內(nèi)容摘要

用傳統(tǒng)方法制作一部較長的計算機影視動畫作品是一項相當麻煩的工作,。表演動畫的出現(xiàn),從根本上改變了現(xiàn)有的影視動畫制作乃至特技制作方法,極大地縮短了動畫制作的時間,降低了成本,使得動畫制作過程更為直觀,效果更為生動,、逼真,。表演動畫綜合運用計算機圖形學、電子,、機械,、光學、計算機視覺,、計算機動畫等技術,捕捉表演者的動作甚至表情,用這些動作或表情數(shù)據(jù)直接驅動動畫形象模型,。運動捕捉技術是表演動畫中最關鍵、最不可或缺的技術,本文討論了運動捕捉技術在影視表演動畫中的應用,。

運動捕捉技術

運動捕捉技術實時地檢測,、記錄表演者的肢體、表情乃至相機,、燈光在三維空間的運動軌跡,將它們轉化為數(shù)字化的“抽象運動”,并將其“賦予”用動畫軟件生成的模型,使模型做出和表演者一樣的動作,并生成最終的動畫序列,。它的關鍵部分在于對表演者的表演進行動作捕捉,并對捕捉到的數(shù)據(jù)進行處理,還原為空間三維點,以此數(shù)據(jù)生成模型運動所需的動作數(shù)據(jù),用該數(shù)據(jù)去驅動已生成的模型,生成計算機動畫序列。在表演動畫系統(tǒng)中,通常并不要求捕捉表演者身上每個點的動作,而只需要捕捉若干個關鍵點的運動軌跡,再根據(jù)造型中各部分的物理,、生理約束就可以合成最終的運動畫面,。在影視表演動畫系統(tǒng)中,運動捕捉技術從工作原理來看,主要有機械式,、電磁式、聲學式和光學式運動捕捉幾種,。

機械式運動捕捉依靠機械裝置來跟蹤和測量運動,。可以將欲捕捉的運動物體與機械結構相連,物體運動帶動機械裝置運動,從而被傳感器記錄下相應的角度和模型的機械尺寸,進一步計算出模型的姿態(tài),將這些姿態(tài)數(shù)據(jù)傳給動畫軟件制作出的角色模型,。這種方法成本低,裝置定標簡單,精度也較高,可以作到實時測量,還可以容許多個角色同時表演;但使用上不方便,機械結構對表演者的動作阻礙,、限制很大,較難用于連續(xù)動作的實時捕捉,主要用于靜態(tài)造型捕捉和關鍵幀的確定。

電磁式運動捕捉系統(tǒng)一般由發(fā)射源,、接收傳感器和數(shù)據(jù)處理單元組成,。發(fā)射源在空間產(chǎn)生按一定時空規(guī)律分布的電磁場,接收傳感器安置在表演者身體的關鍵位置,傳感器通過電纜與數(shù)據(jù)處理單元相連。表演者在電磁場內(nèi)表演時,接收傳感器也隨著運動,并將接收到的信號通過電纜傳送給處理單元,根據(jù)這些信號可以解算出每個傳感器的空間位置和方向,。該方法不僅可以同時得到空間位置和方向信息,而且速度快、實時性好,裝置的定標比較簡單,技術較成熟,魯棒性好,成本相對低廉;但是對環(huán)境要求嚴格,在表演場地附近不能有金屬物品,否則會造成電磁場畸變影響精度,該系統(tǒng)中電纜對表演者的活動限制比較大,對于比較劇烈的運動,、表演不適用,。

聲學式運動捕捉裝置由發(fā)送器、接收器和處理單元組成,。發(fā)送器是一個固定的超聲波發(fā)生器,接收器一般由呈三角形排列的3 個超聲探頭組成,。系統(tǒng)通過測量、計算聲波從發(fā)送器到接收器的時間,可以確定接收器的位置和方向,。由于聲波的速度與溫度有關,還必須有測溫裝置,并在算法中作出相應的補償,。這類裝置成本較低,但對運動的捕捉有較大的延時和滯后,精度差,還要求聲源和接收器間不能有遮擋,且受噪聲等干擾較大,系統(tǒng)擴展困難。

光學式運動捕捉是通過對目標上特定光點的監(jiān)視和跟蹤來完成運動捕捉的任務,。它是基于計算機視覺原理的,。對于空間中的一個點,只要它同時被兩臺攝像機拍攝到,則根據(jù)同一時刻兩臺像機所拍攝的圖像和攝像機參數(shù),可以確定這一時刻該點在空間中的位置。當攝像機以足夠高的速率連續(xù)拍攝時,從圖像序列中就可以得到該點的運動軌跡,。光學式運動捕捉的優(yōu)點是表演者活動范圍大,無電纜,、機械裝置的限制,使用很方便; 缺點是系統(tǒng)價格昂貴,對于表演場地的光照、反射情況敏感,裝置定標也較為繁瑣,。雖然它可以捕捉實時運動,但后處理時間長,很難做到實時驅動角色模型及實時地觀看效果,。

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