为了捕捉马的动作，人类竟“折腾”了一个多世纪？

数九寒天，北风凛冽。某个乡郊壤野的一处马厩，几个身穿紧身衣的胡渣大叔坐在马背上瑟瑟发抖，等待着别人的调遣。他们时而重复着上马、下马动作，时而互飙莫名其妙的台词，然后驱使坐骑打成一团，惨叫声不绝于耳……这究竟是缘于情感的纠葛，还是中二病发作？

尽请收看本次《走近科学特别节目》之《一场发生在动作捕捉中的人兽虐恋》。


对于游戏玩家来说，动作捕捉已经不是什么新鲜技术。被“捕捉”的对象早已经从真人演员扩大到了动物身上。

然而，捕捉一匹马的动态，对于业界来说依然是头等难事——虽说这件事早在一百四十七年前就有人开始干了……

一切，都源于一场赌局

关于驯马的历史，最早可以追溯到原始社会后期，在和马儿的朝夕相处中，人类却始终没有搞懂一个看似简单的问题——“跑动中的马匹，它们的四蹄是否会在某个瞬间全部腾空？”很多人相信无论马如何驰骋，都会有一条支撑腿留在地面，因为此前的画家都是这样画的——


加州巨富利兰·斯坦福对此却不以为然，1872年春天，这位铁路大王就此在自家马场中安排了一个赌局，吸引到了社会名流们的参与。在他们看来，这位明显“缺乏常识”的土豪的钱是赢定了。


除了拥有富可敌国的财产以外，利兰·斯坦福当过加州州长，后来还创办了著名的斯坦福大学

为了用真理说服别人，斯坦福请到英国摄影师埃德沃德·迈布里奇，用照片来证明自己的观点，这也是人类历史上第一次的动作捕捉实验。

那时候的照相机可没有连拍功能，迈布里奇是这样“土法炼钢”的：将16台照相机紧挨着摆放在赛道旁，用细棉线将快门与另一侧的机关连接起来。当奔跑中的马匹碰到棉线时，就会触发对应相机的快门，从而留下16帧原本用肉眼根本无从捕捉到的的瞬间运动影像。


凭借这套照片，迈布里奇不仅为金主轻松赢得赌局，还在无意中创造出了电影的鼻祖。在经过简单的上色之后，他把底片粘在玻璃盘上，放到一个光源前方进行高速旋转——世界上的第一个动画，也随之诞生了。

后来，这个名为“动物实验镜”（Zoopraxiscope）的发明，被美国画家马克思?菲舍尔改造成了一套动画制作设备——“影像描摹器”（Rotoscope）。


它的原理，是将一组表现某个特定动作的照片依次投射到白板上，画师在进行临摹之后，就可以让纸上角色拥有惟妙惟肖的动态表现力。

由于动画中出现的动物形象通常不追求写实性，“影像描摹器”很少会用到真实动物的运动照片组，直接套用人类角色动作模组的效果往往会更好。但在呈现马的动态的时候，即便它被拟人化成了一位老大爷，任何顶尖画师也绝对不敢跟着感觉去画。


俗话说，“难画莫如马”、“画树难画手，画马难画走”。运动过程中的马，腿部以身体为中心进行摆动，躯干部位显示出超乎寻常的柔韧性。骨骼、关节和肌肉的变化规律、尾巴的甩动、四蹄的动作顺序……没有精确到“帧”的照片，这些瞬间都是无法被动画师去细细观察的。而通过影视作品对马产生有大量间接经验的观众，却可以一眼看出某个凭空瞎画的动画有哪里不对劲，比如下面这种将一只鸵鸟和一个人的行走动画强扭在一起的效果——


对此，迪斯尼泰斗级导演查德?威廉姆斯曾经发出这样的感慨——


难怪到了电子游戏时代，卢卡斯艺界的美术师们还在使用“动物实验镜”和“像素临摹器”这两件祖传神器，让《猴岛小英雄》等早期图形AVG游戏中的马匹的动作看上去更加自然。

