光学捕捉技术十篇

光学捕捉技术篇1

[关键词]三维动画；运动捕捉技术

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）08-0370-01

1 三维运动捕捉技术简述

三维运动捕捉技术是指在真实运动物体的关键部位设置跟踪器，计算机通过跟踪和处理这些跟踪器的位置，将运动物体的动作数据记录下来形成二维动作数据，最后将这些动作数据重新赋予动画模型，从而创造出动画模型真实而自然的动作。目前常用的运动捕捉技术主要有机械式、声学式、电磁式和光学式，其中光学式运动捕捉由于其采样速率高、表演者活动范围大、无电缆和机械装置的限制等优点而最为常见。因此，长期困扰动画师的角色动作调节问题得到了解决。

运动捕捉系统的设计，运动捕捉的关键技术是标记点跟踪以及空间坐标的三维重建。另外，在计算机视觉中，从二维图像信息计算三维空间结构，需要利用视点的位置信息和视点的朝向信息，这就要用到摄像机的各种参数。空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系是由摄像机成像的几何模型决定的。这些几何模型参数就是摄像机参数，要通过摄像机标定计算才能得到。摄像机标定也是运动捕捉关键技术之一。

2 三维动画的制作

三维动画的制作主要是动画制作人员在计算机虚拟世界中建立动画角色、场景以及运动，然后为角色和场景添加材质和灯光，同时再借助于虚拟摄像机来记录运动的镜头，最后计算机自动进行运算，输出动画画面.

具体来说，专业的三维动画制作流程分为三个大的层面，它们分别是制作前期、制作中期和制作后期.前期属于动画的剧本、原画、分镜头部分，它与传统的二维动画无明显差异，中期主要是利用计算机完成虚拟世界的建立，动画的制作，后期主要是添加以及整合相关兀素，完善动画效果.在三维动画软件的制作上，一般有建模、材质和贴图、灯光、动画以及渲染等，这个过程属于三维动画制作的中期。

3 制作中的难点

从技术上来讲，三维动画制作的步骤主要有四个：几何建模，材质调整，运动轨迹的设定和着色技术。就目前来说几何建模主要问题是虚拟世界中模型的重现。材质整理的主要问题是怎么把虚拟材质做到现实中的材质感。运动轨迹的主要问题就是角色的运动，特别是人和动物的肢体运动。着色和渲染技术是如何根据场景的设定做出相应的静态或动态的图片为主要问题。

在三维动画制作过程中，最困难的就是运动轨迹的问题，关于角色运动的调节，肢体的协调。虽然我们在平常的动画中经常看见霸气十足的场景，可是对于一部好的动画作品来说角色的运动才是需要关注的对象。和影视作品一样，尽管场景特效做得再好，演员的演技还是放在第一位。如果没有好的演技缺乏真实感那么这一定不是一部让人喜欢的电影。在三维动画制作中，角色的运动轨迹就相当于影视表演里演员的演技。角色的设定运动通常都是依靠动画师来调节，但是对于一部长动画来说，光依靠动画师的手动调节角色的运动，这是十分困难的一件事往往都会有些力不从心。所以，角色的运动轨迹设定和调节成了制作三维动画过程中最困难的瓶颈。

3.1 三维运动捕捉技术

由于三维动画制作的困难瓶颈，三维运动捕捉技术开始发展起来解决这个问题，三维运动捕捉技术原理是依靠机械式的运动捕捉来进行追踪和测试，然后将这些数据记录下来成为三维动作的数据，最后再将这些数据赋予三维动画模型，从而创造出自然而真实的动画模型。现在运动捕捉技术主要分为四大类，机械式的运动捕捉，光学式运动捕捉，声学式运动捕捉和电磁式运动捕捉。其中光学式的捕捉技术好效率高，因此三维动画制作的难题运动轨迹问题得到解决。

3.2 运动捕捉技的成长

运动捕捉技术的发展本身也有着一定的局限性，比如说光学系统的价格太过于昂贵运动捕捉还需要在表演人身上捕捉到特殊的光点。后面的调节和数据的更改工作更是特别大的工作量。因此运动捕捉技术本身也在不断地发展和改进，在光学运动捕捉的过程中，正因为这些光点，才会使后期的动画制作处理数据方面变得十分棘手，现在有学者提出用视频处理来代替直接捕捉光点来识别表演者的运动轨迹，从而简化运动捕捉的过程，减轻了人们的工作量。比如在2006年的计算机图像图画特别兴趣小组讨论中，mova公司发表了最新的研究技术，该技术可以把光点换成荧光粉捕捉，这大大降低了捕捉成本。现在的运动捕捉技术可以精确地捕捉到人体的肢体每一个动作，并且准确的记录下来，进行回放和分析。

3.3 运动捕捉技术涉及领域

运动捕捉技术主要作用于动画制作这方面所以三维运动捕捉技术目前主要作用c多媒体教学，动画制作，游戏影视当中。在影视动画中可以通过运动捕捉技术做出很自然的画面，减少了动画的手动编辑，对于某些特殊场景和大型动画制作都起到了很大的作用。比如说我国的3D动画《秦时明月》，还有大型的网络游戏《魔兽世界》等都运用了三维运动捕捉技术。除了在以上领域，也同时在医学研究，司法重现，远程教育进行拓展。运动捕捉技术将会不断的改进深入到各个领域，更好地造福人类。

结语

随着数码电影制作的发展，对运动捕捉的需要也会越来越高。运动捕捉是一个较为复杂的机计算机视觉的技术，对于系统的准确性和实时性以及实用性还需要进一步的完善。

参考文献

[1] 孙新领，李扬波，马绍惠.光学式运动捕捉技术在人体动画中的应用研究[J].河南机电高等专科学校学报，2013（3）：17-19.

光学捕捉技术篇2

关键词：影视表演；运动捕捉；技术

中图分类号：J969 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）06-0188-02

随着现代计算机技术的发展，计算机动画技术得到了突飞猛进的发展，尤其是三维概念的引入使得动画的立体感、真实感更加强烈，也更符合人们认识的现实世界。在当今的动画生产上，人们已经可以用计算机生成高质量的图像，虚拟现实技术已渗透到人们生活的各个角落。表演动画借助运动捕捉对运动中的人、动物或物体的三维运动轨迹进行实时捕捉和数字解析的一种高新技术。从近年来欧美国家的院线三维动画影片《阿凡达》、《丁丁历险记》、《怪兽在巴黎》、《冰河世纪》系列、《功夫熊猫》系列等可以得到证实。

在当今的动画影片中，虚拟人动画是计算机图形学中一个快速发展的研究领域，其中运动捕捉技术是重要的组成部分。根据对三维物体的实时捕捉，实现测量、跟踪、记录物体在三维空间的运动轨迹进行分析的技术。本文从运动捕捉技术和其在影视表演动画中的应用阐述。

一、运动捕捉技术

动画制作是一项繁杂耗时的工作，为了减少计算机三维动画制作过程中动画制作者的工作量，表演动画得到进一步的研究和应用。而表演动画中最关键，最不可或缺的就是运动捕捉技术。运动捕捉技术是一种用来记录人体动作，并将其转换为数字模式的技术。从其基本原理来说，就是将人或动物的动作、空间位移记录下来，并以此数据驱动虚拟角色运动，达到比手工动画更流畅、更精确地效果。早期动作捕捉只记录演员的肢体语言，脸部则靠动画师后期绘上。但是影片《猩球崛起》在表情捕捉上取得了突破性的进展，首次使用了“脸部肌肉组织模拟技术”，使得演员的演技得以最大化地传递给观众，让人意识到“动作捕捉技术”越来越应该被称作“表演捕捉技术”。《猩球崛起》通过“动作捕捉”技术呈现的猩猩凯撒的经典程度也不遑多让。凯撒兽性未泯与人性初露的种种复杂、微妙的表情和肢体语言，都在影片中呈现得极为自然鲜活，真正达到了以假乱真、真假难辨的高超境界。当影片结尾凯撒以平等的姿态站立在威尔博士面前时候，神态中那种充满猩猩尊严的独立与霸气，无疑让观众更为真切地理解了“猩球崛起”这一片名的含义。可以说，正是“动作捕捉”技术成就了这部影片，更证明了好莱坞先进的电影科技不仅仅只有在动作场面中营造夸张的视听噱头，更是将技术与故事完美的结合。

二、表演运动捕捉技术的基本构成

在影视表演动画系统中，基于计算机图形原理，通过数个视频捕捉设备将运动物体的运动状况以图形的形式记录下来，然后使用计算机对图形数据进行处理。运动捕捉技术从工作原理来看，主要有机械式、电磁式、声学式和光学式运动捕捉几种。目前的影视表演动画中多数使用光学运动捕捉系统。运动捕捉技术系统的工作过程如下：撰写文字脚本，绘制分镜头脚本，然后进入数字化角色造型设计和气氛图设计，再根据脚本要求制作动画模型。为了便于后期编辑，通常要求表演者穿上蓝色或绿色服装，并在身体的关键部位，如关节、髋部、肘、腕等位置贴上特殊的标志或发光点，视觉系统识别和处理这些标志。利用多台摄像机进行实时视频捕捉，从各个摄像机得到的序列图片中可以看到每一帧中标记点的运动情况。因此可以得到一个特定的点随着时间变化的连续运动轨迹，然后通过三维重建技术将这些点的运动轨迹还原为骨架模型的动作。

