论文部分内容阅读
1、三维动画面部制作流程
在传统三维动画制作过程中，生成面部动画主要在三维软件应用层面上制作动画，比如用3D，MAYA等三维模型动画软件，事先录制一个人的情绪表现视频，然后利用软件制作模型，绘制赋予纹理，进行骨骼绑定，把模型蒙皮赋予给骨骼，然后制作控制器，最后进行动画制作。动作主要是针对一些常用动画表情，如：喜、怒、哀、乐等，这些细微的面部表情情绪在大多数情况下都能够通过角色面部的特有控制区域反映出来，脸部表情的变化主要通过特定面部肌肉、嘴部、眼睛和眉毛来体现，见图1-1。
这里以Maya举例：这里制作面部动画通过Maya软件的常用流程进行介绍。首先需要应用摄像设备捕捉一段演员表情或者对照镜子或者通过分镜设置进行表演，再通过外部识别软件进行识别，在Maya中，使用骨骼、变形器以及权重绘制等方式来制作表情动画，优点是做的可以很细致，但缺点也非常明显，由于控制需要细微制作，所以会制作大量的骨骼、簇、控制器，也要绘制大量动画权重，使场景非常复杂，最关键的是制作者在绑定过程中要耗费大量的时间和精力，并且需要学习的前期设定模型要耗费大量的时间。而且经常发现由于动画需求不一样，骨骼的权重也要随着改变，没有五年以上工作经验，初入动画岗位的绑定动画师非常难以适应。如图1-2。
在maya中主要采用了伪肌肉变形法。这种方法为实现某个特定的人脸结构和动画则需要非常多的动画单元参数设置和准确的面部布线。伪肌肉变形法忽略面部繁琐的生理构造，使用脸部的网格进行变形动画制作，从而模仿脸部结构肌肉变形制作仿真动画，这种方法替代了早先利用肌肉进行物理动画制作的方法。这里的肌肉变形的方法可以是整体面部进行变形，同时可以在面部的其中一个部位进行小范围的局部形变。
一个头部的骨骼复杂的要设计制作15节以上。控制器的设置要在30种以上，如图：这对于动画人员来说师一件非常繁琐的事情。见图1-3
在Maya中，将头部模型复制出来，每个头部模型调为一种需要的表情和口型，比如：要制作喜、怒、哀、乐的表情动画，需要调节四个头部的面部细节。然后使用融合变形器将这些表情指定给原始模型，再配合簇、线性等控制器调整细节。这是目前主流的一种制作方法，可以调整非常好的表情动画。用这种方法来制作表情动画，在技术上并不算多么难，主要问题是对角色表情以及人物真实表情动画的掌握，动画师在制作动画时候会拿一面镜子摆在自己面前，动画师为了寻求真实的表情，会自己仿照镜子模仿，甚至经常有动画师用DV拍摄自己的面部动画留做面部控制库在制作特定动画时候拿出来比对。面部动画主要包括表情动画和口型动画。表情动画的调整可以根据剧情的需要，设计面部动作，配合融合变形器等来制作，技术难度虽然不大，但是需要动画师把握表情动画的能力很高。口型动画主要是面部相关肌肉和配音文件的配合，步骤相对比较麻烦。需要制作人员进行动画需要的配置对话，并将声音文件保存为Wav格式，直接导入Maya软件，配合着Maya的时间线边听边调整，输出动画以后再找专业的配音演员配音。还可以先找配音演员配好音，然后导入Maya中边听边调整。在导入Maya之前，要对声音文件进行剪辑，最好把一个动画镜头的配音单独保存为文件，这样做在Maya中，可以把声音文件的高低位置找准。目前有很多软件可以处理声音特效。比如Goldwave可以简单配音，而Adobe公司的Audition做的更是全面。但这种方法对一般的人来说，非常难以掌握和应用，而且时间很久，需要手动调整所有可以出现的表情。好的动画师至少要掌握以下的34种常用表情。如图2-4。
2、基于光学动作捕捉的面部动画技术
运动捕捉系统是一种用于准确测量运动物体在三维空间运动状况的高技术设备。它基于计算机图形学原理，通过排布在空间中的数个视频捕捉设备将运动物体（跟踪器）的运动状况以图像的形式记录下来，然后使用计算机对该图像数据进行处理，得到不同时间计量单位上不同物体的空间坐标（X，Y，Z）。该技术在众多的领域中都有十分广泛的应用。它可以轻而易举地制作出各种人物、动物的复杂动作，使动画制作流程变得简捷高效。
