動作捕捉技術，簡單的學術性定義為：動作捕捉是一種綜合運用計算機圖形學、點子、機械、光學、計算機動畫等技術，以此捕捉表演主體的動作或者是表情，通過對這些動作或表情的捕捉數據來直接驅動動畫形象模型的技術。現階段動作捕捉技術在電影、動畫、遊戲和醫療科學等領域有較大的使用範圍。從應用角度來分，動作捕捉分為身體運動捕捉和表情捕捉；從實時性角度來分，分為實時捕捉系統和非實時捕捉系統。
動作捕捉技術最早可以追溯到1915年，動畫大師Max Fleischer研發一種叫做"Rotoscope"的技術設備，屬於現代動作捕捉技術的雛形。Rotoscope本身是由放映機和人工處理結合的動作捕捉系統，放映機將膠片內的畫面投影到牆上，畫家就照著投影一幀一幀畫出來。那時的投影即表演的主體，而畫師則是捕捉系統。由這樣畫出的動畫更加逼真。之後的第一部動畫長片《白雪公主》就是這樣製作出來的。
當然，Rotoscope只能算是動作捕捉技術的雛形。動作捕捉系統的第一次使用是在1990年的影片《宇宙威龍》中。片中施瓦辛格飾演的主角通過X光掃描射線的時候，攜帶的武器被發現，其骨骼運動的動畫如此逼真原因只有一個，就是動作捕捉技術在這裡的運用。這個細節片段在今天看其實相對簡單，因為這裡需要的只是平面效果，所以實際需要處理的數據只涉及二維層面。
《宇宙威龍》（又譯《全面回憶》）中的動作捕捉技術
真正出現全片大規模使用動作捕捉技術的影片是2001年的動畫片《最終幻想：靈魂深處》。該片是首次實現全程用動作捕捉的電影，而片中所有角色都採用了動作捕捉技術。之後類似的電影有《極地特快》、《貝奧武夫》、《聖誕頌歌》、《丁丁歷險記》等，這一序列下文再做詳述。
《最終幻想》拍攝現場
在2001年這一年還有一部大片採用了動作捕捉技術，尤其是之後還因此獲得了奧斯卡最佳男配角獎，這部電影便是赫赫有名的《指環王》。其實當年以傳統模型和道具為主的維塔工作室實力並不能和工業光魔相比，但演員安迪·瑟金斯的精湛表演促使導演決定使用該技術，以求能將咕嚕這個神奇的角色真實的搬上銀幕。由於當時並沒有非常完善的動作捕捉與真人互動表演的實時技術，咕嚕的拍攝就分成了四個部分。第一部分是安迪·瑟金斯穿著白衣服與演員一起表演，第二部分是電腦中將瑟金斯擦出替換成咕嚕。第三部分是瑟金斯獨自再表演，穿著帶動作點的捕捉衣來表演，最後將面部表演數據加載到咕嚕的CG模型身上。
"動捕第一人"安迪·瑟金斯及咕嚕
在拍攝第一部時，瑟金斯穿著的衣服並不帶跟蹤點，其目的就是便於後期將人擦出用CG替換。在後兩部《指環王》中瑟金斯終於穿上了帶跟蹤點的動作捕捉衣。但由於瑟金斯本人和咕嚕形象還是有大量明顯差別，因而瑟金斯的大體表演更多是骨架式的參考，大部分細節需要後期人員再做調整。在面部表情捕捉方面，瑟金斯在表演時面部點了近100個跟蹤點，利用近距離拍攝素材，後交由動畫師處理，同肢體動作捕捉一樣，表情的效果更多需要依託後期處理。
對於面部表情捕捉技術，真正具有突破性的還屬《黑客帝國2》和《黑客帝國3》。在電影中，特工史密斯將人瞬間改造成自己，這需要眾多演員的面部替換。就此該片在表情捕捉技術方面創造了一個奇蹟——無需面部跟蹤點。該技術大致分為五步。第一步先用5臺高清攝像機同步拍攝演員雨果·維文的面部表情並存儲。第二部採用光流照片測量技術，該技術可以追蹤每個像素點在不同機器的位置，後將其結果與一箇中度精細的模型相結合，處理為每個像素點與模型的點相匹配，從而獲得其運動軌跡。鑑於光流照片測量技術可能出現匹配錯誤，這需要第三步的關鍵幀修改並且刪除頭部整體運動只保留表情。第四步的任務是製作一個精緻的頭部雕塑，因為面部沒有跟蹤點，所以可以根據照片描繪出精緻的皮膚表面。最後是貼層並且將動畫渲染。雖然該技術打破了面部跟蹤點的傳統形式，但本身成本過高，其效率也不高，所以並沒有深入發展。
