你对「魔戒」（The Lord of the Rings）电影里的咕噜，或「阿凡达」（Avatar）电影中的纳美人印象深刻吗？或是你对「快乐脚」(Happy feet)动画里活蹦乱跳的企鹅们充满喜爱呢？你知道吗，这些动人角色的背后都是运用一种名为Motion Capture（动作撷取系统）的技术所创造而来的喔。

Motion Capture，简称为Mocap，又被称为「动作撷取系统」或「动作捕捉技术」等等，是近年来非常热门的话题之一。概括来说，这个系统可以将人体的动作、脸部表情或手部等局部动作转换成数字数据，输入至计算机里，以供进一步的分析与应用。当然，除了撷取人体全身的动作外，也可对其他动物的动作进行撷取。Motion Capture相关技术的研究巳超过三十年历史，但一直至近年，因为科技的精进，才对于Motion Capture演员动作的精确度掌握有较重大的突破。

目前，此技术已经广泛应用在运动员的动作训练、电影特效及电玩游戏、医学与复健、虚拟现实与人体工学、工业测量与控¬制...等等领域里。而其中，相较于传统的电影、动画、电玩等制作，运用Motion Capture技术可以使得制作上便利许多，并且可以轻易的描绘出趋近于真实人物的运动状态，所以目前Motion Capture应用又以娱乐事业占最大宗。以下笔者将针对Motion Capture的背景与相关应用进行进一步的介绍。

而在阅读下列详细介绍前，先让还不了解Motion Capture的读者暖暖身，这部轻快的短片可以让读者对Motion Capture的概念先略知一二。影片中的主角利用Motion Capture技术让画面右边的3D模拟角色做出和演员相同的动作。
Motion Capture的定义

Motion Capture是一种可以记录身体动作的装置，并可以利用Motion Capture所得的数据作为实时的或非实时性的分析与回馈的工具。由于人类运动是连续的骨架改变，而利用骨架编辑动画仍存在相当程度的复杂性。业者为了使动画制作可以更加便利，Motion Capture技术因此产生。

而Motion Capture除了可以撷取人体动作外，如何撷取仿真的脸部表情也是Motion Capture的一大重点。因为在一部影片中，演员的表情是否到位会深切的影响观众的视觉观感，因此也有许多专为脸部设计的Motion Capture。

Motion Capture的发展历史

Motion Capture最早起源于美国。当年著名的儿童卡通，迪斯尼工作室(Disney studio)在绘制动画白雪公主时，为了使其中角色的动作更加的生动，便采用了一种可说是早期动作撷取系统的「Rotoscoping」技术。
「Rotoscoping」（逐格影描技术）为利用摄影技术将真实演员的演出加以拍摄后，再以底片投影的方式，让动画师们将影片上实际拍摄的真人动作，一格一格的描绘下来，这种做法所呈现的动画人物，动作的细节非常多，姿势与神韵也非常精美，实际的影片如1982年的动画经典《火与冰》（fire and ice），甫上映便造成广大的讨论与震撼，或是2002年入围奥斯卡最佳动画片的「Waking Life」都是以「逐格影描」（Rotoscoping）的方式制作完成的。这种方式虽然特别且精美，但往往非常耗费制作的成本，不但需投入相当多的人力，也增加了许多制作上的时间。

到了1970 年代，计算机科技的发展逐渐成熟到可以运用计算机来辅助动画的绘制。而有些生物力学实验室的研究人员，也在 1970 年代末期，开始使用计算机来分析人体的运动动作。随后，麻省理工学院的建筑机械群组(MITArchitecture Machine Group)及美国纽约科技计算机图形实验室，开始实验光学式动作撷取系统。

Motion Capture的种类

目前Motion Capture的种类大致上可分为七类: (一)机械式动作撷取系统(Mechanical Motion CaptureSystem)，(二)电磁式动作动态撷取系统(Magnetic Motion Capture Systems)，(三)光学式动作撷取系统(Optical Motion Capture Systems)，(四)超音波式动作截取系统(Ultrasonic Motion Capture Systems)，(五)陀螺仪式动作撷取系统(Gyro Motion Capture Systems)，(六)光纤式动作撷取系统(FiberMotion Capture Systems)，(七)影像式动作撷取系统(Image-based Motion Capture Systems)。以下并针对其中几种较具代表性的动作撷取系统做进一步的介绍。

