5- 几种典型表演动画系统.pdf

五五 几种典型的表演动画系统几种典型的表演动画系统 关景火 蔡涛 李德华 华中科技大学人工智能研究所 图像信息处理与智能控制国家教委开放实验室 通讯地址 湖北武汉华中科技大学西三区 5 栋 106 430074 前面几章分别介绍了表演动画中的运动捕捉 表演驱动 面部表情动画这样令人目眩的 技术 从先进技术到成熟的产品还要付出艰辛的努力 所幸的是 自早期的试验性系统在不 到 20 年前出现以来 表演动画系统已经获得了长足的发展 而其中最重要的发展可能是在 过去的一两年左右时间里发生的 从专用系统和 IRIX 工作站向基于 NT 的 PC 机的过渡 令这些产品变得比以往任何时候都要便宜 从而开辟了一个更加广阔的市场 许多著名的影 业公司和工作室都在使用各种新产品进行动画制作 一 一 SynaFlex 表演动画系统表演动画系统 前年面世的最激动人心的新产品之一就是由 SynaPix 公司出品的 SynaFlex 系统 这是 一套极富创造力的 3D 分析 动作设计与合成系统 它利用一种称为 Visual Stream Analysis VSA 视频流分析 的过程 将实况动作图像序列转化成 3D 图形 并在 SynaFlex Virtual Theater 重建的场景中显现 虚拟剧院 虚拟剧院 Virtual Theater 虚拟剧院的交互动作设计使得Maya生成的动画人物与重建场景能够完全按照导演的要 求相互影响 由基本场景调度开始 SynFlex 艺术家通过移动一个替身穿过虚拟剧院来设置 人物的基本路径 并用 Maya 上的 SynFlex 插件来生成摄像机和替身的路径 接下来 Maya 动画师就可用这两种路径实现实际人或物的运动 然后 SynaFlex 艺术家用 SynFlex 插件将 完成的 Maya 动画放置在虚拟剧院中 直接在真 3D 工作区间中获取动画和场景的关系 并 采用特定的灯光效果使计算机生成的对象和实际对象的外观显得自然而和谐 要实现 2D 到 3D 的天衣无缝的转化 主要依靠的是这套先进的系统利用软件和专用硬 件的某种组合 对各种视频画面进行取样和比较 从而调出同一个场景的多个微小区别 通 过对这种信息进行分析 它能够精确计算每个元素与摄像机之间的距离 于是不得不提到以 色列 3DV Systems 公司推出的 Z Cam ZCAM 的的 PRS 技术技术 ZCAM 即 Z Camera 引入了 3D 成像中一种革新的概念 采用专利测距技术 平行 延伸感觉 Parallel Range SensingTM PRS 技术 从而 ZCAM 景深摄像机得以同时捕捉色彩 RGB 和景深 Z 每个象素到相机的距离 令摄像机可以记录某个场景中各个元素 的三维相关坐标 并能获得物体与屏幕上各个独立像素之间的距离 ZCAM 景深摄像机使我们能够把对象从它的背景实时分离出来 它使用的是景深键 depth keying 而非色键 chroma keying ZCAM景深摄像机景深识别和跟踪都是实时完成的 能够实时成像而不需要蓝幕合成 前景元素能够被从任何背景中提取 并在另外的背景中 显示出来 图图 1 ZCAM 在实况广播中的演示 在图 2 的实况广播中 我们的焦点人物变到了黑白效果 更夸张地成了液体金属人 令 人激动的是一切都是实时生成的 从而在电视直播中得以应用 还记得 阿甘正传 中的断 腿少校 肯尼迪接见那些特技吗 以后不需要蓝幕扣像的步骤 可以节省时间和金钱上的支 出 Alias Wavefront 公司已经宣称 它与 SynaPix 公司签署了一项许可与开发协议 将 Maya 软件集成在 SynaFlex 系统中 令 Maya 软件的所有图形与动画制作功能都能在 SynaFlex 系 统的用户界面中调出 SynaFlex 