从《猩球崛起2》 看动态捕捉技术挣脱牢笼

　　《猩球崛起2》激燃了整个暑期，跌宕起伏的剧情让人非常期待第三部尽快推出。作为依靠强大特效的科幻电影，“猩球崛起系列”让观众对“猩球文明”的崛起又爱又怕。但是把剧情吃透看爽的同时，你又是否了解让演员变身成猩猩的特效制作技术—“动态捕捉”的前世今生呢？

　　什么是动态捕捉？

　　动态捕捉（Motion capture），是一项含义广泛的技术。简单来讲，动态捕捉是通过在被捕捉物体的关键部位设置传感器，让计算机捕捉到运动形态并转换成数据，最后在虚拟三维空间将数据还原成运动坐标的一种技术。

　　当数据被计算机重新还原后，坐标点即可应用在动画制作、步态分析、生物力学、人机工程等多个领域。按照捕捉原理不同，动态捕捉可分为机械式、电磁式、声学式、光学式、惯性导航式五大类。

　　动态捕捉”的发展简史

　　弗雷斯格尔（Max Fleischer）在1915年发明的“逐帧转描技术（Rotoscope）”被公认是动态捕捉技术的“大师兄”。“逐帧转描”—这个名字听起来高大上挺唬人，其实说白了就是把放映机和画台DIY在一起：将记录人物动态的影片预先拍摄好，再把胶片逐帧投影在蒙了薄纸的玻璃板画台上，最后由画师负责把人像描摹于画纸之上。如此一来，动画人物就会鲜活得像真人一样了。

　　1937年迪士尼运用“逐帧转描”绘制出了著名的动画人物形象白雪公主、灰姑娘等。1941年中国导演万氏四兄弟也开始尝试这项技术，制作了国内第一部动画电影《铁扇公主》。然而逐帧转描技术也有着绘制量巨大、仅能捕捉二维信息等诸多缺陷，因此这项技术只在动画片的制作中十分活跃。

　　上世纪70年代，计算机技术开始被逐渐用于动画制作，美国几所知名大学和实验室也相继开展计算机对人体动态捕捉的研究。最初只能实现短暂的二维捕捉。1990年，施瓦辛格主演的《宇宙威龙》（又译《全面回忆》）是第一部使用动态捕捉技术的电影，主创人员巧妙的避开当时的技术局限，让施瓦辛格经过X光机扫描呈现骨骼透视状，整个镜头只有短短数秒，然而动态捕捉却把特效与真实镜头完美衔接。

　　动态捕捉技术真正崛起是在2001年。同年上映的两部大片《最终幻想：灵魂深处》和《指环王》，分别将动态捕捉技术成熟地用于CG电影和真人电影特效制作。《最终幻想：灵魂深处》称得上一次不计成本的尝试，整部片花费1.73亿美元，光是女主角头发CG部分就用掉制作经费的五分之一。高昂的制作费却没换来应有的回报，这部前卫影片在票房上遭遇了滑铁卢，逼得东家Square公司被迫投奔索尼。然而这部影片精益求精的CG制作，却让人们看到了虚拟角色可以以假乱真的神奇效果，从此全世界范围都开始讨论关于虚拟人物和虚拟偶像的话题。

　　《指环王》的成就更不必多说了：不仅是一部史诗级巨作，而且是“千面人”安迪.瑟金斯的成名之作，导演甚至尝试为安迪.瑟金斯饰演的“咕噜”这一角色申报奥斯卡最佳男配角，但最终被奥斯卡组委会无情驳回。

　　CG角色获得奥斯卡青睐，是在7年之后。2008年，布拉德.皮特凭借《返老还童》一片获得了当年的奥斯卡最佳男主角提名。这次组委会给出的理由很充分：《返》的CG制作水平已经实现了面部表情的逼真再现，可以毫无保留地展现演员的高超演技。

　　其实对好莱坞人来说，在此之前面部捕捉早已不陌生—ESC、工业光魔、Image Mover等各家特效公司，在面部捕捉技术上都有各自的小妙招。Image Mover更是为了使面部捕捉更完美，在CG电影《贝奥武夫》真人主演的脸上安装多达150个捕捉点，外加能达成面部捕捉识别效果的特殊隐形眼镜。

　　2009年的票房冠军《阿凡达》让电影人惊醒：使用日益增多的捕捉点来实现面部捕捉，其实是走错了路。《阿》的导演卡梅隆，早在1995年就想好了解决办法—让演员使用头盔加装前置广角摄像头，如此一来演员的面部只需要在关键部位贴捕捉点，就能轻松跨过被称作“诡异谷”的技术瓶颈，用特效真实再现演员的表情。（“诡异谷”是日本学者森政弘提出的人对拟人机器人的情绪假说：当机器人的外观和情感表达与人类接近到某个临界点，会使人产生强大排斥力。）

　　动态捕捉第一人

　　“猩猩王”凯撒背后的演员安迪.瑟金斯，是当之无愧的动态捕捉第一人。《猩球崛起》中的凯撒，并不是瑟金斯首次尝试猩猩角色，2005年好莱坞大片《金刚》中那只凶悍却饱含柔情的大猩猩，也是他的杰作。这位曾活跃于戏剧舞台的英国演员，不仅对独立小制作情有独钟，而且是一名资深的动漫和游戏迷：他曾多次表明最喜欢的动漫角色是“蜘蛛侠”；2010年E3的游戏大作《奴役》，瑟金斯一人身兼配音、动作捕捉、导演和编剧四职，俨然一名资深游戏制作人。最近上映的《指环王》前传《霍比特人》也是由导演彼得.杰克逊和安迪.瑟金斯共同执导的。

