“研發(fā)機(jī)器人的目的都是為了表演,關(guān)鍵價(jià)值之一是降低特效成本。”

作者:苗正 出品:財(cái)經(jīng)涂鴉

1956年,迪士尼幻想工程(Walt Disney Imagineering,下稱WDI)于加州迪士尼樂園成立。起初,WDI的業(yè)務(wù)是負(fù)責(zé)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)建造世界各地的迪士尼主題樂園。隨著科技不斷進(jìn)步,WDI為了讓迪士尼主題樂園能夠更好地迎合來客,他們不斷為主題樂園增設(shè)新的業(yè)務(wù),以提高娛樂性。

久而久之,WDI目前的崗位超過了140種,其中包括插畫師、建筑師、工程師、燈光設(shè)計(jì)師、表演節(jié)目編劇、平面設(shè)計(jì)師等等。但事實(shí)上,WDI早已不滿足只讓科幻角色只停留在熒幕上,他們想要把這些本該屬于電影、動(dòng)畫中的人物出現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)里。

2018年,WDI的Project Kiwi計(jì)劃啟動(dòng)。這是一個(gè)動(dòng)態(tài)的的類人機(jī)器人,同時(shí)具有交互性。這款機(jī)器人身高約為0．75米,可以進(jìn)行水平50度的旋轉(zhuǎn),且依然能夠保持平衡。機(jī)器人后方鏈接的電纜用于控制,而非電力傳輸。在充滿電的情況下,Project Kiwi可以運(yùn)行45分鐘。

為了能夠讓機(jī)器人更符合迪士尼版權(quán)下的角色特征,Project Kiwi能夠進(jìn)行從快速,富有表現(xiàn)力到極其緩慢和細(xì)微差別的動(dòng)作。這需要開發(fā)定制的高速執(zhí)行器,該執(zhí)行器具有扭矩,安置在機(jī)械的結(jié)構(gòu)中。每個(gè)執(zhí)行器還配有機(jī)械離合器和在線扭矩傳感器,以支持低剛度控制,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)順應(yīng)性的相互作用并減少振動(dòng)。

相較于其他類人機(jī)器人,WDI裝入Project Kiwi體內(nèi)的定制化硬件并不常見。例如,鎖骨和肩部僅具有五個(gè)自由度以支持聳肩功能,并具有用于展現(xiàn)自然手勢(shì)的擴(kuò)展配置空間。Project Kiwi還搭載了移動(dòng)處理器以支持交互行為。

Porject Kiwi的尺寸只有0．75米,但是這款機(jī)器人內(nèi)部的構(gòu)造遠(yuǎn)超于其他相同規(guī)模的類人機(jī)器人。因此在包裝和組件選擇方面,WDI面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。當(dāng)然,并不存在十全十美的辦法,WDI為此在設(shè)計(jì)方面做出了妥協(xié)。例如,為了壓縮尺寸,WDI幾乎沒采用電線和連接器,機(jī)器人整體全部依靠一種同時(shí)包含剛性和柔性材料屬性的電路板。但是這種電路板非常復(fù)雜,成本和制造時(shí)間也因此大幅度增加。同時(shí)Project Kiwi還要根據(jù)角色的包裝,而增加髖部和膝部促動(dòng)器的尺寸。

從軟件的角度來看,WDI花費(fèi)了大量的時(shí)間來開發(fā)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和動(dòng)畫工具,這樣才能讓動(dòng)畫制作者為Project Kiwi編寫風(fēng)格化的步態(tài),手勢(shì)和表情。但是與屏幕上的角色不同,物理規(guī)律是不可以改變的。因此,Project Kiwi目前僅限于在平坦的地面上進(jìn)行程式化的步行和跳舞,但是未來將會(huì)增加上樓梯等動(dòng)作。

Project Kiwi項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Scott LaValley表示,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),藝術(shù)家和動(dòng)畫師在賦予生活新的愿景方面同樣發(fā)揮著重要作用。“我們經(jīng)常從角色動(dòng)畫和游戲開發(fā)世界中汲取靈感,盡管機(jī)器人角色比虛擬角色更受限制,但我們正在解決許多相同的問題。另一個(gè)技巧是在設(shè)計(jì)過程的早期就利用運(yùn)動(dòng)研究(通過動(dòng)畫,運(yùn)動(dòng)捕捉和/或模擬工具)來為任何新機(jī)器人生成性能驅(qū)動(dòng)的要求�！�

不止一款

當(dāng)所有觀眾都在沉浸迪士尼的CG技術(shù)時(shí),該公司真正的內(nèi)涵其實(shí)遠(yuǎn)不止如此。2013年,迪士尼開發(fā)了一種快速骨架設(shè)計(jì)工具,這是一種機(jī)電一體化的機(jī)器人,利用蒙布隱藏軸承、連接器等組件,再通過動(dòng)力帶動(dòng)該工具移動(dòng),最終讓這個(gè)機(jī)器人可以直接將運(yùn)動(dòng)軌跡顯示在畫布上,從而大大減少了動(dòng)畫制作過程。

當(dāng)時(shí),迪士尼用這套工具設(shè)計(jì)了十個(gè)動(dòng)畫角色,最終制作完成的有七個(gè),在每種情況下,使角色按照自己的意愿完成工作都只用了不到半小時(shí)的時(shí)間,相較于以往一幀一幀地手繪,效率提升了數(shù)百倍。而且所有涉及的部件都是3D打印的,制作成本也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)手繪。

