動作與音樂的節(jié)奏特征匹配模型研究

常超

摘 要：通過動作與音樂的節(jié)奏特征匹配模型來改變制作動畫中的動作和音樂效果。在此模型中需首先了解其特點，繼而利用動態(tài)時間規(guī)整算法在了解其應(yīng)用在模型上的配合效果。為了有效看出模型在動作和音樂效果，可通過實驗獲得數(shù)據(jù)。首先可通過匹配模型來了解計算機中兩樣數(shù)據(jù)組合情況來獲得關(guān)鍵數(shù)據(jù)，之后通過數(shù)據(jù)顯示出來的性征特點來實現(xiàn)動作和音樂的配合效果?，F(xiàn)本文將具體針對動作與音樂的節(jié)奏特征匹配模型進行闡述分析，希望為以后的研究提供參考以及借鑒。

關(guān)鍵詞：動作；音樂；節(jié)奏特征

中圖分類號：TP391.41 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-2596（2016）02-0233-02

眾所周知，音樂對個體有著絕對感召力的元素是“節(jié)奏”。從各國音樂的發(fā)展，可以看到縱使語言不通，在不同的國度的個體也會隨著音樂的節(jié)奏而抒發(fā)個體情懷。因此，可以說“音樂節(jié)奏”成為人們共同所享有的元素。尤其是現(xiàn)代音樂的發(fā)展，對節(jié)奏的關(guān)注比以往任何一個時期都更為重視。從音樂發(fā)展的核心來看，動作和節(jié)奏是音樂發(fā)展過程中的兩個不可或缺的核心要求。

在現(xiàn)代音樂中，動作和音樂片段的相互匹配已經(jīng)廣泛應(yīng)用于在編舞和配樂中。在創(chuàng)作編舞時，要以用戶選定的音樂片段為依據(jù)，在此基礎(chǔ)上編排適當(dāng)?shù)奈璧竸幼?。在?chuàng)作配樂時，就要在用戶選定的舞蹈動作的基礎(chǔ)上，再創(chuàng)作出合適的背景音樂。但是動作與音樂作為兩種完全不同感知的時序信號，為了二者能夠恰當(dāng)?shù)钠ヅ湓谝黄?，此時，就需要一種動作——音樂特征匹配模型的建立，此模式能夠?qū)渭兊膭幼髋c音樂信號合為一體，建立符合人類認(rèn)知的匹配關(guān)系，且能夠存儲、檢索和編輯音樂和動作。

一、傳統(tǒng)創(chuàng)造與“節(jié)奏”的論述

傳統(tǒng)創(chuàng)作動畫就是利用動畫師手工建立動作與音樂的匹配模型，然后，以給定的音樂為基礎(chǔ)進行編舞，手工繪制關(guān)鍵幀后，再經(jīng)過計算機進行插值處理，以變成舞蹈動畫。相對于配樂而言，就需要動畫師聽取不同的音樂并進行多次創(chuàng)作，最終選定與既定的舞蹈動作最為匹配的音樂，選曲是非常耗時且枯燥的。

到目前為止，在動作與音樂特征匹配模型方面，人們已經(jīng)積累了許多有價值的經(jīng)驗，在編舞方面，研究出了一個以音樂情感以及運動風(fēng)格為基礎(chǔ)的動作與音樂特征匹配模型；并研究出對音樂和動作的節(jié)奏以及密度特征的利用，以使整個編舞過程更加順利；還可以預(yù)先構(gòu)建動作圖，以供搜索選擇，使編舞系統(tǒng)的搜索效率得到提高。在配樂方面，Lee等建立了以一個舞蹈動作和音樂特征點之間的匹配模型，將其作為創(chuàng)作音樂的基礎(chǔ)，以使半自動配樂得以實現(xiàn)；Cardle等制作出了應(yīng)用于影片音軌配樂系統(tǒng)的匹配模型。但是，上述匹配模型都是以一定任務(wù)為前提，在不同場合的情況下就難以通用。

