影視動(dòng)畫制作中運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)的運(yùn)用分析,計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)論文摘要：計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了影視動(dòng)畫制作技術(shù)的飛速發(fā)展,運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)則是影視動(dòng)畫制作經(jīng)過中非常重要的一項(xiàng)技術(shù),使影視動(dòng)畫的場(chǎng)景愈加形象和生動(dòng)。本文立足于運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)的原理,具體分析了三維重建等技術(shù)在影視動(dòng)畫制作經(jīng)過中的詳細(xì)應(yīng)用。本文關(guān)鍵詞語：運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù);動(dòng)畫制作;場(chǎng)景設(shè)計(jì);三維重建;AnalysisoftheapplicationofmotioncapturetechnologyinmovieandTVanimationproductionLIUBingCollegeofFineArts,HubeiUniversityofArtsandSciencesAbstract：Theprogressofcomputertechnologytopromotetherapiddevelopmentofthefilmandtelevisionanimationtechnology,motioncapturetechnologyisveryimportantintheprocessoffilmandtelevisionanimationatechnology,makethefilmandtelevisionanimationscenemoreimageandvivid.Basedontheprincipleofmotioncapturetechnology,thispaperanalyzesindetailtheapplicationof3dreconstructiontechnologyintheprocessoffilmandtelevisionanimationproduction.影視動(dòng)畫制作是一項(xiàng)系統(tǒng)、復(fù)雜的工作,傳統(tǒng)技術(shù)制作動(dòng)畫不僅耗時(shí)長(zhǎng),而且效果并不好。動(dòng)畫制作技術(shù)的進(jìn)步催生了表演動(dòng)畫的出現(xiàn),使得影視動(dòng)畫制作的時(shí)間大大減少,成本進(jìn)一步降低。更重要的是,影視畫面的視覺效果顯著提升,給人愈加真實(shí)、生動(dòng)的感覺。表演動(dòng)畫作為新技術(shù)成果,融合了計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、光學(xué)、電子等多種技術(shù),主要依靠捕捉表演者的動(dòng)作以及表情,最終到達(dá)驅(qū)動(dòng)動(dòng)畫形象模型的結(jié)果[1]。能夠講,在時(shí)下的影視動(dòng)畫制作技術(shù)中,運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)已經(jīng)成為華而不實(shí)最關(guān)鍵的技術(shù)之一,下文將具體分析這一技術(shù)的詳細(xì)運(yùn)用經(jīng)過。1運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)概述運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)是通過現(xiàn)場(chǎng)記錄表演者的動(dòng)作乃至表情在三維空間中的運(yùn)動(dòng)軌跡,并借助計(jì)算機(jī)技術(shù)將這一軌跡轉(zhuǎn)化成為抽象運(yùn)動(dòng),并應(yīng)用到影視動(dòng)畫制作中,使其完成和表演者一樣的動(dòng)畫動(dòng)作,最終并生成動(dòng)畫序列。這一技術(shù)的關(guān)鍵在于捕捉表演者表演經(jīng)過中關(guān)鍵動(dòng)作和表情的相關(guān)數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)加以處理。因而,在實(shí)際的捕捉經(jīng)過中,多是記錄表演者表演的關(guān)鍵軌跡,并不是將所有運(yùn)動(dòng)軌跡都捕捉到。好萊塢的一些大場(chǎng)面制作電影在處理畫面的時(shí)都用到了這項(xiàng)技術(shù),比方講(指環(huán)王〕等,其原理就是從演員身上捕捉關(guān)鍵的運(yùn)動(dòng)軌跡,再合成畫面。影視動(dòng)畫的制作經(jīng)過中同樣是如此,現(xiàn)實(shí)影視動(dòng)畫制作經(jīng)過中,主要有四種運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)。1.1電磁式運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)這種捕捉技術(shù)是由三個(gè)要素構(gòu)成的,即電磁感應(yīng)單元、發(fā)生單元以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。