天津工業(yè)大學(xué)動畫實驗中心-3.+三維動畫制作概述

第一章 三維動畫制作概述 主講人：李文杰 阿凡達 Avatar (化身 ) 1.1三維動畫技術(shù)概述 阿凡達（ 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)?？怂钩銎贰Ｔ撚捌A(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 24億美元的影片 傳統(tǒng)動畫制作方法：制作一秒鐘的動畫需要繪制 24張圖畫，一分鐘需要 1440張圖畫，一部一個小時左右的動畫片需要 126400張畫面，如果一個人繪制需要 6320天，大概需要20年的時間，工作量巨大。 用于動畫制作的 Motion capture（運動捕捉）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作以改進動畫制作效果。 1.1 高清電影制作流程 下圖為我校亞瑟動畫工作室的運動捕捉現(xiàn)場 1.2 常見的運動捕捉方式 一、機械式運動捕捉 機械式運動捕捉的一種應(yīng)用形式是將欲捕捉的運動物體與機械結(jié)構(gòu)相連，物體運動帶動機械裝置，從而被傳感器實時記錄下來。 這種方法的優(yōu)點是成本低，精度較高，可以做到實時測量，還可容許多個角色同時表演。但其缺點也非常明顯，主要是使用起來非常不方便，機械結(jié)構(gòu)對表演者的動作阻礙和限制很大。且較難用于連續(xù)動作的實時捕捉，需要操作者不斷根據(jù)劇情要求調(diào)整設(shè)備的姿勢，主要用于靜態(tài)造型捕捉和關(guān)鍵幀的確定。 二、聲學(xué)式運動捕捉 常用的聲學(xué)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三個超聲探頭組成。通過測量聲波從發(fā)送器到接收器的時間或者相位差，系統(tǒng)可以計算并確定接收器的位置和方向。 Logitech、 SAC等公司都生產(chǎn)超聲波運動捕捉設(shè)備。 這類裝置成本較低，但對運動的捕捉有較大延遲和滯后，實時性較差，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)的補償。 三、光學(xué)式運動捕捉 光學(xué)式運動捕捉通過對目標(biāo)上特定光點的監(jiān)視和跟蹤來完成運動捕捉的任務(wù)。目前常見的光學(xué)式運動捕捉大多基于計算機視覺原理。從理論上說，對于空間中的一個點，只要它能同時為兩部相機所見，則根據(jù)同一時刻兩部相機所拍攝的圖像和相機參數(shù)，可以確定這一時刻該點在空間中的位置。當(dāng)相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。 典型的光學(xué)式運動捕捉系統(tǒng)通常使用 6 8個相機環(huán)繞表演場地排列，這些相機的視野重疊區(qū)域就是表演者的動作范圍。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，稱為 “ Marker”，視覺系統(tǒng)將識別和處理這些標(biāo)志。 下圖為我校亞瑟動畫工作室的光學(xué)式運動捕捉現(xiàn)場。 如果在表演者的臉部表情關(guān)鍵點貼上 Marker，則可以實現(xiàn)表情捕捉 阿凡達 主角表情捕捉 1.3 運動捕捉空間 捕捉角色面部表情的動畫 特技吊掛系統(tǒng) 進行空間校準(zhǔn) 分別對每個鏡頭的拍攝角度、焦距、光圈進行調(diào)整，如圖 1.4 運動捕捉過程 在捕捉之前要首先確定捕捉點分