音樂和舞蹈中交替出現(xiàn)，且有規(guī)律性的強弱、長短的現(xiàn)象被稱為“節(jié)奏”。人的走路步態(tài)、動作的強弱以及節(jié)奏等動作特征，以及音調(diào)、音高、音色、音符時長的音樂節(jié)奏等音樂特征都是能夠被人類所感知的。經(jīng)研究證明，最容易被觀眾感知的特征就是節(jié)奏，且節(jié)奏是舞蹈動作與音樂共同的特征。在研究分析動作特征時，Shiratori等提出，動作的主要特征就應(yīng)該是動作的節(jié)奏模式，在對日本傳統(tǒng)舞蹈的節(jié)奏進行分析學(xué)習(xí)時，就必須結(jié)合手、腳以及身體重心三點的速度曲線以達到完美的效果。而Lee等提出，將關(guān)節(jié)點角速度的極值點當(dāng)做分割節(jié)奏的候選點以進行節(jié)奏分析，而后按照候選點的分布排列情況將其重新制作成動作特征曲線。在分析音樂特征之時，Goto將音符的起始點、和弦變化以及鼓點模式綜合起來，以完成對音樂節(jié)奏特征的分析。Kim等認(rèn)為音樂的主要特征就應(yīng)該是播放的速度、節(jié)拍等。以上所述，均是以“節(jié)奏”特征為中心進行闡述，所以，在本文中，也選擇將音樂的舞蹈動作的節(jié)奏特征作為基礎(chǔ)和鋪墊，以將動作與音樂片段的匹配模型得到建立。

二、提取節(jié)奏特征

為使計算機動作與音樂的節(jié)奏相互匹配，就需要將動作和音樂信號變成在節(jié)奏語義上的特征點序列，也就是將音樂與動作數(shù)據(jù)的節(jié)奏信息以函數(shù)的形式抽象的表達出來。可以說，通過計算機對動作與音樂節(jié)奏的匹配，更加能夠合理數(shù)據(jù)庫范圍內(nèi)所要求的各種規(guī)范，信息函數(shù)是其表達所需要的前提，序列與節(jié)奏則是最終的表現(xiàn)形式。

Kim等對于節(jié)奏的分析方法就是將各個關(guān)節(jié)點角速度曲線的動作數(shù)據(jù)提取出來，并將曲線的極值點作為節(jié)奏的參考點，以使參考點的時間序列形成。MIDI有較為直接的音樂節(jié)奏的提取，被看做音符指令組成集合的MIDI樂譜，在獲得音符時長和位置時可以較為容易得到，但對于絕大多數(shù)音樂的片段來說，一個音樂小節(jié)各類音符的起始點一般都是四分音符，同時其也是樂曲的重音處，所以，一般情況下，音符的節(jié)拍位置都會與四分音符相重合。按照這一特點，將MIDI樂譜中的每一個四分音符的位置都作為此音樂的節(jié)奏點，此方法就是節(jié)奏特征的提取算法。用與節(jié)奏點最近距離的音符的音高決定節(jié)奏點的強度，節(jié)奏點未落在四分音符處的音樂片段不在本次研究之內(nèi)。

三、節(jié)奏匹配度量

從音樂整體發(fā)展來觀察，動作序列與節(jié)奏序列處于相互依賴，而又各自獨立的過程中。無論是動作序列的編排如何具有創(chuàng)意性，總是離不開節(jié)奏旋律的規(guī)范。這是節(jié)奏序列與動作發(fā)展的所要依據(jù)的規(guī)律。計算機的出現(xiàn)與應(yīng)用，給節(jié)奏的劃分提供更為精準(zhǔn)的體系，制定一系列的標(biāo)準(zhǔn)。而對音樂節(jié)奏度量的要求，隨著計算機的發(fā)展與人們對辨音的更高的要求，而更得更加嚴(yán)謹(jǐn)。

當(dāng)動作序列被轉(zhuǎn)化為動作節(jié)奏特征點序列值，音樂序列被轉(zhuǎn)化為音樂節(jié)奏特征點序列值之后，二者的匹配程度就需要通過計算得出，其中方法包括：利用經(jīng)典的歐式距離以解決上述問題，但是動作和音樂特征點序列的總體往往有相似的趨勢，但是卻不能夠在時間軸上對齊。DTW算法就能夠結(jié)合時間規(guī)劃與距離測度，以有效的將問題解決。計算動作與音樂片段匹配程度的準(zhǔn)則可以用它提供的累積距離函數(shù)來表示。

四、構(gòu)建動作—音樂映射圖

一般應(yīng)用動作圖以及音樂圖的方式進行儲存和組織動作和音樂的數(shù)據(jù)，進行自動編舞以及配樂。也就是通過節(jié)奏切分動作數(shù)據(jù)以及音樂數(shù)據(jù)，然后將各個片段制作成動作圖或者音樂圖中的一個節(jié)點。這樣就可以將自動編舞以及配樂變成為遍歷問題，通俗來說，就是利用動作以及音樂的節(jié)奏匹配模型以將潛在的動作和音樂片段組合的匹配程度計算出來。自動編舞或配樂的輸出結(jié)果就選擇匹配程度最高的一條路徑。但計算的過程花銷較大，因此必須構(gòu)建一張以節(jié)奏為基礎(chǔ)的動作——音樂映射圖，以使候選動作或音樂數(shù)據(jù)的搜索更加高效。