這種技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)在于已經(jīng)比擬成熟,所以使用的成本較小,不僅能夠?qū)崟r(shí)的準(zhǔn)確測(cè)量,而且能夠記錄捕捉對(duì)象的運(yùn)動(dòng)方向以及空間詳細(xì)位置。其缺點(diǎn)主要是采用速率較低,假如捕捉對(duì)象是在做高速運(yùn)動(dòng),則無法進(jìn)行有效捕捉。1.2機(jī)械式運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)這種捕捉技術(shù)主要是借助機(jī)械裝置來測(cè)量和跟蹤運(yùn)動(dòng)軌跡,其優(yōu)勢(shì)主要在于設(shè)備記錄精度高而且成本低,在操作的經(jīng)過中能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)并且捕捉多個(gè)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)軌跡,進(jìn)而將被捕捉的運(yùn)動(dòng)的物體同機(jī)械構(gòu)造連接,利用物體運(yùn)動(dòng)來帶動(dòng)機(jī)械裝置運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)的經(jīng)過中,傳感器就會(huì)記錄下模型的機(jī)械尺度以及角度,進(jìn)而計(jì)算出了模型的姿態(tài),最后將這些姿態(tài)數(shù)據(jù)輸送到制作動(dòng)畫軟件的角色模型上。這種裝置操作比擬便捷,而且不受環(huán)境因素的影響。其缺點(diǎn)在于設(shè)備體積較大,所以不便攜帶,還有就是無法進(jìn)行大幅度的動(dòng)作捕捉,所以限制了表演者的動(dòng)作。1.3光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)這種捕捉技術(shù)也是由攝像機(jī)、位置標(biāo)記點(diǎn)以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三種要素組成,其優(yōu)點(diǎn)在于采速率很高,能夠捕捉到表演者的高速動(dòng)作,彌補(bǔ)了電磁式運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)的缺乏,同時(shí)還便于攜帶,使用方便。光學(xué)式的運(yùn)動(dòng)捕捉是通過監(jiān)視和跟蹤目的的特定的光點(diǎn)來完成捕捉,主要是基于計(jì)算機(jī)的視覺原理。假如空間有一個(gè)點(diǎn),而且這個(gè)點(diǎn)同時(shí)被兩臺(tái)攝像機(jī)所拍攝到,要想確定這個(gè)點(diǎn)的位置,只需要借助這兩臺(tái)攝像機(jī)的參數(shù)以及所拍攝到的圖片就能夠了。其缺點(diǎn)在于使用成本很高,而且對(duì)安裝的要求比擬高。同時(shí),它還對(duì)表演場(chǎng)地的現(xiàn)場(chǎng)情況非常敏感,比方講光照、反射等。1.4聲學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)這種捕捉技術(shù)是由聲波發(fā)生器和接收器、聲波互相處理單元所構(gòu)成。發(fā)生器和接收器分別是由一個(gè)超聲波發(fā)生器以及三個(gè)三角形形狀的超聲探頭所組成。系統(tǒng)則是從聲波從發(fā)生起到接收器之間的時(shí)間來確定接收器所處的方向乃至詳細(xì)位置。眾所周知,聲波的速度是受溫度影響,所以還必需要由測(cè)試溫度的裝置,并在算法中根據(jù)溫度的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)的補(bǔ)償。其最大的優(yōu)點(diǎn)在于解決捕捉經(jīng)過中表演者身體遮擋的問題,而其使用成本較低。其缺點(diǎn)在于精準(zhǔn)度并不高,難以實(shí)時(shí)進(jìn)行測(cè)量,而且還容易遭到重圍環(huán)境的影響,比方講噪聲干擾,而且系統(tǒng)很難擴(kuò)展。2運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)在影視動(dòng)畫制作中的應(yīng)用當(dāng)代的影視動(dòng)畫制作很多都是采用的光學(xué)式捕捉技術(shù),運(yùn)用這種技術(shù),能夠捕捉到高速運(yùn)動(dòng)的軌跡,而且設(shè)備也便于攜帶,使用起來比擬方便。在光學(xué)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)中,把人看成是由關(guān)節(jié)點(diǎn)所組成的模型,一般是由十三至十九個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn),人體所做的各種動(dòng)作則能夠看作是各個(gè)關(guān)節(jié)在做動(dòng)作。在進(jìn)行捕捉之前,會(huì)在人身上各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)出固定一種能夠反光的特殊材料,我們稱之為標(biāo)記點(diǎn)。