三、运动捕捉技术在影视动画制作中的运用

早期三维动画制作主要是依赖于动画师的手动逐帧调节运动，通常一个运动过程耗费时间周期长、繁琐、复杂、效率低。所以以往使用三维动画软件制作出来的动作时间都耗费周期长，而且有些动作制作笨拙。这一现象在某些影片中不难看到。但是以运动捕捉技术为基础创造出了许多生动的动画角色，它对演员、运动员和舞蹈家的动作进行捕捉，演员动作不受限制，动作流畅，自然，减少了动画师调整动作的时间。在2011年度的大银幕——《猩球崛起》的大猩猩，竟然没有一只是真正的猩猩，在这些毛茸茸的生物背后，都是一位一位活生生的动作捕捉演员；《铁甲钢拳》在拳坛上自然流畅，拳拳到肉的机器斗士们，也都是穿着蓝色服装，踩着高跷的演员亲自表演的；《丁丁历险记》，卡通的造型却有无比自然的动作和表情，这同样是拜真人演员的动作捕捉所赐。

在电影中运用运动捕捉的标杆之作堪称——《指环王》，其中怪模怪样的咕噜获得当年奥斯卡“最佳男配角”提名。当时在拍摄咕噜的镜头，所有出现咕噜的镜头一般都要制作三遍：第一遍是实拍，安迪瑟金斯穿着白色衣服和演员一起表演；第二遍在电脑中，将安迪瑟金斯擦除以便放置咕噜；第三遍时安迪瑟金斯单独的个人表演，穿着带记录点的动作捕捉衣表演，动画师先制作出安迪瑟金斯运动造型，然后再将数据转化到咕噜的模型身上，这样的制作，耗时长，花费巨额经费。

带动运动捕捉技术走向规范化的影片要数2004年《极地特快》（如图1），《极地特快》是首次将动作捕捉从头用到尾的全CG动画电影，也是第一次将身体动作捕捉和面部表演捕捉一起完成。也是这个原因，这部电影被记录在2006年的《吉尼斯世界纪录》中。同时，在《极地特快》拍摄现场，一共有超过60台摄像机，计算一次性捕捉多位演员的身体表演和面部表演，实现了有使以来动作最接近真人的动画角色。

动捕技术日渐成熟，每年都有一部由动捕技术完成的创世之作，有2005年的《金刚》中威猛高大的金刚以及凶残可怕的恐龙；2006年的《加勒比海盗II》；及2007年由罗伯特泽米吉斯导演的《贝奥武夫》，这部电影在效果上全面超越《最终幻想：I灵魂深处》，展现的全是CG的人类角色。而使真人CG角色达到巅峰之作要数2008年拍摄的《本杰明巴顿奇事》，这是唯一被奥斯卡认可的表演捕捉，到今天为止我们仍然可以说这部电影是最出色的CG人类角色表演。在之前的动作捕捉电影，在面部捕捉技术上仍然存在着一些不可突破的问题，而3D电影《阿凡达》除了采用普通的被动式光学运动捕捉系统捕捉身体运动数据外，还采用了视频运动捕捉技术，研发出佩戴在演员头部的面部表情捕捉头盔（如图2）。通过对身体数据和面部数据的分别捕捉，《阿凡达》有效地克服了以往捕捉中的数组数据不同时捕捉的困境。多套运动捕捉系统同时实时捕捉，制作出片中勇敢刚毅的混血生物阿凡达技术关键。《阿凡达》在动作捕捉方面的意义在于它实现了前所未有的逼真虚拟生命，让观众一扫之前数码角色给人带来的隔离感，并成功跨越了“诡异谷”。2011年上映的《猩球崛起》，是动作捕捉走出摄影棚的一部高端电影。《猩球崛起》的动作捕捉技术是《阿凡达》技术和动作捕捉技术完美结合，可以说基本解决了和动作捕捉有关的所有问题。团队在此基础上改进了识别系统，只需要通过面部安装50个左右的光源点，就可以完美地捕捉演员的表演，此外，再加上用Solver软件的匹配和皮肤纹理的制作，制作出来一只只活生生的猩猩。《猩球崛起》除了对动作捕捉的技术上的意义之外，更在观念上让大家重视了这项技术，实现了电影科技将技术与故事完美结合中营造夸张的视听噱头。

随着数码电影制作技术的不断发展，愈发要求提高运动捕捉技术。运动捕捉技术实现了以三维方式逼真模拟技术动作的形象化方式，便于动画制作者进一步的完善对于系统的实效性以及实用性的计算机视觉技术。

参考文献：

[1]曲毅，李存华.运动捕捉技术在影视动画制作中的应用研究[J].中国图象图形学报》2000，（3）.

[2]金刚，李德华.周学泳表演动画中的运动捕捉技术中国图像[J].中国图象图形学报，2000，（3）.

[3]黄波士，陈福民.运动捕捉及其在动画制作中的应用[J].计算机工程，2005，（13）.

[4]邱望标，李超，基于运动捕捉技术的中国少数民族舞蹈艺术保护方法研究[J].电子科技大学学报（社科版），2009，（4）.

[5]《阿凡达》带给中国动漫的启示[J].现代传播（中国传媒大学学报），2010，（04）.

光学捕捉技术篇3

关键词：动捕（运动捕捉）；跟踪点；映射；层级；关键帧简化

1.运动捕捉技术的历史

1983年 金斯伯格和麦克斯韦教授使用Op—Eye光学跟踪系统。

1984年 Motion Analysis实现通过二维跟踪三维定位技术。

1988年英国Oxford Metrics Limited公司第一套应用在影视的动画制作领域的Motion Capture系统—Vicon 。 这是世界上第一个设计用于动画制作的光学Motion Capture系统， 它专门为动画制作量身定做，是一套专业化的Motion Capture系统。 现在已被许多非常著名的动画制作公司采购、使用。 它的出现意味着运动捕捉技术正式进入影视动画制作。

1993年 Acclaim光学运动捕捉系统可以同时进行2人的动作捕捉，跟踪点(Marker)可达100.

1996年 Motion Analysis公司实现跟踪点(Marker)的自动标识。

2007年 3D动画电影《贝奥武夫 Beowulf》的角色的表演完全由动作捕捉技术来展现。

2010年 《阿凡达》导演利用3D立体、动作捕捉技术通过《阿凡达》将自己的想象力完美地呈现给了全球影迷，使《阿凡达》取得了前所未有的成绩。

2．光学式运动捕捉技术的工作流程

运动捕捉技术从原理上说可分为机械式、声学式、电磁式、主动光学式和被动光学式。不同原理的设备各有其优缺点，一般可从以下几个方面进行评价：定位精度；实时性；使用方便程度；可捕捉运动范围大小；抗干扰性；多目标捕捉能力；以及与相应领域专业分析软件连接程度。

光学式运动捕捉（Motion Capture）技术，是通过高速摄像机阵列来捕捉表演对象身上的跟踪点，把跟踪点在物理空间中的运动数据，映射到计算机的虚拟三维空间中，一般是记录跟踪点的三个维度（x、y、z）的移动（Translation）和旋转(Rotation)数据，因此动捕数据包含的信息主要对应于虚拟骨骼系统每一层级关节的TranslateX、TranslateY、TranslateZ、RotateX、RotateY、RotateZ六个属性的值。

 

目前光学式运动捕捉技术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摄像机所见，根据同一时间点的两部摄像机所拍摄的图像像素等数值，可以确定这一时间点该点在空间中的位置。当摄像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。在表演对象的关键部位设置跟踪点，由高速摄像机阵列捕捉跟踪点在三维空间中运动的轨迹，再经过计算机处理后，生成可以在动画制作中应用的数据。动画师可以将这些数据映射到动画角色，生成动画。也可以在相关软件中调整动画效果。这些数据应用范围非常广泛，就娱乐产业而言，涉及到电影、电视、MV、电子游戏等领域。

通过多个高速摄像机捕捉的跟踪点（Marker）所获得的数据，因为高速摄像机镜头存在死角，所以捕捉到的数据很多时候会存在丢帧现象，因此跟踪点在表演对象身上放置，必须与其骨骼系统的关节点相对应，具体的做法很简单，在表演对象身上放置跟踪点之前，我们可以先在动捕软件中创建角色骨骼系统的框架模型Model Markers，除了在关节点上的主要跟踪点之外，还需要在关节点周围放置附加的标记点（理论上附加标记点越多越有利于修复丢帧），这些标记点之间由Stick根据人体基本结构的方式相连接。有点像人类的骨骼一样，这些Stick是长度一定的Rigid Bodies，这就保证了跟踪点阵列的相对稳定。丢帧现象一般是一个或多个跟踪点丢失导致的，丢失的跟踪点的数据可以根据附近其它跟踪点的数据推算出来，当然如果丢失的跟踪点太多，就得手工修复了。见图一。 图1

