千元級” 動捕設備瞄準元宇宙應用市場。
作者：凱爾
編譯：文刀
封面： Photo by Sebastian Svenson on Unsplash
《阿凡達 2: 水之道》正在熱映，導演詹姆斯·卡梅隆再度帶來特效盛宴，尤其是水下動作捕捉技術的運用，讓影片中角色呈現得惟妙惟肖。
好萊塢大片採用動捕技術早不是新鮮事。2009 年，《阿凡達》的成功便引領了一波動捕浪潮，不僅讓這個技術在影視行業擔起重任，後來也延伸到遊戲、運動追踪等領域，到今年，虛擬數字人開始靠動捕完成實時動態。
本質上，動捕就是通過捕捉目標的全身動作或面部表情，重建一個高度擬人化的虛擬角色，相當於創造了一個數字化的虛擬分身。隨著元宇宙浪潮展開的對技術應用的探索，動捕設備向 “平民化” 發展，出現了一些消費級產品。
市面上，主流的動捕品牌和設備包括 OptiTrack、Vicon、NOKOV、Xsens MVN Animate 以及 Sony 近期發布的便攜式動捕產品”Mocopi” 等。相較十年前動捕設備動輒上百萬級的成本，當下的動捕產品開始因需求的出現朝著採集更精確、成本更低廉、使用更便捷的方向發展，“萬元級” 甚至 “千元級” 的產品已經出現，為創作者提供了高效的製作工具。
當前，主流的動捕技術主要有 “光學式動作捕捉” 和 “基於慣性的動作捕捉” 兩種，相應地產生了各種設備。當創作工具擺在貨架上，不同類型的創作者們如何選擇？
元宇宙增加動捕技術應用場景
很多人對動作捕捉（Motioncapture）技術不太了解，但它的應用其實你已經多次見過，尤其是在電影裡。
好萊塢大片曾誕生過許多 “似人非人” 的經典形象，比如漫威系列《復仇者聯盟》中的滅霸，《變形金剛》中的擎天柱、大黃蜂等汽車人，以及當前正在熱映的《阿凡達》續集中的納威人。這些不是一般 “人” 的角色用生動的面部表情和自然的動作表現，在銀幕上傳達著他們的情感和個性。以往，前期拍攝要給演員做長時間的妝造，後期再靠 CG 動畫逐幀製作，處理不好就會產生頓澀感和機械感，說白點就是 “假”，動捕技術就是後來為解決這些問題而被引入到電影的製作中。
從 2000 年開始，動捕技術在電影中的應用進入井噴式發展期。2001 年，《指環王》中痴迷魔戒的咕嚕一角就是動捕技術創造的經典。2004 年上映的動畫電影《極地特快》完全使用動作捕捉製作，首次實現了身體動作和麵部表情同時捕捉的目標。2009 年，《阿凡達》的成功將動捕浪潮推向高點，該片憑藉將 3D 虛擬攝影與動作捕捉技術結合，再利用 CG 特效，幾乎完全在棚內創造出了潘朵拉星球上的一切，成為影史上的里程碑。
動捕技術不僅給影視行業帶來了飽含科技感的呈現形式，也在遊戲、體育、教育等行業有諸多妙用。近些隨著 3A 遊戲逐漸增多，對應的次世代美術製作工藝也在進化，動捕已經成為了必不可少的技術，比如在遊戲《絕地求生》中，利用動捕技術後，遊戲中的虛擬形象高度逼真，行走、奔跑和射擊動作與真人無異。在體育訓練中，訓練師可以通過動捕設備捕捉運動員的技術動作，並加以分析，進而更高效、直觀地指導和糾正運動員的動作施放。
元宇宙浪潮來襲後，動捕的應用場景又進一步拓寬。近年來，大量的虛擬主播、虛擬偶像、虛擬客服在直播電商、娛樂節目、服務平台中應用，想要讓這些虛擬人 “活得即時”，動捕技術就成了一種解決方案，使用場景需求的增加直接推動著動捕技術和設備加速進化。
動捕的技術邏輯並不難理解。簡單來說，動捕設備就是能捕捉人類全身動作甚至面部表情的一套系統，通過數學計算處理，還原或重建一個三維模型的虛擬角色，可以是人，也可以是擬人化的物，這個角色能隨著人的動作、表情的變化而變化。
目前，主流的動捕技術主要有兩種，分別是光學式動作捕捉（簡稱 “光學動捕”）和慣性傳感器動作捕捉（簡稱 “慣性動捕”）。
