詳解電影《阿麗塔》裏的CG特效 普通大眾怎麼玩？_風聞

來源：科技日報

狂戰士的身體、精緻的五官、靈動的眼神，還有與真人無異的動作和表情，在這個萬物開始萌芽的季節裏，著名導演詹姆斯·卡梅隆用計算機動畫（CG）打造的電影《阿麗塔：戰鬥天使》（以下簡稱《阿麗塔》）中的女主阿麗塔也開始燃爆電影界，在無數熱愛暴力美學的人們心裏紮根發芽。

為打造出心中完美的“戰鬥天使”，卡梅隆這次啓用了全球頂尖特效公司維塔工作室,並將電影製作中的“動作捕捉”升級到“表演捕捉”。

那麼，什麼是“動作捕捉”及“表演捕捉”？CG特效在我們日常生活中有着哪些體現？CG技術在新時期是否會與AI有着更多技術方面的融合？

真人表演乃CG必需？

“《阿麗塔》運用了‘表演捕捉’技術，並在人物形象上將效果發揮到了電影界有史以來的巔峯。這項技術對CG人物的構建堪稱顛覆性影響。”杭州相芯科技有限公司（以下簡稱相芯科技）市場總監秦飛表示。

他指出，在構建CG人物時，應用的傳統技術為“動作捕捉”。人或動物等真實演員穿着專業的設備，在膝蓋等運動的關鍵部位設置追蹤器，通過捕捉這些點在空間中的位置，來還原真實演員的動作。另一方面，多個攝像機也會從多個角度同步捕捉動作，將這些動作渲染至相應的虛擬形象身上。除阿凡達外，其他運用該技術的著名角色還包括《猩球崛起》中的猩猩之王凱撒、《指環王》系列中的古魯姆等。

“表演捕捉，就是在傳統的‘動作捕捉’的基礎上，增加了‘表情捕捉’。”秦飛進一步解釋，真實演員表演時要“全副武裝”，臉上也做好密密麻麻的特徵點標記，再戴上特製頭盔。表演時，多台攝像機多角度進行同步拍攝，將捕捉到的數據和製作好的虛擬人物骨骼、皮膚等交融在一起，形成角色的CG模型。

秦飛從專業的角度還原了《阿麗塔》主角的拍攝過程，首先讓阿麗塔扮演者羅莎佩戴設備按照劇情演一遍，電腦會捕捉到表情和動作的基本數據；再讓羅莎做一項“壓力測試”，測試出肌肉在最大拉伸情況下的極值數據，作為阿麗塔這個CG人物表達各種情緒時動態的算法基礎；最後通過人為調整，使阿麗塔不僅在動作、表情上更像人，連瞳孔的細微變化也更接近於真實。相傳有一場“阿麗塔吃橘子被酸到”的戲，特效公司共做了2000多種動態效果供導演挑選。

與普通表演不同，進行“表演捕捉”時演員要穿戴密密麻麻的連線設備、承受較大的心理壓力，面對着綠幕，甚至很多鏡頭都是無實物表演。那麼，能否不借助真人表演來呈現CG人物的動作和表情呢？

“目前來説，要達到阿麗塔那樣的級別，真人表演是必須的。現有技術雖然可以不需要真人驅動就讓虛擬人物動起來，但電影還要虛擬人物從整體形象到表情、動作、肢體等都像人，並在不同的場景中有不同的反應，這涉及到大量的數據積累及算法優化。”秦飛強調。

普通大眾也能玩CG特效？

如此誘人的特效只能在電影院裏欣賞嗎？

“電影是工業級的應用，非常講究精準化，阿麗塔之所以能如此引人關注，是因為她跨過了‘恐怖谷效應’，讓虛擬人物無限接近於真人，這需要技術、算法、設備的持續優化升級，並投入大量的人力、物力和時間成本。”秦飛表示，電影《阿麗塔》專屬的特效製作團隊就超過800人，渲染電影啓用了3萬台電腦，渲染總時長達到4.32億小時，製作成本1.7億美元，合計耗資11.5億人民幣。

