表演动画引发新的革命
——何谓表演动画？
■ 金刚 李德华 胡汉平
表演动画从根本上改变了现有影视动画制作的方法，缩短了制作时间，降低了成本，而且效果更逼真、生动。
在早期的动画制作中，制作者必须根据剧情要求将画面逐帧画出，其工作量非常巨大。引入计算机动画技术后，制作者首先利用计算机设计角色造型，按照剧情确定关键帧;然后，动画师调整关键帧中角色造型的姿势，并根据关键帧，利用动画软件生成图像序列。比起手工绘制动画，这无疑是一个巨大的进步，但对于一个复杂的动画作品来说，要对关键帧中每个造型的姿态特别是表情进行细致的调整，这仍然是一个相当麻烦和困难的工作，它不但要求动画师必须具有丰富的经验和高度的技巧，而且其效率低、易出错，很不直观，难以达到生动、自然的效果，已成为动画制作过程中的瓶颈。
表演动画（Performance Animation）技术的诞生彻底改变了这一局面。它综合运用计算机图形学、电子、机械、光学、计算机视觉、计算机动画等技术，捕捉表演者的动作甚至表情，用这些动作或表情数据直接驱动动画形象模型。
下图是一个典型的表演动画系统的组成和工作流程。在系统中，有表演者和"角色模型"。制作者利用三维构型软件制作数字化的"角色模型"，如卡通形象，或者利用三维扫描技术获得人物或动物的立体彩色数字模型，形成所谓的"虚拟演员"。而表演者则负责根据剧情做出各种动作和表情，运动捕捉系统则将这些动作和表情捕捉记录下来，然后在3D动画软件中，以这些动作和表情"驱动"角色模型，角色模型就能做出与表演者一样的动作和表情，并生成最终所见的动画序列。
一个完整的表演动画系统包含两大关键技术:运动捕捉和动画驱动。
运动捕捉是表演动画系统的基础，它实时地检测、记录表演者的肢体在三维空间的运动轨迹，捕捉表演者的动作，并将其转化为数字化的"抽象运动"，以便动画软件能用它"驱动"角色模型，使模型做出与表演者一样的动作。实际上，运动捕捉的对象不仅仅是表演者的动作，还可以包括表情、物体的运动、相机灯光的运动等。
从原理上讲，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，其中以电磁式和光学式最为常见。各种技术均有自己的优缺点和适用场合。
利用运动捕捉技术得到真实运动的记录后，以动作驱动模型最终生成动画序列，这同样是一项复杂的工作。动画系统必须根据动作数据，生成符合生理约束和运动学常识的、在视觉效果上连贯自然的动画序列，并考虑光照、相机位置等产生的影响。在需要时，必须达到一些特殊的效果。根据剧情的要求，还可能需对捕捉到的运动数据进行编辑和修改，甚至将其重新定位到与表演者完全不同的另一类模型。这些涉及到角色的动力学模型和运动控制、图形学、运动编辑、角色造型等技术，是表演动画系统的又一关键点。
表演动画的出现，是动画制作技术的一次革命，这一技术将从根本上改变现有的影视动画制作乃至特技制作方法，极大地缩短动画制作的时间，降低成本，使动画制作过程更为直观，效果更为生动逼真，甚至能使影片中的人物、动物等做出不可能做出的动作，达到惊人的特技效果。
表演动画魅力所在
与传统动画制作技术相比，表演动画有许多独特的优越性：
● 动画质量高 在传统技术中，角色的动作都是由动画师调整的，在很多情况下，如男性和女性行走姿态的细微区别、顶尖舞蹈家的艺术表演、体育运动、表情的变化等，手工调整很难达到非常逼真自然的程度。而表演动画则直接对演员、运动员和舞蹈家的动作进行捕捉，以真实的动作和表情去驱动角色模型，使最终生成的动画画面真实自然，其效果远远优于传统技术。
● 速度快 将原先对角色姿态的手工调整变为直观的表演，极大地提高了动画制作的速度，可以在很短的时间内制作出复杂的动画。
● 节省开支 在短时间内就可以看到所设计的结果，特别是复杂的动作设计，从而有效地节约制作成本。
● 特殊效果 表演动画系统在提供真实动作的同时，还具备表演动作与角色模型分离的特性，通过改变动作与角色模型的对应关系，可以得到一些匪夷所思的特殊效果，如以猿猴的动作驱动一只兔子、以人的动作驱动老虎的三维模型。
● 灵活的控制 制作人员可以在几分钟之内看到所捕捉到的动作，而且具有非常大的灵活性，如果制作人员想改变一下所捕捉到的动作，可以利用标准的动画工具，如反向运动学、皮肤变形等，对这个动作做进一步的修改、编辑。制作人员也可以给动作增加各种变化。
● 积累数字图像素材 一旦动作被捕捉，坐标就可以被映射到任意具有不同年龄、大小、种族、服饰的人物身上。所有动作可以通过创建动作数据库进行存储，一次表演的动作存于素材库中，可被多次修改使用，甚至可以将一些过去影片中的经典动作提取出来，用以驱动新的角色模型。
鉴于表演动画技术的巨大优越性，国内外许多厂商相继开发出多种类型的表演动画设备，如Kaydara、Dreamteam、Lambridge
Animation System等，而许多高级的三维动画软件，如Maya等，都具备支持动作驱动的功能。
表演动画带来非凡感受
表演动画技术的出现给影视特技制作、动画技术带来了革命性的变化，将从根本上改变现有的影视动画制作乃至特技制作的方法。动画师不需要再在计算机屏幕上反复摆弄模型的姿态，一点点地调整模型的表情，而只需要通过人的直观动作表演就能轻易完成任务。它将极大地提高动画制作的效率，缩短制作时间，降低制作成本。许多成功的应用表明，采用表演动画技术的制作成本甚至不到传统方法的十分之一，且动画制作过程更为直观，效果更为生动逼真。
三维动画特技制作包含了数字模型构建、动画生成、场景合成三大环节，而三维扫描、表演动画、虚拟演播室等新技术，恰恰给这三大环节都带来了全新的技术突破。综合运用这些新技术，可望获得魔幻般的特技效果，彻底改变动画制作的面貌。可以想像，先用三维扫描技术对一个80岁的白发老太太进行扫描，形成一个数字化人物模型，然后将乔丹的动作捕捉下来，用以驱动老人模型的运动，观众将会看到80岁老妪空中扣篮的场面。甚至还可以用演员的表演驱动动物的模型，拍摄真正的动物王国故事。利用表演动画技术还可以实现网上或电视中的虚拟主持人。
现代高级三维、仿真游戏，强调游戏者的"参与感"和"沉浸感"，强调游戏者与游戏环境的互动性。我们可以借助三维扫描技术得到游戏者的数字模型，将其置于游戏环境，再利用运动捕捉技术捕捉游戏者的各种动作，用以驱动其数字模型，这样可以给游戏者以全新的感受，开发出真实感极强的游戏系统。
随着技术的进一步成熟和发展，表演动画技术将会在动画制作等许多领域扮演更重要的角色。
