1动作捕捉的起源

动作捕捉(Motion capture,简称“Mocap”)记录外部物体或人的运动,在医学、体育、机器人技术和军事领域,以及电影、电视和游戏动画中都有应用。最早的例子可以追溯到1878年,埃德沃德·迈布里奇(Eadweard Muybridge)在人类和动物运动方面的开创性摄影作品,这至今仍是动画师的灵感来源。

2SEAC

最早的可编程数字计算机之一是SEAC(标准东部自动计算机),它于1950年在美国马里兰州国家标准局(NBS)投入使用。

3第一张数字图像

1957年,计算机先驱拉塞尔·基尔希(Russell Kirsch)和他的团队为SEAC开发了一台鼓式扫描仪,用于“追踪照片表面强度的变化”,并通过扫描照片制作了第一张数字图像。这张照片拍摄的是基尔希三个月大的儿子,仅由176×176像素组成。他们利用计算机提取线条图、计算物体、识别字符类型,并在示波器屏幕上显示数字图像。

4第一部计算机绘制的电影

1960年,瑞典皇家理工学院在BESK计算机上制作了一段49秒的汽车在规划公路上行驶的矢量动画。

5贝尔实验室

位于新泽西州默里山的贝尔实验室是20世纪60年代初计算机图形学、计算机动画和电子音乐领域的主要研究贡献者。最初,研究人员对计算机能做什么感兴趣,但该时期计算机产生的视觉作品成果,使爱德华·扎亚克(Edward Zajac)、迈克尔·诺尔(Michael Noll)和肯·诺尔顿(Ken Knowlton)等人成为了开创性的计算机艺术家。

6伊凡·苏泽兰

伊凡·苏泽兰(Ivan Sutherland)被许多人认为是交互式计算机图形学的创造者和互联网先驱。他于1962年在麻省理工学院(MIT)的林肯实验室工作,在那里他开发了一个名为Sketchpad I的程序,允许用户直接与屏幕上的图像进行交互。这是第一个图形用户界面,被认为是个人编写的最具影响力的计算机程序之一。

7双陀螺仪重力梯度姿态控制系统

爱德华·扎亚克于1963年在贝尔实验室制作了最早的计算机生成电影之一,名为《双陀螺仪重力梯度姿态控制系统》(A Two Gyro Gravity Gradient Attitude Control System),该片演示了卫星在轨道运行期间可以保持稳定,使其始终有一侧面向地球。

8Beflix

肯·诺尔顿于1963年开发了Beflix(Bell Flicks)动画系统,该系统被艺术家斯坦·范德比克(Stan VanDerBeek)、诺尔顿和莉莲·施瓦茨(Lillian Schwartz)用于制作数十部艺术电影。Beflix不使用原始编程,而是使用简单的“图形基元”进行工作,例如画线、复制区域、填充区域、缩放区域等。

9波音-威奇托

20世纪60年代,威廉·费特(William Fetter)是波音公司威奇托分部的图形设计师,他被认为是创造了“计算机图形学”(Computer Graphics)这一短语来描述他当时在波音所做的工作(尽管费特本人将此归功于同事维恩·哈德森(Verne Hudson))。费特的工作包括1964年开发的人体工学描述,这些描述既准确又适用于不同环境,从而产生了第一批3D动画“线框”人物。

10迈克尔·诺尔

1965年,迈克尔·诺尔创作了计算机生成的立体3D电影,包括在舞台上移动的火柴人芭蕾舞。一些电影还展示了投射到三维空间的四维超物体。

11犹他大学

犹他大学是这一时期计算机动画的主要中心。计算机科学系由大卫·埃文斯(David Evans)于1965年创立,许多3D计算机图形学的基本技术是在20世纪70年代初在ARPA(高级研究计划局)的资助下在这里开发的。 研究成果包括Gouraud、Phong和Blinn着色、纹理映射、隐藏面算法、曲面细分、实时线条绘制和光栅图像显示硬件,以及早期的虚拟现实工作。