3．运动捕捉数据的类型

针对不同的三维动画软件，可以输出的运动捕捉数据格式种类较多，例如(*.asf, *.amc) (*.bvh) (*.htr) (*.trc) (*.c3d)，较常用的格式是(*.bvh)和(*.c3d)，通过外部插件,Maya可以直接使用(*.bvh) (*.htr) (*.trc) (*.c3d)这几种格式的数据，当然，最常用的调用动捕数据软件是AutoDesk公司的MotionBuilder。

MotionBuilder支持以上所有格式的动捕数据，可以将MotionBuilder作为中转站，将任何格式的动捕数据导入MotionBuilder，处理后存为(*.fbx), 现在主流三维动画软件对(*.fbx)数据的支持还是很不错的，处理后的(*.fbx) 数据可以应用到很多主流三维动画软件中。据说VICON公司的新版动捕软件Blade可以直接由跟踪点生成(.fbx)骨骼，并把动画数据直接传递给这种(.fbx)骨骼，省去了大量的修补丢帧数据的工作，进一步提高了工作质量和效率。

4．运动捕捉数据的应用

我们以(*.bvh)和(*.c3d)这两种格式在MotionBuilder中的使用为例。

MotionBuilder虽然能够导入(*.bvh)格式数据，但无法直接将(*.bvh)文件格式使用到角色上，需要重新映射到MotionBuilder的基本骨骼上才能使用。我们可以导入任意(*.bvh)数据到MotionBuilder中，旋转、移动其关节成标准的T-POSE状态，这就得到我们需要的基本骨骼，用MotionBuilder的Character节点来角色化基本骨骼，选择基本骨骼的关节，按Base(required)的关节列表，一一对应拖入Charater Defintion的Model List中，并激活Characterize选项，完成基本骨骼的角色化，并另存为不带动画的(*.fbx)文件。需要使用(*.bvh)数据到自定义动画角色的时候，可以先导入这个文件，再导入(*.bvh)数据到这个文件的基本骨骼上，选择BVH Replace Animation,动画数据会附加到基本骨骼上，然后在自定义动画角色的Character Setting下的Input Type中使用Character Input的数据输入方式。

再来说(*.c3d)或(*.trc)，这两种格式的处理方式基本一样。将(*.c3d)导入到MotionBuilder中，将MotionBuilder的Actor节点拖放进Viewer。 (*.c3d)或(*.trc)数据中的人物大小与MotionBuilder中Actor的并不相同，用移动和缩放工具将二者对齐（对得越齐动画效果越好），在Actor Setting中创建MarkerSet，将Ac tor的关节点拖入到MarkerSet中，激活Active和Snap选项，就完成了(*.c3d)或(*.trc)数据与MotionBuilder中Actor的绑定。需要使用(*.c3d)或(*.trc)数据到自定义动画角色的时候，在自定义动画角色的Character Setting下的Input Type中使用Actor Input的数据输入方式即可。

光学捕捉技术篇4

用机器人取代人类进行未知生物的探索与捕捉，可减少危险的发生；用机器取代化学药品杀死害虫便可减少农药对人体与环境的危害，而且顺应了当代环境保护这一课题。为此我们发明了捕虫系列机器人，捕虫系列机器人主要有三个部分组成：猪笼草仿生机器人、捕蝇草仿生机器人和蜥蜴仿生机器人，如下图所示。

猪笼草仿生机器人：设计此机器人主要是为了捕捉活体昆虫新物种和捕杀害虫两大功能，其更侧重于对活体昆虫的捕捉。设计此机器人最初的设想是当昆虫飞过此装置时，它会通过内部的感应器感知生物，待其进入捕捉范围后自动关闭捕虫器然后将昆虫捉住。因为这是一种捕捉活体昆虫的装置，因此它十分有利于科学家对昆虫的研究。实际应用时还可通过太阳能维持其运行，以减少对环境的危害。在实际操作过程中，此机器人采用的是乐高机器人套材中的光感传感器来感知昆虫的到来，当传感器感知到昆虫时，电机自动运行并通过履带进行传动，将捕虫器关闭。

捕蝇草仿生机器人：此机器人的功能和猪笼草仿生机器人的功能很相似，也具有捕捉昆虫新生物种和捕杀害虫两大功能，但其更侧重于对害虫的捕杀。它也是采用乐高机器人套材中的光感传感器来感知昆虫的到来，当传感器感知到昆虫时，电机自动运行将机械臂迅速放下将昆虫杀死。此外我们在此机器人中还设定了一个延时程序，一段时间（如5秒）后机械臂会自动抬起，以便捕捉下一只昆虫。因这款机器人已将先前捕获的昆虫杀死，所以即使机械臂抬起昆虫也不会跑掉，而在实际应用中还可以在其内部加入一些装置通过物理方式杀死害虫，以此取代化学药剂的使用，减小化学药剂对人体和环境的危害。

光学捕捉技术篇5

【关键词】群众文化活动；捕捉；画面

中图分类号：C91文献标识码A文章编号1006-0278（2015）08-249-01

群众文化活动是一种基础性活动，它是人民群众为了满足自身的精神需求而进行的一项自娱自乐的活动。同时，群众文化也是人们精神生活中一项不可或缺的内容。在群众文化活动迅猛发展的过程中，群众性摄影活动也蓬勃发展起来，它能够有效的反映和记录群众的真实生活，表现我国丰富多彩的艺术形式。

一、充分发挥造型语言的优势和特点

在摄影中，为了对精彩画面进行捕捉和抓拍，必须充分利用造型语言的作用。本文在捕捉群众文化活动中的精彩画面所涉及的造型语言主要包括光线、影调、色彩、时间和空间几个方面。

（一）光线的控制

光线在摄影艺术中发挥着重要作用，通常情况下，在众多视觉艺术中，摄影艺术对于光线的依赖程度最大。在摄影艺术中，对摄影对象的真实描绘、表现和揭示都离不开光线，取景、曝光以及布光等也与光线密切相关。同时，画面效果会直接受光的聚散、距离、强弱方向的影响。由此可见，光线在摄影中发挥着不可替代的作用，决定了摄影作品的整个基调，是摄影的灵魂。因此，精彩画面捕捉中必须合理控制光线。

（二）色彩的调节

在群众文化活动摄影中，不同的色彩可表现不同的人物情感和不同的主题。同时，色彩可增强艺术效果、表现作品情调。另外，在摄影中，光线与色彩联系紧密，光线的入射角度、明暗强度以及方向都会对色彩基调造成一定程度的影响。在具体摄像时，摄影师可通过调节色彩来表现客观对象的原本色彩，让人们更加直观、真实、亲切的感受作品的美感。因此，在群众文化活动中，摄影者必须有效调节色彩来捕捉精彩画面。

（三）合理调节影调

前面已经提到光线会影响摄影画面，而影调就是因光线的影响而产生的。它是色彩由白逐层变化到黑的调子。通常，影调可分为硬调和软调以及低调和高调。它能高度概括景物颜色，还能对其进行有效提炼和筛选，提升画面的含蓄性和概括力，表现画面的深层内涵、群众情感、摄影师情感。所以，影调的调节对于精彩画面捕捉意义重大。

（四）合理把握时间和空间

摄影是一门对时间进行捕捉的艺术，因而要想拍摄到富有创意和完美的画面，必须掌握时间，定格画面，抓住精彩瞬间。同时。群众文化活动是一种规模宏大、人数众多的艺术形式，因而摄影需合理观察时间，才能拍到预想的画面。另外，摄影对于空间要求较为严格，只有找到恰当的角度，才能拍摄到群众文化活动的精彩之处。

二、善于掌握和应用摄影技巧

技巧是摄影师在日常拍摄活动中所表现出的方法和他本身的能力、素质，摄影技巧对于画面的拍摄具有重要作用，因而优质画面的拍摄对于摄影师的技能技巧具有一定要求。以下是一名称职的群文摄影师需掌握的技巧。

（一）善于观察客观对象

摄影师需要有一双善于发现美的眼睛，从活动中观察各类事物和景象。优秀的摄影作品绝大部分来自摄影师的观察，只有一小部分来自于拍摄。由此可以看出，观察对于摄影的意义重大。摄影的真正意义不在于机械表现对象外观，而在于揭示对象的内在神韵。如果没有细致的观察，绝对不能仅靠简单的快门操作就能拍摄到内涵丰富的作品。

（二）善于对比

摄影中的对比是将画面中性质不同的两种事物或者表现形式存在巨大差异的事物进行并列，使这它们相互衬托、相互依存，给人们造成强烈、鲜明的视觉冲击，从而突出画面主体。摄影中常用表现手法之一就是对比。其中对比的具体形式又可以分为色彩、虚实、大小、影调、透视等的对比。需要注意的是，摄影师在画面拍摄时不能一味的追求对比，需恰当的运用对比形式来表现画面的和谐，表现主体的精彩。因而摄影师在进行群众文化活动拍摄时，需恰当运用对比。

（三）善于对线条进行设计和运用

线条是摄影技巧中的一种基本的、常规的视觉元素，但是它所发挥的作用却不容小觑。一个优秀的摄影师必须了解和掌握摄影中线条的运用知识，才能拍摄出优秀的作品。线条的表现力极强，能够对空间进行暗示、对方向进行指示等。同时，线条具有丰富的象征意义，例如：水平线象征着宁静和安详，给人平稳的感觉。另外，线条还能够对人们进行引导，对画面主体进行逐一观察。因此，群文摄影需对线条的运用和设计引起重视。

（四）运用前景

前景的运用在摄影中也较为常见，前景能够增强画面的层次感和纵深感，将场景中各种元素联系起来，使得画面更加耐看。同时，前景可有效美化画面，可渲染群众文化活动活泼、生动、丰富、热闹的气氛，可表现其欢快愉悦的主题。因而群文摄影中需充分发挥前景的作用。

（五）有效调节透视

摄影就是将日常的二维空间经过处理转换成三维空间的艺术，因而摄影中摄影师需尽可能在画面中表现对象的立体感和层次感。这就需要创造性的控制和调节透视，对空间透视、现形透视、散点透视的基本规律进行掌握，从而捕捉群文精彩画面。

三、结束语

综上所述，群众文化活动所涉及的领域较为广泛，活动方式复杂多变，人员众多。摄影者需掌握科学有效的方法，提高自身专业水平和素质，为社会定格更多的美好瞬间，捕捉更多精彩的画面，从而表现我国独特的艺术形式。

参考文献：

[1]万俊.浅谈如何提升群众文化工作质量[J].大众文艺，2014（12）：17.