光學動捕依靠一整套精密而復雜的光學攝像頭來實現，通過計算機視覺原理，由多個高速攝像機從不同角度對目標特徵點進行跟踪，完成全身動作數據的捕捉和收集，以便給角色模型提供構建參數實現目標效果。一般來說，採用的攝像機越多，動捕的效果越好。
絕大多數美國大片都採用了光學動捕，尤其在《戰爭機器》、《狙擊精英》、《古墓麗影》這種需要重點描繪主角肢體動作的作品中，光學動捕起到了至關重要的作用。不過，光學動捕由於需要搭建專業的動捕棚以及許多專業級的攝像頭來實現，使得其成本動輒高達百萬元以上，成為向消費市場普及的一大障礙。
慣性動捕則是通過傳感器來捕捉動作。一般將加速度計、陀螺儀和磁力計等慣性傳感器設備安裝在目標的全身各處，通過數據傳輸、數據處理後建成三維模型。雖然慣性動捕後於光學動捕出現，但其成本更低廉、操作更便捷，開始應用在動畫製作、步態分析、生物力學、人機工程、虛擬主播等領域。
動捕設備走向 “平民化”
經過 20 多年的高速發展，無論是光學動捕還是慣性動捕，都在朝著採集更精確、成本更低廉、使用更便捷的方向發展。技術的不斷演變恰趕上元宇宙潮流，動捕不再只是好萊塢電影、3A 遊戲製作商們的 “專利”，隨著設備越來越 “平民化”，普通人也可以輕易地創建虛擬分身，並進行衍生創作。
在光學動捕領域，OptiTrack 是不得不提的名字，作為全球最大的動作捕捉提供商，一直向需求市場輸出高性能的光學追踪設備。據不完全統計，全球 69% 的影片使用了 OptiTrack 光學動捕系統，包括漫威電影《復仇者聯盟 4：終局之戰》、《蜘蛛俠：英雄歸來》，《奇異博士》、《雷神 3：諸神黃昏》等。2017 年，利亞德集團完成了對 OptiTrack 的收購，在保留北美開發團隊的基礎上，大力拓展中國市場，其在國內建立了生產基地，部分鏡頭也在國內量產，提升了該品牌在中國市場的佔有率。
OptiTrack 旗下有多種動捕產品。最新的 CinePuck 發佈於今年 8 月，這是一個專為虛擬製作、混合現實和廣播工作室打造的動作跟踪工具。
從外觀上來看，CinePuck 的造型較為小巧，採用主動跟踪技術開發，可為實時工作流程和機內視覺效果提供較高的跟踪精度和準確度，即使在有明顯遮擋的生產環境中也不會受到太多影響。CinePuck 可以通過多個安裝點連接到任何攝像裝備上，以保持跟踪穩定性。如果配套使用 OptiTrack 旗下的相機，還可以使用該品牌旗下 Motive 軟件處理的光學數據，為實時製作提供高質量、強流暢的跟踪效果。
CinePuck 現已上市，官方建議零售價為 2999 美元，約合人民幣 20910 元。按照 OptiTrack 品牌經理 Neil Abrew 的公開說法，利用 CinePuck ，客戶可以在 30×30 英尺的空間內實現全體積跟踪，總成本約為 3 萬美元（約合 21 萬元）。
除了 CinePuck 之外，OptiTrack 旗下還有 Primex 41、Primex 22、Primex 13 等多款光學動捕攝像頭，售價從 2499 美元至 6499 美元不等。與此同時，OptiTrack 提供了與攝像頭適配的一系列光學動捕軟件。
Vicon 在光學動捕領域同樣大名鼎鼎。它由英國著名的光學動捕系統供應商 Oxford Metrics Limited 開發，專門為動畫製作量身定做，是世界上第一個設計用於動畫製作的光學動捕系統。Vicon 已在《角斗士》、《星球大戰》等的經典影片中發揮了重要作用，創造了很多經典的動畫鏡頭。
今年 7 月，Vicon 推出了新一代旗艦級系列攝像機 Valkyrie，該系列共四款型號，旗艦機型 VK26 是虛擬製片和視覺特效等高要求應用場景的理想選擇，因為它擁有 2600 萬像素和全畫幅 150FPS 的高刷新率性能指標，能夠覆蓋極大的場地空間面積。除此之外，Valkyrie 系列還包括 VK16、VK8、VKX 等多款更低級別的攝像機。由於面向專業級，Valkyrie 系列攝像機的售價較高，業內預計一套動捕系統要在 50 萬元以上。
