基于Kinect體感技術的體育舞蹈互動教學開發(fā)

李 敏

(太原大學外語師范學院現(xiàn)代信息技術系，山西太原 030012)

體育舞蹈是計算機專業(yè)必修課，這門課的難度較大，但是教學中的問題并不僅僅在于其難度，關鍵是實驗環(huán)境和教師的現(xiàn)場指導非常缺乏，而且在有限的教學過程中，課程也無法引導學生培養(yǎng)邏輯思考、創(chuàng)新思維及問題解決的教學方法［1］。

研究者在長期的信息技術教育過程中深刻地體會到，信息科技不僅對教師而言是教學的利器，對學生而言更是輔助學習的有效工具。因此本研究利用Kinect體感技術開發(fā)可視化教學軟件，設計一套適用于大學階段學習體育舞蹈的交互式教學，在課程教學規(guī)劃運用系統(tǒng)化教學設計，進而分析、設計及開發(fā)互動教學，課程通過問題式學習的教學方式，提高學習興趣，使學生對問題解決有更深一層的認識與體會。實施成果可知學生的學習動力增強、創(chuàng)意無限，不僅在學習體育舞蹈時的表現(xiàn)更好，對信息技術領域科目學習內(nèi)容的掌握也有極大促進［2］。

1 文獻探討

1.1 體育舞蹈

舞蹈產(chǎn)生于人類的生活，勞動和情感，是一種人體文化。它隨著人類的社會演變和文化進程而發(fā)展。體育舞蹈的發(fā)展經(jīng)歷了原始舞蹈—公眾舞蹈—民間舞蹈—宮廷舞蹈—社交舞蹈—新舊國際標準交際舞等發(fā)展階段，它是男女二人或多人在舞曲的伴奏下，以優(yōu)美的藝術舞姿為表現(xiàn)形式的一項運動;是人體形態(tài)美，個性美的最直接表現(xiàn)形式。在美的熏陶和享受中，塑造形象，抒發(fā)情感，陶冶情操，展示高雅氣質和風度。

通過體育舞蹈專項課的教學，可以培養(yǎng)學生正確的審美觀和思想道德品質、陶冶情操、鍛煉身體、促進學生身心健康成長。還可以使學生基本了解和掌握體育舞蹈基本理論知識和基本技術，以及競賽組織裁判工作能力。體育舞蹈還可以增加學生社交知識技能，增進學生對體育、音樂、舞蹈、藝術的感知認識和興趣，提高學生的綜合素質，協(xié)同其它方面的教育，把學生培養(yǎng)成為德智體美全面發(fā)展的高級人才。

1.2 Kinect

Kinect原為微軟操作體感技術。使用者無需觸摸舞蹈控制器，通過手勢、操作和語音指令就能執(zhí)行指令，讓舞蹈與娛樂更加有趣。Kinect原本都只應用舞蹈與娛樂，但微軟在2011年推出官方kinect平臺，讓開發(fā)設計人員可以用官方的SDK驅動程序來進行相關應用的開發(fā)，至此Kinect大量的運用于醫(yī)學、商業(yè)購物及教育等［3］。

Kinect主要是通過提取到的視頻信息來轉換成相應數(shù)據(jù)。而骨骼追蹤的技術是由Microsoft所自行開發(fā)，判斷骨骼位置的方法主要是按照提取到的人體深度視頻來判斷骨骼節(jié)點的相對位置。而在確認人體骨骼坐標位置時，Kinect與實際計算機所對應的坐標是不一樣的，其計算機從左上開始算(0，0，0)坐標，往右X坐標遞增，相對地往下Y坐標遞增，而Kinect是以本身的體感裝置所對應的方向為基準。往左X坐標遞增，往上Y坐標遞增如圖1所示，都與計算機對應的坐標評估不同，所以在提取骨骼信息后想呈現(xiàn)所對應的坐標必須再通過程序處理的方式來轉換坐標數(shù)據(jù)。該骨骼子系統(tǒng)可同時檢測到2個人體節(jié)點信息，包含頭部、軀干、四肢以及手指等都是追蹤的范圍，通過這些節(jié)點可以用來加以研究及應用，使其應用可以達成體感性交互式的操作［4］。