光学捕捉技术篇6

关键词:虚拟人 行走模型 运动控制

中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(b)-0019-01

虚拟人是人在计算机上生成空间中几何特性与行为特性的逼真表示。在虚拟环境中,我们利用虚拟人来模仿真人的各种行为,尤其是人类最普遍的正常行走运动,而且能模拟军事的运用训练和医学的仿真实验中,还能设计产品增加产品的真实性。

1 虚拟人行走模型

1.1 虚拟人行走模型的建立

虚拟人是由计算机合成的真实的人,人体是个复杂的机构,如果要建模生成一个三维立体的人体模型就要对真人身体的头、四肢、躯干、皮肤肌肉等部位进行严格的分析,还包括人体上百个关节和细密器官的分析,建立一个运动模型,人体中肢体与肢体之间是相关联系的,可以将人体的关节看成几个点,各个骨骼之间形成一条一条的链条,根据关节之间不同的旋转和身体部位安置的角度让身体的各个部分相互融洽连接。

1.2 虚拟人行走过程

人体行走的过程看似简单但是相对与虚拟过程就比较复杂,人在行走时每条腿会经历承受期和摆动期,腿的承受期主要分为脚后跟着地到脚尖接触到地面,行走周期是相对循环的,很多步子聚集到一起构成人体进行路线行走的平移,还要对支撑脚与地面之间进行准确的碰撞测试,由于两条腿的来回摆动,以两步为周期平移一步,以此循环也就形成了两条腿的摆动过程,进一步地实现了在水平地面上的连续行走。

2 虚拟人的运动控制技术

2.1 运动控制的关键帧方法

关键帧技术来源与动画片的制作方法,最初关键帧技术只是通过编入帧与帧之间的卡通的形状,在动画片中,所有的影像画面都通过设计关键帧中位置角度的一些参数问题来设计,关键帧技术根据人体的运动和活动状态将人体的动作分解成一系列的动作,每个动作对应相应的帧,但是电脑技术有时不会考虑人体的物理等一些特殊特性,所以会存在不恰当的插入导致虚拟人的不合理的动作,所以通常采用双值插入的方法来有效解决关键帧出现运动轨迹错误的现象,通过设定动作和运动速度的插值参数,让速度来控制动作形成流畅的轨迹。

2.2 运动捕捉技术

随着技术的进一步成熟,运动捕捉技术有着非常广泛的应用领域。运动捕捉方法是指通过记录三维空间中的人体运动轨迹,并将运动轨迹转化为运动数据,对这些数据合成编辑以此合成虚拟人运动的过程。用于动画设计的运动捕捉技术通过一种光学设置将演员的表演姿势头部运动以及表情投射在计算机上,通过调整数据再加入真实的情感来完成制作。运动捕捉技术最大的优点在于能有效的捕捉真人的运动数据,数据传输能将运动数据从捕捉设备准确迅速地传送到主机系统再生成很多高难度的动作,因而虚拟人的运动能和真人运动十分相似,模仿度逼真度超高。但运动捕捉技术同样存在设备昂贵虚拟人本身的条件制约等一些缺陷,动力学控制虚拟人的运动体现了人体运动的真实性,但运动性太强。还可能因为冗杂的或者错误的数据和设备本身的干扰造成虚拟人身上跟踪器的移位反而导致画面运动的失真。但是运动捕捉技术仍然因能自动捕捉到人体运动的各个细节广泛运用在各领域。

2.3 物理的仿真技术

物理的仿真技术利用生物学动力学等物理定律完成运动,从而弥补了关键帧技术的不足之处,一般有半物理仿真技术和全物理仿真技术,半物理仿真技术的逼真度较高,主要重视人机之间的关系,全物理仿真采用物理模型的仿真,主要通过对实物的模拟完成仿真。我们通常应用人体关节的基本动力学和动力学模型,通过分析物理规律计算运动的过程,来完成动态的仿真,使得创作出的虚拟人的运动更加逼真。物理的仿真技术的优点主要是能结合动力学相关物理定律实现关键帧技术无法实现的理想运动控制。优越于其它运动控制技术的优点主要表现在:首先,利用基于物理的仿真技术可以生成用关键帧技术无法实现的完全符合物理特性的理想的运动,人机之间的更多的交流使得捕捉到的技术更加精确。

3 虚拟运动的进一步发展

3.1 虚拟人运动控制的研究现状

近几年,国内外研究虚拟人运动控制的团体日渐壮大,国外相关团队对虚拟人的运动行走运动控制技术和捕捉进行了透彻研究,还有团队研究虚拟人面部的表情头发衣服进行了动画研究,实现了运动的仿真。国内的研究机构致力研究虚拟人运动的实时控制,通过对虚拟人身体部位的相关约束实现了虚拟人步行跑步等运动方式的拓展。

3.2 虚拟人的广泛应用

虚拟人广泛应用在国防航天和医学等人类活动领域,应用虚拟人可以制作出符合中国人航天服的数据,在汽车防撞的实验中也可以运用虚拟人检测防撞强度质量,在医学领域,虚拟人可以有效的帮助医生观察人体组织,提高医学效率。例如美国公司开发了Jack的虚拟人行走,能实现人体模型的建立和行走的仿真控制,通过关键帧动画方法,用户可以自己实现虚拟人姿态的调节,拓展了虚拟人行走的仿真功能。Jack虚拟人除了能直立行走还能跑跳弯腰低头行走,还能进行攀登跳跃等高难度的动作。本文对目前虚拟人几何模型建市的几种常用方法进行了阐述,并对它们的优缺点进行了对比分析,同时对走步、跑步等几种典型的运动的控制方法进行了概述和对比研究。总而言之,随着科学技术的发展,虚拟人运动控制技术逐渐成为虚拟现实技术的关键,已经日益广泛的渗透到人们的日常生活中,因而受到人们的关注和重视。我们应当继续对虚拟人行走建模进行深究,通过多种技术的相融合解决运动控制的各方面问题满足虚拟技术的需要和快速发展。

4 我们的工作

通过对虚拟人行走建模及运动控制的研究,我们建立了自主虚拟人智能行为的通用框架,包括两个模块,模块一主要解决虚拟人骨架建模方法,虚拟人运动建模方法,骨骼蒙皮方法,模块二重点解决了虚拟人运动控制问题,包括参数化关键帧方法,逆向动力学ik求解,基于运动融合技术的运动切换。该框架实现了一种生成真实感智能行为反应动画的方法,具有较好的真实感。在实时虚拟环境中进行的仿真实验结果表明作者提出的通用框架可有效进行自主虚拟人建模,为实时交互虚拟环境创建具有高度自主性、环境感知能力智能行为决策与运动控制能力的真实感虚拟人。

参考文献

光学捕捉技术篇7

关键词：移动目标；跟踪算法；算法原理

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）09-0241-02

伴随着现代技术信息的高速发展，计算机技术的大量运用在通信行业中，并且这些技术被大量的运用到图像成像技术中，这些技术也使得计算机图像处理技术变得越来越先进。那么在计算机图像处理中对于移动目标的检测与跟踪是其最为重要和主要方向研究的核心技术之一，计算机图像处理技术大量的融合了很多先进的技术其中就包括有图像处理以及目标识别、人工智能判断以及自动智能控制等多种技术学科进行相互交织的领域进行的技术研究，这一技术手段被大量的运用到了社会中各个方面其中就包含有军事领域的研究或者是航空行业以及其它的视频监控领域等，在这些研究领域中对于移动目标在复杂背景下的跟踪研究取得了很大的研究成果和重要的实际意义。

现在最为流行的无疑是双帧和三帧以及背景差分和光流算法这几种，这几种方法不是彼此之间相互独立的，而是可以相互之间进行变换和融合的。所谓的移动目标跟踪就是要创建一个以移动目标为对象的实时移动的数据模型来进行实时的跟踪计算。采用一种好的算法能够很大程度上保证最后得到的移动目标的计算跟踪结果更加精确和精准。这一算法将在以后的时间中一样被人们所热爱和研究，因为这些算法还有很大的提升空间来进行改进和创新。