124D动画技术

1967年左右,诺尔利用4D动画技术为商业短片《不可思议的机器》(Incredible Machine,由贝尔实验室制作)和电视特别节目《无法解释》(The Unexplained,由沃尔特·德法里亚(Walt DeFaria)制作)制作了计算机动画片头。当时在其他领域也开展了许多项目。

13尼古拉·康斯坦丁诺夫

1968年,由尼古拉·康斯坦丁诺夫(N.Konstantinov)领导的一组苏联物理学家和数学家创建了一个猫运动的数学模型。他们在BESM-4计算机上设计了一个程序来求解该模型的常微分方程。计算机使用字母符号在纸上打印出数百帧图像,随后按顺序拍摄,从而创作了第一个角色计算机动画——一只行走的猫。

14阿特拉斯计算机实验室

牛津附近的阿特拉斯计算机实验室多年来一直是英国计算机动画的主要设施。制作的第一部娱乐动画片是托尼·普里切特(Tony Pritchett)的《The Flexipede》,该片于1968年在“控制论的偶然发现”(Cybernetic Serendipity)展览上首次公开放映。

15埃文斯与苏泽兰

1968年,Ivan Sutherland与David Evans合作创立了Evans & Sutherland公司。两人当时都是犹他大学计算机科学系的教授,成立该公司的目的是生产用于运行大学内所开发系统的新型硬件。许多此类算法后来促成了重要硬件的实现,包括几何引擎(Geometry Engine)、头戴式显示器(Head-mounted display)、帧缓存(Frame buffer)和飞行模拟器。

16控制论的偶然发现(Cybernetic Serendipity)

1968年7月,艺术杂志《Studio International》出版了一期名为《控制论的偶然发现——计算机与艺术》(Cybernetic Serendipity - The Computer and the Arts)的特刊,全面收录了世界各地组织在计算机艺术领域所做的工作和案例,并在英国伦敦、美国加利福尼亚州旧金山和华盛顿特区的展览中展出。这标志着该媒介发展的一个里程碑,被许多人认为具有广泛的影响力和启发性。除了上述所有例子外,其中另外两个特别著名的标志性图像包括Charles Csuri于1967年在俄亥俄州立大学创作的《从混乱到有序》(Chaos to Order,通常被称为《蜂鸟》),以及Masao Komura和Koji Fujino于1967年在日本计算机技术小组(Computer Technique Group)创作的《奔跑的可乐是非洲》(Running Cola is Africa)。

17Scanimate

第一台在媒体上引起广泛公众关注的机器是Scanimate,这是一种由丹佛计算机图像公司(Computer Image Corporation)的Lee Harrison设计和制造的模拟计算机动画系统。从1969年左右开始,Scanimate系统被用于制作电视广告、节目片头和其他图形中看到的许多视频动画。它能够实时创建动画,这在当时是相对于数字系统的一大优势。

18Metadata

加拿大国家电影局(National Film Board of Canada)本身已是世界动画艺术中心,也于1969年开始尝试计算机技术。其中最著名的早期先驱是艺术家Peter Foldes,他于1971年完成了《Metadata》。这部电影包含了通过从一个图像逐渐变化到下一个图像而制作动画的绘图,这种技术被称为“插值”(也称为“中间帧”或“变形”)。

19西部世界(Westworld)

第一部使用数字图像处理的故事片是1973年的电影《西部世界》,这是一部由小说家Michael Crichton编剧并执导的科幻电影,讲述了类人机器人与人类共同生活的故事。Information International, Inc.的John Whitney, Jr.和Gary Demos对电影摄影进行了数字处理,使其呈现出像素化效果,以描绘枪手机器人的视角。

20分形(Fractals)

3D动画追求更高真实感的一个重大进步来自于“分形”的发展。这个术语由数学家Benoit Mandelbrot于1975年创造,他用它将分数维的理论概念扩展到自然界的几何图案,并于1977年在他出版的《分形:形状、机会和维度》(Fractals: Form, Chance, and Dimension)一书的英译本中发表。