（一）構(gòu)建動作與音樂圖

構(gòu)建動作與音樂圖之前，應(yīng)該以動作和音樂節(jié)奏點的位置為基礎(chǔ)，然后切分動作和音樂數(shù)據(jù)，以及節(jié)點間的距離以建立其的連通性。具體可分為音色距離以及和弦距離兩種。

（二）動作—音樂映射

通過對DTW算法得出的分值進行比較，找出與每個動作或音樂片段最為匹配的音樂或動作節(jié)點，最后將匹配的結(jié)構(gòu)存儲與一個動作的音樂映射表中，此映射表能夠?qū)⑺阉鞯男侍岣摺?/p>

（三）點對點的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)

點對點的信息獲取，簡稱為P2P搜素，是網(wǎng)絡(luò)上一種對音樂作品進行深層挖掘的方式，主要通過一些分享開放式的文檔進行篩選信息，可以分享的音樂文檔也涵蓋了作品名稱、作者、曲風(fēng)、時代等。這種平臺互動和共享的音樂搜索機制正在慢慢應(yīng)用到其他領(lǐng)域中。

五、配樂及編舞

完整的動作—音樂映射圖有利于自動配樂以及自動編舞，其工作流程具體可分為兩個階段：預(yù)計算和實時運行階段。但同時，為了候選動作和音樂之間的節(jié)奏匹配的改善，以使質(zhì)量符合客戶要求，對候選動作以及音樂還需進行加工處理。

（一）自動配樂

用戶將動作序列輸入，系統(tǒng)將自動輸出匹配于該動作序列的音樂序列被稱為配樂。自動配樂的過程中，依據(jù)于數(shù)據(jù)庫對動作序列和節(jié)奏序列的整合，依據(jù)制作者所制定的標(biāo)準(zhǔn)與體系而進行相對更佳的配比。用戶對動作序列的要求，通過具體指令進行匹配形式的操作和匹配結(jié)果的干預(yù)，從而形成符合用戶需求的配樂，這種配樂方式，相對于傳統(tǒng)方式來說，更加快捷而有效。

（二）自動編舞

用戶將音樂序列輸入，系統(tǒng)將自動輸出匹配于該音樂序列的舞蹈動作被稱之為自動編舞。從編舞的指令入手，計算機數(shù)據(jù)庫內(nèi)存在大量舞蹈風(fēng)格與類型，不同的風(fēng)格和類型是精通前期的裁剪而優(yōu)化形成音樂資源的主體，對用戶所提到基本要求給一定程度上的滿足。個體用戶通過指令的方式輸入音樂序列，指令轉(zhuǎn)達給舞蹈數(shù)據(jù)庫，進行相對應(yīng)的配合，以達到音樂序列與舞蹈序列的結(jié)合。

（三）動作候選以及優(yōu)化音樂編輯

即使圖遍歷策略輸出的候選動作以及音樂序列是最好的，但是因原始數(shù)據(jù)庫存在不完備的特征，也還是無法通過圖遍歷策略完成兩者的高度匹配。依據(jù)DTW算法，可以變形音樂片段，以達到將動作特征點映射到對應(yīng)的音樂特征點中的目的，使動作以及音樂片段的匹配程度得到改善和提高。

結(jié)語

動作——音樂匹配模型是為了改變舞蹈連貫性和音樂方面的匹配，在模型中前期通過動作-音樂視圖以及DTW算法從而得出數(shù)據(jù)，然后通過數(shù)據(jù)來改善和處理動畫和音樂方面的問題。

動作和音樂融合狀況一直是一個難以攻克的課題，需要更深層次的去完善和處理相關(guān)問題。文章指出的編舞處理未能整體考慮相連性，只考慮的片段之間動作聯(lián)系，為了能全面處理整體問題，可以通知整體段落之間的聯(lián)系來改善部分段落之間的契合，從而使段落中的動作能實現(xiàn)完全的整體連貫和匹配。而音樂方面，為了使片段和片段之間能夠完整的呈現(xiàn)完美旋律，可以通過計算機的數(shù)據(jù)庫在此方面的音樂銜接規(guī)則得出片段之間的聯(lián)系，來實現(xiàn)音樂整體旋律的完美融合。動作——音樂匹配模型在動作和音樂方面能夠使編舞和配樂系統(tǒng)的整體效率提高，還能使舞蹈和音樂之間的融合的更加簡單、方便、快捷。

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（責(zé)任編輯 賽漢）