2016年時(shí),迪士尼又推出了液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人Jimmy。Jimmy沒有類人機(jī)器人中常用的電機(jī)和齒輪。取而代之的是,它依靠迪士尼自主研發(fā)的液壓執(zhí)行器來驅(qū)動(dòng)。不僅如此,相較于用耦合來傳動(dòng)動(dòng)力,由于用液壓閥直接作為驅(qū)動(dòng)裝置,使得Jimmy的靈活性遠(yuǎn)高于同時(shí)期電驅(qū)機(jī)器人。

2020年,迪士尼不滿足于只將骨架制作成機(jī)器人,于是又開發(fā)了表情機(jī)器人Gaze。強(qiáng)調(diào)能真實(shí)地模擬人類臉部表情,尤其能以眼睛自然眨動(dòng)形式活靈活現(xiàn)地表達(dá)眼神和情緒。

透過胸前的攝影機(jī)與計(jì)算機(jī)視覺技術(shù),Gaze能感知站在它面前的人,以及人的面部表情,并與其進(jìn)行互動(dòng)。Gaze的設(shè)計(jì)著重于面部的細(xì)微表情,包括眼球注視方向、眨眼頻率或轉(zhuǎn)頭動(dòng)作都能模擬人類自然行為,同時(shí)當(dāng)人類靠近時(shí),Gaze也會(huì)自動(dòng)給予回應(yīng)。

商業(yè)啟示

迪士尼所研發(fā)的機(jī)器人都有共同特點(diǎn),這些機(jī)器人研發(fā)的目的都是為了表演,并且這些機(jī)器人都是以人或者動(dòng)物為基礎(chǔ)。另一方面,這些機(jī)器人都是定制化的,卻也是通用型機(jī)器人。定制化在于,每款機(jī)器人都不會(huì)量產(chǎn),他們的生產(chǎn)和制造都是有著明確且單一的目的。通用則在于,這些機(jī)器人都有著極強(qiáng)的拓展能力,一旦套上角色的包裝,配合相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃,立刻就會(huì)變成那個(gè)角色。

迪士尼是世界范圍內(nèi)娛樂領(lǐng)域的龍頭企業(yè),旗下8大IP總價(jià)值將近4000億美元。而它真正的技術(shù)內(nèi)涵,甚至超過了絕大多數(shù)機(jī)器人公司。

以《復(fù)仇者聯(lián)盟4》為例,該電影拍攝成本為3．65億美元。其中,特效支出還不到1．5億美元,占比低于40%。另一部以特效知名的電影《阿凡達(dá)》,總投資2．37億美元,特效超過1．5億美元,占比63%。

《阿凡達(dá)》上映于2009年,《復(fù)仇者聯(lián)盟4》上映于2019年。即便前者的特效令人驚嘆,但是兩部相距10年的電影,其特效技術(shù)在熒幕上的表現(xiàn)力仍存在著巨大的差距。正是由于機(jī)器人技術(shù)帶來的便利,讓迪士尼擁有了更多施展的手段以及更低廉的拍攝成本。

這種專門為影視特效而生的機(jī)器人目前并未大規(guī)模啟用,甚至全球僅有迪士尼一家在普遍采用機(jī)器人技術(shù)拍電影。傳統(tǒng)的影視公司,如派拉蒙、20世紀(jì)福克斯,大多數(shù)仍采用純特效技術(shù)。

誠然,類人機(jī)器人的開發(fā)工作非常復(fù)雜,其中涉及的交叉學(xué)科非常多。根據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)(IFR)的報(bào)告,2019年工業(yè)機(jī)器人出貨量較2018年下滑16．9%,其中亞太地區(qū)兩大機(jī)器人采購國家:中國和日本,分別下滑9%和10%。

機(jī)器人市場(chǎng)中,另一大高出貨量、高安裝量的機(jī)器人是服務(wù)機(jī)器人。2020年該類型機(jī)器人全球出貨量為24萬臺(tái),較2019年增長31%。其主要增長點(diǎn)為物流機(jī)器人,2019年物流機(jī)器人總量為7．5萬臺(tái),2020年11．4萬臺(tái)。除此之外,公共環(huán)境機(jī)器人、軍用機(jī)器人等領(lǐng)域均增長緩慢。

從技術(shù)角度出發(fā),誠然,5G技術(shù)和人工智能技術(shù)的革新讓機(jī)器人擁有了更高的智慧以及更多的功能。但目前為止,市面現(xiàn)有的機(jī)器人較傳統(tǒng)機(jī)器人仍未有較大的差異化技術(shù),因此,工業(yè)機(jī)器人已顯露飽和態(tài),服務(wù)器機(jī)器人也很難成為剛需。

迪士尼的機(jī)器人開發(fā)對(duì)于整個(gè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)來說,無異于開拓了一條全新的市場(chǎng)。2020年,全球動(dòng)漫,視覺特效和視頻游戲行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模為2610億美元,而特效成本大約占作品生產(chǎn)總成本的20%到25%。

Project Kiwi每臺(tái)的成本不到10萬美元,相關(guān)的角色服裝的價(jià)格約為100美元。與之相對(duì)的,Project Kiwi為特效制作中的骨架設(shè)計(jì)減少超過1000萬美元(多角色)。事實(shí)上機(jī)器人為影視作品帶來的成本降低是難以衡量的,特定場(chǎng)景中,甚至可以利用機(jī)器人完全取代特效技術(shù)。

有句網(wǎng)絡(luò)流傳的話是“全世界都在催你長大,只有迪士尼守護(hù)著你內(nèi)心的童話”。不過,迪士尼守護(hù)的方法也在與時(shí)俱進(jìn)。