天津工业大学动画实验中心-3.+三维动画制作概述

第一章 三维动画制作概述 主讲人：李文杰 阿凡达 Avatar (化身 ) 1.1三维动画技术概述 阿凡达（ Avatar）是一部科幻电影，由著名导演詹姆斯 卡梅隆 执导，二十世纪福克斯出品。该影片预算超过 5亿美元，成为电影史 上预算最高的电影。全球第一部票房突破 19亿并一路到达 24亿美元的影片 传统动画制作方法：制作一秒钟的动画需要绘制 24张图画，一分钟需要 1440张图画，一部一个小时左右的动画片需要 126400张画面，如果一个人绘制需要 6320天，大概需要20年的时间，工作量巨大。 用于动画制作的 Motion capture（运动捕捉）技术可以追溯到 20世纪 70年代，迪斯尼公司曾试图通过捕捉演员的动作以改进动画制作效果。 1.1 高清电影制作流程 下图为我校亚瑟动画工作室的运动捕捉现场 1.2 常见的运动捕捉方式 一、机械式运动捕捉 机械式运动捕捉的一种应用形式是将欲捕捉的运动物体与机械结构相连，物体运动带动机械装置，从而被传感器实时记录下来。 这种方法的优点是成本低，精度较高，可以做到实时测量，还可容许多个角色同时表演。但其缺点也非常明显，主要是使用起来非常不方便，机械结构对表演者的动作阻碍和限制很大。且较难用于连续动作的实时捕捉，需要操作者不断根据剧情要求调整设备的姿势，主要用于静态造型捕捉和关键帧的确定。 二、声学式运动捕捉 常用的声学式运动捕捉装置由发送器、接收器和处理单元组成。发送器是一个固定的超声波发生器，接收器一般由呈三角形排列的三个超声探头组成。通过测量声波从发送器到接收器的时间或者相位差，系统可以计算并确定接收器的位置和方向。 Logitech、 SAC等公司都生产超声波运动捕捉设备。 这类装置成本较低，但对运动的捕捉有较大延迟和滞后，实时性较差，精度一般不很高，声源和接收器间不能有大的遮挡物体，受噪声和多次反射等干扰较大。由于空气中声波的速度与气压、湿度、温度有关，所以还必须在算法中做出相应的补偿。 三、光学式运动捕捉 光学式运动捕捉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。目前常见的光学式运动捕捉大多基于计算机视觉原理。从理论上说，对于空间中的一个点，只要它能同时为两部相机所见，则根据同一时刻两部相机所拍摄的图像和相机参数，可以确定这一时刻该点在空间中的位置。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。 典型的光学式运动捕捉系统通常使用 6 8个相机环绕表演场地排列，这些相机的视野重叠区域就是表演者的动作范围。为了便于处理，通常要求表演者穿上单色的服装，在身体的关键部位，如关节、髋部、肘、腕等位置贴上一些特制的标志或发光点，称为 “ Marker”，视觉系统将识别和处理这些标志。 下图为我校亚瑟动画工作室的光学式运动捕捉现场。 如果在表演者的脸部表情关键点贴上 Marker，则可以实现表情捕捉 阿凡达 主角表情捕捉 1.3 运动捕捉空间 捕捉角色面部表情的动画 特技吊挂系统 进行空间校准 分别对每个镜头的拍摄角度、焦距、光圈进行调整，如图 1.4 运动捕捉过程 在捕捉之前要首先确定捕捉点分