迪士尼嘅机器人开发之路

转载：本文来自微信公众号“财经涂鸦”（ID:caijingtuya），作者：苗正 ，编辑：tuya ，转载经授权发布。

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嘅业务是负责负责设计建造世界各地嘅迪士尼主题乐园。随住科技唔断进步，WDI为‌让迪士尼主题乐园能够更好地迎合来客，佢哋唔断为主题乐园增设新嘅业务，以提高娱乐性。

耐而耐之，WDI目前嘅岗位超过‌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早已唔满足只让科幻角色只停留喺荧幕上，佢哋想要将呢啲本该属于电影、动画中嘅人物出而家现实里。

2018年，WDI嘅Project Kiwi计划启动。这系一个动态嘅嘅类人机器人，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度嘅旋转，且依然能够保持平衡。机器人后方链接嘅电缆用于控制，而非电力传输。喺充满电嘅情况下，Project Kiwi可以运行45分钟。

 Project Kiwi（来源：WDI）

为‌能够让机器人更符合迪士尼版权下嘅角色特征，Project Kiwi能够进行从快速，富有表现力到极其缓慢和细微差别嘅动作。这需要开发定制嘅高速执行器，该执行器具有扭矩，安置喺机械嘅结构中。每个执行器还配有机械离合器和喺线扭矩传感器，以支持低刚度控制，进而实现顺应性嘅相互作用并减少振动。

相较于第啲类人机器人，WDI装入Project Kiwi体内嘅定制化硬件并唔常见。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嘅扩展配置空间。Project Kiwi还搭载‌移动处理器以支持交互行为。

Porject Kiwi嘅尺寸只有0.75米，但是这款机器人内部嘅构造远超于第啲相同规模嘅类人机器人。因此喺包装和组件选择方面，WDI面临住严峻嘅挑战。当然，并唔存喺十全十美嘅办法，WDI为此喺设计方面做出‌妥协。例如，为‌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嘅电路板。但是呢种电路板非常复杂，成本和制造时间也因此大幅度增加。同时Project Kiwi还要根据角色嘅包装，而增加髋部和膝部促动器嘅尺寸。

从软件嘅角度来睇，WDI花费‌大量嘅时间来开发运动规划和动画工具，呢样才能让动画制作者为Project Kiwi编写风格化嘅步态，手势和表情。但是同屏幕上嘅角色唔同，物理规律是唔可以改变嘅。因此，Project Kiwi目前仅限于喺平坦嘅地面上进行程式化嘅步行和跳舞，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，艺术家和动画师喺赋予生活新嘅愿景方面同样发挥住重要作用。“我哋经常从角色动画和游戏开发世界中汲取灵感，虽然机器人角色比虚拟角色更受限制，但我哋正喺度解决好多相同嘅问题。另一个技巧系喺设计过程嘅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嘅要求。”

唔止一款

当所有观众都喺度沉浸迪士尼嘅CG技术时，该公司真正嘅内涵其实远唔止咁。2013年，迪士尼开发‌一种快速骨架设计工具，呢系一种机电一体化嘅机器人，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，最终让呢个机器人可以直接将运动轨迹显示喺画布上，从而大大减少‌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‌十个动画角色，最终制作完成嘅有七个，喺每种情况下，使角色按照自己嘅意愿完成工作都只用‌唔到半个钟头嘅时间，相较于以往一帧一帧地手绘，效率提升‌数百倍。而且所有涉及嘅部件都系3D打印嘅，制作成本也远远低于传统手绘。

2016年时，迪士尼又推出‌液压驱动机器人Jimmy。Jimmy没有类人机器人中常用嘅电机和齿轮。取而代之嘅系，佢依靠迪士尼自主研发嘅液压执行器来驱动。唔仅咁，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，令到Jimmy嘅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，迪士尼唔满足于只将骨架制作成机器人，于是又开发‌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。

透过胸前嘅摄影机同计算机视觉技术，Gaze能感知站喺佢面前嘅人，以及人嘅面部表情，并同其进行互动。Gaze嘅设计住重于面部嘅细微表情，包括眼球注视方向、眨眼频率或转头动作都可以模拟人类自然行为，同时当人类靠近时，Gaze也会自动畀予回应。

 Gaze（来源：迪士尼研究院）

商业启示

迪士尼所研发嘅机器人都有共同特点，呢啲机器人研发嘅目嘅都系为‌表演，并且呢啲机器人都系以人或者动物为基础。另一方面，呢啲机器人都系定制化嘅，却都系通用型机器人。定制化喺于，每款机器人都唔会量产，佢哋嘅生产和制造都系有住明确且单一嘅目嘅。通用则喺于，呢啲机器人都有住极强嘅拓展能力，一旦套上角色嘅包装，配合相应嘅运动规划，立刻就会变成嗰个角色。

迪士尼是世界范围内娱乐领域嘅龙头企业，旗下8大IP总价值将近4000亿美元。而佢真正嘅技术内涵，甚至超过‌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。其度，特效支出仲未到1.5亿美元，占比低于40%。另一部以特效知名嘅电影《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。即便前者嘅特效令人惊叹，但是两部相距10年嘅电影，其特效技术喺荧幕上嘅表现力仍存喺住巨大嘅差距。正系由于机器人技术带来嘅便利，让迪士尼拥有‌更多施展嘅手段以及更低廉嘅拍摄成本。

呢种专门为影视特效而生嘅机器人目前并未大规模启用，甚至全球仅有迪士尼一家喺普遍采用机器人技术拍电影。传统嘅影视公司，如派拉蒙、20世纪福克斯，大多数仍采用纯特效技术。

诚然，类人机器人嘅开发工作非常复杂，其中涉及嘅交叉学科非常多。根据国际机器人联合会（IFR）嘅报告，2019年工业机器人出货量较2018年下滑16.9%，其中亚太地区两大机器人采购国家：中国和日本，分别下滑9%和10%。

机器人市场度，另一大高出货量、高安装量嘅机器人是服务机器人。2020年该类型机器人全球出货量为24万台，较2019年增长31%。其主要增长点为物流机器人，2019年物流机器人总量为7.5万台，2020年11.4万台。除此之外，公共环境机器人、军用机器人等领域均增长缓慢。

从技术角度出发，诚然，5G技术和人工智能技术嘅革新让机器人拥有‌更高嘅智慧以及更多嘅功能。但目前为止，市面现有嘅机器人较传统机器人仍未有较大嘅差异化技术，因此，工业机器人已显露饱和态，服务器机器人也好难成为刚需。

迪士尼嘅机器人开发对于成个机器人产业嚟讲，无异于开拓‌一条全新嘅市场。2020年，全球动漫，视觉特效和视频游戏行业嘅市场规模为2610亿美元，而特效成本大约占作品生产总成本嘅20%到25%。

Project Kiwi每台嘅成本唔到10万美元，相关嘅角色服装嘅价格约为100美元。同之相对嘅，Project Kiwi为特效制作中嘅骨架设计减少超过1000万美元（多角色）。事实上机器人为影视作品带来嘅成本降低是难以衡量嘅，特定场景度，甚至可以利用机器人完全取代特效技术。

有句网络流传嘅话是“全世界都喺度催你长大，只有迪士尼守护住你内心嘅童话”。唔过，迪士尼守护嘅方法也喺同时俱进。