1 运动目标跟踪的原理

运动目标跟踪是根据每一个移动的物体在每一个画面像素之间的序列位置来进行的移动目标的跟踪计算处理分析。那么随着社会科学技术的进步，对于这一方法出现了很多种的方法来进行移动目标的跟踪计算分析处理。那么主要的就是有下面的几种来进行我们的移动目标的跟踪计算分析结果处理。本文主要列举了几个简单具有明显特征的方法来进行移动目标跟踪信息的分析与计算处理。

1.1针对区域的跟踪

针对于某一个区域进行的移动目标的跟踪计算分析的主要中心思想是：首先把得到的捕捉的图像进行加工分割处理划分为一个个包含有有用信息的一些压缩包的模式板块，然后设定一个标准的量来进行模块的选取，在原油的图像目标中进行有用信息的收集处理。那么因为开始在进行额分割处理以后的一些小的模块中含有大量的完整的信息，所以在移动目标能够看见前，这一方法能够达到很高的精确度来进行移动目标的跟踪和计算分析。并且具有跟踪性能十分稳定等特点。但是主要缺点还是过于耗费时间，尤其是在一些较大的区域进行这种方法时，耗费的时间一般都较长。所以这一方法在进行区域性搜索时一般是运用于区域性较小的地方，或者是阴暗对比较差的区域来进行的。

1.2 针对于特征的跟踪

针对于某一个特征的跟踪计算分析处理的中心思想是：首先对于一个目标的某一个局部特点进行提取记录，然后再用计算机配对法里斯进行图像信息的对比，最后达到跟踪移动目标的目的。这一方法主要的优点就是即使被捕捉的目标某一个地方被掩盖，也能够通过局部特征法来进行跟踪分析计算，从而达到跟踪目标的目的。那么这一方法一般是和卡尔曼滤波器相互进行使用，这样能够达到最好的效果，所以这一目标一般常用的场所就是在一些较为复杂的背景下进行目标的跟踪。

1.3针对于活动轮廓的跟踪

针对于活动轮廓的目标跟踪的中心思想是：运用了曲线的封闭性能来进行的移动目标的跟踪计算和分析。主要是依靠了目标特征和数学计算来进行的曲线函数的数学运用更新，达到目标跟踪的目的。这一方法自从被发明出来以后，就被大家广泛的应用到目标搜索中去，因为它具有减少清晰敏感度的优点，并且能够在移动目标被物体所压盖以后还能够自动的进行目标对象的跟踪处理。但是这一方法主要的缺点也是受开始输入数据和噪音系数的影响较大。

1.4针对于模型的跟踪

针对于模型的跟踪方法的主要的中心思想是：首先由一定的数据库来进行目标数据的建模处理，然后再经过匹配计算达到跟踪目标的目的，并且能够自动的进行数据模型库的实时更新。从而得到较为完整的具有鲜明特点的数据结构据。但是背景差分法最大的缺点就是对于环境的要求太高，尤其是光的敏感度的干扰特别严。从而更好的确定目标的信息帧数，达到更为清晰的画面的展示。帧数之间的差分法对于背景为移动画面时的移动目标的画面捕捉是最为适合的，因为帧数差分法对于移动的物体更加的敏感，或者说这一方法只适合运用到移动的物体间。人工智能判断以及自动智能控制等多种技术学科进行相互交织的领域进行的技术研究，这一技术手段被大量的运用到了社会中各个方面其中就包含有军事领域的研究或者是航空行业以及其它的视频监控领域等，在这些研究领域中对于移动目标在复杂背景下的跟踪研究取得了很大的研究成果和重要的实际意义。尤其是对于大量运动物体的移动能够提取相关的信息输入进大脑，然后进行综合计算得到有用的信息。并且能够捕捉到有用的信息以后进行下一步移动物体的预算处理。

2 运动目标检测算法分析

从复杂的背景情况中进行移动目标图像信息的获取就是我们的移动目标跟踪技术。主要分别在于摄像机和我们的移动目标之间的动静关系的确定，其中分为两种，第一种是在背景为静态时移动目标信息的获取和第二种移动背景下移动目标信息的获取。第一种就是指我们的摄像机不产生移动，在整个的拍摄过程中保持静止的状态来进行拍摄。第二种就是我们的摄像机在拍摄时发生了平移或者是旋转等方向的移动而进行的拍摄。

2.1 背景差分法

这一方法是目前为止在进行这一移动目标信息获取方面最为人们所常用的一种方法，这一背景差分法中心思想就是在得到了一个收集了的数据背景模型以后，将现有的帧数和背景模块中的帧数进行减法运算得到一个差值，那么这一差值的结果如果大于一定的标准就可以知道这一信息为移动目标的信息，如果没有大于这一标准就可以判定这一信息为我们的背景模型中的数据。利用背景差分法能够有效的进行移动目标信息的判别，从而得到较为完整的具有鲜明特点的数据结构据。

但是背景差分法最大的确定就是对于环境的要求太高，尤其是光的敏感度的干扰特别严。那么针对于这一情况我们的技术人员最主要的方法就是创造出不同的背景模型来进行移动目标的跟踪计算，这样能够最大限度的减小因为环境因素的影响从而产生的对移动目标跟踪计算出现的失误等现象。对移动目标的跟踪计算至关重要的就是对于背景模型的创立和模式选取以及背景阴影的摒弃，将在很大程度上对整个的移动目标跟踪计算的结果造成关键性的影响。这一方法对于仪器设备的要求不是太高，能够简单的实现，除了要在固定不移动的背景下进行捕捉以外，其余的性能都很好，能够做到快速的进行移动目标信息的获取，从而能够精确的进行信息的取缔。但是这一方法最大的缺陷就是对于环境的要求很苛刻，容易受到光线强弱变化的影响，而这一影响将给整个计算带来严重的偏差。

图1 背景差分法算法流程

2.2 帧间差分法

这一方法主要就死利用三三两两相互靠近的帧数在连续像素中的变化，利用时间差值来进行的时间差值分化从而进行的移动目标的信息帧数获取。这一方法对于移动的帧数具有相当强硬的适应性，但是帧数差分法主要的缺陷就是不能够提出所有的移动目标的关键性像素，从而导致最后的呈像会出现一些空洞的现象。那么针对于这一重大的缺点我们的技术人员就运用了我们的对称帧数差分法来进行缺陷的修补。

这一方法主要就是在进行获取了的图像帧数中针对于每三帧数的图像信息来进行的对称差分法的修补，对称差分法主要就是运用了从上一帧数的图像信息中进行模块的切割来进行的移动目标的帧数范围的确定，这样能够得到一个较为清晰的移动目标帧数的移动范围，从而更好的确定目标的信息帧数，达到更为清晰的画面的展示。帧数之间的差分法对于背景为移动画面时的移动目标的画面捕捉是最为适合的，因为帧数差分法对于移动的物体更加的敏感，或者说这一方法只适合运用到移动的物体间。其实，帧数间差分法捕捉的主要就是相对来说是移动的物体，从而造成了捕捉到的两个画面之间的时间值很短，所以就会不容易受到外界光照等因素的影响。这也是帧数间差分法和上一方法之间最大的区别之一，帧数间差分法具有简单有效并且不容易受到外界的影响，具有效果稳定，反应速度快等特点。

2.3光流法

这一方法能够充分的用捕捉到的图像信息来进行移动目标信息的获取。运动场能就是移动在空间力矩中的表示，那么要在一个平面上表现物体的移动就是通过平面中的阴暗对比色调来进行移动物体的展示的。最后就会使得整个的运动场在画面上进行展示，这种现象我们称之为光流现象。那么光流就是指一瞬间产生的运动力场而变现的现象，其中就有一些基本的移动物体的很多信息。那么针对于光流现象我们就采用了时间变化而变化的光速效应，因为光速流中包含有大量的信息可以进行有效的利用。在理想状态下可以进行移动目标的测量，并且可以不用其余的参照物来进行参照对比。能够做到最大限度的得到移动物体的移动信息，可以运用进行背景动态运转时对于移动目标物体的跟踪计算测量。

但是这一方法主要的缺点就是对于仪器设备的要求很高，不能够第一时间的进行分析计算处理。对称差分法主要就是运用了从上一帧数的图像信息中进行模块的切割来进行的移动目标的帧数范围的确定，这样能够得到一个较为清晰的移动目标帧数的移动范围，从而更好的确定目标的信息帧数，达到更为清晰的画面的展示。帧数之间的差分法对于背景为移动画面时的移动目标的画面捕捉是最为适合的，因为帧数差分法对于移动的物体更加的敏感，或者说这一方法只适合运用到移动的物体间。

3 结束语

跟踪目标的算法现在已经有很多种，每一种的类型和方式都是不一样的，但是这些算法无一例外都是只能够针对于某一种情况或者是多种情况来进行移动目标的跟踪计算分析处理，并不能够做到所有的环境都使用一种算法的理想状态，所以这也是以后要研究和解决的地方。现在最为流行的无疑是双帧和三帧以及背景差分和光流算法这几种，这几种方法不是彼此之间相互独立的，而是可以相互之间进行变换和融合的。所谓的移动目标跟踪就是要创建一个以移动目标为对象的实时移动的数据模型来进行实时的跟踪计算。其实，帧数间差分法捕捉的主要就是相对来说是移动的物体，从而造成了捕捉到的两个画面之间的时间值很短，所以就会不容易受到外界光照等因素的影响。这也是帧数间差分法和上一方法之间最大的区别之一，帧数间差分法具有简单有效并且不容易受到外界的影响，具有效果稳定，反应速度快等特点。采用一种好的算法能够很大程度上保证最后得到的移动目标的计算跟踪结果更加精确和精准。这一算法将在以后的时间中一样被人们所热爱和研究，因为这些算法还有很大的提升空间来进行改进和创新。

参考文献：

[1] 施家栋，王建中. 动态场景中运动目标检测与跟踪[J].北京理工大学学报，2009（10）.

