xMoCap®：虚拟人动作真假难辨的秘密（上）

又称动态捕捉，是利用外部设备来对人体结构的位移进行数据记录和姿态还原的技术。它广泛应用于军事、娱乐、体育、医疗、计算机视觉以及机器人技术等诸多领域。在电影制作和电子游戏开发领域，它通常记录人类演员的动作，并将其转换为数字模型动作，并生成二维或三维的计算机动画。^[1]

动捕技术已经有100多年的历史，它的前身“转描机技术”最早由马克思·弗雷歇尔（Max Fleischer）约在1914年发明，该技术可以将演员的表演录制到一个透明的平面上，然后逐帧追踪他们的动作。1937年迪士尼利用此技术制作了《白雪公主与七个小矮人》（Snow White and The Seven Dwarfs ）、《灰姑娘》（Cinderella）等。而转描技术被中国动画广泛应用是1941年第一部动画电影《铁扇公主》。

用转描机技术制作的《白雪公主》

1960年现代动捕之父Lee Harrison发明了Animax，再到1990年《指环王》（The Lord of the Rings）首次将动捕拍摄带到现场，动作捕捉与计算机图形技术相遇。动作数据的易得性使动作捕捉技术快速发展，并相继被完整、大规模地运用到游戏与电影行业。

《指环王》动捕效果

海外游戏开发商通常有一条成熟的生产流水线帮助提升制作动画的质量、效率和全球化团队的协同生产。例如顽皮狗（Naughty Dog）用Vicon+Maya制作了《美国末日》（The Last of Us），圣莫尼卡工作室（SIE Santa Monica Studio）用Vicon+Maya + MotionBuilder制作了《战神》（God of War）等。

《美国末日》动捕效果

随着3A游戏、虚拟人、VR等项目的增多，行业对高质量角色动画的需求越来越大，制作团队的队伍也日益庞大，需要在一定周期内生成数量多、质量高的角色和动画。之前腾讯互娱内部没有基于动作捕捉的游戏动画生产管线，但由于公司各个工作室对动作捕捉需求量非常大，全球异地协作需要，及全球居家办公常态化...

我们把项目中的挑战总结为三个：

1、如何让大型团队紧密协作高效生产？

2、如何在既定周期内生产大量的角色和动画数据？

3、如何保证角色和动画的质量？

于是NExT Studios自研的xMoCap®——3A级标准动捕动画生产管线应运而生，集角色绑定、动作捕捉、动画工具、资产管理及动捕数据库为一体，支持大型团队协作、云端海量资产管理、高保真3D角色动画生产，符合3A游戏的开发需求。从2018年到现在，经历数次技术迭代，目前已经在公司内部10+工作室和20+项目中使用，至今累计生产了25,000+条动捕数据和2,250,000+秒动画。

用xMoCap®完成的数字航天员小诤的动作捕捉

如果把整个动画生成过程比作一幢房子的建造过程，房子的地基需要足够的结实，并且材料标准，才能经历地震风吹雨打而屹立不倒。xMoCap®的地基是绑定和动捕硬件，先用绑定工具生成控制器，然后完成数据采集，同时发布器到资产管理器，再用动捕工具箱进行动捕数据处理，这样就生成了标准的动画角色。最后用动画工具箱进行数据精修，最终导出到UE。

整个流水线能够高度自动化，释放人力，让艺术家专注于生产，发挥自己的创造力。

绑定，是3D动画制作流程中的一项重要的环节。模型在制作完成后，需要绑定师（或设置师）对模型添加骨骼与控制器，并对骨骼的权重进行合理的分配后，由动画师操控控制器来进行三维动画制作。^[2]

xMoCap®拥有各种类型的绑定工具，可以帮助动画师提高工作效率。Rigging Tools Box（绑定工具集）可以自动创建控制器和快速创建附加控制器，也支持从Maya插件mGear/Advanced Skeleton和3ds Max Character Studio创建出来的骨骼作为模版，一键自动创建两足或者四足控制器。

创建两足或四足控制器

依托NExT旗下的xLab动作捕捉实验室的硬件设备和动捕现场解决方案，xMoCap®同时覆盖了硬件和软件，将现场动作捕捉和后期动捕数据处理无缝集成到一起，从而实现“一站式”输出。我们有良好的声学环境和消音设施，并提供现场动捕和面捕技术支持，提供动捕数据修复和重定向服务，并提供面捕数据的线上咨询服务。

动捕演员在动捕棚实拍

目前市面上没有一个DCC插件支持多个主流动捕设备进行动捕数据处理，xMoCap®可以自动检测Vicon、OptiTrack、Xsens等主流动捕设备，并自动处理数据。

支持主流动捕设备

Asset Library（智能资产管理器）可以查看服务器的角色，附带的 “Asset Creator”可以用来发布资产，一键快速传递不同的角色动画数据。基于perforce的云端数据管理，保证了美术人员拿的都是最新的数据，可以做到协同开发。

xMoCap®资产管理器的标准化资产赋能了所有的工具集，让团队协同开发更加高效，管理更加智能，具有以下功能：

1）资产标准化

2）动画数据一键重定向

3）资产同步

4）快速更新绑定

5）自动提示资产版本更新

6）删除和添加服务器资产

7）动捕数据处理依靠资产管理器

8）项目动捕数据资产查询

资产管理器介绍

以NExT的自研项目《重生边缘》为例，因为大部分团队成员目前都在上海居家办公，团队之间都是通过“资产管理器（绑定，动画和静态模型）云端发布→同步资产使用→搜索云端资产和数据上传”这一流程，实时同步大幅提升了美术师的效率和准确性，真正意义上做到了降低沟通成本和高效协同开发，建立了一套标准、成熟的管理体系。

NExT自研游戏《重生边缘》

当采集完动捕数据后，xMoCap®会对动捕数据自动清理，再进行数据重定向，进入项目闭环动画生产。我们有多样化的实用动画工具可以帮助动画师加速精修。

xMoCap® 标准化动画生产流程示意图

动捕数据一键生成角色动画

至此，我们已经对动捕的历史，以及xMoCap®的整个工作流程有了了解。下期文章我们会针对xMoCap®作为“动捕动画生产全流程管线”的与众不同的特性一一详解，敬请期待下期推送！

参考：[1] 维基百科“动作捕捉”条目：https://zh.wikipedia.org/wiki/动作捕捉

[2]百度百科“绑定”条目：

https://baike.baidu.com/item/绑定/9747568

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