Motion Capture - технология захвата движения, как и где это работает

Motion capture или захват движений подарил нам множество персонажей из суперпопулярных фильмов и игр. Среди самых известных примеров - Голлум из “Властелина колец”, представители племени Нави в “Аватаре” и Джонни Сильверхейд (в исполнении Киану Ривза) из Cyberpunk 2077. Сейчас технология становится все доступнее, и даже независимые проекты без сверх бюджетов могут ее опробовать.

С помощью мокапа 3D персонажи на экране приобретают пластику и мимику живых актеров. Отыгранные сцены записываются через специальное оборудование и преобразовываются на компьютере в финальную картинку. Анимированные герои становятся более реалистичными и получают черты голливудских звезд.

Как работает Motion Capture

Чаще всего захват движения для создания анимации производится за счет костюмов с оптическими датчиками и считывающих их положение устройств - камер и регистраторов. Полученные от системы данные обрабатываются на компьютере, после чего их редактируют аниматоры. От того, какого персонажа изображал актер - обычного человека или, например, космического монстра, зависит объем требуемых доработок.

Сейчас технологии позволяют отслеживать не только перемещения ног и рук, но и мимику лица или моторику отдельных пальцев. Для таких съемок существует отдельный термин - Performance Capture.

Захват движений значительно ускоряет создание анимации, но при этом все же удорожает ее. Самое главное, мокап повышает реалистичность изображения, что является его основной целью.

Краткая история развития технологии

Прародителем Motion Capture условно можно назвать технику ротоскопии. Она была изобретена Максом Флейшером в 1914 году и использовалась многими мультипликаторами, в том числе Уолтом Диснеем, для создания его ранних полнометражных работ - включая “Золушку” и “Алису в Стране чудес”.

Суть ротоскопии заключается в покадровой перерисовке отснятых “живых” кадров на специальном станке.

В 60-х, с развитием вычислительных мощностей компьютеров, начали появляться первые системы сканирования движений - ANIMAC и Scanimate. Правда, они были несовершенны и подключались напрямую к процессору.

Новый этап развития технологии начался благодаря исследованиям в области медицины. Ученые кинезиологи из университета Массачусетса разработали устройство для отслеживания движения суставов, основанное на потенциометрах. Уже на этой базе в дальнейшем появились более привычные для нас датчики со светодиодами.

Активное использование Motion Capture в кино и играх началось с приходом 90-х. Технологии к тому времени стали разнообразнее, точнее и удобнее. Тогда же появились первые системы для считывания лицевой мимики.

Типы систем захвата движения

Современное оборудование моушен кепчер делится на несколько видов в зависимости от физического принципа работы.

Оптические

Такая система захвата движения основывается на “водолазных” костюмах с маркерами и регистрирующих их передвижение камерах. Для создания полноценной трехмерной картинки на площадке должно быть расположено от 3 до нескольких десятков камер.

В зависимости от типа используемых маркеров оптические системы разделяются на 2 подвида.

1. Пассивные.
   Метки на костюмах отражают внешний инфракрасный свет, как правило, установленный рядом с камерами. При этом у маркеров нет индивидуальных идентификационных номеров, поэтому при постобработке некоторые из них могут перепутаться или потеряться.
2. Активные.
   Датчики излучают собственный свет, а также имеют ID, по которому их точно различает система. Модель таким образом получается максимально реалистичной. Но есть и минусы. Костюм дополняется миниатюрным блоком питания для светодиодов, который иногда может мешать естественности движений актеров. Кроме того, активные системы стоят дороже пассивных.

Инерционные

Подобная технология захвата движения работает не на светоотражателях, а на гироскопах, акселерометрах и инерционных сенсорах, крепящихся к костюму. Датчики считывают передвижение тела в трехмерном пространстве, в том числе угол наклона. При этом перемещение актера по площадке регистрируется очень неточно, поэтому такие системы больше подходят для статичных сцен.

Механические

Более редкий вид систем, состоящий из подобия экзоскелета и считывающий движение суставов, на которых и строится конечная модель. Костюмы выглядят достаточно громоздко из-за множества креплений, датчиков и аккумуляторов. В них не получится снять экшен сцены или тесное взаимодействие актеров.

Гибридные

Системы, сочетающие оптические и инерционные элементы. Два типа трекинга страхуют и дополняют друг друга, сглаживая очевидные недостатки. При меньшем количестве камер движения регистрируются точнее.

Гибриды состоят из “шайб”, которые можно крепить к костюмам или к декорациям в нужном количестве. Все данные передаются на один компьютер.

Системы с датчиком глубины

Особые устройства, определяющие положение объекта по изменению окружающего светового рисунка. Как правило, используются для сканирования лица актера и представляют из себя шлем с 1 или 2 камерами, осветительным прибором и датчиками.

Motion Capture в кино и мультфильмах

Первым полнометражным фильмом с использованием современной версии мокапа считается “Вспомнить все” 1990 года от режиссера Пола Верховена. По настоящему популяризировать технологию захвата движения в кино в начале нулевых смогли Джордж Лукас с картиной “Звездные войны. Скрытая Угроза” и Питер Джексон с Властелином колец. Актер Энди Серкис, сыгравший Голума, впоследствии еще не раз возвращался к воплощению необычных CGI персонажей через захват движений. Например, в “Кинг Конге” и “Планете обезьян”.

Новую волну интереса к мокап съемкам подняли в 2009 году Джеймс Кемерон и его “Аватар”. Режиссер органично вписал в яркий и динамичный мир Пандоры ее обитателей - Нави. Для выхода второй части Аватара технология Motion Capture впервые был применена при подводных съемках.

Mocap используется и для создания полностью анимированных картин. В качестве примеров можно привести “Полярный экспресс”, “Рождественскую историю” и другие работы режиссера Роберта Земекиса.

Motion Capture в играх

Разработчики игр стали использовать все возможности технологии захвата движения ближе к нулевым. Хотя отдельные попытки были и в 90-х, включая Mortal Kombat, Highlander: The Last of the MacLeods и Soul Edge.

Лидером применения Performance Capture в gamedev считается студия Quantic Dream. Они выпустили знаменитые Beyond: Two Souls и интерактивный фильм-игру Detroit: Become Human. Эти проекты популяризировали практику приглашения на главные роли известных голливудских актеров.

Иногда в играх используется только мокап тела, а лицевая графика создается исключительно руками дизайнеров. Пример такого проекта - The Last of Us.

Что умеет наша команда

Мы создаем Motion Capture графику для видеороликов и игр в специальной студии в Москве. В нашем распоряжении:

• оптическое оборудование из 17 датчиков;
• регистрирующий хаб;
• крепежи, обеспечивающие свободу движения актера при съемке активных сцен;
• активные маркеры, которые работают без подзарядки до 5 часов и передают информацию со скоростью ответа до 30 мс.

Мы также предоставляем весь необходимый реквизит для съемок.

Дизайнеры студии обрабатывают собранную информацию с высокой степенью детализации, делая 3D персонажей максимально реалистичными.

Наша команда несколько лет занимается компьютерной графикой с использованием мокапа и за это время сумела оптимизировать процесс создания анимации. В наших проектах исключены лаги, диспропорции и эффект “зловещей долины”. Такого качества работы в России не добивалась еще ни одна студия.

В студии AppFox можно подать заявку на программирование, создание игр или заказать разработку приложений https://appfox.ru и получить бесплатную консультацию по ценам и услугам.