表演动画系统取代鼎鼎大名的 Maya 已为期不远了 二 二 Typhoon 表演动画系统表演动画系统 在各表演动画系统逐鹿中 以色列公司有后来居上之势 除了上面介绍的 ZCAM 摄像 机 以色列 DreamTeam 公司的 台风 Typhoon 表演动画制作系统在 NAB 美国国家广 播联合会 National Association of Broadcast 上首次露面时 引起巨大的轰动 在拉斯维加斯 Typhoon曾与RT Set公司的虚拟布景技术和光学运动捕获专用程序MotionAnalysis一起进行 了一次令人难忘的演示 Typhoon 系统以穿有紧身衣的演员的动作为基础制作的虚拟人物 与计算机生成的环境实时结合在一起 除了跟踪演员的运动之外 这种新的运动分析系统还 用一圈红外 LED 跟踪摄像机的运动 图图 2 Typhoon 的真实和虚拟运动捕捉 Typhoon 从一流 3D 动画包无缝地导入了完全的 3D 场景 几何 动画 相机 光线 实体 变形 等等 在 Typhoon 系统中 能够用市面上的运动捕捉系统和其他外围设备如 操纵杆 midi 滑块 鼠标等来完全控制并实时生成你的 3D 场景动画 而无需特别专门的设 备 它还能把实时动画转到一个便利的 用户界面友好的包中 便于那些没有编程背景的人 使用 使得它成为内容开发者的理想工具 除了实时生成 虚拟布景集成 后期创作这些新 功能以外 Typhoon 独特的优势还在于以下方面 图图 3 Typhoon 的管道线 单皮肤层单皮肤层 Typhoon 支持单皮肤构型人物 即仅有一层皮肤而无肌肉层 骨架层等 代 表着实时动画人物在外貌和真实感觉上的极大进步 单皮肤模型包括构成人体的多边形的顶 点 这些顶点在 3D 动画包中建立 并且可以按照不同的权重移动或翻转 Typhoon 解释说 这些顶点各种移动能力的权重导致了平滑变形 于是有逼真的关节弯曲和柔软皮肤的形变 而 Typhoon 宣称支持几乎无限数量的变形 摄像机跟踪摄像机跟踪和声音跟踪声音跟踪 VocalTrack Typhoon 与各种摄像机跟踪系统的集成 允许将虚 拟人物插入现实或虚拟环境 在多摄像机配置情况下 演播室摄像机还能与 Typhoon 的虚拟 摄像机同步 这样人物在每一帧动画上总是在正确位置出现 VocalTrackTM能实现实时自动 唇形同步 实时传送声音 并控制 9 种面部表情与声音配合 它是独立的发音和语言设备 识别所有类型的声音 像性别差异 口音和卡通配音的声音 实时反向运动学实时反向运动学 Typhoon 的实时反向运动学引擎提供了对人类的真实运动 Typhoon 称 之为 双足 bipedal 运动 的全部解 这个解集包含了人类演员相对于那些虚拟演员的特性 限制了动画人物的运动和与环境的交互 形象地说 就是把人物的脚 粘 在地上 并避免 出现人物的四肢进到自己身体这样荒诞的情形 多计算机多计算机 多处理器支持多处理器支持 选择 Typhoon 远程渲染模式 一台电脑运行 Typhoon 而另一 台进行所有的渲染 这样会非常明显地提高实时渲染的能力 作为一个真正的多 CPU 应用 软件 Typhoon 使用所有可用进程 优化了渲染能力 同时整体能力增加了 60 三 三 FilmBOX 表演动画系统表演动画系统 面对小公司 新产品的咄咄逼人之势 那些老牌动画系统制作公司自然要有所应对 力 求保住一席之地 曾担纲大片 Matrix 特技制作的 Kaydara 公司的 FilmBOX 系统 力争 成为影视 游戏和网页制作革命化的新途径 作为唯一一套内容创作和交付的实时工具 FilmBOX 标志着混合媒体 mixed media 环境里的内容创作的新时代 从特技到游戏开发 升级的 FilmBOX 产品系列满足了动画制作流程流水线化的要求 