“研發(fā)機器人的目的都是為了表演,關鍵價值之一是降低特效成本�！�

作者:苗正 出品:財經(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)務是負責負責設計建造世界各地的迪士尼主題樂園。隨著科技不斷進步,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新的業(yè)務,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、燈光設計師、表演節(jié)目編劇、平面設計師等等。但事實上,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、動畫中的人物出現(xiàn)在現(xiàn)實里。

2018年,WDI的Project Kiwi計劃啟動。這是一個動態(tài)的的類人機器人,同時具有交互性。這款機器人身高約為0．75米,可以進行水平50度的旋轉(zhuǎn),且依然能夠保持平衡。機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可以運行45分鐘。

為了能夠讓機器人更符合迪士尼版權下的角色特征,Project Kiwi能夠進行從快速,富有表現(xiàn)力到極其緩慢和細微差別的動作。這需要開發(fā)定制的高速執(zhí)行器,該執(zhí)行器具有扭矩,安置在機械的結(jié)構中。每個執(zhí)行器還配有機械離合器和在線扭矩傳感器,以支持低剛度控制,進而實現(xiàn)順應性的相互作用并減少振動。

相較于其他類人機器人,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自由度以支持聳肩功能,并具有用于展現(xiàn)自然手勢的擴展配置空間。Project Kiwi還搭載了移動處理器以支持交互行為。

Porject Kiwi的尺寸只有0．75米,但是這款機器人內(nèi)部的構造遠超于其他相同規(guī)模的類人機器人。因此在包裝和組件選擇方面,WDI面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。當然,并不存在十全十美的辦法,WDI為此在設計方面做出了妥協(xié)。例如,為了壓縮尺寸,WDI幾乎沒采用電線和連接器,機器人整體全部依靠一種同時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雜,成本和制造時間也因此大幅度增加。同時Project Kiwi還要根據(jù)角色的包裝,而增加髖部和膝部促動器的尺寸。

從軟件的角度來看,WDI花費了大量的時間來開發(fā)運動規(guī)劃和動畫工具,這樣才能讓動畫制作者為Project Kiwi編寫風格化的步態(tài),手勢和表情。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行程式化的步行和跳舞,但是未來將會增加上樓梯等動作。

Project Kiwi項目負責人Scott LaValley表示,根據(jù)經(jīng)驗,藝術家和動畫師在賦予生活新的愿景方面同樣發(fā)揮著重要作用�！拔覀兘�(jīng)常從角色動畫和游戲開發(fā)世界中汲取靈感,盡管機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。另一個技巧是在設計過程的早期就利用運動研究(通過動畫,運動捕捉和/或模擬工具)來為任何新機器人生成性能驅(qū)動的要求�！�

不止一款

當所有觀眾都在沉浸迪士尼的CG技術時,該公司真正的內(nèi)涵其實遠不止如此。2013年,迪士尼開發(fā)了一種快速骨架設計工具,這是一種機電一體化的機器人,利用蒙布隱藏軸承、連接器等組件,再通過動力帶動該工具移動,最終讓這個機器人可以直接將運動軌跡顯示在畫布上,從而大大減少了動畫制作過程。

當時,迪士尼用這套工具設計了十個動畫角色,最終制作完成的有七個,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的時間,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,制作成本也遠遠低于傳統(tǒng)手繪。

2016年時,迪士尼又推出了液壓驅(qū)動機器人Jimmy。Jimmy沒有類人機器人中常用的電機和齒輪。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。不僅如此,相較于用耦合來傳動動力,由于用液壓閥直接作為驅(qū)動裝置,使得Jimmy的靈活性遠高于同時期電驅(qū)機器人。

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

透過胸前的攝影機與計算機視覺技術,Gaze能感知站在它面前的人,以及人的面部表情,并與其進行互動。Gaze的設計著重于面部的細微表情,包括眼球注視方向、眨眼頻率或轉(zhuǎn)頭動作都能模擬人類自然行為,同時當人類靠近時,Gaze也會自動給予回應。

商業(yè)啟示

迪士尼所研發(fā)的機器人都有共同特點,這些機器人研發(fā)的目的都是為了表演,并且這些機器人都是以人或者動物為基礎。另一方面,這些機器人都是定制化的,卻也是通用型機器人。定制化在于,每款機器人都不會量產(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,這些機器人都有著極強的拓展能力,一旦套上角色的包裝,配合相應的運動規(guī)劃,立刻就會變成那個角色。

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

以《復仇者聯(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》,總投資2．37億美元,特效超過1．5億美元,占比63%。

《阿凡達》上映于2009年,《復仇者聯(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,其特效技術在熒幕上的表現(xiàn)力仍存在著巨大的差距。正是由于機器人技術帶來的便利,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器人技術拍電影。傳統(tǒng)的影視公司,如派拉蒙、20世紀�？怂�,大多數(shù)仍采用純特效技術。

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

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

從技術角度出發(fā),誠然,5G技術和人工智能技術的革新讓機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)有的機器人較傳統(tǒng)機器人仍未有較大的差異化技術,因此,工業(yè)機器人已顯露飽和態(tài),服務器機器人也很難成為剛需。

迪士尼的機器人開發(fā)對于整個機器人產(chǎn)業(yè)來說,無異于開拓了一條全新的市場。2020年,全球動漫,視覺特效和視頻游戲行業(yè)的市場規(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每臺的成本不到10萬美元,相關的角色服裝的價格約為100美元。與之相對的,Project Kiwi為特效制作中的骨架設計減少超過1000萬美元(多角色)。事實上機器人為影視作品帶來的成本降低是難以衡量的,特定場景中,甚至可以利用機器人完全取代特效技術。

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