　　不过《指环王》也好，《阿凡达》也罢，说来说去，动态捕捉技术在当时都还只是摄影棚里折腾的玩意儿。《阿凡达》为了影片拍摄，建立起有史以来最大的虚拟拍摄实验室。2011年的《猩球崛起》算得上是动态捕捉的伟大革新。影片不仅让猿类惊险地逃出人类实验室，也让动态捕捉技术挣脱摄影棚的“牢笼”成功来到户外。

　　《猩球崛起》系列 让“动态捕捉”走出影棚

　　《猩》的动态捕捉采用了先进的光学捕捉系统。而在此之前，光学捕捉系统也曾尝试着走到户外，但是遇到了“光污染”的难题：捕捉点的光学传感系统在户外光线干扰下，很难准确找到镜头位置。《猩球崛起》将捕捉点和摄影机的光学收发系统对调。原本摄影机负责发送光信号，捕捉点用来捕捉；而《猩》的特效团队将红外线作为光信号从捕捉点发射，让摄像机的传感器接收。由于红外线与可见光频谱波段不相同，这种方式可以摆脱可见光的光污染，成功实现户外动态捕捉。这一小小的调整，让动态捕捉挣脱了摄影棚的“牢笼”，并且压缩了特效制作的成本。

　　3年后，维塔工作室（“猩球崛起”系列的幕后特效团队）在《猩球崛起2》中再次大动干戈，在森林、泥地、水坝和新奥尔良这些外景地，同步完成了外景拍摄和动态捕捉的拍摄。这更称得上是伟大的突破：此前动作捕捉属于后期制作范畴，而《猩2》让这项技术从幕后走向前台，也让特效团队从后期团队蜕变为拍摄团队的一部分。

　　除光线以外，户外捕捉还要面对复杂的地形问题，尤其是《猩2》中有大量在森林中的戏，动态捕捉设备必须要便携，才能节省拍摄时间。为此，维塔使用了无线摄影机，省去了铺设电缆的麻烦，从而给了摄影师架设摄影机时极大的自由度和灵活度。动态捕捉演员也可以随之完成骑马、爬树等更加丰富的的动作。

　　可以说电影行业推动了动态捕捉技术的迅速革新，动态捕捉技术也让电影拍摄有了新思路。饰演猿星人的演员带着密不透风闷死人的塑胶头套表演的时代一去不复返了。

　　“动态捕捉”的未来预测

　　如果你觉得动态捕捉只在看着电影、啃着爆米花时和你见面，那就大错特错了。其实我们很多人童年就玩过动态捕捉技术了。还记得红白机上的光枪射击游戏《打野鸭》吗？当玩家按动扳机，画面会变黑30ms，这个时间短到双眼可以忽略这个画面，其中鸭子的部分显示成小白块，光枪靠捕捉对应射击点的光线强度判断是否打中。还有任天堂wii的运动手柄以及XBOX 360上的体感摄像头Kinect，都用到了动态捕捉原理。

　　动态捕捉的未来应用中，最让人兴奋的也是在游戏方面。随着“虚拟现实”技术不断成熟，动态捕捉和虚拟现实技术相结合会是游戏界今后的方向。就像Oculus做到的那样，用一个虚拟实景头盔就可以让游戏者参与虚拟世界，网络小说中描绘的头盔游戏将不再只存在于纸上。现下很多Alienware游戏电脑体验店，都有Oculus Rift的体验设备。众多的游戏厂商也开始研发基于以上两种技术的游戏。

　　“动态捕捉”的五种形式

　　机械式

　　依靠机械装置跟踪和测量动态轨迹，表演者需要穿着定制的动态捕捉服。捕捉服上的关节和连杆之间都装有角度传感器，可以实时感知表演者每个关节角度的变化。但由于机械关节对表演者的肢体语言和移动方式限制过多，机械式难以实现长镜头或高难度动作拍摄的捕捉。

　　电磁式

　　电磁式动态捕捉系统是目前常用的动态捕捉设备，它要求表演者在特制的电磁场内表演。表演者随身佩有附着电缆的传感器，表演时可以预见，动态捕捉应用前景十分广泛，它可被用于机器人操控，虚拟运动练习，智能家居遥控，虚拟键盘、远程手术、表情识别测谎等新技术，只要能想到用到人体交互操作的领域，相信都会有动态捕捉的一席之地。

　　光学式

　　典型的光学式动态捕捉系统，通常用一组6~8个摄影机环绕表演场地排列，这些摄影机的视野重叠区域就是表演者的动态范围。表演者被要求穿上单色服装，在身体关键部位贴上标志或发光点，视觉系统将识别和处理这些标志。目前大部分表情捕捉都已采用光学式。它的优点是表演者活动范围大，无穿戴设备的限制，表演者可以自如地表演。

　　声学式

　　声学式动态捕捉的原理是制造及捕捉声波。通过计算超声波从发送到接收所需的时间，来测定距离。接收机通常由三个相邻探头组成，利用三角定位原理测定精确位置及方向。当然声速比光速慢些，因此声学式动态捕捉会有延迟和滞后，实时性和精度并不高。

　　惯性导航式

　　该种技术通过惯性导航传感器来测量表演者的动态加速度、方位、倾斜角等特性，不易受环境因素干扰影响，也不怕遮挡，捕捉精确度高。由于惯性导航动态捕捉技术出现的时间较晚，这项技术没有被大规模推广使用。