当体育遇到科学：光学动捕的妙用

说到“动作捕捉”技术，很多人都会立刻联想到好莱坞的特效大片。从《魔戒》里Gollum（咕噜）的小试牛刀，到阿凡达里驰名天下，电影里那些似人又非人的虚拟形象总能深深打动观众。

所谓画鬼容易画人难，既要做出有别普通人类的虚拟形象，又要让他们的一眸一笑不流于表面、反而处处展现出真实人物的神态容姿，可不是件容易的事情。在这些惟妙惟肖的特技效果背后，就是本文想要讨论的主角：动作捕捉。

（大家一定记得加勒比海盗中的章鱼船长，无数触须随着面部表情而徐徐蠕动，浑然一体，栩栩如生。）

动作捕捉（Motioncapture），简称动捕，捕捉并记录演员表演时的动作，然后把这些动作同步到电脑中的虚拟角色上，使虚拟角色的动作和真人毫无差别，以达到逼真、自然的效果。在电影特效领域，它通常是将（多个）摄影机捕捉到的真人全息影像换为数字模型，最终将这些动作还原并渲染至相应的虚拟形象身上。

根据设备运行原理的不同，动捕技术本身也有着诸多分类，常见的有“机械式动捕系统”，“声学式动捕系统”，“电磁式动捕系统”，“光学式动捕系统”以及“惯性导航式动捕系统”。

其中“光学式动作捕捉”凭借着“采集场地限制低”，“采集精度高”，“可实时反馈”等优势成为现阶段应用最为广泛、发展最为成熟的运动捕捉技术。

随着游戏产业的发展，这项技术也被沿用到了众多3A级游戏产品中。而这些游戏之所以被称之为良心、经典，不仅是对于真实素材的还原，还极大地提升了玩家们的参与感。

说了那么多，动捕技术又是怎么工作的呢？

以在游戏与电影领域运用都比较广泛的光学动捕为例，通过对目标上特定光点的监视和跟踪来完成运动捕捉的任务。由于每一个光点都对应一个捕捉目标的特殊部位，所以光点的移动就可以映射到目标的分段位移。哪怕是结构非常复杂的目标（人体），在定位精度高达0.1mm，零飘移的基础下，也能够构建出目标物每一个细致关节的移动，只要你的光点足够多。

（上图为腾讯动捕实验室所采用的“OptiTrack”技术支持方案的演示图片。）

在实际拍摄中，在捕捉人物动作时往往需要配置多枚摄像头，达到360度无死角覆盖。这样做还有一个好处，就是能够让游戏的采集对象将一切内容结合起来，实时获取人体骨骼数据以及位置与姿态信息，远小于5ms的数据传输延迟让整个镜头呈现出全面的姿态。甚至是在全动作捕捉中得到的一些细微瑕疵，实际上也更能体现人性化的特点。

光学动作捕捉的精度如何？

从理论上说，对于空间的任意一个点，只要它能同时被两台摄像机所见，则根据同一瞬间两相机所拍摄的图像和相机参数，即可以确定这一时刻该点的空间位置。当相机以足够高的速率连续拍摄时，从图像序列中就可以得到该点的运动轨迹。以“OptiTrack”为技术支持的这套动捕方案，单个摄像头可拥有超过30米的捕捉距离，360帧每秒的捕捉频率，不仅极高提升了采集对象的活动范围，还能够实时呈现出2048×2048分辨率的受捕画面。

想要更细腻的捕捉，当然就是增加控制光点。想要精细到每一丝表情？脸上贴满密密麻麻的捕捉点是必须的。同时搭配一台距离面部只有几十厘米的小型摄影机，将面部表情拍成一组高清照片后，通过数学建模软件对这些表情的不同之处进行反复计算，得出综合性的结果。

在动捕技术的支持下，这些虚拟角色不再是3D模型，他们由表演者直接赋予生命。想要塑造怎样的角色，演员向着这个方向进行演绎即可，虚拟角色的塑造变得更加细腻且可控，因而表演的质量在作品中变得越来越明显，也因此变得更为重要。表演者的技艺在成为衡量一个角色塑造是否成功的重要标准。