光学捕捉技术篇8

1995年,40岁的詹姆斯•卡梅隆拿着一部长达82页的剧本前往数字领域(Digital Domain)公司,他在这家曾经是自己一手创建的视觉效果公司的会议上阐述对《阿凡达》的构想,他要求影片中的蓝皮肤外星人必须看起来非常真实,不带一点化妆的痕迹。数字领域的一位特效艺术家告诉他:“这不可能完成,这样的技术根本不存在。”要将卡梅隆的梦想完全展现,将会耗费太多的时间和金钱,并需要超乎想象的电脑运算能力。

再过几个月,历史上第一部全电脑制作的3D动画长片《玩具总动员》就将上映。那时候,卡梅隆想象中的新世界,仍然只能存在于他一个人的脑海里。

为了一个更真实的梦

“和对(包括人在内)自然现象的模拟相比,对人造场景的模拟相对要容易得多。”在北京电影学院数字影视实验室里,教师王春水扳起指头历数史上经典科幻大片。他指的“场景”包括各种不可思议的超级建筑――从《星球大战》里的宇宙飞船到《泰坦尼克》里的豪华巨轮。他晚上将和朋友去电影院,再看一遍IMAX3D版的《阿凡达》。在2009年底终于上映的《阿凡达》,被贴上了“卡梅隆苦心孤诣12载的心血之作”这样的标签。

1995年的《玩具总动员》里,主角安迪与小狗被装上了1万多根能全部自由活动的毛发,这在当时已是惊人的数字,但没有观众会将屏幕上的小狗认成自己家里的宠物。卡梅隆想要拍的是电影而非动画片,他在接受《纽约时报》采访时说:“我想要技术能毫不损失地捕捉住演员的面部表情,再无损失地运用到电脑CG图像中。我也在研发自己的真人3D技术、虚拟摄像机、全新的光照渲染,甚至,启动《阿凡达》的头两年,做的仍旧是技术的研发。”

“比《星球大战》更加气势恢弘的全新的星球,数百个CG人物,电脑动画场景占了60%,特技镜头达3000个,是《2012》所有特技镜头的两倍,逼真的飞流瀑布、云中山峦、粉红植物、发光的森林⋯⋯这真是前所未有的视觉盛宴。”维塔数字(Weta Digital)的3D建模特效师Patton说,他于3 年前加入《阿凡达》特效组。“有大约3PB(Petabyet,1PB=1024TB)的数据存放在BlueArc和NetApp这几个最大的存储服务商那里,40000个处理器处理数百个CG人物和一个完整的潘多拉星球。”正是这些让人们心甘情愿走进电影院,花上近3小时看一个剧情稍嫌老套的新大陆殖民故事。

从捕捉动作开始

在《阿凡达》中CG人物与演员并存,让观众也分辨不出真假,这种程度的逼真是特效的最高境界。逼真需要特效工具和特效师们完美结合,但很少有人像卡梅隆这样干―一次性动用工业光魔(Industrial Light and Magic)、维塔工作室、温斯顿工作室(Stan WinstonWorkshop),这几乎是当今世界数字特效制作的全部精英。

头一个关键的环节是电子动作捕捉技术。它从20世纪70年代开始被应用于动画制作领域,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。当计算机技术刚开始应用于动画制作时,纽约计算机图形技术实验室的瑞贝卡•艾伦就设计了一种光学装置,将演员的表演姿势投射在计算机屏幕上,作为动画制作的参考。起源于物理治疗、康复领域的电子动作捕捉技术,诞生在斯坦福大学神经生物力学实验室内,后来成为了将人类动作数字化的最重要工具之一。

2001年的《最终幻想:内在精神》第一次尝试创造一个全三维的虚拟世界,全CG制作的女主角艾琪•罗斯让人吃惊,但还是不够真实。电影所用的技术只能捕捉大场景中的人类动作,一旦深入到表情特写,仍然无法表现细节的变化。《极地特快》的导演罗伯特•泽米吉斯做了进一步的尝试,他让汤姆•汉克斯一次又一次穿上动作捕捉服,对着空气表演,再大费周折地把捕捉到的表情和动作赋予数字演员,他的片子被人讥讽为“僵尸特快”,因为片中角色的眼睛看上去十分恐怖。

然而,无论是乔治•卢卡斯、斯皮尔伯格还是卡梅隆,这些大导演几乎都反对完全的虚拟演员。斯皮尔伯格说:“‘虚拟演员’代替真正演员,这不可能,这根本就是一个不值得讨论的问题。”所有虚拟人物的表演都需要演员在幕后用真实的表情来实现,就像人类与化身阿凡达实现精神同步一样。

复现心灵的窗户

但2001年的《指环王》却第一次塑造了一个成功的数字角色―咕噜,这个因魔戒导致精神分裂、常常自言自语的小矮人,和动画片里的各种角色最大的不同,是它有着和人类惊人相似的皮肤、动作和表情。从某种意义上说,它已经成为了一名真正的“演员”,MTV首次增设的“最佳虚拟表演奖”就颁给了它。

“你从电影中的脸部特写看不出它是个CG人物。”《指环王》导演彼得•杰克逊说。他也使用了一个真人演员来代替咕噜在镜头前表演。然后,“我们开始研究它的眼睛是怎么工作的,我们在咕噜的眼睛和脸周围制作了肌肉,这样,我们就可以通过改变这一点点的肌肉,来控制它的脸部表情以便显出复杂的情感。”

《阿凡达》最初也是这样,技术人员将《指环王》中的技术进一步发展用在“阿凡达”的眼部:所有眼皮与眉毛附近的肌肉都经过了非常复杂的计算机建模,才让它的眼睛出现深度和感情。为了让“阿凡达”的表情具备足够的表现力,巴恩汉姆和他的团队还特别进修了生理学:什么肌肉的运动产生微笑?有何顺序?皮肤会吸收多少光线,又会反射多少?瞳孔有多深?

演员们则穿着嵌满金属圆片的动作捕捉服装,脸上不同部位夹着130多个微型传感器,布满在摄影棚顶部的140个红外摄像机通过追踪现场LED灯打出的近红外光谱的反射,捕捉表演的基本动作,随后再用电脑将这些动作和表情映射给数字创造的角色。眼中的愤怒与狂喜、惊讶与迷恋,通过计算机映射到“阿凡达”眼中,让人们能够感受“阿凡达”的内心世界。

这套卡梅隆和维塔开发的表情捕捉系统弥补了以前CG人物的表情缺陷,充分展现了角色情绪和心理的微妙变化,让人觉得这些CG角色并非牵线木偶。

让虚拟角色集结成群

只有一个完美人物是不够的。王春水认为《指环王》在特效技术上还有另外一个很大的进步。这部电影的战争场面让人印象深刻,导演彼得•杰克逊为了使场面更真实,要求尽可能多地投入真实的人马,有时总共有超过500匹战马与骑士同时在镜头前冲锋。但到了第三集,片中会同时出现20多万个战士,这些超大规模的战争集团需要借助其他方式虚拟出来。

“一只动物好办,要让一群苍蝇或者蜜蜂参与作战,怎么飞才能符合逻辑?”王春水说。维塔工作室开发了一套Massive程序,生成了7万个正在打斗的战士角色,每一个都有自己的“大脑”,能“看到”他们周围的其他角色,“听见”其他角色发出的声音频率,能确定对手和同伴的位置,然后根据“大脑”的分析做出反应―是战斗还是逃跑?该软件利用的原理,被称为“群体人工智能”。

这样的程序,也用在了《阿凡达》之中,让纳威人显得是一个真实的社会群体,且各个不同。

渲染引擎的巨大威力

此外,如此大量的人物与场景处理,依赖于速度够快的渲染引擎。卢卡斯第一次用计算机三维动画制作《星球大战》的特效镜头时,三维动画的成本相当高,他只能承担一段90秒的镜头,这就耗费了几十台电脑3个月时间,花去了整部影片10%的预算。按照这样的速度,《阿凡达》是无法完成的。

在好莱坞,大体使用两种渲染方式。第一种是使用常用的Renderman渲染软件和Mental-Ray渲染引擎,另一种是使用Production开发的In-house Renderer。来自In-house Renderer的、曾用于制作“泰坦尼克号”控制室的Bluesky/VIFX一度是最受追捧的渲染引擎。

维塔和Nvidia开发了一款叫做Panta Ray的全新预计算引擎来为维塔VFX流水线赋予高性能计算能力。这款强大的光线追踪系统专为加速场景遮挡信息的预计算而设计,这些信息在整个维塔渲染流水线中都要用到。

