重温史诗级经典科幻巨作，见证这场由AI推动的3D影戏特效技术革命

作者：申一帆、樊晓芳

4 月 3 日，蓝光加长全网最完整版《指环王》三部曲在 Bilibili 上线。时隔 18 年，这部带有庞大世界观与史诗格调的经典科幻影戏再次重回大家视野。但纵然现在回看，这部巨作的拍摄手法与特效质量仍未过时，仍能充实让观众感受到各场大战局面的壮阔感，叹息背后特效公司水平之高明，再次重温后也无比激动。这也激起了我们对于 AI 时代下数字特效技术将为我们带来更多新惊喜的憧憬。

随着全球影视工业逐步走向工业化、规模化和工业化，我们陆续看到《阿丽塔：战斗天使》、《盗梦空间》、《流离地球》、《阿凡达》、《复仇者同盟》等科幻影戏因震撼的视听感受、新颖的影戏题材获得票房、口碑双收。

现今特效技术已被广泛应用于各种影戏动画中，工业光魔、Weta 等世界顶级视觉特效公司及大型影视制作团队，都已实验使用盘算机图形图像技术（CGI）辅助制作一些高出现难度的数字特效。CGI 让影视特效创作获得技术保障，让有视野与高度的艺术创作可以恣意发挥，也让各种自己具有新颖主题和弘大世界观的影视作品或游戏的美学属性获得更大水平的表达与通报。

「指环王 2：双塔奇兵」最后圣盔谷之战甘道夫率洛汗援军冲下大斜坡与兽人士兵正面交锋局面

数字特效的生长史可以看作是影戏制作的技术生长史，在影戏刚刚泛起的那几年，任何的视觉效果都是局限在相机内完成的事情，例如替换镜头，或简朴的帧支解技术。1896 年，法国著名魔术师及影戏制片人、数字特效鼻祖、科幻影戏先驱乔治·梅里埃偶然发现了一种影戏特效技术——停机再拍，好像可以通过控制摄像机来操控并革新画面中的「现实」。随后其缔造的两部画面千奇百怪、剧情近乎梦幻的影戏——「月球旅行记」与「奇幻旅程」，也作为科幻影戏的坐标原点，开启了人类对超现实主题影戏与特效制作的无尽想象。

「月球旅行记」影戏宣传封面图

进入 50 年月后，随着盘算机技术的生长，特效的制作也开始借助盘算机图形学的知识，用电脑来生成图像（CGI），这种技术到 70 年月后逐渐成熟，泛起了像《星球大战》这样的经典特效影戏。1985 年，迪士尼公司缔造了第一个使用电脑绘制的动画角色——年轻的夏洛克·霍姆斯的彩色玻璃人。20 年之后，《指环王》和《阿凡达》的乐成掀起了一场技术革命，数字虚拟角色的制作在影戏当中开始靠行动捕捉技术来制作。随着盘算机技术的不停生长，特效的制作开始走向数字化，从传统的机内特效，特效化妆，光学洗印等物理特效手段生长至到现在的数字合成、数字绘景、流体动力学等电脑生成图像。同时，随着数据分析、盘算机视觉、机械学习和深度学习等数据智能技术的不停应用，提升了数字特效的自动化处置惩罚和分析的水平，赋予了数字特效更多的智能化属性，进一步减轻了特效事情人员繁琐的事情，降低了人力成本和时间成本。

《阿凡达》实地拍摄局面与虚拟摄像机实时预览画面临比

机械之心希望通过本陈诉《世界顶级影戏特效公司都在让 AI「接受」特效制作——数字特效中人工智能技术的应用现状及趋势展望》，先容现有机械学习算法在数字特效中的应用现状、未来技术生长及落地应用趋势，资助做机械学习、影视制作等相关的特效制作人员、特效团队、视效总监、影戏导演，寻找机械学习技术应用的可行性，以及为新型影视的制作计谋和特效技术开发提供参考。

陈诉目录

部门应用案例

4.1《复仇者同盟 3》使用新的机械学习算法来推进人物角色面部心情捕捉历程

灭霸在《复仇者同盟》中负担重要的角色，特效团队对他的定位是一个庞大而恼怒的角色，可是又同时充满情感。所以，特效团队更希望花心思捕捉到演员心情的微妙方面，特别是他的心情变化。卖力制作灭霸的特效公司 Digital Domain 使用了一种名为假面舞会（Masquerade）的定制机械学习软件，使行动捕捉性能看起来更自然。

首先，他们使用行动捕捉技术在演员 Brolin 的脸上放置 100 到 150 个跟踪点，用两个垂直偏向的高清摄像头捕捉这些跟踪点数据。和传统的行动捕捉差别，这是一个相当低质量的渲染，接纳低分辨率网络可以让机械学习算法判断哪种高分辨率的形状将会是针对该镜头的最佳解决方案。获得电脑生成的方案后，制作人员会对效果欠好的镜头在建模中举行调整。如果需要灭霸的眉毛或者嘴唇更高，他们会将这些调整的数据反馈给基于机械学习的人工智能系统，系统会凭据这些数据举行学习，逐步制作出切合特效团队设想的灭霸。