在國內，北京度量科技有限公司旗下的 NOKOV 有較高知名度，主要應用於機器人、無人機等智能體室內定位與協同控制，機械臂、仿生機器人、人體步態動作捕捉，虛擬仿真、大空間 VR、虛擬現實、影視特效製作等多種不同場景。NOKOV 光學三維動作捕捉系統主要由三維動作捕捉鏡頭、連接器、光學標定係統、反光標識球、鏡頭連接線、鏡頭固定裝置套件和軟件組成。
NOKOV 動捕系統工作時需要多個 Mars 系列動作捕捉鏡頭進行動作採集，Mars12H 產品的鏡頭分辨率為 1200 萬像素，頻率 300 赫茲。官網並未公佈該套系統的售價，但其強調 NOKOV 的價格比其他任何光學動作捕捉系統都更具競爭力。
成立於 2015 年，總部位於中國上海的青瞳視覺也是國內光學動捕領域的知名廠商。今年 9 月青瞳視覺攜光學動捕系統 “普羅米修斯”，亮相 2022 世界人工智能大會，特點是支持雙人動作捕捉。在世界人工智能大會的現場，青瞳視覺搭建了 12 台 X1 動捕相機，在 5m*5m 的空間範圍內，能夠精確有效地捕捉雙人動捕演員的動作。
“普羅米修斯” 的主要賣點是 “萬元級” 的低廉價格定位，官網顯示，由 8 台 X1 動捕相機、8 個支架、1 個校準桿等套件組成的光學動捕系統售價 29999 元。相機越多、套件越多的系統售價則相應提高。
在慣性動捕領域，Xsens MVN Animate 動作捕捉系統聲名遠播，它面向專業級市場，專為遊戲、電影、動畫和現場娛樂的使用而優化。在製作中使用 Xsens 的知名遊戲及電影有《曼達洛人》、《命運 2》、《X 戰警: 黑鳳凰》、《地獄之刃》和《黑豹》等。
Xsens MVN Animate 有 17 只無線跟踪傳感器，相比於光學動捕大多只能在室內使用，該系統可在戶外所有條件下傳送好萊塢級慣性動捕數據，同時支持多人動作捕捉，可與 Manus VR 手套以及主要 3D 軟件包無縫協作。此外，這款系統宣稱在所有場景中抵抗磁性干擾，即使在具挑戰性的磁干擾環境中，也能提供高質量的動捕數據。
國內市場中較知名的慣性動捕廠商有諾亦騰，推出了入門級動捕 Perception Neuron 3 及 Pro 版。該公司從 2012 年成立起便開始從事慣性動作捕捉技術與產品的研發。為了降低大眾使用動捕技術的門檻，入門級產品包含全身 17 個節點的慣性無線傳感器，通過穿戴綁帶或者選配的動捕壓縮服的形式固定在使用者全身。
在產品設計方面，Perception Neuron 3 傳感器追求小巧，重量僅為 4g 左右，長度約 27mm，寬度約 16mm，長度和一枚一元錢硬幣的直徑差不多。動捕設備的小型化保證了製作流程的可移動性，可使使用者在更多的環境中進行動捕工作。這套慣性動捕系統官方售價為 22800 元，相比光學動捕系統動輒數十萬、上百萬的價格具有成本低廉的優勢。
更為 “親民” 的慣性動捕設備則是 Sony 最新發布的便攜式動捕追踪器 Mocopi，它由 6 個鈕扣大小的跟踪傳感器和專用的智能手機應用程序組成，售價為 49500 日元（約 2610 元）。Mocopi 注重便捷性，追踪傳感器直徑為 3.2 厘米，重量為 8g。它無需計算機即可工作，在室外也能使用。不過，由於傳感器數量較少，Mocopi 的動捕效果也可能略打折扣，對於 Vtuber、虛擬主播來說，Mocopi 或許能夠滿足他們的需求。
從市場主流的動捕產品來看，相比數年前動輒需要投入百萬級成本的動捕設備，當下的動捕系統售價越來越便宜，科技含量也有所升級。可以明顯感受到的趨勢是，各個動捕廠商們都在開發 “平民級” 的動捕設備，尤其是便攜性較強的慣性動捕系統，可以讓普通創作者輕易地創建數字內容。
沒準哪一天，有創意的 UGC 內容創作者也能製作出叫好又賣座的虛擬大片。
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