从而大幅削减了生产成品 的时间和金钱 FilmBOX 运动捕捉设备运动捕捉设备 FilmBOX motioncapture 是一套实时捕捉系统 它把以前的 FilmBOX 动画系统和运动捕 捉系统的一整套工具结合起来 以满足捕捉 编辑运动数据的要求 通过它就能从无限数目 的运动捕捉和跟踪设备获得即时动画数据 FilmBOX 运动捕捉系统还包括一套运用运动数据使人物运动过程简单化的高级映射技 术 有了可用的支持运动捕捉的设备 没有数目限制 FilmBOX 就能针对游戏开发 影视 特技和商业应用各提供一种运动捕捉方案 并创建运动库 积累数字图像素材 FilmBOX 动画系统动画系统 FilmBOX animation 是一套实时动画系统 特别为 3D 人物 内涵 的创作和重新设定 而设计 FilmBOX 动画系统包含了混合媒体的 3D 内容创作所必需的视频和音效工具 以及 基本输入硬件设备的实时运动触发和运动记录 角色贴图角色贴图是一种新的自动功能 用于将运动 捕获数据分配给虚拟人物 FilmBOX 动画系统提供 3D 人物创造的基础 与 FilmBOX 运动 捕捉设备结合可完美地应用于影视创作 游戏开发 以及在线内容创作工业 FlimBOX 在线系统在线系统 FilmBOX online 是一套完整的实时表演动画生成系统 在一个单独的统一的创作环境中 整合了人物动画 实况运动捕捉 摄像机跟踪 以及实时音效和视频工具 FilmBOX 在线 的最终平台为混合媒体 在其上进行实况合成 在 FilmBOX 动画系统和运动捕捉系统提供的工具的基础上 FilmBOX 在线包含了实时 输入和输出 允许实时操纵动画产品 3D 视频 音效等等 所有的主要元素 它还有多 样化的文件交换格式 支持主流 3D 软件的场景输入 输出 包括 SOFTIMAGE 3D Alias Maya Power Animator Kinemation Newtek Lightwave 与 Kinetix 3D Studio Max 另外也支 持所有主要的动作数据文件格式 FilmBOX 的应用的应用 FilmBOX 可用来完成专业网球的模拟 生成以真实世界为背景的超过 500 个动作的动 画 从发球 serves 到扣球 smashes 所有一切都被捕捉到 甚至到运动员在结束时挥手的动 作 而 Sony Team Soho 的开发队伍用 FilmBOX 取得了运动捕捉如何应用于游戏开发的突 破 对于游戏中的人物动画 该团队使用 FilmBOX 来 清洁 运动捕捉的数据 即消除捕 捉到的噪声点 并直接输入到 PlayStation 2 同时 FilmBOX 允许他们直接在运动捕捉数据 上生成动画 用最少的时间得到最好的结果 图图 4 FilmBOX 的网球模拟动画 图图 5 FilmBOX 的运动捕捉与动画制作的结合 另外 其他表演动画系统及其插件也各擅胜场 如 Quantel 公司仍在利用 Java 项目降低 对其专用系统的依赖 现在已见成效 这样 Quantel 技术就可以通过 5D 公司基于 Intergraph RenderRAX III 硬件的 Monster Masher 处理引擎向第三方开放 一个应用的例子是反向电视 电影机 Film Style 它为电视节目添加一些电影风格 针对现有的制作工具难以为2D和3D混合的设计与合成提供一个特别令人满意的环境 要将它们结合在一起大多数只能费劲地一帧一帧地完成这一现状 Softimage 3D 推出 Toonz 插件 这种插件能自动将 3D 空间中所有的摄像机动作集成到 2D 环境中 所以将大大缩短 将这两个世界合并到一起所需要的时间 最新产品是用于 Softimage DS 合成 编辑与特技 系统的 Toonz 插件 另一值得关注的是西