213D线框图的首次使用

3D线框图像在主流电影中的首次使用是在《西部世界》的续集《未来世界》(Futureworld,1976年)中,该片由Richard T. Heffron执导。影片中展示了一个由犹他大学研究生Edwin Catmull和Fred Parke创作的计算机生成的手和脸,这些图像最初出现在他们1972年的实验短片《计算机动画手》(A Computer Animated Hand)中。1975年获得奥斯卡奖的动画短片《Great》(讲述维多利亚时代工程师Isambard Kingdom Brunel生平的故事)包含了一个简短的序列,展示了Brunel最终项目——铁制蒸汽船“大东方号”(SS Great Eastern)的旋转线框模型。第三部使用该技术的电影是George Lucas编剧并执导的《星球大战》(1977年),其中死星计划、X翼战机瞄准计算机和千年隼号飞船的场景中都使用了线框图像。

22Apple II

3D计算机图形软件在20世纪70年代末开始出现在家用电脑上。已知最早的例子是《3D Art Graphics》,这是一套由Kazumasa Mitazawa编写的3D计算机图形特效集,于1978年6月为Apple II发布。

23加拿大国家电影局(NFB)法语动画工作室

加拿大国家电影局(NFB)的法语动画工作室于1980年成立了其计算机动画中心(Centre d'animatique),耗资100万加元,拥有一支由六名计算机图形专家组成的团队。该部门最初的任务是为NFB在1986年世博会上展出的3D IMAX电影《Transitions》制作立体CGI序列。计算机动画中心的员工包括Daniel Langlois,他于1986年离开并创立了Softimage。

24SGI

Silicon Graphics, Inc (SGI) 是一家高性能计算机硬件和软件制造商,由Jim Clark于1981年创立。他的构想被称为“几何引擎”(Geometry Engine),旨在VLSI处理器中创建一系列组件,以完成图像合成所需的主要操作——矩阵变换、裁剪以及提供视图空间变换的缩放操作。Clark试图向计算机公司推销他的设计,但在无人问津后,他和加州斯坦福大学的同事们创办了自己的公司——Silicon Graphics。

25第一部使用分形的电影

1979-80年,波音公司的Loren Carpenter制作了第一部使用分形生成图形的电影。这部名为《Vol Libre》的短片展示了飞越分形景观的画面,并在1980年的SIGGRAPH大会上展出。随后,Carpenter被皮克斯(Pixar)聘用,在1982年6月上映的《星际迷航2:可汗怒吼》(Star Trek II: The Wrath of Khan)中创作了“创世效应”(Genesis Effect)序列中的分形行星。

26电子世界争霸战(Tron)

1982年,由Steven Lisberger执导的华特迪士尼电影《电子世界争霸战》(Tron)成为第一部大量使用实体3D CGI的故事片。这部电影被誉为行业里程碑,尽管实际使用的动画时长不到20分钟——主要用于展示数字“地形”或包含光轮(Light Cycles)、坦克和飞船等载具的场景。

27LINKS-1计算机图形系统

1982年,日本大阪大学开发了LINKS-1计算机图形系统,这是一款使用多达257个Zilog Z8001微处理器的超级计算机,用于渲染逼真的3D计算机图形。根据日本信息处理学会的说法:“3D图像渲染的核心是根据给定的视点、光源和物体位置,计算构成渲染表面的每个像素的亮度。LINKS-1系统的开发旨在实现一种图像渲染方法,即每个像素都可以使用光线追踪技术进行独立并行处理。”

28第一部讲述故事的3D电影

1983年,Philippe Bergeron、Nadia Magnenat Thalmann和Daniel Thalmann执导了《Dream Flight》,该片被认为是第一部讲述故事的3D生成电影。这部电影完全使用MIRA图形语言编程,这是一种基于抽象图形数据类型的Pascal编程语言的扩展。该片获得了多个奖项,并在SIGGRAPH '83电影展上放映。