源於動作捕捉技術的《黑客帝國2》中的史密斯
在《指環王》之後，同樣出自彼得·傑克遜維塔工作室的《金剛》更是將肢體動作捕捉、面部表情捕捉、表演與生物模擬契合到一個新的巔峰。這次拍攝中，不光需要給真人做動作捕捉，還需要給道具做動作捕捉，如在近距離拍攝金剛時，需要道具組人員拿著藍色的道具配合演員進行表演，在後期中動畫師用金剛的大手匹配道具上的標記點，再將道具抹去。
之後的《加勒比海盜2》則是好萊塢特效老大工業光魔公司的又一力作。由於《加勒比海盜》第一部拍攝場地的限制和工業光魔本身並沒有對動作捕捉進行深入的研究，使得該技術的真正實現是在第二部上。片中戴維·瓊斯的章魚臉是一項挑戰，這需要細微的面部表情配合複雜的章魚觸角的運動，其次"飛翔荷蘭人"號上各式各樣的鬼怪同屏出現本身也是一項挑戰，再加上需要演員外景拍攝，這些因素促使特效巨頭工業光魔研發出一套自己的動作捕捉技術"iMoCap"。
動作捕捉技術造就的經典形象——章魚船長
iMoCap的捕捉服採用半緊身中灰色材料，衣服上以反光球作為標記。之後工業光魔升級了識別和處理軟件，使得標記的識別精度提升。最重要是片場並不需要各類複雜的專用拍攝設備，只需要任意型號的兩臺高清攝像機分別放置於主攝像機兩邊作為動作參考。雖然該技術在本片中有了更進一步提升，之後的《鋼鐵俠》與《第九區》也都沿用了iMoCap系統，但是該系統依舊無法解決特效角色的面部表情問題。海盜船上的鬼怪角色和《第九區》中的"大蝦"，其面部表情仍然是依靠模型技術和手工動畫來完成的。
《第九區》中的外星人"大蝦"
在新世紀的第一個十年裡，動作捕捉技術從《指環王》的探索到《金剛》和《加勒比海盜2》的成熟，其突破性和藝術貢獻前面已經有所敘述。下面我們以2007年的《黃金羅盤》至今這幾年間的奧斯卡最佳視效獎為例，簡單分析下奧斯卡的評委們是如何看待新興的動作捕捉技術，以及如何看待電影的技術突破和所謂的最佳視效獎之間關係的。
2007年最佳視效獎的提名影片分別是《黃金羅盤》、《加勒比海盜3》和《變形金剛》。《加勒比海盜3》之所以沒獲獎，是因為其完成的依舊是第二部做過了的，所以奧斯卡並沒有再次頒獎給他們；《變形金剛》本身肯定大量使用了動作捕捉技術，但其特效突出在量，而非特別明顯的技術突破。《黃金羅盤》原本打算做成和《指環王》一樣的三部曲，沒想到影片推出後票房慘淡，計劃中的後兩部也由此胎死腹中。這部水平中等票房失利的影片之所以斬獲這一年的最佳視效獎原因幾乎只有一個，就是片中那隻看上去活生生的CG熊。這一動畫角色擁有細微的毛髮效果、逼真的運動動作，甚至是身上的脂肪、毛皮抖動都是CG技術的一個新指標。就算是口碑和票房雙贏的《加勒比海盜3》和《變形金剛》這兩部大片，也沒能敵過《黃金羅盤》裡那隻史無前例的CG大熊。創造這隻CG熊當然少不了動作捕捉技術，但這項技術在這裡只是輔助手段之一。這隻CG熊可以說代表著動作捕捉技術的成熟，更代表著電腦CG技術的一個新的高度。
《黃金羅盤》中的CG熊