“但是，既然有‘工業級’技術，自然也有‘民用級’技術。所謂‘民用級’，追求的就是讓普通大眾也能玩轉CG特效。”秦飛告訴記者，去年底，相芯科技與浙江大學合作成立了“智能圖形計算聯合實驗室”，就是旨在進一步打破傳統圖形軟件只有專業用户才能使用的技術壁壘，讓更多普通人也能體驗好萊塢特效。

“聚焦於人臉的CG特效，其核心技術包括人臉檢測、人臉跟蹤、人臉重建、深度學習、表情動畫等。用普通手機拍攝或輸入一張照片，就能生成相應的虛擬形象，並可實時驅動這一虛擬形象。目前，基於這些技術，我們已經擁有了美顏美型、智能貼紙、情緒識別、背景分割、3D動畫表情Animoji等一系列成熟的產品，應用於短視頻、直播、社交、遊戲、智能家居、廣告營銷、新零售、醫療、在線教育等各個領域。”秦飛説。

“3D動畫表情其實就是《阿麗塔》表情捕捉的簡化版，通過檢測人的眼睛、鼻子、嘴巴等特徵，用麥兜、佩奇等將用户的表情展現出來。”秦飛表示，智能美顏也是CG特效的一種，技術原理也是通過捕捉用户臉上的特徵點在線條、顏色上進行修改。

​人臉AI建模怎樣“煉成”？

隨着技術的日益成熟，CG的應用將會越來越廣。在AI熱潮不斷攀升的今天，CG是否也會上升到另一個高度？

“電影層面，《阿麗塔》的出現可能會引發更多電影人、特效公司投入到這個領域，而要不斷升級特效，與AI融合是必不可少的。”在秦飛看來，AI是機器對人類的學習和理解，CG則將AI學習和理解的東西再還原出來，兩者相輔相成、相互成就。

“在民用層面，AI與CG的結合也必不可少，至於是否會快速發展，能否在更多領域得到廣泛應用，還要看市場的需求有多大以及是否有更多的人才、資本等湧入其中，不斷優化技術的應用。”秦飛説。

早在2000年初，相芯科技的創始團隊就開始從事這方面的研究，並發表了多項與臉部建模相關的技術，目前已經服務了400多家國內外客户。

臉部AI建模究竟是怎樣煉成的？“為了讓民眾在日常生活中有着更便捷的體驗，我們的臉部建模技術只依賴於最簡單的輸入：單張照片，通過目前主流的深度學習技術，可全自動生成人臉的完整三維模型。”秦飛表示。

可想而知，二維上升為三維的過程必然困難重重。“三維物體的重建與二維的視覺分析任務有着較大差異。”秦飛指出，三維重建相較於二維圖片的特徵物理分析、識別，還有空間位置的數據需求和表達，這對於深度神經網絡提出了新的要求；其次，視覺分析任務側重點在於“分析”，而三維建模的側重點在於“展現”，兩者的最終目標有較大的差異，需要針對性地設計具體算法；最後，AI算法非常依賴於數據，但三維數據的獲取難度遠遠大於圖片數據：二維照片互聯網上數以億計，但是三維雕塑的數字模型卻很難找到。

如何解決這些問題？相芯科技的研究團隊採用深度傳感器採集了很多人的多視角圖像，通過幾何處理得到了這些人的三維人臉模型，並配合適當的擬合優化策略將這些數據擴充到了更大的範圍和尺度；設計了一系列神經網絡架構，科學表達上述複雜三維數據，有了“骨架”和積累的數據“血肉”，就可以做到全自動生成三維人臉。

“為了適配民用技術的特點，我們在‘展現’上進一步作出突破，提出‘風格化數字形象’技術，可以從單張照片生成有本人特徵，同時又有某種藝術風格的三維形象。想象一下，冰雪奇緣裏的公主風格加上用户本身的形象特徵，是不是就可以圓了用户在真實生活中不能實現的公主夢。”秦飛説。