《頭號玩家》：動作捕捉，連接虛擬與現實全靠它

片名：《頭號玩家》

導演：史蒂文·斯皮爾伯格

片長：140分鐘

類型：科幻/冒險/驚悚/動作

主演：泰伊·謝里丹/奧利維亞·庫克/西蒙·佩吉

劇情概述：在2045年，現實世界衰退破敗，人們沉迷於虛擬現實遊戲「綠洲（OASIS）」營造的世界裡尋求慰藉。馬克·里朗斯飾演的「綠洲」的創始人臨終前宣布，將億萬身家全部留給尋獲他隱藏彩蛋的遊戲玩家，史上最大規模的尋寶冒險就此展開。韋德·沃茲和數十億競爭者踏上了奇妙而危險的旅途。

你聽說過虛擬現實嗎？它是連接現實和虛幻世界的模擬系統，通過計算機生成一種模擬環境，產生互動式的三維動態實景，使用者可以身臨其中，採取實體行為。

如果你覺得這個概念離我們的日常生活太遠，那麼換個問題：你玩過VR（virtual reality）遊戲嗎？就是那種帶著頭顯、裝備和手套，操縱人物運動的遊戲。想來很多人都有過這種如臨其境的高科技體驗。這就是虛擬現實多種應用中的一種。

（圖片來自：expoon網路展示）

不要以為這只是年輕人才玩的時髦遊戲，年過70的著名大導演斯皮爾伯格也是VR遊戲的頭號粉絲。近日，由他指導的熱映電影《頭號玩家》便是以此為靈感拍攝的。在名為「綠洲」的大型虛擬世界中，每個玩家都有一個對應的遊戲角色，想來是不是很酷呢？

遊戲好玩又刺激，不過你有沒有仔細思考過：電影中的玩家是怎樣與遊戲人物實現同步運動的呢？動畫設計？不對；真人扮演，半對。正確答案是：動作捕捉（Motion capture，簡稱Mocap）。

從字面意義理解，動作捕捉就是在抓取人物運動時的肢體狀態，然後把這些動作同步到電腦中的虛擬角色上，使虛擬角色的動作和真人毫無差別。而這一切的目的只為達到視覺上逼真、自然的效果。

（圖片來自新浪科技）

其實仔細想想，「高大上」的動作捕捉技術就是基於一個簡單的原理：有樣學樣——以真人為藍本描摹其外形。在計算機動畫（CG）尚未發明以前，電影從業者便領悟了這個道理，但受困於技術落後，動作捕捉的實現方式也有些「笨拙」。

首先登場的是：定格動畫。

代表影片：《金剛》（1933）

動畫師將木偶、黏土偶角色，每幀都擺一個略微不同的動作，然後逐幀拍攝。就形成了連續的活動影像，但這種技術要求動畫師在每一幀都要擺放角色造型，因此非常費時費力。

（圖片來自視頻截圖）

《傑遜王子戰群妖》骷髏兵的動畫是定格動畫大師雷·哈里豪森一幀一幀製作的，這個格鬥段落耗時4個半月才完成，成就了定格動畫經典。

接下來是機械模型。

代表影片：《終結者》（1984）

時間來到80年代，機械、無線電技術飛速發展，通過遙控、機械槓桿操控全尺寸機器人模型，但這些機器人動作遠沒有真人流暢。此外，機器的設計和製作的難度本身就很大。

（圖片來自視頻截圖）

最後誕生的是逐幀轉描。

代表電影：《白雪公主》（1937）

該技術在前期《大世界》（超鏈接：http://ask.kedo.gov.cn/c/2018-01-26/912249.shtml）中提及過，多應用於動畫影片。1914年，Max Fleisher發明了這一技術，動畫師參考視頻素材，觀察演員的表演動態，將真人轉換為角色。

（圖片來自視頻截圖）

那麼問題來了，如果繪畫對象不是人物，應該怎麼辦呢？來看看這張圖。

（圖片來自視頻截圖）

哈哈，你可以對著鏡子畫自己啊。

（圖片來自視頻截圖）

逐幀繪製的缺點也是非常明顯的：逐幀代表著每動一下，你就要繪一張畫。這樣的工作量可謂巨大。另外，繪圖也只能獲得二維的平面信息。

而現在應用的成熟CG技術，克服了以上三種傳統方法的缺陷。根據設備運行原理的不同，動捕技術本身也有著諸多分類，常見的有「機械式動捕系統」，「聲學式動捕系統」，「電磁式動捕系統」，「光學式動捕系統」以及「慣性導航式動捕系統」。其中「光學式動作捕捉」憑藉著「採集場地限制低」，「採集精度高」，「可實時反饋」等優勢成為現階段應用最為廣泛、發展最為成熟的運動捕捉技術。

