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[摘 要]随着科技的发展，计算计技术也得以发展，三维动画作为一种视觉冲击力强、效果逼真的动画类型在计算机动画领域中越来越受到重视，三维运动捕捉技术则作为解决三维动画制作的一个手段也被广泛地使用分析了三维动画的制作流程探讨了三维运动捕捉技术的应用和发展。
[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與多媒体教学，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，也同时在醫学研究，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.
[2] 叶欣.三维运动捕捉技术应用研究[J].电子技术与软件工程，2016（7）：87.
[3] 邹虹，李莹，欧剑，等.基于动作捕捉技术的孔庙祀典数字化[J].计算机系统应用，2012，21（7）：151-154.
[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與多媒体教学，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，也同时在醫学研究，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.
[2] 叶欣.三维运动捕捉技术应用研究[J].电子技术与软件工程，2016（7）：87.
[3] 邹虹，李莹，欧剑，等.基于动作捕捉技术的孔庙祀典数字化[J].计算机系统应用，2012，21（7）：151-154.