科技猎揭秘《猩球崛起2》：科技如何让8个人扮演整个猩猩部落
这两天大家都在看什么电影？小伙伴们一定被《猩球崛起2》这部好莱坞最新科幻巨制吸引了吧。一只情感细腻、性格丰满的猩猩成为电影的主角，还带领起猿族结营扎寨与人类展开抗争，简直不敢相信自己的眼睛。当然，这些演技高超的猩猩的不可能是剧组训练出来的，也不是通过化妆，而是利用 动作捕捉技术 结合计算机图形处理技术（CG）的完美呈现。
简单来说，就是给饰演猩猩的演员身上穿上特制的衣服，然后把人的动作信息捕捉下来，再合成到建立好的猩猩模型上。这其中，捕捉人的动作信息有两种方式，其一是较为成熟的光学动作捕捉技术，另外则是较为前沿的基于传感器的惯性动作捕捉技术。
宅客君近日采访了国内从事传感器动作捕捉技术的诺亦腾公司，听刘昊扬博士讲一讲这些特效的背后制作过程。
用真实人物的运动数据来驱动虚拟角色
光学动作捕捉技术已经相当成熟，精确度又很高，在电影行业早就得到应用。刘昊扬介绍说，这种技术现在已经发展成各个细分领域，比如说有团队就专门做流体的特效制作，一个倒水的画面就能做得非常逼真，完全看不出是计算机做出来的；有专门做人群仿真（crowd simulation）的，比如《泰坦尼克号》里最终落水的那个画面，其实只有几个主要演员真正在演，其他人都是模拟出来的。
电影猩球崛起里也 只有八个主要演员 ，其余都是效果合成（难以置信哈）。人物模型做好以后，只要把另外一些动作信息做些修改然后赋值给这些模型就可以了。通过下面这个介绍视频可以更直观地了解特效的制作过程。
特效的制作包含四个关键部分。一是建立角色模型，就是用计算机把需要虚拟的角色做出来（比如猩猩），可依据所需控制点的不同做出各个等级的精细程度。第二步就要开始建立骨骼架构，因为虚拟角色最终要动起来也是靠骨骼的运动，这其中也要构建骨骼之间的关联动作。
接着要建立皮肤的模型，因为皮肤都是有弹性的，骨骼的拉伸等动作也会造成皮肤的收缩，因而要建立相应的关系。最后就是在演员表演的时候利用动作捕捉技术来收集运动数据，然后把这些数据绑定到相应的骨骼模型上，就可以用实际捕捉的动作数据去驱动骨骼模型运动。
最初，演员身上会在特定的位置贴上一些反光点，然后通过遍布四周的高速摄像机来捕捉这些点，这样得到一连串的圆点运行轨迹信息，就相当于得到了每个点的空间运行坐标。每个反光点的亮度其实很高，为了显示得更加清晰就要看灰度图，那些大小都类似而且是连续的亮点就是有效数据，可排除杂点。
（图片来自维基百科）
但这样也有一个缺陷，因为这些光点没有身份标识，计算机不容易识别就很容易出现混淆，于是渐渐地，这些被动反光点就发展成主动发光点。演员穿戴上一些可发出不同频率红外光的结点，由摄像机来捕捉收集。而且这也有一个好处，这些场景的拍摄就不需要再限定在室内摄影棚内，在户外也可以避免自然光的干扰，捕捉出有效数据。
最难的是面部表情的捕捉
为《猩球崛起2》制作特效的是维塔数码公司（Weta Digital），动作捕捉技术成熟的标志作品《阿凡达》就出自他们手下。刘昊扬介绍道，这其中最难的是面部表情捕捉技术。
“最早为了捕捉面部表情，也是靠贴反光片的形式，但贴片总是有大小的，贴在脸上就容易遮挡视线。”在电影《阿凡达》里，维塔数码公司应用了头戴式摄像头，并在演员的脸上涂上荧光漆点来解决面部识别问题。
人的面部肌群非常复杂，单靠动画来做效果不是很好，因此“要保证动作协调，就必需要人来演，”这是目前最完美的解决方案。
仍然存在一些缺陷
虽然光学动作捕捉技术的成熟度很高，又非常精准，但全套设备的造价和使用成本非常之高。“设备使用前的调试就非常麻烦”，比如，拍摄现场有几十个摄像机，每一个反光点在每个摄像机的位置都不同。因此就要对每一个摄像机的参数进行修正，这是一个很复杂的标定流程，“一般要花费三到四个小时”。而这个时候，只要随便碰一下，所有的一切就要再次重新标定。
另外，其精准度也是打折扣的。因为发光贴片都是绑定在演员的外表皮肤上，所以最终得到的数据是皮肤层面的运动数据，而动作模拟需要的是骨骼的数据，所以就要有一个算法来进行修正，反算骨骼的动作。
而且，限于光照的传播，数据的采集会经常有丢帧的情况发生。比如，当猩猩突然蹲下时，胸部的地方就会被遮挡，需要后期再去修补。
惯性动作捕捉的前景
惯性动作捕捉技术可以避免这些不足，它是利用传感器的组合来采集人的动作姿态，然后使用无线技术输送到电脑上。使用起来非常方便，“便携性对技术的普及是非常重要的，每个演员所需要的设备只要一个小箱子就能装下”。
但要真正实现惯性动作捕捉技术的应用还需要一个比较长的培育过程。 “电影的制作流程是很成熟化的一套工作，如果要将光学动作捕捉改为惯性动作捕捉，就意味着要调整很多东西。”刘昊扬表示，他们正在跟美国的一些大学谈合作，这些学校的相关教学内容将会使用诺亦腾的惯性动作捕捉设备，而当学生参加工作以后，必然会优先选择惯性动作捕捉技术。
任何一项新技术的应用都会有一个阶段性的过程，会先从一个小的地方开始，比如李安在拍《少年派的奇幻漂流》时，就应用了惯性动捕技术来做拍摄前的预演。刘昊扬认为，惯性动作捕捉技术对电影领域的影响是长远的，光学动作捕捉技术的高精准特性在其他领域有着更好的应用空间，但在电影的特效制作上，最终由惯性动作捕捉技术取而代之似乎是必然的。
相关：
