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本文为 SIGGRAPH 2017 Talks 论文《Scalable Blendshape System for Texture Based Facial Animation》的中文译文与整理。
作者：
- Aloys Baillet（Animal Logic，aloys.baillet@al.com.au）
- Josh Murtack（Animal Logic，josh.murtack@al.com.au）
- Michael Qandt（Animal Logic，michael.quandt@al.com.au）
摘要
为支撑《乐高蝙蝠侠大电影》不断增长的动画需求，Animal Logic 团队开发了一套用于动画化 LEGO 面部的独特 blendshape 系统。动画师可以获得实时的纹理预览，并能通过高效地修改顶点与切线，快速“雕刻”轮廓曲线（contour-curves）的形状。该专有动画系统能够在每一个新的姿势（pose）出现时，按需即时生成新的 blendshape。
1 需要一种新策略
团队此前的做法，是直接对曲线控制顶点与切线的二维坐标（XY）进行动画化。这一方式会暴露出数量过多的函数曲线（function curves），导致在复杂角色面部（例如 UniKity）上，关键帧编辑耗时可高达 20 秒。显然，随着《乐高蝙蝠侠大电影》的复杂度提升，团队必须设计一套全新的动画策略。
最终形成的方案是：将动画存储为每条曲线控制顶点（CV, control vertex）与切线（tangent）相对于原始形状的增量（delta）。每个 delta 与一个 blend 权重（blend weight）关联；当镜头中出现新的关键姿势（key pose）时，专有动画系统会按需“即时”（on-the-fly）创建新的 blendshape。
说明：这里的“delta + blend weight”思想，本质上是在保持曲线编辑工作流的同时，把“曲线形状变化”转写为可组合、可插值的 blendshape 权重空间，从而避免在每个控制点层面暴露大量可动画对象。
2 可扩展性问题
旧版动画系统会为每个角色的面部暴露如下数量的动画曲线：
Nac = Ncu * Ncv * Nco
其中：
Nac：动画曲线（animation curves）的数量Ncu：曲线（curves）的数量Ncv：每条曲线的控制顶点（CV）与切线（tangent）的平均数量Nco：使用的坐标维度数（仅用 XY 来表示二维曲线，因此为 2）
以一个“平均镜头”为例：该镜头包含 50 个关键姿势（其中 25 个为不重复的独特姿势），角色面部包含 50 条曲线，每条曲线平均有 30 个 CV 与切线。此时动画师需要动画化 3000 条函数曲线（function-curves），并且每条曲线最多可包含 50 个关键帧（keyframes）。这类规模在制作中会迅速失控，并直接反映为交互性能问题与制作复杂度上升。
为解决该问题，团队将策略修改为：每个 blendshape 只对应一条动画曲线，同时把每个 CV 与切线的位置记录为相对于原始形状的 delta。这样系统暴露的动画曲线数量变为：
Nac = Ncu * Nup，并且 Nup < Nkp
其中：
Nup：镜头中独特关键姿势（unique key poses）的数量Nkp：镜头中关键姿势（key poses）的数量
在同样的“平均镜头”中，新系统仅会暴露 1250 条动画曲线，但每条曲线会有 75 个关键帧。换言之，系统从“控制点级别的海量曲线”转向“blendshape 级别的有限曲线”，从而把复杂度集中到更符合动画师思维的层级，并为后续的清理与复用创造条件。
3 挑战
团队面临的首要挑战，是在提升系统能力的同时，仍然保持动画师的易用性——尤其是对那些并不习惯在每个关键姿势上创建 blendshape 的动画师。为此，工具需要贴合《乐高大电影》时期形成的特定工作流与动画风格。
即便采用新系统，较长的独白镜头仍然会导致 shape 数量显著增加。为了解决这一点，团队实现了清理（cleanup）工具，用于删除未使用的 shapes，并确保这些“极端镜头”（exceptional shots）依然处于可管理的规模之内。
4 结论与未来工作
借助 Animal Logic Animation Library 的新进展，团队已经能够以前所未有的速度为数百个角色制作动画，同时仍然维持极高质量。这使得 LEGO 面部的视觉复杂度得以大幅提升——而这类提升也会带来新的“构建挑战”（construction challenges），并需要 LEGO Corporation 在其制作与设计侧进行相应配合。
在性能方面，系统仍存在进一步优化空间：例如引入对单个 shapes 的哈希（hash），以提升复用的一致性与效率。此外，这种“动态生成”的动画系统不仅适用于实时纹理生成（realtime texture generation），也可被推广到其他上下文中。
参考文献
- Aloys Baillet, Josh Murtack, Michael Qandt. 2017. Scalable Blendshape System for Texture Based Facial Animation. SIGGRAPH 2017 Talks, Los Angeles, CA, USA. Animal Logic. 原文页面：https://animallogic.com/technology/publications/scalable-blendshape-system/，PDF：https://animallogic.com/wp-content/uploads/2023/06/Scalable-Blendshape-System-for-Texture-Based-Facial-Animation.pdf