一文读懂动捕技术：元宇宙的“重要拼图”之一
图片来源@视觉中国
文｜MetaPost
你想知道电影中那些栩栩如生的角色是如何创造的吗？在影视制作中，动作捕捉正是实现这一奇迹的关键技术。无论是《阿凡达》中的纳美人，还是《指环王》里的咕噜，都是先通过动作捕捉采集演员的肢体表演，再经渲染处理，才呈现出震撼的视觉效果。
在游戏行业，动捕技术同样扮演着核心角色。通过采集真人演员的动作数据，并绑定到游戏角色骨骼，它能极致还原人体的真实姿态、表情甚至重量感，让玩家沉浸于更逼真的虚拟世界。
随着元宇宙浪潮席卷全球，动作捕捉的长期价值日益凸显。它已与引擎、传输、计算和显示等技术并肩，成为元宇宙底层建设不可或缺的“关键拼图”。
01 动捕技术演进史：百年突破与创新
动捕技术的雏形可追溯至1915年，动画大师Max Fleischer发明了一台放映机，能将胶片内容投影到透光台，让动画师可轻松临摹人物动作，从而绘制出更流畅的角色动画。
1983年，加拿大西蒙弗雷泽大学的Tom Calvert在机械捕捉服装上取得突破，推出了早期机械动捕系统。同年，麻省理工也研发了基于LED的“木偶图像化”系统，成为光学动捕的雏形。
这些生物力学研究为影片制作奠定了基础。随着动作捕捉与计算机图形技术结合，动作数据获取变得容易，推动技术飞速发展，并大规模应用于游戏和电影行业。
90年代末，《指环王》首次将动捕拍摄带入现场。动捕先驱Andy Serkis以“咕噜”角色与其他演员实时互动，这种互动让他获得情绪与语言反馈，从而更淋漓尽致地释放表演，塑造出有血有肉的鲜活角色。
2009年的《阿凡达》成为动作捕捉与表情捕捉结合的先驱。导演James Cameron团队采用头戴式面部捕捉相机，并搭建了史上最大的动捕影棚，实现了技术飞跃。
特效影视与游戏历来紧密相连，动捕技术很快渗透游戏领域。当时，与任天堂、索尼三分天下的世嘉，率先展现了先锋意识。
1994年，世嘉推出街机游戏《VR战士》，首次采用动捕模拟人物动作。其逼真流畅的表现，在当时粗糙的游戏市场中独树一帜，令玩家惊叹。次年，南梦宫也凭《刀魂》成功应用动捕技术。
如今，动捕技术已成为大型游戏工作室的标配。通过同步真人与动画人物，它让游戏角色更真实生动，成就了电影级的动作表演体验。
02 三大动捕技术详解：光学、惯性、视觉
随着技术成熟，动捕的应用场景正不断扩展：从动画制作、人机交互，到机器人遥控、体育训练，乃至火爆的虚拟人直播，其多样化战术正重塑各行各业。
针对不同场景，动捕技术衍生出多种技术路线，主流包括光学动作捕捉、惯性动作捕捉与视觉动作捕捉。
光学动作捕捉技术：在身体关键点粘贴标记点，通过多台摄像机捕捉标记点反射的光线，进而计算其空间运动信息，实现精准定位与数据输出。
惯性动作捕捉技术：依靠佩戴在身上的陀螺仪传感器，实时感知旋转信息，进而推算人体运动轨迹，完成动作捕捉。
视觉动作捕捉技术：无需标记或穿戴设备，仅通过普通摄像头录制动作，结合AI算法识别关键点，即可实现无拘无束的动作捕捉。
光学与惯性动捕技术虽有高精度，但门槛较高。其一，成本昂贵，从数万到数百万不等，仅大型工作室可负担；其二，使用繁琐，演员需穿戴大量设备，且需团队紧密配合。
相比之下，视觉动捕技术更易于普及，正吸引苹果、Meta等科技巨头竞相布局。
03 Meta突破：仅凭头显实现全身动捕
早在2019年，Meta便公布了虚拟人头像系统，通过VR设备进行3D动捕，还原真人形象，细腻呈现肤色、纹理、毛发及微表情。Meta的愿景是让虚拟会面如现实般真实。
据外媒报道，Meta最新论文提出仅通过Quest头显即可实现全身动捕的解决方案。这意味着，VR头显从仅能捕捉面部表情，跃升至全身动作捕捉。
这一切，主要得益于人工智能的预测能力。
在上半身追踪上，AI通过训练积累经验，仅需少量现实输入，即可精准映射双手至虚拟世界。例如，Quest摄像头可捕捉手臂、肘部、手掌，进而基于肌肉骨骼结构估算上半身姿态。
对于下半身，Meta同样运用此原理。利用追踪数据训练AI，仅凭头显和两个控制器的传感器数据，便能生成逼真的全身虚拟人动画。
Meta团队采用人工生成的传感器数据训练QuestSim（AI引擎）。研究人员基于172人各8小时的运动捕捉剪辑，模拟头显和控制器运动，从而免去从头采集数据的繁琐。
这些剪辑涵盖130分钟步行、110分钟慢跑、80分钟手势与对话、90分钟白板讨论及70分钟平衡训练，数据丰富多样。
训练后，QuestSim能根据真实头显和控制器数据识别动作。借助AI预测，它还能模拟无实时传感器数据的身体部位运动。
研究还发现，即便不用手柄，仅靠头显的60个姿势（含位置和方向数据），亦能重建各种运动姿态，且效果无物理伪影。
对于动捕技术的未来，中信证券指出，它将在生物力学、工程应用、游戏、影视、VR等领域深度拓展。在元宇宙浪潮中，实时捕捉用户动作并生成虚拟表现，是提升体验的关键。未来，动捕技术必将无处不在，塑造数字新世界。想紧跟前沿科技？立即关注我们，获取更多深度解析！
相关问答
《指环王》之后，动捕技术越来越好了，为何CG人物反要降低逼真度?
个人认为，这既有技术层面的考量，也与艺术表达有关。过于逼真可能反而显得虚假，电影镜头需遵循视觉合理性，因此有时需降低逼真度以符合整体风格。
CG动画动态捕捉技术将来会淘汰动画师这一职业吗?
不会。动画分为2D和3D，好莱坞3D动画成本高、周期长、技术难，虽拟真但发展速度受限；而如日本2D动画，一个季度可产出十多集，风格多样，动画师创造力不可替代。