《阿凡达》中杰克骑在翼兽背上,在悬浮山之间尽情飞翔,时不时玩一下高空俯冲、侧飞,每一个细节的质感都是逼真到极点,这都得益于渲染器。这种渲染技术让其他特技工作室望尘莫及。按维塔数据中心管理人员乔•维尔的说法,“细节越多,数据越多。2008年,维塔数据中心重新装配了10000平方米的机房,里面填满了惠普BL2×220c刀片式服务器。”

全面应用3D摄像机

如果只有计算机,没有摄像机,虚拟现实就像少了一条腿,只有虚拟,没有现实,欺骗不了观众的眼睛,更不可能让人“深度沉浸”其中。

《阿凡达》区别于以往电影拍摄的最大不同,便是采用了一套全新的3D摄影系统。据索尼中国专业系统集团技术总监王亚明介绍,《阿凡达》使用了8台Sony HDC-F950 摄像机进行首拍,每台摄像机有两个高清数字镜头,酷似人类的双眼,装配有不同的滤镜,可提供不同视角的画面,因而在被摄物进入镜头时就会移除图像的不同部分,形成同步的双路信号。最终通过人眼传递给大脑时,能产生一种视差错觉,从而得到立体观感。

“困难的是两个镜头之间的同步控制。”王亚明说。“无需人手调节,根据被摄物的焦距变化,自动调整镜头间的相对距离和夹角”,就像人类的双眼,已经消除了2D景深(见本期辞典)带来的虚实之分,只有远近、可见和不可见。因为无论近的还是远的,图像都是清楚的―这会是怎样的一个镜中世界?

在《阿凡达》之后,已经有不少过去的2D电影希望能转化成3D影片。在数字拍摄制作的前提下,这已经不是问题。2005年3月,IMAX公司宣布了一种全新开发的新技术,可将2D电影胶片转换成3D电影。这使得3D影片的内容来源开始日益多样化,既有用双摄像机拍摄的影片,也有计算机动画,还有从二维画面转化而来的节目。如果再加上动作捕捉、表情捕捉和后期合成技术的帮助―今后,要分辨虚拟和真实,就更加困难了。

好莱坞的视觉技术力量

参与《阿凡达》特效制作的公司至少有10家,其中负责最核心部分的是4家:《指环王》导演彼得•杰克逊旗下的“维塔工作室”,主要负责模拟人像方面的工作;卡梅隆拥有的“Reality Camera System”公司,主要负责3D摄像的实现;卢卡斯旗下的“工业光魔”以及目前归属于迈克尔•贝旗下的“数字领域”,主要负责细微粒子化特效制作,比如外星大气、尘埃以及海洋等。以下是好莱坞部分最有实力的影视特效制作公司。

工业光魔(Industrial Light and Magic)

省略

创始人:乔治•卢卡斯

创立时间:1981年

简介:核心技术包括CGI动画技术、模型拍摄、全数字高清晰摄像技术。随着“星球大战”系列影片的不断推出,工业光魔也随之登上电影特效的巅峰,他们共获得过15次奥斯卡最佳视觉效果奖。此外,“工业光魔”曾经在1986年卖掉的一个专门研究电脑技术对动画特效的部门,后来发展成了著名的皮克斯动画工作室。

代表作:“星球大战”系列、《E.T.》、《回到未来》、《侏罗纪公园》、“哈里•波特”系列、《变形金刚》

硅谷图形公司(Silicon Graphics, Inc)

省略

创始人:吉姆•克拉克

创立时间:1982年

简介:SGI提供各种计算机处理方案,包括硬件和软件,他们在计算机图形图像处理上地位尊崇,却并不是一个专门从事电影特效制作公司。他们强大的UNIX工作站SGI13130,曾是《侏罗纪公园》中的恐龙和《阿甘正传》中的乒乓球的制作基础。

代表作:《侏罗纪公园》、《阿甘正传》

数字领域(Digital Domain)

省略

创始人:詹姆斯•卡梅隆

创立时间:1990年

简介:核心技术包括数码合成软件NUKE。NUKE为影像艺术家们提供了一套灵活组合、创造高质素图像和视频的方法,它可以将计算机生成的图像非常方便地与实际拍摄的影片近乎无缝地融合在一起。

代表作:《泰坦尼克号》、“星际迷航”系列、“变形金刚”系列、《2012》

Cinnesite

省略

创始人:不详

创立时间:1992年

简介:这家老牌摄影摄像大厂伊斯曼-柯达旗下的特效公司的核心技术是数字化色彩处理技术,可以根据工作人员的需要对影片的色彩进行非常细腻的调配。

代表作:《真实的谎言》、《世界末日》、《亚瑟王》、《第五元素》、《月球》

维塔数字(Weta Digital)

省略

创始人:彼得•杰克逊、理查德•泰勒

创立时间:1993年

简介: 核心技术包括C G I 动画技术、M a s s i v e 程序。Massive程序可以将大量独立的虚拟角色组织起来,让他们按照规则自行地做出各种动作。比如在《指环王》中的兽人混战、海尔姆谷战役以及佩兰诺平原战役中。这家新西兰特效工作室也凭着在《指环王》三部曲中的精彩发挥3次连夺奥斯卡最佳视觉效果奖。

代表作:《机械公敌》、“X战警”系列、“指环王”系列、《金刚》

索尼影业•图像工作室(Sony Pictures Imageworks)

省略

创始人:不详

创立时间:1993年

光学捕捉技术篇9

关键词：甲醛；甲醛的危害；甲醛的检测方法；甲醛的控制。

1、家具的甲醛污染

随着人们生活水平的日益提高、人类对居室装修的标准及家具材料的环保性日益重视。家具中游离的甲醛超标问题，已成为目前人们选择家具考虑的首要问题。

目前市场上出售的家具90%以上是由UF树脂胶粘合而成的胶合板制成。由于UF树脂胶制备简单、价格低廉,无色、水溶性好、胶合强度高而被广泛使用。但UF树脂胶在制造、使用及固化后的各阶段,都会释放出甲醛,即使在装饰加工之后仍有游离甲醛释放造成室内污染。

2001年8月24日上海解放日报公布了对70家企业销售的家具甲醛含量的抽检结果：用穿孔法测定有半数产品超过40mg/100g，最高的竟达114mg/100g。又据有关调查报告显示，2001年上半年，我国15个城市约有16％到22.3％的消费者因购买的家具产生异味而诱发疾病。因此，解决板式家具的甲醛释放量超标问题，已是当务之急。

2、甲醛、甲醛的代谢与毒理学效应

2.1甲醛

甲醛又称乙醛，是最简单的醛类,具有杀菌和防腐功能。甲醛是一种无色，有强烈刺激型气味的气体。易溶于水、醇和醚。甲醛在常温下是气态，通常以水溶液形式出现。甲醛是一种重要的有机原料，主要用于人工合成黏结剂，如：制酚醛树脂、脲醛树脂、合成纤维、皮革工业、医药、染料等。甲醛的化学性质活泼，易于其他化合物反应，并可自行聚合为高分子的多聚甲醛。甲醛聚合物受热易发生结聚，在室温下放出微量气态甲醛，为减少其聚合，常在甲醛中加入甲醇或其他物质作为稳定剂，加入甲醇的浓度可达到15%。[1]聚集大量纸张和油墨的档案室、有大量藏书的图书馆等都是空气中富含甲醛的危险地区。[2]

2.2甲醛的代谢

甲醛易经呼吸道、胃肠道吸收，经皮肤吸收甚微。鼻腔是甲醛的主要沉淀部位，大鼠吸入甲醛含量以肺部最高，其次是血、脑、肝、肾。[3]甲醛的生物转化可使其解毒。进入体内的甲醛一部分不与大分子反应，迅速被细胞中的依赖谷胱甘肽（GSH）的甲醛脱氢酶（FDH）和线粒体中不依赖GSH的醛脱氢酶（aldehyde dehydrogenase AldDH）氧化为甲酸盐，大部分进一步氧化为二氧化碳后经呼吸道排出。小部分以甲酸盐形式经肾脏岁尿排出。甲醛氧化通路的限速步骤为甲酸（甲酸盐）向CO2[4]的转化。甲醛也可以和阻止中的氨基酸、蛋白质、核酸共价结合形成加合物。[5]

2.3甲醛的毒理学效应

a、刺激作用

甲醛的主要危害表现为对皮肤黏膜的刺激作用，甲醛是原浆毒物质，能与蛋白质结合、高浓度吸入时出现呼吸道严重的刺激和水肿、[6]眼刺激、头痛。

b、致敏作用

皮肤直接接触甲醛可引起过敏性皮炎、色斑、坏死，吸入高浓度甲醛时可诱发支气管哮喘。

c、致突变作用

高浓度甲醛还是一种基因毒性物质。实验动物在实验室高浓度吸入的情况下，可引起鼻咽肿瘤。

d、甲醛的突出表现及生殖毒性

头痛、头晕、乏力、恶心、呕吐、胸闷、眼痛、嗓子痛、胃纳差、心悸、失眠、体重减轻、记力减退以及植物神经紊乱等；孕妇长期吸入可能导致胎儿畸形，甚至死亡，男子长期吸入可导致男子畸形、死亡等。