2008年，提名影片分別是《本傑明·巴頓奇事》、《鋼鐵俠》和《黑暗騎士》。《鋼鐵俠》的出彩在於其鋼鐵戰衣的動作捕捉技術，其本身只是更加精細並未具有多少開創意義。《黑暗騎士》更加尊崇傳統的模型特效，將特效與影片基調完美結合。《本傑明·巴頓奇事》的捕捉技術是奧斯卡評委們頒給它最佳視效獎的幾乎唯一理由。因為該片創造了迄今為止算是最優秀的CG人類角色，即使是之後的《創·戰紀》和《阿凡達》也都未必有超越。該片中主要運用的是面部捕捉技術，俗稱銀幕換頭術。該項捕捉系統名為Mova Contour，實現了無需記錄點的面部捕捉，可以一次捕捉超過10萬個多邊形的動態點，並對每個節點進行逐幀追蹤，支持最高120幀每秒的高速攝影。正因為《本傑明·巴頓奇事》這部影片創造了史上最優秀的面部動作捕捉技術，因而在頒獎時，突出強調了其技術創舉，此創舉意義與《黃金羅盤》裡的大熊、《加勒比海盜》裡的章魚船長、《金剛》裡的金剛、《指環王》裡的咕嚕是一致的。
本傑明·巴頓
2009年獲獎作品是《阿凡達》，該片憑藉將3D、虛擬與動作捕捉技術結合，近乎完美的創造了潘朵拉星球，從而創造了電影史上最為絢爛的畫面。可以說，到《阿凡達》這裡，無論是動作捕捉技術還是電腦CG都達到了一個新的巔峰，以至於在其後的幾年裡很難再找到哪一部影片在這兩個領域裡有所突破。
《阿凡達》中的納美人
詭異谷(The Uncanny Valley)假說是日本著名機器人學專家森政弘於20世紀70年代年提出的一個現象或者說可能。森政弘認為，在有關機器人等人造的類人物體不斷的人格化過程中，人類對於它們的情感存在一種遞增過程中突然衰減的可能。儘管有人至今仍不贊成詭異谷的說法，但我們在心理上對於很多高分辨率CG人像的冰冷怪異感是普遍存在的，這個規律可以粗略的概括成"越像反而越不像"。）
"詭異谷"示意圖
我們再拿動作捕捉技術為例，在2001年的《指環王》之後，《指環王1、2、3》、《金剛》、《猿族崛起》、《黑客帝國2、3》、《加勒比海盜2、3》等一系列口碑和票房雙贏的影片構成了這一技術在運用方面的一個成功案例序列，然而這一技術同時還創造了一個票房和口碑雙輸的失敗案例序列，這幾部影片分別是《最終幻想》（2001）、《極地特快》（2004）、《貝奧武夫》（2007）、《聖誕頌歌》（2009）、《火星救母記》（2011），連出自斯皮爾伯格之手的《丁丁歷險記》（2011）當年在內地也票房遇冷。有趣的是，這裡面《極地特快》（2004）、《貝奧武夫》（2007）、《聖誕頌歌》（2009）三部影片竟然全部出自大導演羅伯特·澤米吉斯之手。說起來這位導演當年也是奧斯卡最佳視效獎的常客，從《誰陷害了兔子羅傑》到《飛越長生》和《阿甘正傳》，也算是功勳卓著，卻不曾想在過去十年裡因動作捕捉而連載三次跟頭。
《最終幻想》中的CG角色
其實仔細比較前面說的這兩個電影序列就可以發現動作捕捉技術的成敗規律，粗略的說，做出來的東西越是不像真人，觀眾越是容易覺得做出來的東西像真的；反之，做出來的CG形象越是接近真人，觀眾越是覺得不像真的。究其原因還是"詭異谷"的幽靈在作祟。這個問題其實從第一部《最終幻想》就已經呈現出來了。在這部電影上映之前甚至有人說以後演員這一職業都可以被電腦取代了，然而電影公司花巨大力氣做出來的CG人物給觀眾的感覺卻是說不出的假。其後的《極低特快》和《聖誕頌歌》非但沒有迷途知返，反而還浪費了湯姆·漢克斯和金·凱瑞這樣的大牌明星。拿《猿族崛起》做個對比吧，動作捕捉技術在這部電影中的核心運用集中在了身為主角的猩猩"凱撒"的那張臉上，創作者根據動作捕捉技術記錄下來的真人的表情，輔之以後期的電腦動畫處理，將凱撒的憤怒、屈辱、抗爭、思考等各種複雜的表情活動用誇張的方式呈現了出來。也就是說，創作者創作凱撒這隻猩猩的表情並非是基於對真實猩猩的觀察，而是基於對我們人類表情的誇張式處理。於是，那隻猩猩能夠引發我們強烈的情感共鳴便成了順理成章的事情。相比之下，你把湯姆·漢克斯或者金·凱瑞搞成那樣一個呆頭呆腦的CG形象，觀眾能喜歡嗎？
