Facial AR Remote：使用AR创作动画

前些时候，我们在Unity官方微博分享了下面的视频内容。

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利用iPhoneX和ARKit的特性，使用一套简易的工具，Unity Labs的开发人员实现了更便捷的实时面部表情捕捉，让江毅冰新作《发条乐师》中小女孩的角色形神兼备，更富有表现力。

今天我们将介绍这套由《发条乐师》团队和Unity Labs通力合作创作的新工具：Facial AR Remote。

Facial AR Remote介绍

Unity Labs通过《发条乐师》项目，探索如何最大程度上提升Unity为角色进行面部捕捉，创建实时面部动画的能力。Beast House FX的Roja Huchez也为项目的建模和绑定混合形状等方面提供了帮助，使角色的表情变得栩栩如生。

Facial AR Remote以一种低开销方法，通过已连接设备，直接将画面捕获到Unity编辑器中。

Facial AR Remote的工作流程不仅在制作动画时非常实用，也有助于制作角色和混合形状的建模和绑定，它实现了一种简化方法，用来在Unity中构建Animoji动画表情或Memoji类型的交互。该工具将允许开发人员在编辑器中迭代模型，而无需构建到设备，从而消除了流程中耗时的步骤。

为什么创作Facial AR Remote 

通过这个试验性的项目，我们看到了为电影项目构建新动画工具的机会，它将开辟Unity中实时动画制作的未来。

使用AR工具进行创作是非常炫酷和有趣的过程，并且能够推动Unity实时渲染的发展。在对从手机发送到Unity编辑器的数据进行基本处理后，所有人都沉浸在操纵控制角色的乐趣之中。这种技术的既有趣又实用，拥有巨大潜力，所以该项目迅速扩展到当前的Facial AR Remote和功能集。

我们想要使与AR混合形状动画相关的工具和工作流程更易于使用，比当前可用的传统动作捕捉方法具有更高的可用性。Facial AR Remote可以让我们构建出一些工具用于在编辑器中迭代混合形状，无需创建新版本就可以检查手机上的网格变化。

这意味着用户能够在Unity中对演员面部进行捕捉和录制。捕捉的内容能够作为固定点来迭代和更新角色模型，还可以重新指定动画到另一角色上，不必重新对演员进行面部捕捉。该工作流程对处理角色的表情非常实用，还能优化各个独立的混合形状。

Facial AR Remote的工作方式

Facial AR Remote由手机客户端应用组成，它带有流式读取工具作为Unity编辑器中的服务器。客户端则是一个轻量级应用，能够使用ARKit的最新功能，通过网络发送数据到Stream Reader游戏对象上的Network Stream Source。通过使用简单TCP/ IP socket和固定大小的字节流，我们将混合形状、摄像机和头部姿势数据的每一帧画面从设备发送到编辑器上。得到数据后，Unity编辑器会解码数据流，实时更新绑定角色。

为了消除由于网络延迟带来的抖动，流式读取工具有一个存放历史帧的可调节缓冲区，它会在编辑器画面和手机画面有延迟时使用。这是一个非常重要的功能，它能保持预览角色的平滑画面效果，同时还能和真实演员的当前姿势尽可能保持一致。在较差的网络条件下，该预览效果有时会有掉帧现象，但设备仍会记录带有原始时间戳的所有数据。

在Unity编辑器层面，我们使用流式数据推动角色的预览和烘焙动画剪辑。由于我们将原始流式数据从手机保存到磁盘，因此我们可以在调整混合形状时继续播放角色上的数据。

由于存储数据是来自手机的原始流式数据，我们甚至可以将动作重定位到不同的角色。在对采集的流式数据满意后，可以烘焙该流式数据为角色上的动画剪辑。这是一个很棒的功能，因为制作出的这些剪辑能像Unity中其它动画一样使用，剪辑可以用在Mecanim、Timeline或是其它动画工具中，从而驱动角色。

《发条乐师》动画演示

随着《发条乐师》渲染技术演示的完成，《发条乐师》团队能够使用这些高质量资源开始动画探索之旅。由于我们能够快速启动并运行基线，我们拥有大量时间使用我们所开发的工具迭代混合形状。抖动、平滑和形状调整很快就成为了这个项目主要关注部分。

我们在帧处理过程中发现了帧率和延迟之间的联系，并移除了回放内容中摄像机的移动，从而解决了抖动问题。移除摄像机的能力可以使用户专注于捕获混合形状，并使我们能够将手机安装在支架上。

大多数迭代过程需要理解混合形状并在ARKit中充分利用混合形状的锚点。从文档中很难理解不同形状的细节差异。因此很多最后得到的表情效果，取决于对角色进行的风格化处理以及组合形状的方式。

我们发现通过限制混合形状变化对面部特定区域的影响，可以改进眼睛、面颊之类的斜面形状和嘴部延伸的效果。

例如：面颊的斜面应对下眼睑几乎没有影响，下眼睑的斜面部分也应对面颊几乎没有影响。我们最初没注意mouthClosed形状怎样才能作为矫正姿势，从而让它和嘴唇关闭时的jawOpen形状有100%的吻合度，而混合形状对这部分也没有任何影响。

然后我们使用Skinned Mesh Renderer的数据，查看任意帧上所组成表情的数值，通过降低或提高这些数值来给混合形状的处理过程带来帮助。我们能够快速调整当前的混合形状，并决定任意混合形状是否需要修改和所需修改程度。

这样有助于解决最麻烦的问题之一，那就是让正确的角色得到关键动作。例如：让小女孩微笑。查看组成特定动作的形状有助于解决该问题，在本示例中，微笑时嘴部左右拉伸的距离总量形成了其最终的形状。把手机提供的形状看作小型组成部分非常有用，而不是将它看作人类独立做出的面部动作。

在演示项目最后的创作过程中，我们尝试改进角色动画。通过对ARKit混合形状的理解，我们尝试修改了角色的基本自然动作。由于小女孩角色的风格化部分，角色基本动作的眼睛太宽，而且面部上的基本笑容也太多了。

这使得眼睛睁大时与眼睛正常状态的变化幅度太小，而眼睛正常状态和闭眼时的变化幅度又太大了。眯眼的表情也需要进行更好的处理。当测试者闭上眼睛时，我们发现眯眼部分的范围总会在约60%到70%之间。通过对基本型进行如此的修改，从而得到了在最终展示时极富表现力的动态表情效果。

未来展望

通过使用Facial AR Remote和Unity中的其它工具，开发者和艺术家将能创作出各式各样的优秀动画，只要拥有创意，便不会受到任何限制。

不久后，所有人都将能像木偶一样操控数字角色，孩子可以表演和录制他们最喜欢角色的动作，分享给朋友和亲人看；游戏主播可以通过这个技术给自己头像添加额外的活力；专业人士或业余爱好者可以得到新的方法来制作并发布动画内容。

请下载Unity 2018，并访问Facial AR Remote的Github页面查看安装指南。地址：

https://github.com/Unity-Technologies/facial-ar-remote

我们期待着看到用户使用Facial AR Remote创作出充满艺术感的创意作品。更多Unity新功能和工具介绍尽在Unity官方中文论坛(UnityChina.cn)!

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