動作捕捉憑什么成為虛擬制片的關(guān)鍵要素

    之前的虛擬制片系列文章分享中，介紹了 虛擬制片技術(shù)、VP與傳統(tǒng)VFX的差異 ，以及 四種主要的VP類型 ，今天讓我們進(jìn)一步走進(jìn)虛擬制片，探討 為什么動作捕捉能夠成為VP流程中的關(guān)鍵要素。

【動作捕捉技術(shù)】

    動作捕捉是虛擬制片的關(guān)鍵技術(shù)之一，它可以將生物或物體在現(xiàn)實世界中的真實運(yùn)動轉(zhuǎn)化為虛擬世界中的 數(shù)字化運(yùn)動，這一技術(shù)在 可視化和實時制作中尤為重要，可以說動捕技術(shù)的應(yīng)用使人和物體運(yùn)動的實時可視化成為了可能。

    除了人、動物和道具的實時運(yùn)動捕捉，虛擬制片中的 攝影機(jī)追蹤也是通過動捕技術(shù)實現(xiàn)的。將動捕系統(tǒng)獲得的實拍攝影機(jī)位置數(shù)據(jù)實時傳輸給虛擬攝影機(jī)，就可以實現(xiàn) 虛擬攝影機(jī)和實拍攝影機(jī)運(yùn)動的實時匹配，從而在拍攝現(xiàn)場完成鏡頭畫面的實時渲染與合成。

【動作捕捉的方法】

    從 追蹤方式的角度來看，動作捕捉可分為 由外向內(nèi)的跟蹤（Outside-in）和 由內(nèi)向外的跟蹤（Inside-out）兩大類。

    由內(nèi)向外的跟蹤是指通過在人或物體上放置傳感器來跟蹤人或物體的運(yùn)動，動作捕捉是 通過傳感器“向外看”來調(diào)查環(huán)境并計算位置變化而實現(xiàn)的。不同的應(yīng)用場景下有不同類型的傳感器，最常用的由內(nèi)向外的跟蹤傳感器包括攝像頭、紅外 （IR） 激光器和慣性測量單元 （IMU）。

    由外而內(nèi)的跟蹤是在指定的捕捉區(qū)域周圍放置一定數(shù)量的傳感器（通常是攝像頭），并 讓傳感器朝向“被捕捉”的空間以創(chuàng)建用于動作捕捉的舞臺來跟蹤演員或物體的跟蹤方法。動捕攝影棚可以選擇使用各種不同的傳感器來實現(xiàn)捕捉，但是，多數(shù)動捕攝影棚都會選擇使用 精確度更高的光學(xué)動作捕捉相機(jī)。

    大預(yù)算的虛擬制片項目幾乎都是使用光學(xué)動捕系統(tǒng)來跟蹤攝影機(jī)、道具和演員運(yùn)動的。通過動捕相機(jī)通過采集粘貼在演員或物體上標(biāo)記點(diǎn)的反射光線，經(jīng)由動捕軟件 實時解算，獲取標(biāo)記點(diǎn)在3D空間中的位置數(shù)據(jù)，從而得到演員和物體在捕捉區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動數(shù)據(jù)。

【捕捉方式的優(yōu)劣勢】

    這兩種類型的跟蹤各有其優(yōu)缺點(diǎn)，實際應(yīng)用中，選擇哪種捕捉方式取決于具體的項目需求。

    對于大型制作項目，選擇由外向內(nèi)的跟蹤才是明智的。因為它可以 更加精準(zhǔn)地確定捕捉對象在現(xiàn)實三維場景中的位置。而由內(nèi)向外的跟蹤在位置方面的精準(zhǔn)程度較低，很難驗證精確的世界位置�；�于 IMU 的跟蹤系統(tǒng)更是如此，因為它們受 位置漂移的影響很嚴(yán)重。漂移是加速度計和陀螺儀測量中的小誤差積累，這些誤差會隨著時間的推移而不斷積累，導(dǎo)致軟件對演員或物體的測量值不斷“漂移”和遠(yuǎn)離他們在物理世界的真實對應(yīng)物的位置。

    特別是對于 ICVFX來說，誤差更是難以容忍的，因為只有對蹤攝像機(jī)進(jìn)行更穩(wěn)定、更精準(zhǔn)的跟蹤，才能在實際拍攝中保持始終一致的 準(zhǔn)確視差（視差：從有一定距離的兩個點(diǎn)上觀察同一個目標(biāo)所產(chǎn)生的方向差異）。

    當(dāng)然，由外向內(nèi)的跟蹤也會存在動捕標(biāo)記點(diǎn)被 遮擋等問題。但通常來說，標(biāo)記點(diǎn)在單個攝像機(jī)中被遮擋并不是問題，因為動捕系統(tǒng)是由許多不同位置的動捕相機(jī)共同組成的，其他角度的動捕相機(jī)可能可以采集到這個標(biāo)記點(diǎn)。只有當(dāng)少于三臺動捕相機(jī)捕捉到標(biāo)記點(diǎn)時，遮擋才會可能成為影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的問題。因為動捕系統(tǒng)在工作中通常需要三臺動捕相機(jī)同時對標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行 三角測量，才能在3D空間中準(zhǔn)確地創(chuàng)建該點(diǎn)。

【硬件解決方案】

    為進(jìn)一步減小甚至消除遮擋問題對捕捉質(zhì)量的影響，動作捕捉企業(yè)已經(jīng)探索出了一些 解決辦法。

【軟件解決方案】

    與剛體跟蹤一樣，Shogun軟件對人體的跟蹤也采用了類似的方法。將動捕演員身上按模板粘貼的標(biāo)記點(diǎn)連接在一起，完成角色建立，軟件就可以 在標(biāo)記點(diǎn)被遮擋或掉落時實時自動計算丟失標(biāo)記點(diǎn)的位置，進(jìn)而計算身體組件的運(yùn)動軌跡。

【技術(shù)+創(chuàng)造力】

    虛擬制片是技術(shù)和創(chuàng)造力的融合。隨著實時可視化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，虛擬制片的表現(xiàn)方式也越來越 多樣化。虛擬制片技術(shù)在主流電影制作中的爆炸式增長也促使越來越多的 后期制作流程前置到拍攝階段，使制作團(tuán)隊可以實時、快速、直觀地了解影片創(chuàng)意的制作效果，使拍攝現(xiàn)場更加 沉浸、高效。

【結(jié)語】

    虛擬制片開啟全新的創(chuàng)作領(lǐng)域，帶來美輪美奐的感官體驗。 迪生數(shù)字，提供提供最前沿的 動作捕捉和虛擬制作產(chǎn)品與服務(wù)，用技術(shù)賦能藝術(shù)創(chuàng)作，打造的實時、穩(wěn)定、沉浸式的視覺效果，助您突破圈層、點(diǎn)燃創(chuàng)意，探索影視制作的無限可能！