兩種CG形象的效果對比
總之，無論是《指環王》裡的"咕嚕"、《金剛》裡的金剛、《加勒比海盜》裡的章魚船長還是《猿族崛起》裡的凱撒，這些形象之所以能夠獲得觀眾的心理認同產生真實感，並不是因為他們超越了"詭異谷"，而是因為一個更為簡單的原因——他們實際上都不是"人"。包括《阿凡達》裡的外星人同樣如此。至於《黑客帝國》裡的史密斯，雖然勉強算是一個真人形象，但別忘了在影片裡但凡用到動作捕捉技術的地方他的墨鏡始終都沒有摘掉，那個墨鏡可不知給影片的特效製作公司省了多少事。前面說過，絕大多數電影都是圍繞著人的臉轉的，而我們對於人臉的識別能力是一個相當有趣和相當複雜的課題。一個普遍的規律是，識別對象距離我們的差異越大，我們的識別能力就越差；反之越是接近我們自身的形象，我們的識別能力就越強。這一點在我們看其他生物的時候如此，在我們看自己同類的時候同樣如此，比如歐洲人識別亞洲人臉的能力、亞洲人識別歐洲人臉的能力肯定遠遠比不上識別歐洲人看歐洲人、亞洲人看亞洲人的能力，再往具體了細分情況同樣如此。像咕嚕、金剛、凱撒這些形象本身距離我們人類差距很遠，所以觀眾在心理層面上建立真實感的要求實際上很低；反之像《最終幻想》、《聖誕頌歌》這樣的影片，片中想要塑造的形象是真人，觀眾建立真實感的心理要求便會大大提高。像《本傑明·巴頓奇事》這樣的影片，表情捕捉技術的著眼點並不在於塑造真人一樣的人物形象，而在於用它展現人在一生中的臉部變化，突出幼年、少年、老年這些不同階段的差異。對於電影創作來說，一部影片即使是票房口碑雙輸它也同樣是消耗了巨大的人力物力和財力，在動作捕捉和電腦CG方面《最終幻想》花的力氣肯定不比《指環王》少，但敗在了不自覺中把影片起點定太高了，企圖用電腦創造一個真人而不是創造一個活生生的怪物。
動作捕捉技術作為一個優秀的特效工具，它的誕生極大的提升了電影的創作空間，實現了電腦動畫前所未有的逼真模擬，也幫助了越來越多的導演實現了自己的創意和構想。電影既是一個工業化產業，也是一門藝術性創造。技術的發展不斷的為藝術創作提供更大的可能性空間，但技術永遠只是創作上的支持而不是藝術成功的保障。追其根本，技術在不斷進步，而藝術卻各有所屬。就技術本身而言，它也永遠是有所能而有所不能。再回顧一下過去這幾十年的奧斯卡最佳視效獎，其實上世紀九十年代那一個十年，計算機技術主要為我們創造的是恐龍或者外星蟲子等這類根本不是人的怪物；新世紀的第一個十年，由於有了動作捕捉技術的揚長避短，計算機技術主要為我們創造的是大猩猩等這類比較像人的怪物；也許有一天計算機技術的發展可以突破只是創造怪物的局面，也可以駕輕就熟的為我們創造出像真人一樣的CG形象出來，如同影片《虛擬偶像》中描繪的那樣。真若如此，那必將是電影的又一次新的技術革命，但那是未來的事了。回顧計算機技術和電影藝術聯姻後走過的這一段並不算長的路，成功者如《侏羅紀公園》裡的恐龍、《猿族崛起》裡的凱撒，失敗者如《最終幻想》等，我們不光是應該學習電影創作者們如何運用新的技術來創造出活生生的電影形象，而且還應該學習他們是如何清晰的把影片創作建基於觀眾的心理需求度，並且意識到技術的侷限，在創作的時候揚長避短，從而讓觀眾對最終完成的電影作品產生真實感的。
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