在外部光源的照射下,這些固定在人關(guān)節(jié)點(diǎn)上的反光材料能夠從不同的角度反射出RGB值一樣的光。一般是使用多臺(tái)攝像機(jī)同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)捕捉,攝像機(jī)里的序列圖片上反映出所標(biāo)記點(diǎn)的而運(yùn)動(dòng)軌跡[2]。因而,在時(shí)間變化的情況下,我們就能夠得到一個(gè)特定點(diǎn)連續(xù)運(yùn)動(dòng)的軌跡,然后借助三維重建技術(shù)的運(yùn)動(dòng)軌跡復(fù)原為了骨架模型的動(dòng)作,模型如此圖1所示。從圖上能夠看出,光式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵在于對(duì)標(biāo)記點(diǎn)的跟蹤和對(duì)空間坐標(biāo)的三維重建。圖1系統(tǒng)模型2.1標(biāo)記點(diǎn)跟蹤攝像機(jī)在捕捉到了表演者的動(dòng)作以后,在高性能的視頻卡的分析處理之下進(jìn)而得到了序列幀,再利用圖像分析法來辨別已經(jīng)標(biāo)記的二維坐標(biāo),這個(gè)經(jīng)過中標(biāo)記點(diǎn)跟蹤的經(jīng)過。為了讓系統(tǒng)能夠辨別標(biāo)記點(diǎn)代表的是哪個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn),所以才對(duì)標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行跟蹤,這樣能夠在復(fù)原數(shù)據(jù)的時(shí)候,根據(jù)標(biāo)記點(diǎn)將整個(gè)骨架連接起來。一般從第一幀開場(chǎng)跟蹤第一個(gè)標(biāo)記點(diǎn),這個(gè)是個(gè)持續(xù)的經(jīng)過中,一直延續(xù)到這個(gè)工作完成或者中斷。根據(jù)標(biāo)記點(diǎn)的速度能夠預(yù)測(cè)到第二幀的位置,假設(shè)每秒的幀數(shù)為n,標(biāo)記點(diǎn)的速度為m,由此得知,標(biāo)記點(diǎn)的最大位移d就為m/n。從這個(gè)幀到下一幀的的最小距離能夠看作是兩幀之間的位移?；谶@一考慮,能夠預(yù)測(cè)下一幀所標(biāo)記的位置。根據(jù)標(biāo)記點(diǎn)從a-1幀到a幀的位移,能夠順利預(yù)測(cè)標(biāo)記點(diǎn)到a+1幀的位移。有時(shí)候?yàn)榱四軌虼_定前面預(yù)測(cè)位移的準(zhǔn)確性,并且將中間多于的點(diǎn)排除掉,則需要利用a+1幀以及a+2幀的詳細(xì)位置,所以這里能夠用四幀圖像來講明標(biāo)記點(diǎn)的是怎樣跟蹤算法。詳細(xì)來講,標(biāo)記點(diǎn)跟蹤算法步驟如下。(1)先分析通過不同攝像機(jī)所捕捉到的兩幅圖片,并對(duì)所有標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行排序、編號(hào),并要保證兩幅圖片的編號(hào)要逐一對(duì)應(yīng);(2)對(duì)于某一個(gè)特定的標(biāo)記點(diǎn),借助上述的跟蹤法得到這個(gè)點(diǎn)下一幀的詳細(xì)位置;(3)后面都采用一樣的方式方法來確定下一幀的位置;(4)搜過估計(jì)值這個(gè)位置周圍的標(biāo)記點(diǎn),將最先被搜索到的點(diǎn)看作是本幀標(biāo)記點(diǎn)的位置,并轉(zhuǎn)到第六個(gè)步驟;(5)經(jīng)過搜索,假如在特定的范圍之內(nèi)仍然沒有找到標(biāo)記點(diǎn),就表示清楚這點(diǎn)在本幀被遮擋住了,這里的估計(jì)值就作為跟蹤值;(6)將前面跟蹤到的標(biāo)記點(diǎn)的圖像坐標(biāo)保存下來,并轉(zhuǎn)到第三個(gè)步驟。2.2空間坐標(biāo)的三維重建所謂的三維重建,指的是把原來二維坐標(biāo)的圖像復(fù)原成為三維坐標(biāo),再利用三維的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)所開創(chuàng)建立的虛擬模型。在從二維圖像專程三維圖像的經(jīng)過中,需要借助視點(diǎn)的朝向信息以及視點(diǎn)的位置信息,所以必需要知道攝像機(jī)本身的各種參數(shù),要借助這些參數(shù)和標(biāo)記點(diǎn)得出的二維坐標(biāo)來建立幾何模型,最終實(shí)現(xiàn)三維重建,其經(jīng)過如此圖2所示。圖2三維動(dòng)畫制作詳細(xì)經(jīng)過二維是平面坐標(biāo),而三維則是空間坐標(biāo),從三維到二維的坐標(biāo)投影發(fā)生變換能夠知道,三維空間坐標(biāo)(X,Y,Z)也就是這個(gè)坐標(biāo)在兩臺(tái)攝像機(jī)中間的像平面坐標(biāo)分別同它們的光心連線的交點(diǎn)坐標(biāo),進(jìn)而將這兩個(gè)圖像的坐標(biāo)直接轉(zhuǎn)換成為(X1,Y1,Z1)和(X2,Y2,Z2)兩個(gè)坐標(biāo)。設(shè)a和b分別為上面兩點(diǎn)和光心所確定的直線,兩條直線交點(diǎn)的坐標(biāo)則為(X,Y,Z),也就是所求的坐標(biāo)。但是,由于從捕捉到的圖像轉(zhuǎn)換成為三維重建經(jīng)過的步驟較多,而且每一步都很可能存在著誤差。