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迪士尼的机器人开发之路

IPO早知道  · 公众号  · 投资  · 2021-05-11 18:55

正文



研发机器人的目的都是为了表演,关键价值之一是降低特效成本。




作者:苗正
编辑:tuya
出品:财经涂鸦(ID:caijingtuya)


1956年,迪士尼幻想工程(Walt Disney Imagineering,下称WDI)于加州迪士尼乐园成立。起初,WDI的业务是负责负责设计建造世界各地的迪士尼主题乐园。随着科技不断进步,WDI为了让迪士尼主题乐园能够更好地迎合来客,他们不断为主题乐园增设新的业务,以提高娱乐性。

久而久之,WDI目前的岗位超过了140种,其中包括插画师、建筑师、工程师、灯光设计师、表演节目编剧、平面设计师等等。但事实上,WDI早已不满足只让科幻角色只停留在荧幕上,他们想要把这些本该属于电影、动画中的人物出现在现实里。

2018年,WDI的Project Kiwi计划启动。这是一个动态的的类人机器人,同时具有交互性。这款机器人身高约为0.75米,可以进行水平50度的旋转,且依然能够保持平衡。机器人后方链接的电缆用于控制,而非电力传输。在充满电的情况下,Project Kiwi可以运行45分钟。

Project Kiwi(来源:WDI)

为了能够让机器人更符合迪士尼版权下的角色特征,Project Kiwi能够进行从快速,富有表现力到极其缓慢和细微差别的动作。这需要开发定制的高速执行器,该执行器具有扭矩,安置在机械的结构中。每个执行器还配有机械离合器和在线扭矩传感器,以支持低刚度控制,进而实现顺应性的相互作用并减少振动。

相较于其他类人机器人,WDI装入Project Kiwi体内的定制化硬件并不常见。例如,锁骨和肩部仅具有五个自由度以支持耸肩功能,并具有用于展现自然手势的扩展配置空间。Project Kiwi还搭载了移动处理器以支持交互行为。

Porject Kiwi的尺寸只有0.75米,但是这款机器人内部的构造远超于其他相同规模的类人机器人。因此在包装和组件选择方面,WDI面临着严峻的挑战。当然,并不存在十全十美的办法,WDI为此在设计方面做出了妥协。例如,为了压缩尺寸,WDI几乎没采用电线和连接器,机器人整体全部依靠一种同时包含刚性和柔性材料属性的电路板。但是这种电路板非常复杂,成本和制造时间也因此大幅度增加。同时Project Kiwi还要根据角色的包装,而增加髋部和膝部促动器的尺寸。

从软件的角度来看,WDI花费了大量的时间来开发运动规划和动画工具,这样才能让动画制作者为Project Kiwi编写风格化的步态,手势和表情。但是与屏幕上的角色不同,物理规律是不可以改变的。因此,Project Kiwi目前仅限于在平坦的地面上进行程式化的步行和跳舞,但是未来将会增加上楼梯等动作。

Project Kiwi项目负责人Scott LaValley表示,根据经验,艺术家和动画师在赋予生活新的愿景方面同样发挥着重要作用。“我们经常从角色动画和游戏开发世界中汲取灵感,尽管机器人角色比虚拟角色更受限制,但我们正在解决许多相同的问题。另一个技巧是在设计过程的早期就利用运动研究(通过动画,运动捕捉和/或模拟工具)来为任何新机器人生成性能驱动的要求。”


不止一款

当所有观众都在沉浸迪士尼的CG技术时,该公司真正的内涵其实远不止如此。2013年,迪士尼开发了一种快速骨架设计工具,这是一种机电一体化的机器人,利用蒙布隐藏轴承、连接器等组件,再通过动力带动该工具移动,最终让这个机器人可以直接将运动轨迹显示在画布上,从而大大减少了动画制作过程。

快速骨架设计工具(来源:迪士尼研究院)

当时,迪士尼用这套工具设计了十个动画角色,最终制作完成的有七个,在每种情况下,使角色按照自己的意愿完成工作都只用了不到半小时的时间,相较于以往一帧一帧地手绘,效率提升了数百倍。而且所有涉及的部件都是3D打印的,制作成本也远远低于传统手绘。

2016年时,迪士尼又推出了液压驱动机器人Jimmy。Jimmy没有类人机器人中常用的电机和齿轮。取而代之的是,它依靠迪士尼自主研发的液压执行器来驱动。不仅如此,相较于用耦合来传动动力,由于用液压阀直接作为驱动装置,使得Jimmy的灵活性远高于同时期电驱机器人。

Jimmy(来源:迪士尼研究院)

2020年,迪士尼不满足于只将骨架制作成机器人,于是又开发了表情机器人Gaze。强调能真实地模拟人类脸部表情,尤其能以眼睛自然眨动形式活灵活现地表达眼神和情绪。

透过胸前的摄影机与计算机视觉技术,Gaze能感知站在它面前的人,以及人的面部表情,并与其进行互动。Gaze的设计着重于面部的细微表情,包括眼球注视方向、眨眼频率或转头动作都能模拟人类自然行为,同时当人类靠近时,Gaze也会自动给予回应。

Gaze(来源:迪士尼研究院)


商业启示

迪士尼所研发的机器人都有共同特点,这些机器人研发的目的都是为了表演 ,并且这些机器人都是以人或者动物为基础。另一方面,这些机器人都是定制化的,却也是通用型机器人。定制化在于, 每款机器人都不会量产,他们的生产和制造都是有着明确且单一的目的 。通用则在于,这些机器人都有着极强的拓展能力,一旦套上角色的包装,配合相应的运动规划,立刻就会变成那个角色。

迪士尼是世界范围内娱乐领域的龙头企业,旗下8大IP总价值将近4000亿美元。 而它真正的技术内涵,甚至超过了绝大多数机器人公司

以《复仇者联盟4》为例,该电影拍摄成本为3.65亿美元。其中,特效支出还不到1.5亿美元,占比低于40%。另一部以特效知名的电影《阿凡达》,总投资2.37亿美元,特效超过1.5亿美元,占比63%。

《阿凡达》上映于2009年,《复仇者联盟4》上映于2019年。即便前者的特效令人惊叹,但是两部相距10年的电影,其特效技术在荧幕上的表现力仍存在着巨大的差距。 正是由于机器人技术带来的便利,让迪士尼拥有了更多施展的手段以及更低廉的拍摄成本







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