圖1 Kinect工作原理

2 教學設計

教學設計流程為:分析、設計、開發(fā)以及評價。分析步驟針對教學需求、學生、內(nèi)容、數(shù)據(jù)分析;設計步驟按照第一階段分析的結果在教學策略、課程、用戶接口與互動方面進行設計;開發(fā)步驟的重點在于教學的開發(fā)與制作;評價的部分則是邀請專家以及使用者，對于教學進行評價。綜上所述，本研究的教學設計模式如圖2所示。

圖2 本研究教學設計模式

2.1 分析階段

需求分析的目的在于本研究進行設計、開發(fā)的前，根據(jù)文獻探討、國內(nèi)外網(wǎng)絡體育舞蹈課程和討論本研究的研究對象，了解相關課程的需求。本研究的學情分析主要進行問卷調(diào)查，對象為試驗班級的356位學生，總計發(fā)放356份問卷，根據(jù)問卷統(tǒng)計及分析結果得知，大部份的學生對于體育舞蹈的相關內(nèi)容有一定了解。教學分析的主要目的在于檢視本課程內(nèi)容的焦點，并確定本研究的課程目標及課程內(nèi)容。根據(jù)需求分析、學生分析、教學分析，選擇出適當?shù)拿襟w呈現(xiàn)的方式。

2.2 設計階段

教學設計及教材設計，按照教學分析所歸納的主題與課程內(nèi)容，采用任務問題解決教學策略設計，讓學生應用問題解決的模式，配合體育舞蹈及kinect體感技術的體感互動，來提高學生的學習興趣，讓學生在體育舞蹈的設計與驗證的過程中，學習與運用到原本不易理解的數(shù)學概念，課程內(nèi)容主題按文獻探討及參考相關書籍和網(wǎng)絡相關資源進行整理［5］。

2.3 開發(fā)階段

開發(fā)階段主要分為開發(fā)進度、教學制作、習題制作三部分，研究參考了國內(nèi)外相關教學平臺之后，選擇以網(wǎng)頁設計軟件、圖像處理軟件及影音編輯軟件等作為教學開發(fā)的工具。

2.4 評價階段

教學制作與開發(fā)的過程中必須不斷收集相關數(shù)據(jù)以持續(xù)評價教學內(nèi)容、架構等是否符合教學需要。本研究按照教學內(nèi)容、教學設計及用戶接口設計三個面進行評價。調(diào)查分兩階段進行，第一階段實施專家評價，修改教學不合宜的內(nèi)容與教學規(guī)劃，第二階段以學生和教師為對象進行評價工作，以實際了解教學設計與開發(fā)的優(yōu)缺點，作為教學改進的基礎。

3 教學開發(fā)

本章節(jié)內(nèi)容以研究方法中的課程設計規(guī)劃為基礎，進行體育舞蹈及Kinect體感技術互動教學課程設計開發(fā)，整體以網(wǎng)頁方式呈現(xiàn)。本課程以大學學生為主要研究對象，利用問題解決教學法輔助教學。

3.1 教學系統(tǒng)架構

教學系統(tǒng)主要以網(wǎng)頁形式呈現(xiàn)，學習內(nèi)容采用統(tǒng)一的設計用戶接口及制作規(guī)格，這將有助于使用者熟悉用戶接口的操作，用戶接口設計及架構如圖3所示，學習者將通過電腦等終端設備觀察舞蹈老師的操作，既有在線演示，也有離線教材，學習教材包含，舞蹈任務、舞蹈學堂、舞蹈范例觀摩、舞蹈操作庫等等。