即使進(jìn)行了攝像機(jī)的標(biāo)定,但誤差仍然是不可避免的。在詳細(xì)的計(jì)算經(jīng)過中,很多時(shí)候這兩條直線并不是在一個(gè)平面上,所以難以得到期望的交點(diǎn)(X,Y,Z)。為了得到這個(gè)交點(diǎn),則需要采取過公垂線取重點(diǎn)的辦法才能實(shí)現(xiàn)。為了確保攝像機(jī)能夠在較短時(shí)間內(nèi)獲取表演者身上的點(diǎn),降低了丟失的概率,所以能夠采用將多部攝像機(jī)相融合的方式將兩臺(tái)攝像機(jī)所拍攝到的標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行匹配,經(jīng)復(fù)原后得到的三維坐標(biāo),再投影到另外一個(gè)投影的平面上。假如在投影上確實(shí)有相應(yīng)的點(diǎn),則表示清楚復(fù)原經(jīng)過是正確的,這就是講三臺(tái)攝像機(jī)能夠確定唯逐一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的三維坐標(biāo)。2.3影視動(dòng)畫制作經(jīng)過在運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)里,影視動(dòng)畫表演制作經(jīng)過如此圖3所示。圖3運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)里影視動(dòng)畫制作經(jīng)過圖首先是根據(jù)劇本的設(shè)計(jì)來應(yīng)用三維建模軟件開展數(shù)字化的造型設(shè)計(jì),進(jìn)而設(shè)計(jì)出需要的動(dòng)畫模型。其次,表演者在進(jìn)行表演的時(shí)候,利用視頻捕捉卡來捕捉動(dòng)作,進(jìn)而得到表演者的數(shù)據(jù),再來驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)的動(dòng)畫模型,這樣就生成了動(dòng)畫序列。[3]在現(xiàn)實(shí)的影視動(dòng)畫制作經(jīng)過中,運(yùn)動(dòng)捕捉到的數(shù)據(jù)經(jīng)常難以提供應(yīng)整個(gè)運(yùn)動(dòng)的連續(xù)控制,除此之外,運(yùn)動(dòng)捕捉也是成本較高而且又耗時(shí)的技術(shù),而且表演者也不可能完全根據(jù)畫師想象的來表演,所以能用的數(shù)據(jù)都只是一段段的。因而,動(dòng)畫師在整個(gè)制作經(jīng)過中承當(dāng)了重要責(zé)任,需要將捕捉到的數(shù)據(jù)同所設(shè)計(jì)的情節(jié)相匹配,并合成。在完成了前期的處理工作以后,就能夠開展模型驅(qū)動(dòng)了。借助于最開場(chǎng)所用的三維建模軟件建立的模型,再將動(dòng)畫合成,進(jìn)而構(gòu)成了最終的影視動(dòng)畫作品。3結(jié)束語運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)在影視動(dòng)畫制作經(jīng)過中起到了非常重要的作用,二者相輔相成?？梢砸灾v,運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)也是咋影視動(dòng)畫制作龐大需求基礎(chǔ)上出現(xiàn)并發(fā)展的一項(xiàng)技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步,這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍愈加廣泛,牽涉到了影視、多媒體以及游戲等多個(gè)領(lǐng)域。正式由于這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用,使得動(dòng)畫創(chuàng)作經(jīng)過中傳統(tǒng)手動(dòng)編輯的工作量減少了。動(dòng)畫師根據(jù)運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)生成的數(shù)據(jù),自然生成動(dòng)畫,這對(duì)特殊的場(chǎng)景、鏡頭及效果都有特殊的意義,推動(dòng)了動(dòng)畫產(chǎn)業(yè)的高水平發(fā)展。利用運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù),影視界已經(jīng)涌現(xiàn)了很多成果,比方講風(fēng)行世界的(魔獸世界〕、我們國(guó)家著名動(dòng)畫片(秦時(shí)明月〕等,這些都是應(yīng)用了運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù),才使影視動(dòng)畫更為豐富多彩。能夠講,運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)推動(dòng)了影視動(dòng)畫制作的發(fā)展。從當(dāng)下來看,固然運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)還咱這眾多問題,比方講難以處理大量數(shù)據(jù)、應(yīng)用成本過高、范圍受限制等,但從其發(fā)展趨勢(shì)來看,其將來的發(fā)展前景必然很廣闊。因而,運(yùn)動(dòng)捕