程序員至死是少年！在公司竟公然變身圣斗士

楊凈 蕭簫 發(fā)自 凹非寺
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

最近，我身邊的朋友，突然一個個都變成了圣斗士！

像這種比較炫酷的“飛天”黃金圣斗士，連影子都惟妙惟肖的：

還有這種在辦公室偷偷變身雙子座圣斗士，想要拯救世界的：

又或者是在自家小花園里變成處女座圣斗士，打破次元壁的：

還有白羊座、天秤座、射手座圣斗士……怎么回事？

原來，這是一群程序員做出的移動端3D圣衣特效，現(xiàn)在只用一部手機，就能隨時隨地“變身”圣斗士。

又一童年夢想被實現(xiàn)了有木有！

如果不想打開攝像頭，也可以只用一張照片，就能成功“變裝”：

不過，要實現(xiàn)這樣貼合的效果并不容易，單從技術(shù)本身來看，就充滿了挑戰(zhàn)性。

在他們之前，甚至根本就沒有人將這類技術(shù)應(yīng)用到手機上。

而整個項目也是聯(lián)合渲染、設(shè)計兩個團隊，一鼓作氣耗時10個月才完成。

畢竟要守護心中的雅典娜，多少付出都是值得。

電影游戲界的“重金特效師”

這項耗時10個月打造的技術(shù)，就是好萊塢大片和3A（高開發(fā)成本）游戲大作中才會用到的動作捕捉。

說到這項技術(shù)，或許有的人還會感到陌生，但像《阿凡達》《指環(huán)王》這樣的好萊塢電影、或是《刺客信條》《生化危機》這樣的3A游戲，你一定聽說過。

沒錯，這其中的許多經(jīng)典特效、角色動作設(shè)計，都采用了動作捕捉技術(shù)。

由于能直接記錄動作，這項技術(shù)能大幅縮短制作特效的時間，同時能讓角色表情、動作看起來更真實。

對手K動畫設(shè)計師來說，能降低設(shè)計工作量；對虛擬直播（Vtuber）、體育和醫(yī)療等領(lǐng)域來說，動作捕捉不僅能實現(xiàn)逼真的動作還原，還能實現(xiàn)實時動作記錄。

聽起來非常誘人，但這其實是一項高門檻技術(shù)。

首先，要想實現(xiàn)逼真的動作還原效果，就必須對硬件提出高要求，主流的慣性和光學(xué)動作捕捉技術(shù)，基本都需要傳感器，便宜的效果還不好。

以（慣性動捕）游戲《舞力全開》為例，雖然硬件成本低廉（甚至能用手機當(dāng)傳感器），但由于只有手部傳感器，無法檢測腿部活動，體驗并不好，還誕生出了像“輪椅舞王”這樣的梗。

其次，為了將干擾、延遲降至最低，需要預(yù)留空間。以專業(yè)的Vtuber（虛擬主播）為例，他們直播所采用的動作捕捉技術(shù)，基本都需要10×10米的大房間來降低干擾。

最后，數(shù)據(jù)計算量大。動作捕捉系統(tǒng)獲得的只是一大堆坐標(biāo)數(shù)據(jù)，后期不僅要進行專業(yè)數(shù)據(jù)處理，同時還需要高性能計算機顯卡來實現(xiàn)。

集硬件成本、環(huán)境、計算量等限制為一身的動作捕捉，要是之前說要把它用到手機上，可能立刻會有人說這是癡人說夢。

然而科技的發(fā)展總能給我們帶來意想不到的效果。

微視團隊中一群做計算機視覺的程序員，就只用一部手機將黃金圣斗士的鎧甲貼合在人物身上，而且確實成功了，實現(xiàn)了實時的處理效果。

但手機端動作捕捉技術(shù)，并不好做。

自研移動端算法，篩選7k+頂點

只用一部普通的手機，意味著兩個難點：計算量受限、坐標(biāo)深度只能靠預(yù)測。

相機生成的照片，通常只有2D信息。要想從2D中還原出3D信息，需要找到一個能夠預(yù)測坐標(biāo)深度的函數(shù)，使之預(yù)測的3D信息盡可能逼近真實值。

對于真實度要求很高的動作捕捉技術(shù)而言，這意味著精度和實時性都要受到挑戰(zhàn)。

目前已有的移動端AI技術(shù)，只能實現(xiàn)實時動作捕捉的一部分功能，包括人體/人臉檢測、和基于2D/3D骨骼關(guān)鍵點的姿態(tài)估計技術(shù)，也就是我們常見的“火柴人”算法。

但“火柴人”算法顯然沒有3D Mesh貼合度高，因此團隊決定，將3D Mesh搬到移動端上，自研一套基于3D Mesh的移動端姿態(tài)估計算法。

這套算法相當(dāng)于重建人體表面的7000多個特征點，以及15000多個三角面片，不僅能夠還原人體的基本動作，還能預(yù)測出人體的高矮胖瘦。

除此之外，團隊還從3個方面，對模型進行了整體優(yōu)化。

其一，從動作捕捉精度和模型大小兩方面，對自研模型進行調(diào)試。

據(jù)微視團隊表示，移動端已有的基于3D骨骼關(guān)鍵點的驅(qū)動閥，雖然可以驅(qū)動虛擬人體，在同一場景下做各種動作，但這套算法存在一些不足，需要自行調(diào)整。

