天津工業(yè)大學(xué)動(dòng)畫實(shí)驗(yàn)中心-3.+三維動(dòng)畫制作概述

第一章 三維動(dòng)畫制作概述 主講人：李文杰 阿凡達(dá) Avatar (化身 ) 1.1三維動(dòng)畫技術(shù)概述 阿凡達(dá)（ Avatar）是一部科幻電影，由著名導(dǎo)演詹姆斯 卡梅隆 執(zhí)導(dǎo)，二十世紀(jì)?？怂钩銎?。該影片預(yù)算超過 5億美元，成為電影史 上預(yù)算最高的電影。全球第一部票房突破 19億并一路到達(dá) 24億美元的影片 傳統(tǒng)動(dòng)畫制作方法：制作一秒鐘的動(dòng)畫需要繪制 24張圖畫，一分鐘需要 1440張圖畫，一部一個(gè)小時(shí)左右的動(dòng)畫片需要 126400張畫面，如果一個(gè)人繪制需要 6320天，大概需要20年的時(shí)間，工作量巨大。 用于動(dòng)畫制作的 Motion capture（運(yùn)動(dòng)捕捉）技術(shù)可以追溯到 20世紀(jì) 70年代，迪斯尼公司曾試圖通過捕捉演員的動(dòng)作以改進(jìn)動(dòng)畫制作效果。 1.1 高清電影制作流程 下圖為我校亞瑟?jiǎng)赢嫻ぷ魇业倪\(yùn)動(dòng)捕捉現(xiàn)場(chǎng) 1.2 常見的運(yùn)動(dòng)捕捉方式 一、機(jī)械式運(yùn)動(dòng)捕捉 機(jī)械式運(yùn)動(dòng)捕捉的一種應(yīng)用形式是將欲捕捉的運(yùn)動(dòng)物體與機(jī)械結(jié)構(gòu)相連，物體運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)機(jī)械裝置，從而被傳感器實(shí)時(shí)記錄下來。 這種方法的優(yōu)點(diǎn)是成本低，精度較高，可以做到實(shí)時(shí)測(cè)量，還可容許多個(gè)角色同時(shí)表演。但其缺點(diǎn)也非常明顯，主要是使用起來非常不方便，機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)表演者的動(dòng)作阻礙和限制很大。且較難用于連續(xù)動(dòng)作的實(shí)時(shí)捕捉，需要操作者不斷根據(jù)劇情要求調(diào)整設(shè)備的姿勢(shì)，主要用于靜態(tài)造型捕捉和關(guān)鍵幀的確定。 二、聲學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉 常用的聲學(xué)式運(yùn)動(dòng)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(gè)固定的超聲波發(fā)生器，接收器一般由呈三角形排列的三個(gè)超聲探頭組成。通過測(cè)量聲波從發(fā)送器到接收器的時(shí)間或者相位差，系統(tǒng)可以計(jì)算并確定接收器的位置和方向。 Logitech、 SAC等公司都生產(chǎn)超聲波運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備。 這類裝置成本較低，但對(duì)運(yùn)動(dòng)的捕捉有較大延遲和滯后，實(shí)時(shí)性較差，精度一般不很高，聲源和接收器間不能有大的遮擋物體，受噪聲和多次反射等干擾較大。由于空氣中聲波的速度與氣壓、濕度、溫度有關(guān)，所以還必須在算法中做出相應(yīng)的補(bǔ)償。 三、光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉 光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉通過對(duì)目標(biāo)上特定光點(diǎn)的監(jiān)視和跟蹤來完成運(yùn)動(dòng)捕捉的任務(wù)。目前常見的光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉大多基于計(jì)算機(jī)視覺原理。從理論上說，對(duì)于空間中的一個(gè)點(diǎn)，只要它能同時(shí)為兩部相機(jī)所見，則根據(jù)同一時(shí)刻兩部相機(jī)所拍攝的圖像和相機(jī)參數(shù)，可以確定這一時(shí)刻該點(diǎn)在空間中的位置。當(dāng)相機(jī)以足夠高的速率連續(xù)拍攝時(shí)，從圖像序列中就可以得到該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。 典型的光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)通常使用 6 8個(gè)相機(jī)環(huán)繞表演場(chǎng)地排列，這些相機(jī)的視野重疊區(qū)域就是表演者的動(dòng)作范圍。為了便于處理，通常要求表演者穿上單色的服裝，在身體的關(guān)鍵部位，如關(guān)節(jié)、髖部、肘、腕等位置貼上一些特制的標(biāo)志或發(fā)光點(diǎn)，稱為 “ Marker”，視覺系統(tǒng)將識(shí)別和處理這些標(biāo)志。 下圖為我校亞瑟?jiǎng)赢嫻ぷ魇业墓鈱W(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉現(xiàn)場(chǎng)。 如果在表演者的臉部表情關(guān)鍵點(diǎn)貼上 Marker，則可以實(shí)現(xiàn)表情捕捉 阿凡達(dá) 主角表情捕捉 1.3 運(yùn)動(dòng)捕捉空間 捕捉角色面部表情的動(dòng)畫 特技吊掛系統(tǒng) 進(jìn)行空間校準(zhǔn) 分別對(duì)每個(gè)鏡頭的拍攝角度、焦距、光圈進(jìn)行調(diào)整，如圖 1.4 運(yùn)動(dòng)捕捉過程 在捕捉之前要首先確定捕捉點(diǎn)分