如图 4 所示。系统定标后，相机连续拍摄表演者的动作，并将图像序列保存下来，然后再进行分析和处理，识别其中的标志点，并计算其在每一瞬间的空间位置，进而得到其运动轨迹。为了得到准确的运动轨迹，相机应有较高的拍摄速率，一般要达到每秒 60 帧以上。

如果在表演者的脸部表情关键点贴上 Marker ，则可以实现表情捕捉，如图 5 所示。目前大部分表情捕捉都采用光学式。

有些光学运动捕捉系统不依靠 Marker 作为识别标志，例如根据目标的侧影来提取其运动信息，或者利用有网格的背景简化处理过程等。目前研究人员正在研究不依靠 Marker ，而应用图像识别、分析技术，由视觉系统直接识别表演者身体关键部位并测量其运动轨迹的技术，估计将很快投入实用。

光学式运动捕捉的优点是表演者活动范围大，无电缆、机械装置的限制，表演者可以自由地表演，使用很方便。其采样速率较高，可以满足多数高速运动测量的需要。

Marker 的价格便宜，便于扩充。

这种方法的缺点是系统价格昂贵，虽然它可以捕捉实时运动，但后处理(包括 Marker 的识别、跟踪、空间坐标的计算)的工作量较大，对于表演场地的光照、反射情况有一定的要求，装置定标也较为烦琐。特别是当运动复杂时，不同部位的 Marker 有可能发生混淆、遮挡，产生错误结果，这时需要人工干预后处理过程。

运动捕捉技术在其他领域的应用将运动捕捉技术用于动画制作，可极大地提高动画制作的水平。它极大地提高了动画制作的效率，降低了成本，而且使动画制作过程更为直观，效果更为生动。随着技术的进一步成熟，表演动画技术将会得到越来越广

泛的应用，而运动捕捉技术作为表演动画系统不可缺少的、最关键的部分，必然显示出更加重要的地位。

运动捕捉技术不仅是表演动画中的关键环节，在其他领域也有非常广泛的应用前景。

提供新的人机交互手段表情和动作是人类情绪、愿望的重要表达形式，运动捕捉技术完成了将表情和动作数字化的工作，提供了新的人机交互手段，比传统的键盘、鼠标更直接方便，不仅可以实现 " 三维鼠标 " 和 " 手势识别 " ，还使操作者能以自然的动作和表情直接控制计算机，并为最终实现可以理解人类表情、动作的计算机系统和机器人提供了技术基础。

虚拟现实系统为实现人与虚拟环境及系统的交互，必须确定参与者的头部、手、身体等的位置与方向，准确地跟踪测量参与者的动作，将这些动作实时检测出来，以便将这些数据反馈给显示和控制系统。这些工作对虚拟现实系统是必不可少的，这也正是运动捕捉技术的研究内容。

机器人遥控机器人将危险环境的信息传送给控制者，控制者根据信息做出各种动作，运动捕捉系统将动作捕捉下来，实时传送给机器人并控制其完成同样的动作。与传统的遥控方式相比，这种系统可以实现更为直观、细致、复杂、灵活而快速的动作控制，大大提高机器人应付复杂情况的能力。在当前机器人全自主控制尚未成熟的情况下，这一技术有着特别重要的意义。

互动式游戏可利用运动捕捉技术捕捉游戏者的各种动作，用以驱动游戏环境中角色的动作，给游戏者以一种全新的参与感受，加强游戏的真实感和互动性。

体育训练运动捕捉技术可以捕捉运动员的动作，便于进行量化分析，结合人体生理学、物理学原理，研究改进的方法，使体育训练摆脱纯粹的依靠经验的状态，进入理论化、数字化的时代。还可以把成绩差的运动员的动作捕捉下来，将其与优秀运动员的动作进行对比分析，从而帮助其训练。

另外，在人体工程学研究、模拟训练、生物力学研究等领域，运动捕捉技术同样大有可为。

可以预计，随着技术本身的发展和相关应用领域技术水平的提高，运动捕捉技术将会得到越来越广泛的应用。

美国魔神公司毫无疑问是动作捕捉行业的领导者，为全球近千用户提供卓越性能的光学动作捕捉及分析系统，遍及动画制作、运动分析、工业测量与控制等各个领域。

目前，光学式运动捕捉主要分成两类:主动式运动捕捉技术和被动式运动捕捉技术。他们的工作原理都是一样的，不同的地方就是:

被动式运动捕捉系统所使用的跟踪器是一些特制的小球，在它的表面涂了一层反光能力很强的物质，在摄像机的捕捉状态下，它会显得格外的明亮，使摄像机很容易捕捉到它的运动轨迹。

但是主动式的运动捕捉系统所采用的跟踪点是本身可以发光的二极管，它无须辅助发光设施，但是需要能源供给。

被动式捕捉的摄像机在镜头的周围是一些会发光的二极管，Marker正是把这些二极管所发出的光反射回到镜头里，在每帧图像中形成一个个亮点。这样才使系统有“迹”可寻。主动式捕捉所需要的摄像机则不用本身带有发光的功能。

(3)优点

光学式运动捕捉的优点是表演者活动范围大，无电缆、机械装置的限制，使用方便。采样速率较高，可以满足多数体育运动测量的需要。Marker价格便宜，便于扩充。

(4)缺点

系统价格昂贵，虽然它可以捕捉实时运动，但后处理(包括Marker的识别、跟踪、空间坐标的计算)时间长。这类系统对于表演场地的光照、反射情况敏感。装置定标也较为繁琐，特别是当运动复杂的时候。不同部位的Marker很容易混淆、遮挡，产生错误的结果，经常需要人工干预后处理过程。