进入动作捕捉时代之后，先进的计算机技术已经可以将马无比复杂的运动规律全程数字化，困扰几代“画马人”的最大难点，似乎也由此迎刃而解了。


2000年，日本著名CG小组Robot受雇为Capcom制作《鬼武者2》的过场动画，这也是游戏史上第一次对动物实施动作捕捉。然而，将数据采集对象从真人演员变成马匹之后，这个早就把动捕技术视为看家本领的工作室一度也被虐到怀疑人生……

万事开头难

我们知道，动作捕捉所采集到的运动数据，实际上是采集球（又称“马克点”）的三维坐标变化。为此演员要穿上紧身服，然后在躯干、四肢处贴上这种小球，从而让安放在四周的摄像机获取到完整的骨骼动画。


这种“穿戴式”的马克点安装方式，对于汪星人来说是完全可行的，因为它们主要是通过吐舌头和流口水来实现散热，穿件衣服并不会影响到拍摄时的舒适性。然而给汗腺发达的马儿们穿上一身紧身衣，就是要它们的老命了。导演岩本晶尝试用胶带将采集球粘在马匹身上的关键位置，但随着马匹剧烈运动时分泌的大量汗水和强烈震动，它们很快就出现不牢靠的情况。


相比直接掉落地面，让动画师最头疼的就是采集球的轻微位移。有瑕疵的骨骼动画通常很难在第一时间被查觉，只有在导入模型、生成半成品动画之后才会让人觉得有些异样——此时再去修改就麻烦了。

对于项目组来说，采集球除了“贴不上”，还有“不知道往哪里贴”的难题。

马奔跑时骨骼和肌肉的变化要远超过人类，除了四条腿以外，颈部、肩部、背部、臀部，甚至是尾巴都有复杂的运动规律。随着运动幅度的加强，躯干部位还有出现剧烈的收缩。这些都需要在一匹马身上反复尝试，才能最终确定采集球的安装位置。


Robot工作室设立在写字楼中的动捕拍摄间，在采集马匹运动数据的时候也不再适用。光学式运捕系统普遍使用被动光采集球，对环境光要求很高，所有的表演和采集均要在一百平米左右的室内完成。如此狭小的环境，着实让马儿们施展不开。以奔跑来说，马并不具备类似汽车“0-100km”这种瞬间加速的能力，它们需要先小跑一段距离，才能线性加速到四蹄狂奔的状态。在传统的动捕场地中，它们往往还没提速就撞墙了。

即便是慢走、转身这些运动幅度不大的动作，木地板的低摩擦力也可能给马匹和骑手带来意外。


马是一种胆小的动物，动作捕捉室内不自然的光线、陌生的电子设备和突如其来的噪音，都可能让它们进入暴走状态

在多方试验无果之后，整个《鬼武者2》OP项目组带着全套装备，挥师前往山梨县小淵沢町的一个马术俱乐部，租下旗下最大的室内训练场。为了减少马匹出汗对工作的干扰，他们只能在寒冬的深夜进行拍摄。


为了避免采集球由于跑动、流汗和骑手不慎触碰所发生的位移，每跑一圈，工作人员都会上前检查胶布是否牢靠。


为了全部26个镜头，共计不超过40秒的片段所需要的骨骼动画数据，工作组在富士山下的这个马场中连续折腾了近一个月，最终带来了《鬼武者2》OP动画的非凡表现。同时我们也应该看到，这种“摸着石头过河”的工作方式，是工业化大制作所不允许的。