相信你一定看到過，電影演員們身著布滿小燈泡的黑色緊身衣，在空曠的場地進行表演。這就是在進行光學式動作捕捉。這些光點對應著一個捕捉目標的特殊部位，所以當對應的光點移動時，就可以映射到目標的分段位移。那麼，應該佩戴多少光點呢？它們應該如何分布呢？答案是：越多越好，360無死角覆蓋。哪怕是結構再複雜的物體，光學動捕的定位精度也能高達0.1毫米。換句話說，即使你沒有刻意移動，但簡單的呼吸浮動也能被洞察到。這樣做雖然有些吹毛求疵，但在成形時也更能體現人性化特徵。

（圖片來自電影科技）

事實上，動作捕捉技術並非因電影而誕生，它最早應用於生物動力學研究機構。彼時，研究員們通過一些穿戴式機械感測器，獲取人體關節的運動數據。但這些大型的設備比較笨拙，對演員的動作限制較大，尚未被電影界廣泛採用。

（圖片來自生物科技）

同一時期，出現了基於LED燈的光學式動作捕捉技術，它擺脫繁重的機械設備，依靠圖形識別處理等技術來獲得演員的動作，雖然不夠精準，但這一突破還是迅速獲得了大批電影人的青睞。

（圖片來自影視工業網）

1990年，施瓦辛格主演的《全面回憶》上映，片中出現了X射線透視人體的幾秒鏡頭。不要小瞧它，這可是動作捕捉技術的首秀。雖然當時的設備還需要連線操作。

（圖片來自視頻截圖）

1997年，《泰坦尼克號》熱映全球，人們驚嘆於宏大的災難場景和感人的愛情故事。而你是否注意到背景中成群結對的乘客們，都是由動態捕捉生成的？電影團隊建立了CG人物動作庫，由此生成了栩栩如生的沉船逃難場景，這可比找上千名群眾演員要省時省力得多。

（圖片來自視頻截圖）

2009年上映的《阿凡達》是動作捕捉技術走向成熟的標誌。這部電影的最大貢獻在於：面部表情的高精度採集。頭戴式攝像頭和改進的軟體演算法從此成為新的標配。

（圖片來自視頻截圖）

那麼，動作捕捉需要多少錢？

事實上，凡是涉及到三維動畫技術的，就沒有「便宜」二字。但是跟任何數字技術一樣，價格都是在逐漸下降的。

而在這個行業里，也遵循著「一分錢一分貨」的硬道理。無標記點式的動作捕捉生成效果差強人意，你在家裡也能完成，這隻需要295美元。在專業的高端領域，就要用到18000平方英尺的專用攝影棚，使用最新的Vicon Blade軟體和132個Vicon攝像頭。讓我們來算一下，兩個Vicon攝像頭的系統加上軟體就得12500美元。而且你還得需要MotionBuilder軟體來把動作捕捉數據映射到數字角色，一個授權就得4200美元！

（圖片來自Vicon官網）

儘管價格昂貴，據說動作捕捉還是只佔同量級手工動畫成本的25%到50%，並且真實感更強。

許多人都討厭動作捕捉，態度很鮮明。對於製片人來說，動作捕捉可能在價格上很誘人，但是大多數情況下，收集的動態數據都沒法直接用，需要大量的數據清理工作，最終的結果也很可能偏離了製片人的初衷。除此之外，過於真實的畫面生成也容易讓觀眾產生「詭異谷效應」，而降低了觀影興趣。

在接受專訪時，斯皮爾伯格表達了對於動態捕捉技術的看法，他認為這在本質上，是人們對於虛擬和現實的不同理解：「你可以選擇把所有時間都花在那裡，或者在真實世界中與真實的人交往，有真正的眼神交流。在某種程度上，我們的故事是一個警世故事，也是一場偉大的歷險。」

面對如此雙重的選擇，你會怎樣決定呢？

作者：孫東臨

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