例如：《合金装备5 幻痛》中为big boss提供动作采集著名影星Kiefer Sutherland 。

完全凭借着自己的演技，通过表情变化呈现角色内心的情感变动，再由光学动捕技术对人物面部表情进行亚毫米级的还原。用科技与演技的结合，塑造了从Naked Snake到Big Boss的人格转变。向用户呈现了一位即使拥有短暂胜利，但注定走向失败的反叛英角色；以及那颗饱经沧桑，实则空虚的内心。

而在《战争机器》、《狙击精英》、《古墓丽影》这种需要重点描绘主角肢体动作的作品中，光学动态捕捉技术也起到了至关重要的作用。

通过将捕捉点均匀的布置到身体与关节的各处，可完成对演员全身细节的捕捉。使得游戏内角色全身七十余处关节、六百余块肌肉的变动更加迎合当前场景。

（《战争机器》在制作游戏角色时，全程依靠光学动捕技术对真人的采集）

除此之外，演员身上所捕捉的一切内容，都可以由动画人员提前设计和定义好，一方面有助于捕捉、制作当天可以更好的沟通想法，另一方面也可以最大化团队的工作效率，极大的减少资源浪费的现象，减轻团队的工作量。

（《古墓丽影》在制作游戏CG时同样使用光学动捕技术，让角色行为更加顺应复杂的场景）

动捕技术能带来什么？

Dimensional Imaging的创始人Urquhart曾在采访中说道：“对面部和身体的捕捉，以及所需的技术的讨论可以大幅度提高人们对这个技术潜能的认知。”

“这还可以让数量庞大的游戏玩家认识到这些演员，所以我认为越来越多的知名演员会把他们的演技和表演技巧带到游戏领域之中。”

（现实明星化身“魔兽”经典角色）

如果说演技是演员的心灵的呈现，那么这世上还有一种与之相同需要个人天赋与长期经验累计并存的技艺，那就是肌体技巧，在体育领域最常见的便是“球技”。

肌体技巧与表演技巧拥有太多共性，并且这类体育题材游戏更加追求个体的差异化，与角色的真实性。因此动捕技术在体育竞技类游戏中的应用表现出了前所未有的适应性。

以体育类游戏的热衷题材篮球为例。篮球这项运动本身普及面广，文化底蕴深厚，可为动捕技术在体育游戏领域的发展提供良好的土壤。而动捕技术弥补了传统篮球类游戏中动作僵硬的弊病，提高了游戏的品质，同时引入了明星IP，增加了卖点，提升了销量。两者结合可为是双剑合璧，互惠互利。

这也正是近两年的以篮球为题材的作品中，开发团队几乎每一部都会邀请一个篮球明星进行全方位的动作采集的原因。

一款优秀的篮球游戏作品不仅要做到百分百还原球员们的动作习惯，更要对每个球员的面部表情及肢体身体细节进行刻画。体育竞技的动作建模，属于纯粹的硬核指标，直接影响玩家的感官体验。粗陋的建模，僵硬的动作，很容易让人瞬间出戏。

画人已是极难，要画动态的人更难，要画出三维动态的人，当然是难上加难。

然而随着动捕技术的运用，如今反其道而行之，将运动的人物直接捕捉为模型，再贴上图片材质，妈妈再也不用担心动画师坑爹了。

固然在篮球类游戏中结合真实球星使用动捕技术，不仅提高了游戏的品质，更将现实中的球星完整的复刻到了游戏之中，这不仅会帮助游戏增加卖点，益与游戏传播，更会因其明星的个人IP将游戏行业和娱乐产业连接在一起，产生跨界营销的效果。

如今，动捕技术不仅使用在诸如《阿凡达》、《加勒比海盗》、《猩球崛起》等好莱坞大片中，也在众多3A级大作中崭露出了头角。然而需要注意的是，动捕技术虽在游戏3A大作得以应用，但在手机游戏领域的应用实例仍寥寥无几。腾讯光子工作室历时两年匠心打造一PVP竞技力作——《最前NBA》的登场填补了动捕技术在体育竞技类手游领域应用的空白。

虽然《最强NBA》是一款移动端的游戏，但是腾讯专门为其搭建了动捕实验室。凭借着光学动捕技术对球星动作的还原与高质量建模对球星面貌的重现，该作品成功达到主机级的操作感与真实感。

随着科技的发展，动态捕捉的适用性及拟真度有望在近几年内再次获得提升。光学动捕技术参与移动端游戏的制作，是其脱离3A大作及好莱坞大片专属的重要象征。日后它被延用至更多作品与领域，渗透用户的日常生活之中。