29世界上最强大的计算机

截至1984年,LINKS-1是世界上最强大的计算机。

30Tony de Peltrie

1985年,Pierre Lachapelle、Philippe Bergeron、Pierre Robidoux和Daniel Langlois执导了《Tony de Peltrie》,该片展示了第一个通过面部表情和身体动作表达情感的动画人类角色,触动了观众的情感。《Tony de Peltrie》作为SIGGRAPH '85的闭幕影片首映。

31群体行为(Flocking)

群体行为是指一群鸟类(或其他动物)成群结队移动时表现出的行为。群体行为的数学模型于1986年由Craig Reynolds首次在计算机上模拟,并很快在动画中得到应用。《侏罗纪公园》特别展示了群体行为,并通过在实际剧本中提及它而引起了广泛关注[需要引用]。其他早期应用包括蒂姆·波顿的《蝙蝠侠归来》(1992)中的蝙蝠群,以及迪士尼的《狮子王》(1994)中的角马狂奔。

32深渊

1989年,詹姆斯·卡梅隆的水下动作电影《深渊》上映。这是第一部将照片级真实感的CGI无缝集成到真人实拍场景中的电影。工业光魔(ILM)制作了一个五分钟的片段,其中包含一个动画触手或“伪足”。他们设计了一个程序,为伪足产生不同大小和动力学特性的表面波,包括反射、折射和变形序列。 尽管篇幅很短,但这种CGI与真人实拍的成功融合被广泛认为是该领域未来进一步发展方向的里程碑。

33突破之年

20世纪90年代开始时,大部分CGI技术已经足够成熟,足以在电影和电视制作中实现大规模扩展。1991年被广泛认为是“突破之年”,两部主要的票房大片都大量使用了CGI。

34侏罗纪公园

1993年,史蒂文·斯皮尔伯格的《侏罗纪公园》带来了另一个重大进步,其中3D CGI恐龙与真人大小的电子动画对应物相结合。CGI动物由工业光魔(ILM)制作,在一次直接比较两种技术的测试场景中,斯皮尔伯格选择了CGI。当时在场的乔治·卢卡斯评论道:“一个重大的鸿沟已经被跨越,一切都将永远改变”。

35巴比伦5号

1993年,J. Michael Straczynski的《巴比伦5号》成为第一部将CGI作为视觉效果主要手段(而不是使用手工制作模型)的主要电视剧,同年晚些时候Rockne S. O'Bannon的《深海巡弋》(SeaQuest DSV)紧随其后。

36玩具总动员

1995年,第一部完全由计算机动画制作的长篇电影——迪士尼-皮克斯的《玩具总动员》问世,并取得了巨大的商业成功。

37泰坦尼克号

另一个突破是1997年的电影《泰坦尼克号》,该片使用动作捕捉技术创建了数百个数字角色。这项技术在1999年被广泛用于创建《星球大战前传1:幽灵的威胁》中的加·加·宾克斯和其他数字角色。

38人脸反射场

2000年,由Paul Debevec领导的团队成功地使用最简单的光台捕捉(并模拟)了人脸上的反射场。这是拼图中最后缺失的一块,使得制作知名演员的数字替身成为可能。

39最终幻想:灵魂深处

第一部完全使用动作捕捉制作的主流电影是2001年的日美合拍片《最终幻想:灵魂深处》,由坂口博信执导,这也是第一部使用照片级真实感CGI角色的电影。该片在票房上并不成功。一些评论家认为,这可能部分是因为主角CGI角色的面部特征落入了“恐怖谷”效应。

40指环王:双塔奇兵

2002年,彼得·杰克逊的《指环王:双塔奇兵》成为第一部使用实时动作捕捉系统的长篇电影,该系统允许演员安迪·瑟金斯的动作在表演的同时直接输入到咕噜的3D CGI模型中。

41美国电影艺术与科学学院公告

2010年,美国电影艺术与科学学院(AMPAS)宣布,动作捕捉电影将不再有资格角逐奥斯卡“最佳动画长片”奖,并声明“动作捕捉本身不是一种动画技术”。