圖3 用戶接口設計及架構圖

3.2 人機互動部分

系統(tǒng)構建首先需要解決Kinect的開發(fā)環(huán)境，本系統(tǒng)所開發(fā)工具必須構建在可視化及Java開發(fā)環(huán)境下。人機互動系統(tǒng)與用戶接口系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)方法是以Socket進行聯(lián)網(wǎng)傳輸，并通過無線網(wǎng)絡地址進行聯(lián)網(wǎng);人機互動系統(tǒng)主要以筆記型計算機平臺為主，并通過Kinect的骨骼檢測結果傳輸信息到用戶接口系統(tǒng)進行傳輸信息的操作，系統(tǒng)可通過用戶接口回傳的坐標信息實時顯示方位坐標位置圖在本系統(tǒng)中來實時追蹤其用戶接口系統(tǒng)的位置;而用戶接口系統(tǒng)主要于用戶接口平臺上進行信息傳送與接受，并通過無線控制芯片進行傳輸聯(lián)網(wǎng)。此系統(tǒng)的網(wǎng)絡傳輸過程是通過人機互動系統(tǒng)的要求可以傳送至用戶接口系統(tǒng)并通過系統(tǒng)接收到的信息給予無線傳輸中的服務器端進行控制。

系統(tǒng)的主要功能是結合Kinect體感裝置與移動設備進行人機互動的主要操控系統(tǒng)，而人機互動系統(tǒng)同時會接收到用戶接口所回傳的坐標信息實時控制移動設備所在的位置。人機互動系統(tǒng)主要以Kinect來進行身體操作的解析并以網(wǎng)絡傳輸封包的方式來傳送信息給用戶接口，系統(tǒng)來進行移動設備的控制，而為了避免使用者的姿勢相近而導致沖突的情況產(chǎn)生，姿勢的擺動都以基礎操作分類。由于系統(tǒng)主要搭配舞蹈搜索主題的方式與使用者互動來達到系統(tǒng)的教學性，本系統(tǒng)使用了數(shù)據(jù)庫的方式紀錄使用者在舞蹈學習過程中所花費的時間并把使用者信息存入數(shù)據(jù)庫中進行分析。系統(tǒng)為了方便使用者紀錄信息，在開始進行舞蹈前會以人機互動系統(tǒng)裝置中的鏡頭來進行身份確認，通過人臉身分的確認方法可以讓使用者不必再填寫繁瑣數(shù)據(jù)。

4 結論

信息技術輔助教育的目標應該是在有限的教學課程內(nèi)容中，讓學生學會知識與技能，進而使學生主動運用信息技術提高學習效果。根據(jù)使用者滿意度評估的結果發(fā)現(xiàn)，有89%的學生表示系統(tǒng)對掌握體育舞蹈的細節(jié)，領悟舞蹈的內(nèi)涵有幫助，因而更喜歡上體育舞蹈，課程。系統(tǒng)的視覺性操作方式，可降低學生學習的難度，結合Kinect互動體感與問題導向教學，能提高學生學習興趣，更能有效幫助學生運用更嚴謹?shù)膽B(tài)度學習體育舞蹈。未來，本系統(tǒng)還嘗試結合其它學科，實施融入式學習，加強學習效果。這樣不僅能實現(xiàn)各學習領域內(nèi)容的學習目標，更能培養(yǎng)創(chuàng)新思維及問題解決的能力，實現(xiàn)雙贏的效果，這也是信息教育未來的趨勢。

［1］羅元，謝彧，張毅.基于Kinect傳感器的智能輪椅手勢控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［J］.機器人，2012(1):24－28.

［2］黃康泉，陳壁金，鄭博，等.Kinect在視頻會議系統(tǒng)中的應用［J］.廣西大學學報(自然科學版)，2011(S1):34 －38.

［3］金燁.Kinect:微軟新生［J］.中國經(jīng)濟和信息化，2011(7):67－71.

［4］王康.基于Kinect的體感交互式電子白板初探［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2012(6):29－34.

［5］林填鋒，楊潔霞.基于Kinect的人體識別技術的一些改進［J］.電腦知識與技術，2012(21):12 －16.