例如，算法偶爾會出現(xiàn)不正常的抖動，包括虛擬人物突然“形變”的情況，如下圖腳掌翻轉(zhuǎn)。為此，團隊還給算法加上了平滑濾波，使得人物動作看起來更真實，進一步提升模型精度，避免像下面這種抖動。

同時，在精度以外，團隊還要保證在移動端實現(xiàn)3D Mesh。為了做到這一點，除了在其他模型方面盡可能整合壓縮以外，團隊也對模型本身進行了一個簡化。

其二，從數(shù)據(jù)采集來看，團隊也下了不少功夫。

由于移動端3D Mesh數(shù)據(jù)需針對性采集，微視團隊搭建了自動化的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，幫助快速采集到高質(zhì)量動捕數(shù)據(jù)。

雖然Kinect的實時動作捕捉效果一般，但用于數(shù)據(jù)采集還是非常不錯的，三臺結(jié)合起來就能獲得完整的深度信息。

為了確保模型的泛化性，除了盡可能多找18~60歲的不同人物數(shù)據(jù)進行采集以外，程序員們還采用了數(shù)據(jù)增強和半監(jiān)督學(xué)習(xí)來增強模型的泛化能力。

在數(shù)據(jù)增強這塊，為了加強模型辨認人體與周圍環(huán)境的能力，程序員們將獲取到人體的mask信息進行提取，隨機貼到其他背景的圖片上，創(chuàng)造出更多不同背景信息的圖片；同時，團隊也采用了神經(jīng)渲染、GAN等技術(shù)，來生成更多的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。

在半監(jiān)督學(xué)習(xí)上，程序員們結(jié)合輔助任務(wù)，對2D關(guān)鍵點模型進行訓(xùn)練、提升模型的泛化能力。

其三，就是團隊對實時性和特效渲染做的兼顧。

模型結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計和優(yōu)化都只是“基本操作”，例如將串聯(lián)運行的模型改成并聯(lián)運行等；在推理上，團隊還基于優(yōu)圖的TNN移動端深度推理框架，實現(xiàn)了模型的高效推理，最終將模型的推理時間從15ms降低到了11ms。

這里面的一個難點，就是要確保渲染效果和移動端性能（實時性）的兼顧，既要讓畫面看起來比較精致，又不能讓軟件運行速度太慢。

因此，團隊先采用了自研3D渲染引擎增強光影效果，并利用SSAO、IBL等技術(shù)增強陰暗角落處的陰影質(zhì)量，使得整體渲染效果與目前主流手游非常接近；

同時又進一步適配不同機型，采取分級策略，確保在各種手機上都能取得不錯的運行性能。

顯然，要想實現(xiàn)上面這些技術(shù)，呈現(xiàn)出最終的圣斗士特效，微視的設(shè)計師們同樣功不可沒。

甚至可以說，微視團隊中，就連設(shè)計師也都是“技術(shù)硬核”的存在。

設(shè)計師也學(xué)代碼？

從最初產(chǎn)生想法、打磨研發(fā)，一直到最終呈現(xiàn)，10個月的時間，對于一個研發(fā)團隊來說并不短。

當(dāng)中，除了技術(shù)本身的實現(xiàn)難度之外，還牽涉到整個系統(tǒng)的協(xié)同配合。

從最開始的CV技術(shù)研發(fā)、到移動端的部署，以及渲染，最后制作成一個特效工具……整個技術(shù)生產(chǎn)鏈條的打通需要各個團隊充分合作。

就比如，像把盔甲穿在人身上，這樣一個看似簡單的動作，就需要開發(fā)、算法、設(shè)計三個組的同學(xué)協(xié)同調(diào)整。

一位設(shè)計組的旁友直呼：這部分的鉆研和調(diào)整超過了制作模型的時間。

但即便如此，他們也有自己的制勝法寶。

首先，目標(biāo)一致。

大概也是因為圍繞圣斗士這一主題，團隊內(nèi)部也有很多的年輕人，所以整個技術(shù)磨合階段并沒有出現(xiàn)過什么Battle。

嗯，為了同一個夢想，各自都在燃燒自己的小宇宙！

另外小小劇透一下，由于整個鏈條已經(jīng)打通，接下來團隊會用技術(shù)做一些發(fā)散，嘗試其他IP角色。

（瘋狂暗示）

其次，就是技術(shù)思維。

即便是與核心技術(shù)沒有那么強關(guān)系的設(shè)計組，也坦言前沿技術(shù)的更迭很快。

可能去年學(xué)的新技術(shù)，可能到今年就已經(jīng)過時了，要多花時間一些時間鉆研前沿技術(shù)。

尤其是在被問到給當(dāng)前要畢業(yè)的設(shè)計同學(xué)建議時，更是言簡意賅：

學(xué)點代碼，很有幫助。

確實很技術(shù)，很硬核。

一邊不斷接觸各種前沿技術(shù)，享受著從研發(fā)到落地整個鏈條，另一邊還能完成“拯救世界”和“守護女神”的夢想，這是團隊內(nèi)部提及最多的成就感。

也唯因如此，才能將硬核技術(shù)攻克下來，成為每個人都能觸達的好玩特效。

最后還想再替相信「光」的年輕人問一句：

奧特曼，真的不打算安排上么？

（PS：想要變身黃金圣斗士的朋友，帶上照片戳下方地址即可玩耍~）

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