（一）机械式动作撷取系统(Mechanical Motion Capture System)
是最早发展的技术。此系统需要模特儿将类似骨架的机械背在身上，在模特儿运动的过程中，利用机械装置的角度变化情形记录关节角度和位置的变化情形，在信息传回计算机后，就可以将运动的过程记录下来。机械式动作捕捉器的好处是成本相对低廉、装置定标简单且精确度很高，但是机械装置有尺寸与重量问题，不利于模特儿的运动，因此不易做出比较复杂的动作。

（二）电磁式动作动态撷取系统(Magnetic Motion Capture Systems)
通常由三个部分组成，分别为发射器、接收传感器和数据处理端。系统是在模特儿身上的关键处贴上电磁波发射器，只要发射器一移动便会造成磁场变化，而经由传感器接收与处理后，可以得知发射器的坐标位置与关节旋转量等信息。早期的电磁式动作动态撷取系统在发射器上还是需要接上电缆，因此也是不利于模特儿的运动。到后期则发展出无线的电磁式装置，将电源控制盒背负在演员身上，以减少动作的限制。
此系统的优点是设备的微调少、速度快且实时性高。其缺点是对环境要求较为严格，在表演场地附近不能有金属类物品，否则容易影响电磁场，而导致数据的准确度。且系统对于一些较激烈的运动或打斗场景，取样速度依然不太能符合要求。

（三）光学式动作撷取系统(Optical Motion Capture System)
为近年来动作捕捉技术的一大趋势。光学式动作撷取系统由二部以上的摄影设备、闪光灯及标示点(marker)所构成。而所谓的标示点有主动式发光标示点(active)与被动式反光标示点 (passive)两种。在运用快速摄影设备取得运动物体的运动影像后，再将多台摄影机所拍摄到的影像，经过适当的图像处理与三角定位法计算出标示点在空间中的坐标位置。
一般而言，光学式动作撷取系统的优点是表演者活动范围较大，采样率也较高，可以满足多数体育类运动量测的需求。且因为标示点的重量轻，所以系统中可以运动范围与项目几乎不受限制，其使用范围与弹性可谓相当的高。但缺点为对于表演场地的光照以及反射的情况较敏感，装置定标也较为繁琐。特别是当运动动作很复杂的时候，不同部位的光球很容易混淆、遮挡，因而产生错误捕捉的结果。

(六)光纤式动作撷取系统(FiberMotion Capture Systems)
主要由四条传感器带和传感器组成。首先把传感器带固定到身体的四肢上后，传感器主要是分布在头部、腰部和背部三部分。藉由身体各关节运动的同时弯曲，光纤传感器带中的光纤会计算出关节弯曲的角度，因而得到四肢各关节的角度，运动方向等信息。

表1.动作撷取系统比较

数据源：林永祥（2010年12月）。以SWOT分析光学是动作截取系统发展趋势。2010年第三届运动科学暨休闲游戏管理学术研讨会张贴之论文，屏东教育大学。

MotionCapture相较于传统计算机动画的优缺点

（一）Motion Capture的优点：

1.比起传统动画制作，Motion Capture技术并不会随着动作的复杂度增加就加重工作量。

2.可以准确的计算和表现出复杂的动作与现实的互动关系。Motion Capture可以真实的纪录演员的任何细微动作，不论是肢体、动作节奏或是表情，而这些传统动画都较难达到，或需费时许久。

3.比传统动画技术，Motion Capture技术运算的时间较短，可有效达到成本和时间效益。

4.Motion Capture技术软件具有开发潜能，此外，运用Motion Capture动态撷取的结果可以迅速累积动态数字数据库。而这些动态数字数据库在日后不同角色呈现相同动作时，即可反复使用，十分方便。另外，也可保存一些世界知名的表演大师或运动员的动作，成为珍贵的动态纪录。

5.Motion Capture可实时掌控表演。因传统动画制作，往往依靠的是原画或老动画师的宝贵经验，来预估角色的姿势与动态，再经由铅笔测试（line test）来观察角色的表演并反复修正，所有的动作都要在经过这样的程序确定才能被送往下一个流程制作。而Motion Capture却能够在摄影棚现场，经由导演与演员的沟通，实时观察与确定，更能够在同一场戏中作出多种不同的表演方式供导演选择。不仅如此，许多演员的动作也可以经由计算机修改，让飞天遁地的高难度动作不再是难以达成的梦想。