接下来是一个称为「直接驱动」的历程。它接纳高分辨率面罩，置于灭霸的角色模型上。然后会履历一个和上文类似的历程，用于灭霸的心情制作。如果他的心情没有体现的「越发惊讶」或者「感应惆怅」，就会针对性的做一些调整，逐步「教会」基于机械学习算法的人工智能系统自动调治灭霸的心情。通过不停的调整和反馈，在下一次将相同的数据输入到「直接驱动系统」当中的时候，将获得越发准确和切合团队期望的效果。

导演 Joe 和 Anthony Russo 将演员带入行动捕捉头盔而且测试他的部门线条，试图实验差别的线路以及如何在调试到最靠近预想的灭霸形态的时候将其生存下来。使用这些线条能够捕捉到他脸上险些难以察觉的行动和神情。在捕捉到他的眼睛和面颊上细微的行动之后，我们可以清晰的看出来他对失去 Gamora 的沮丧或伤心，以及他对 Tony 的恼怒。这种技术上的革命使得 CG 效果在真实感和数字虚拟人物的性格表达上更上一层。

4.4《指环王:护戒使者》使用群体模拟系统制作大规模群体数字士兵及万人打架局面

Weta Digital 公司卖力影戏《指环王：护戒使者》的 Massive 角色建立，为此篇的序幕制作了一个多达十几万精灵、人类以及其他生物组成的同盟军与黑暗魔君索隆的妖魔雄师的混战局面。Weta Digital 公司使用了 Massive (Multiple Agent Simulation System in Virtual Environment )「虚拟情况群体模拟系统」一种盘算机人工智能动画制作软件，建立了战斗场景中的 70，000 余小我私家工智能角色，并使每一个 Massive 角色都拥有自己的「大脑」。Massive 是由软件开发师、群体模拟人的总监史迪芬 · 瑞杰勒斯 (Stephen Regelous) 用了五年时间开发出来并逐渐完善的大型群组动画软件，并因此荣获 2003 年奥斯卡科学与工程奖。

原始模拟人的行动是由行动收罗器 (Motion Capture) 获得的, 行动收罗小组为序曲战斗中的士兵们设计了跑、袭击、刺杀、倒下、死去等行动。当把这些行动数据输入到智能模拟人的大脑中之后，模拟人们就会自动地逐项筛选以选择适合于他的行动。导演彼得·杰克逊在序幕战役场景中摆设 了 5 万到 10 万人的战争局面, 10 多万人的动画调试工程量很是的大，纵然使用先进的「行动收罗器」( Motion Capture) 的行动捕捉技术可以获得真正的人物行动，但也无法真正地实现数十万个数字人之间真实的互动反抗、拼杀撕打，而且很难让千千万万的差别个体人在特征上与行动上发生千变万化的差异。

为此，12 位动画工程师用 Maya 为主要的生物设置了关键帧动画，动画部门用 Massive 法式也为数字特技替身演员（Digital Doubles）、半兽人（咕鲁）和一些基本的运动编辑了行动，并制作行动库使角色大脑和身体的行动库多样化。该行动库的准备事情花了 2 年时间。同时，也因为角色是由带有物理特性的原模型建立的，思量到要物理模拟，Massive 法式带有固体动力学（Rigid Body Dynamics），这样能使打架的武士落在粗拙的地面上。由于这部影片的目的就是要使每个角色（武士、妖精、数字特技替身演员）的外表和行动都与众差别，所以，Massive 的事情人员为每一类角色都设计了多种多样的工具、服装和皮肤颜色。事情人员首先列出每一类型的角色，然后给他们设置特定的行动，例如武士，他们要击打、侧跨台阶、把武器向后拉而且阻挡（对方），这些行动要有变化，因为角色会泛起在差别的情况中，这就意味着需要捕捉好几百个行动。Massive 软件能很是容易的发生变量，从而来改变几何体或特性。每个角色都有许多变量，他的靴子上可以满是泥泞，或者他又是很是好斗的，Massive 可以改变骨骼的比例、shader 参数和脑部变量。一般要为每一类型的角色捕捉 150 到 350 个行动。Massive 法式带有一个动画混淆引擎，在角色航行中它能修改行动，例如，让角色瞄准武器，或拽住另外的角色。角色们能用反向运动学控制他们的四肢。

角色的大脑是用模块（输入输出节点、控制节点和模糊逻辑节点的网络）来建立的；通常，大脑有 6000 到 8000 个这样的节点。角色们能"瞥见"渲染他们周围的图像的扫描线，"听见"声音的频率，并确定他们所处的位置，然后做出与人类相似的反映。每个角色都有一个特殊的大脑，因此他能做出奇特的反映。他们做出反映的速度是每秒 24 帧。事情人员用 Massive 来处置惩罚影片中数千个武士——一旦从战场上出发，角色们就会锁定目的（敌人），然后开始「征战」。

陈诉如何获取？

本陈诉《世界顶级影戏特效公司都在让 AI「接受」特效制作——数字特效中人工智能技术的应用现状及趋势展望》是机械之心工业研究团队推出的《「智周」人工智能技术应用陈诉系列》之一。本系列陈诉全部被收录于人工智能领域专业信息及数据平台「机械之心Pro」。

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