专业的事情，交给专业的人做

Animatrik是北美规模最大的动作捕捉工作室，参与过许多电影和游戏的制作。由于经常性的涉及到对马匹的动捕业务，他们决定打造一套标准化流程和专业设施。

动物小组的总监莎拉·卡梅隆认真研究了当年《鬼武者2》OP项目中的得失，针对两个主要问题设置了突破口：

1、充分的准备

莎拉认为Robot小组此前之所以遭遇了那么多的不确定性，是因为先期准备不足。正是因为采集点在定位和安装问题上的误差，才导致工期和预算的最终失控。

为此，小组首先购买了一批1:1的塑料马，在身上安装逆反射马克点，测定如何才能准确地重建一匹马的骨头长度、关节变化，以及其他特定的运动元素，并且验证摄影机对采集点的支持范围。


身为一个爱美妆的女性制作人，莎拉轻而易举地为马匹找到了一种“专用”的粘合剂，它不但怎么动都不会掉，而且还能够防水防汗……


胶水的难题解决之后，莎拉便可以尝试一些更加先进的被动式识别技术。她将U形的光学标示点粘在透气布料上，再粘在马匹身上。如此一来，计算机不但能够捕捉到完整的骨骼数据，还能精确记录马匹全身各个主要骨骼肌的形变。


2、真实的场地

先期测试大功告成之后，拍摄组动身前往温哥华枫树岭的一个马场。为了避免当年Robot工作室由于场地问题遭遇到的麻烦，他们雇佣建筑工人，在草地上搭建了一座大跨度钢节点结构的专用摄影棚，面积超过了一千平米。之所以没有选用现成的室内马术训练场，是因为木结构的密封性太差。除了无法安装空调以外，漏风也很容易造成摄像机镜头的角度误差。

为了进一步增加安全性，莎拉并没有使用传统的三脚架和钢桁架来固定44台动捕摄像机，而是将它们直接以打孔方式安装在墙上，然后沿场地四周用软质材料设置好缓冲区。


Animatrik还在作业中大量运用了动画融合软件，借助先进的算法和特效，动作射击类游戏所需的很多高风险型动作，都可以轻松实现。

永远不过时的“匠人精神”

日益成熟的马匹动捕解决方案，极大地降低了技术问题带来的困扰。艺术家们可以专心致志地关注于内容和细节，让虚拟世界中的马更有灵魂。


《荒野大镖客2》与马的互动时一个非常重要的的体验内容。为了精准再现不同马种的体态差异，Rockstar购买了四匹纯种马，还请到了一匹名叫“布朗科”的好莱坞明星马。他们为每匹马的动作进行排序，分别进行了超过200次拍摄。整个采集工作耗时数月，数据足以塞满一块硬盘。

用一颗拍电影的心来做游戏的顽皮狗工作室，向来倾向于让演员同时担任角色配音和动作捕捉模特。在《最后生还者》初代中，由于女主角艾利的扮演者阿什莉?约翰逊并不会骑马，原本设计的骑马战斗流程被大幅精简，马匹也沦为存粹意义上的代步工具。


为了能够在续作《最终生还者2》中弥补这一缺憾，阿什莉在德州的一个马场中苦练三月有余，掌握了基本的马术，并且和参与拍摄的特技马培养出了深厚的感情。这位女星也用自己的辛勤付出，证明了动作捕捉演员绝不是穿着浑身紧身衣，拿着烧火棍式的道具对着空气比划这么轻松。

一旦加入“马戏”，没有一身好本领的演员，也只能像下图这样尴演了……


一代代的艺术家的不懈努力，最终让我们在虚拟世界中体验到了马的雄浑、高昂、豪迈与柔情。在这一百多年的时间内，影像的载体从“只可远观不可亵玩”的胶片，变成了“没有什么不可以”的虚拟世界。这种进化的背后，是电影、动画、电子游戏等艺术门类的诞生和发展，也是是图形技术进步的体现。我们相信，人与马在千年岁月中积累的这份“同生死，共荣辱”的真挚情感，会在互动数字时空中燃烧得更加炙热。

作者：十大恶劣天气
来源：游民星空
地址：https://www.gamersky.com/zl/column/201904/1172495_3.shtml