由于这样那样的各种限制，所以几乎所有的光学跟踪系统都还需要依靠后序处理程序对捕捉的数据进行分析，加工和整理然后才能把这些数据应用到动画角色模型上去。

范文五：光学式动作捕捉技术在影视动画中的发展

光学式动作捕捉技术在影视动画中的发展

动作捕捉技术是指在被测物体的关键部位设置跟踪器，测定被测物体在物理空间里的坐标和方位，经过计算机处理后得到三维空间坐标的数据，可以应用于娱乐、体育、医疗应用、电脑视觉以及机器人技术等诸多领域。

而光学式动作捕捉系统是由多个高速相机从不同角度对目标特征点的监视和跟踪来完成运动捕捉的任务。从定位精度、实时性、使用方便程度等方面来看，光学式动作捕捉技术的优势比较明显，所以，在当今影视动画市场下被广泛使用。

一、光学式动捕系统在影视动画中的发展

由棚内到户外

在电影工业中，一般动作捕捉都是在摄影棚中完成的，因为动作捕捉时需要大量设备、电缆、计算机等，一般不易于携带，而光学式动捕对光线干扰特别敏感。

在棚内拍摄，演员缺乏与实景环境之间的参考与互动，表演难度大大增加，需要靠导演的引导和演员的自我想象。而在户外拍摄，不仅可以用实景创造出真实感，还使得拍摄更加灵活、便捷。能够到户外拍摄，是因为制作者们放弃了传统摄影棚内动捕系统具有反射功能的被动式“Marker”，而采用了主动式“Marker”。这种主动式“Marker”

由系统提供“Marker”发光的电源和控制“Marker”的发光频率，一改原来被动接受光源的方式，主动发射不同频率的红外光源，很大程度上解决了户外多变光学环境的问题。

表情捕捉的发展

人的面部动作是十分复杂的，眼神、表情是表演的核心和精华部分。要百分之百把演员的表演移植到CG角色上去，难度是非常大的。表情捕捉的发展可以看作从头到全身、从轮廓到细节的进步。早期的动捕技术还只能处理头、四肢这些大的身体部位，直到2009年，《阿凡达》的出现标志着表情捕捉技术已经走向成熟。维塔团队改进了软件的算法，并发明了头戴式摄像头，用来捕捉演员的表情，即在头盔前加置一个摄像头，并且在演员脸上画上标记点，相较于身体上的标记点，脸部表情动作较为丰富，所以标记点比较相近且密集。头戴式表情捕捉系统完美解决了演员面部表情高精度采集的问题，从此以后，头戴式摄像头就成为了动作捕捉的标配。

虚拟拍摄技术

虚拟拍摄是指运用现场硬件GPU渲染的技术，在拍摄现场，通过虚拟摄影机完成画面的预演。预演的画面中，现场背景的绿屏变成了CG的外星环境，前景的动作捕捉的演员变成了CG演员。在电影《阿凡达》中，导演卡梅隆使用了手持的“虚拟摄影机”，监视器上贴着运动捕捉系统中使用的“Marker”，其位置能被固定在影棚顶的数百个红外摄像机跟踪定位，算出这个虚拟摄影机的三维位置，然后与现场计算机内的三维摄像机进行参数绑定、运算，结果以视频信号的

方式回传到卡梅隆手中，这样可以让导演既看到面前演员的表演，也可以看到 CG 角色的演出。

虚拟摄像机不仅使得制作团队以更接近实拍的方式处理虚拟拍摄，也提高了导演与演员和后期团队的沟通效率，同时还让投资方尽早看到影片小样，降低了修改成本，从而使整体拍摄更有计划，有效控制预算。

二、影视动画中光学式动捕系统的应用建议

光学式动作捕捉系统的应用虽然为影视动画创作手段翻开了新的篇章，但同时也带来了新的问题。传统影视动画的创作过程是创作者通过自己长期的积累去创作角色的动作，反映了客观事实规律的同时进行主动的艺术创造。动作捕捉能够准确地纪录人的动作信息，甚至是表情信息，能够让CG角色逼真如真人般动起来。但是很多艺术作品，只是对真人动作的照相式的直接摹写，盲目地运用这一新的科学技术，而忽略掉了艺术的创作，直接把动捕数据套在 CG角色上，最后的效果差强人意，失去了艺术的张力和质感。

那么，怎样才能更好地把光学式动捕系统应用到影视动画中，使影视动画增色，而不失去艺术表现力,笔者认为，动捕精准的数据，可以作为我们创作动作的参考数据，而不是作为作品的核心。动捕前，应当根据故事板对表演的动作进行计划;动捕时，表演者和动捕技术人员应与动画师、导演通力配合，及时调整动作。只有有效地将动捕数据与动画师的艺术表现力相结合，才能创作出优秀的影视动画作品。

三、结语

光学式动捕系统能够大大提高影视动画的制作效率，节约成本，提高作品质量。此外，它也给了导演在电影上极大的创作空间，能够使其无限发挥自己的想象能力，创作出好的作品。但动捕技术的发展只能作为创作的一种观察手段，在利用动捕系统的同时，应该注重艺术的观察、思考与创作，从而使这一新型的技术手段在影视动画领域得到更好地使用，发挥其价值，创作出高质量的影视动画作品。

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