3、甲醛的检测方法

3.1穿孔法测定值

用穿孔萃取法测定的从100g人造板中萃取出的甲醛量（单位：mg/100g）

提示：国际上建议的分类：E1

3.2干燥器法测定值

用干燥器法测定的试件释放于吸收液（蒸馏水）中的甲醛量（单位：mg/L）

3.3气候箱法测定值

以标准规定的气候箱测定的试件向空气中释放达稳定状态时的甲醛量（单位：mg/m³）

4、控制甲醛释放量的措施

4.1使用甲醛释放量达到E1级或E2级或无甲醛含量的人造板基材。

使用E1级或E2级的人造板制造家具，再通过家具的装饰方式进行有效封闭，家具的甲醛释放量就有可能达标。无甲醛含量的人造板大多是使用非醛系粘合剂制造的。非甲醛系粘合剂主要指聚氨酯，乙烯基脲树脂，环氧树脂，以及不饱和聚酯树脂等。也可以使用添加了甲醛捕捉剂的脲醛树脂，这些捕捉剂往往与甲醛有较高的反应活性，例如：尿素，硫脲，淀粉，三聚氰胺，聚乙烯醇，低级醇(含碳3－5)等，而且它们不仅能降低甲醛含量和释放量，同时对脲醛树脂还有改性作用。

4.2使用具有甲醛捕捉性的装饰板

由于采用直接向甲醛系树脂中添加有机化合物作为甲醛捕捉刑，会影响到粘合强度，特别是初期的粘合强度，所以有人采用在装饰板的纸质基材上制造甲醛捕捉层，以及在其表面保护层中加入甲醛捕捉剂的方法，用来有效地捕捉从其内层材料(胶合板，刨花板和中密度纤维板)中释放的甲醛，同时也可捕捉从室内其它物品中放出的甲醛。直接使用它来进行家具的表面装饰，效果很好，但成本较高。

4.3在家具内部贴含水溶性甲醛捕捉剂的纸

这种纸上附着的水溶性亚硫酸氢钠或钾，其可与空气中的甲醛和乙醛反应，生成羟甲基和羟乙基钠或钾，从而达到捕捉甲醛的目的。亚硫酸氢盐和乳液混合后涂布在纸质上，形成含有水溶性物质1.0—50g/m2的具有捕捉甲醛性能的纸。它可贴在家具的内侧，吸收家具里释放的甲醛。

4.4对脲醛树脂木制品进行后处理。

对用甲醛系树脂胶制得的木制品，可用氨水，氯化胺或尿素的水溶液进行清洗或浸渍，以达到其加工或使用的过程中减少甲醛的释放量。对热压纤维板，可将其放置于真空容器中，在25～45和(6.27～6.93)×104Pa的条件下．处理30～40分钟．可减少20％的甲醛释放量。

4.5常用方法去除甲醛。

开窗通风；绿色植物吸收；放活性炭；纳米光催化技术：利用纳米光催化分解甲醛；遮盖技术（喷雾、粉刷）：对污染源进行遮盖处理；氧化技术：利用强氧化特性，分解污染； 甲醛分解技术，利用贵重金属铂金在常温下把甲醛分解成二氧化碳和水。使用除甲醛的喷雾或者喷雾剂比如（除甲醛剂、AQ空气净化喷雾）

5、结论

随着国家环保法规的严格实施，环保意识的逐步提高，家具甲醛污染的控制和治理越来越受到重视。党和政府出台了许多英明决策，各级政府和有关部门通过各项具体活动，认真落实家具环境污染甲醛治理工作就有了保障。就能实现人和自然的和谐发展，家庭和社会的和谐发展。

参考文献：

[1]朱桂珍.甲醛中毒的诊断与治疗（J）.临床药物治疗杂志，2006，4（1）：57—60.

[2]吴嘉慧，吴科颖，宋会荣，等。某高校图书馆甲醛浓度的测定（J）.齐齐哈尔医学院学报，2006,27（5）：583—584.

[3]杨玉花，袭著革，晁福寰。甲醛污染与人体健康研究进展（J）.预防医学研究杂志，2005,63,（1）68—71.

[4]LeeB ,Yu linoto H ,SakaiY ,etalPhysio logical roleof the glu ta th ione---dependent fornaldehyde dehyd rogenase in themethylotrophic yeast Candida boid in ii（J）.M icrobiology , 2002,148: 2697.

光学捕捉技术篇10

的微观世界

《蚁人》讲述了因劫富济贫而蹲监狱的斯科特・朗（保罗・路德 饰）在出狱之后打算重新开始，现实的残酷使得他不得不重操旧业，斯科特・朗却无意中盗取了生化学家汉克・皮姆（迈克尔・道格拉斯 饰）的蚁人战服，这是由一种可使原子距离缩短的特殊物质“皮姆粒子”制造而成的超小型特殊战衣，一旦穿上以后身体会缩小至蚂蚁大小的体积。在强大敌人的威胁下，斯科特・朗与汉克・皮姆博士精心策划并执行了一场惊天骗局来拯救世界。最终斯科特・朗不仅战胜了恶势力，而且还收获了亲情和爱情。

“蚁人”这一超级英雄形象与漫威电影的其他英雄形象有很大的不同。首先是体型上，如果给漫威电影中的超级英雄：蜘蛛侠、钢铁侠、美国队长、雷神托尔、绿巨人、金刚狼、恶灵骑士、蚁人等8000多名漫画角色和复仇者联盟、神奇四侠、X战警、银河护卫队等超级英雄团队按照体型大小来排名的话，你会如何排？我相信无论如何排列，蚁人肯定是漫威电影中体型最小的那个。其次，是能力的对比，相较于漫威其他的超级英雄，斯科特・朗本身并不存在什么超能力，只有在穿上蚁人战服后，才会拥有缩小、变大的超能力。

尽管蚁人体型较小、能力较弱，但却依然俘虏了相当多的影迷朋友。影片以蚂蚁的独特视角来显现人类正常的世界，并且蚁人战服可伸缩自如，却又力量无穷。在正常世界和蚂蚁世界中随意切换，指挥着浩荡的蚂蚁大军，快速爬行、穿过蚁洞、在空中急速飞行，使得影片的视觉效果十分出众。并且，影片在喜剧效果上下足了功夫，拥有大量喜剧表演经验的男主角保罗・路德把饰演的斯科特的草根一面展现得非常到位。而他的盗窃小团队的三个小伙伴也是一大亮点，扮演一号跟班的迈克尔・佩纳更是一出场就让人开怀大笑。

从“蚁人”的角度来看，这个世界充满了大量惊人的细节，其中大部分是我们平时难以看到的。这种细节的需求最终推动了“蚁人”眼中宏观场景的创建工作。通过一系列技术上的努力，影片获得了最佳视觉效果。

幕后制作特效揭秘

《蚁人》要为这个时代的观众们打造一个出色的微观世界。导演佩顿・里德在采访中透露：影片的理念就是要让微缩世界显得与我们眼前的世界迥异，但又不失真实感。据以往的经验而言，会发现变小时是部冒险片，而变大时就成了灾难片。导演佩顿・里德使用了微距摄影和微距摄像技术，加上动作捕捉技术、微缩模型拍摄的技术以及CGI等特效，成功地把观众们带入一个本来熟悉却又陌生的微观世界。比起爆炸、飞行和战斗场面，电影中这些部分更加令人惊艳，尤其是斯科特・朗首次缩小后的一系列镜头，使人印象深刻。

对于《蚁人》来说，影片中最大的挑战无疑是当“蚁人”缩小到最小时，如何处理立体效果？导演佩顿・里德解释道，我们用了很多技术来创造缩小的效果，有很多运动影像微距摄影，固定影像微距摄影，还有动作捕捉，我们会让保罗・路德还有替身演员穿上特制服装，用数码技术录影。不管我们有什么样的全景拍摄场景，都会有一个相应的微缩场景，我们会用一些特殊的镜头来拍摄，然后会在后期重制它们，因为你想要把所有的质地都还原，这样才能感觉真实。 “蚁人”斯科特・朗与博士 指挥蚂蚁大军的“蚁人"

微距摄影

影片《蚁人》的许多场景都是采用微距拍摄完成的。微距摄影是指物距在十几厘米以内的近距离对细小物体或物体的细微部分进行拍摄的过程。它的像与物的放大倍率m通常定义在0.1～1之间，有些文献甚至将其扩展至10。放大倍率又称复制比，是影像大小（指胶片上或影像传感器上的影像大小）与被摄物体的实际大小的比例。

微距摄影形同用放大镜看东西，一些小型的物体会让你看清楚，一些看不清楚的细节突然会出现，并且它都可以记录下来，所以它的首要应用体现在科学技术上。通过照片或者影像观察分析细小物体的清晰全貌，该技术的应用范围十分广泛包括：医学、考古、生理解剖、纺织等各个方面。它能够把人类肉眼所不能看见或者不常见的场景拍摄下来，供科研人员仔细观察、分析研究。

动作捕捉

运动捕捉，就是通过捕捉表演者的动作甚至表情，用这些动作或者表情数据直接驱动动画，虚拟对象模型，制作出形象逼真的动画。