光学捕捉系统使用的方法在动画技术中属于表演驱动法，又称为表情映射法。目前是国外一种较为普遍的脸部动画捕捉方法。这种方法通过捕捉动画演员实现各种表情，利用算法来驱动脸部模型，产生逼真的脸部表情。常用的方法是在光学捕捉。这种方法结合MPEG4标准产生面部动画。能大大提高信息数据的压缩。它的缺点是只能捕捉脸部信息特征的几何位移，制作的时候对光照要求极高，需要提前去除噪点，甚至连眼镜都要避免带进场地，因此有时会有不真实的感觉甚至有计算错误的时候。而且不能产生一些脸部局部细节表情。
在动画领域，运动捕捉技术是通过特殊方法收集人体运动信息，然后进行分析的技术。可以记录复杂的面部细微运动。通过记录下的二维信息生成三维动画，在三维动画中可以先制作三维模型，然后利用捕捉到的数据把捕捉演员的真实动作转换三维数据，然后把动作加载到制作的模型上，这种数据映射可以是直接的，比如用真实演员的手臂运动控制三维模型的手臂动作；也可以是间接的，比如用真实演员的手臂和局部动作来控制三维角色的情绪等。
目前主流的光学捕捉系统是Vicon是英国OLM公司所生产的光学动能分析系统，它以强大的性能在动作分析硬体领域获得极高的评价，并且改变了动作分析系统传统意义上所涵盖的内容。Vicon是一套结合红外线摄影机以及资料处理的动作分析系统。不同于光点主动发光的设计，透过由受试者身上反光球执行反射回来的光线，将摄影机所拍摄的2D资料转换为3D的图像。和一般动作分析系统比较起来，Vicon具有更多的摄影机取像，这表示Vicon有更大的取像范围，同时也有着更多的物体能够被捕捉。Vicon MX光学运动捕捉系统现在已被很多知名的动画公司所青睐，在众多经典的影视大片和动画中（如阿凡达、泰坦尼克号、功夫等）发挥作用，制作了大量的经典镜头。
Vicon MX系统是利用数据线进行连接的数据分析系统，利用运动捕捉摄像机和计算机进行硬件链接，捕捉实时演员表演的数据。利用这些数据可以广泛的利用于运动捕捉相关的分析、通过硬件完成全自動三维数据重建、跟踪器自动识别等功能。比如人面部的捕捉，见图2-1，利用光学捕捉的方法制作动画优点是节约大量的时间成本，缺点是不如手动的动画调节精细，而且使用这种方法的经济成本相对过高，一般的动画制作者无法承受。
在传统三维动画制作过程中，生成面部动画主要在三维软件应用层面上制作动画，比如用3D，MAYA等三维模型动画软件，事先录制一个人的情绪表现视频，然后利用软件制作模型，绘制赋予纹理，进行骨骼绑定，把模型蒙皮赋予给骨骼，然后制作控制器，最后进行动画制作。动作主要是针对一些常用动画表情，如：喜、怒、哀、乐等，这些细微的面部表情情绪在大多数情况下都能够通过角色面部的特有控制区域反映出来，脸部表情的变化主要通过特定面部肌肉、嘴部、眼睛和眉毛来体现，见图1-1。
这里以Maya举例：这里制作面部动画通过Maya软件的常用流程进行介绍。首先需要应用摄像设备捕捉一段演员表情或者对照镜子或者通过分镜设置进行表演，再通过外部识别软件进行识别，在Maya中，使用骨骼、变形器以及权重绘制等方式来制作表情动画，优点是做的可以很细致，但缺点也非常明显，由于控制需要细微制作，所以会制作大量的骨骼、簇、控制器，也要绘制大量动画权重，使场景非常复杂，最关键的是制作者在绑定过程中要耗费大量的时间和精力，并且需要学习的前期设定模型要耗费大量的时间。而且经常发现由于动画需求不一样，骨骼的权重也要随着改变，没有五年以上工作经验，初入动画岗位的绑定动画师非常难以适应。如图1-2。
在maya中主要采用了伪肌肉变形法。这种方法为实现某个特定的人脸结构和动画则需要非常多的动画单元参数设置和准确的面部布线。伪肌肉变形法忽略面部繁琐的生理构造，使用脸部的网格进行变形动画制作，从而模仿脸部结构肌肉变形制作仿真动画，这种方法替代了早先利用肌肉进行物理动画制作的方法。这里的肌肉变形的方法可以是整体面部进行变形，同时可以在面部的其中一个部位进行小范围的局部形变。
一个头部的骨骼复杂的要设计制作15节以上。控制器的设置要在30种以上，如图：这对于动画人员来说师一件非常繁琐的事情。见图1-3