（二）Motion Capture缺点：

1.需要特定的硬件和软件。

2.对小制作成本的公司来说，Motion Capture技术所需之设备资金为一较难跨越的门坎。

Motion Capture应用案例

（一）电影「阿凡达」（Avatar）里的纳美人：

（二）电影「魔戒」（The Lord of the Rings）里的咕噜：

（三）电影「猩球崛起」（Rise of the Planet of the Apes）的黑猩猩：

在黑猩猩们的肢体动作部分，为求高度精准，导演鲁伯华尔特（Rupert Wyatt）找来了曾经为全球著名的太阳马戏团(Cirque du Soleil)表演人员泰瑞诺特利(Terry Notary)亲自上阵担任几位主要角色的Motion Capture工作，并为其他工作同仁进行类猩猩们的肢体动作训练。

（四）动画「快乐脚」(Happy feet)里企鹅们精湛的舞步，都是经由专业的舞者透过Motion capture录制而来。

（五）电玩「玄天神剑」（Heavenly Sword）

（六）电玩「古墓奇兵」（Tomb Raider）

（七）品牌营销宣传

（八）足球教学：有些业者运用Motion Capture，将系统所捕捉到的球员动作数据建立了一个3D 虚拟现实的足球训练营，并提供了数百种以动画呈现的训练法与建议给足球运动初学者所使用。

（九）吉他教学：运用局部Motion Capture撷取手部动作，以便影片教学。

（十）除了利用Motion Capture模特儿的演出录制下动作外，另外也有一个类似Motion Capture概念的科技技术，名为「QUMA Technology」。但「QUMA Technology」是让使用者去调整控制一个内建许多关节传感器的人偶，而当使用者在调整人偶的同时，动作信息便会透过 USB 传到计算机里，以让屏幕里的3D人物摆出和人偶一样的动作。整体来说，在环境架设好后，就可以像玩模型或是玩芭比娃娃一样，只要去简单的去调整人偶的动作就可以轻松控制屏幕中的3D人物了。且由于「QUMA Technology」技术需要的只是一个人偶的大小，可以在办公桌上完成，所以相较于传统需要较大空间的 Motion Capture，也算是相当方便的科技。

（十一）而且日后也可以基于 QUMA Technology技术，做出其他类型的人偶，例如：猫、狗、熊，让动作撷取更为方便。

小结：

Motion Capture在动画界评价两极，您对新科技抱持的看法为何？

前面提到了关于早期动画电影中「逐格影描」（Rotoscoping）的观念，而正因为Rotoscoping技术相当耗时，于是「动态撷取系统」（Motion Capture）因此产生。Motion Capture利用了光学或是电磁等等原理，将演员的肢体动作撷取下来，形成数字数据库，再将数据套到动画角色的身上，如此一来，动画角色便会做出演员所呈现的动作，动画师们也减少关键格（key frame）的设定。于是，「表演」便交回到导演与演员的身上，大幅的缩减制作的时间，也革命性的影响了计算机动画制作的生态。

但也因为Motion Capture为动画领域造成颠覆性的制作过程，因此也有许多反对应用此技术的声浪。奥斯卡也于2010年，为了公平原则，立下了最佳动画奖项的明确标准：「动作捕捉技术并非动画，参赛作品内容必须包含75%以上的动画，其中动作和角色表现必须是逐格技术。」而第80届奥斯卡最佳动画得主「料理鼠王」在影片幕后，也特别强调并无使用Motion Capture技术。
而观看完此篇介绍Motion Capture的文章后，您的看法为何呢？科技的发明与创新，目的都是为了让人们可以利用更少的精力带来更好的生活，但任何在安逸之中的改变都会让人忧心与怀疑，传统与科技间该如何取得平衡，冰冷的科技该如何取得人类的信任与使用，都是生活在现代的我们一直面对的挑战与该去思考的议题。或许未来Motion Capture技术再精进后，除了上述例子的应用外，甚至可以变为人类指挥机器人的装置呢！就让我们拭目以待吧！

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