在Maya中，将头部模型复制出来，每个头部模型调为一种需要的表情和口型，比如：要制作喜、怒、哀、乐的表情动画，需要调节四个头部的面部细节。然后使用融合变形器将这些表情指定给原始模型，再配合簇、线性等控制器调整细节。这是目前主流的一种制作方法，可以调整非常好的表情动画。用这种方法来制作表情动画，在技术上并不算多么难，主要问题是对角色表情以及人物真实表情动画的掌握，动画师在制作动画时候会拿一面镜子摆在自己面前，动画师为了寻求真实的表情，会自己仿照镜子模仿，甚至经常有动画师用DV拍摄自己的面部动画留做面部控制库在制作特定动画时候拿出来比对。面部动画主要包括表情动画和口型动画。表情动画的调整可以根据剧情的需要，设计面部动作，配合融合变形器等来制作，技术难度虽然不大，但是需要动画师把握表情动画的能力很高。口型动画主要是面部相关肌肉和配音文件的配合，步骤相对比较麻烦。需要制作人员进行动画需要的配置对话，并将声音文件保存为Wav格式，直接导入Maya软件，配合着Maya的时间线边听边调整，输出动画以后再找专业的配音演员配音。还可以先找配音演员配好音，然后导入Maya中边听边调整。在导入Maya之前，要对声音文件进行剪辑，最好把一个动画镜头的配音单独保存为文件，这样做在Maya中，可以把声音文件的高低位置找准。目前有很多软件可以处理声音特效。比如Goldwave可以简单配音，而Adobe公司的Audition做的更是全面。但这种方法对一般的人来说，非常难以掌握和应用，而且时间很久，需要手动调整所有可以出现的表情。好的动画师至少要掌握以下的34种常用表情。如图2-4。
2、基于光学动作捕捉的面部动画技术
运动捕捉系统是一种用于准确测量运动物体在三维空间运动状况的高技术设备。它基于计算机图形学原理，通过排布在空间中的数个视频捕捉设备将运动物体（跟踪器）的运动状况以图像的形式记录下来，然后使用计算机对该图像数据进行处理，得到不同时间计量单位上不同物体的空间坐标（X，Y，Z）。该技术在众多的领域中都有十分广泛的应用。它可以轻而易举地制作出各种人物、动物的复杂动作，使动画制作流程变得简捷高效。
光学捕捉系统使用的方法在动画技术中属于表演驱动法，又称为表情映射法。目前是国外一种较为普遍的脸部动画捕捉方法。这种方法通过捕捉动画演员实现各种表情，利用算法来驱动脸部模型，产生逼真的脸部表情。常用的方法是在光学捕捉。这种方法结合MPEG4标准产生面部动画。能大大提高信息数据的压缩。它的缺点是只能捕捉脸部信息特征的几何位移，制作的时候对光照要求极高，需要提前去除噪点，甚至连眼镜都要避免带进场地，因此有时会有不真实的感觉甚至有计算错误的时候。而且不能产生一些脸部局部细节表情。
在动画领域，运动捕捉技术是通过特殊方法收集人体运动信息，然后进行分析的技术。可以记录复杂的面部细微运动。通过记录下的二维信息生成三维动画，在三维动画中可以先制作三维模型，然后利用捕捉到的数据把捕捉演员的真实动作转换三维数据，然后把动作加载到制作的模型上，这种数据映射可以是直接的，比如用真实演员的手臂运动控制三维模型的手臂动作；也可以是间接的，比如用真实演员的手臂和局部动作来控制三维角色的情绪等。
目前主流的光学捕捉系统是Vicon是英国OLM公司所生产的光学动能分析系统，它以强大的性能在动作分析硬体领域获得极高的评价，并且改变了动作分析系统传统意义上所涵盖的内容。Vicon是一套结合红外线摄影机以及资料处理的动作分析系统。不同于光点主动发光的设计，透过由受试者身上反光球执行反射回来的光线，将摄影机所拍摄的2D资料转换为3D的图像。和一般动作分析系统比较起来，Vicon具有更多的摄影机取像，这表示Vicon有更大的取像范围，同时也有着更多的物体能够被捕捉。Vicon MX光学运动捕捉系统现在已被很多知名的动画公司所青睐，在众多经典的影视大片和动画中（如阿凡达、泰坦尼克号、功夫等）发挥作用，制作了大量的经典镜头。
Vicon MX系统是利用数据线进行连接的数据分析系统，利用运动捕捉摄像机和计算机进行硬件链接，捕捉实时演员表演的数据。利用这些数据可以广泛的利用于运动捕捉相关的分析、通过硬件完成全自動三维数据重建、跟踪器自动识别等功能。比如人面部的捕捉，见图2-1，利用光学捕捉的方法制作动画优点是节约大量的时间成本，缺点是不如手动的动画调节精细，而且使用这种方法的经济成本相对过高，一般的动画制作者无法承受。