基于動(dòng)作捕捉技術(shù)的數(shù)字化舞蹈教學(xué)方法研究

王露晨等

摘要：本文針對(duì)舞蹈學(xué)習(xí)的復(fù)雜性，提出基于動(dòng)作捕捉技術(shù)的舞蹈教學(xué)方法，利用動(dòng)作捕捉技術(shù)將一整段復(fù)雜的舞蹈動(dòng)作分解成很多小段，建立舞蹈教學(xué)姿態(tài)數(shù)據(jù)庫，制成教學(xué)動(dòng)畫，指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)小段舞蹈動(dòng)作進(jìn)行學(xué)習(xí)模仿，從而重構(gòu)出整套舞蹈動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)教學(xué)。

關(guān)鍵詞：舞蹈教學(xué)；動(dòng)作捕捉技術(shù)；姿態(tài)數(shù)據(jù)庫；教學(xué)動(dòng)畫；三維立體教學(xué)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2016）06-0071-04

引言

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的深入應(yīng)用，不僅豐富了教學(xué)內(nèi)容，而且彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)方法存在的多種弊端。動(dòng)作捕捉技術(shù)與舞蹈教學(xué)的有效結(jié)合，就是計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的一種表現(xiàn)形式，實(shí)現(xiàn)了三維虛擬世界與現(xiàn)實(shí)技術(shù)的完美結(jié)合。[1]近年來研究人員在動(dòng)作捕捉的應(yīng)用方面進(jìn)行了廣泛研究。有的將動(dòng)作捕捉技術(shù)與中國木偶戲相結(jié)合[2]，提出了一套木偶戲數(shù)字化的技術(shù)方案；有的使用動(dòng)作捕捉系統(tǒng)對(duì)高爾夫球員揮桿時(shí)的臀部和軀干運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究[3]，計(jì)算出軀干、髖部的運(yùn)動(dòng)與揮桿之間的關(guān)系，為高爾夫運(yùn)動(dòng)的科學(xué)訓(xùn)練提供了理論上的支持；有的利用動(dòng)作捕捉技術(shù)開發(fā)了一個(gè)虛擬的籃球訓(xùn)練系統(tǒng)[4]，用戶可以通過該系統(tǒng)自己訓(xùn)練罰球課程；有的提出了基于動(dòng)作捕捉技術(shù)的動(dòng)畫制作方法和流程[5]，對(duì)動(dòng)畫制作過程中的動(dòng)畫合成和消除滑步等技術(shù)進(jìn)行了闡述。由此可見動(dòng)作捕捉技術(shù)應(yīng)用之廣泛。

作為一種藝術(shù)表演形式，舞蹈是一種伴隨著韻律的肢體運(yùn)動(dòng)，越來越多的人開始投身于舞蹈學(xué)習(xí)中。但舞蹈的學(xué)習(xí)并非易事，如學(xué)習(xí)者的個(gè)體差異性、對(duì)韻律的掌握度、教練與學(xué)員的心理等因素都會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)度產(chǎn)生影響。為改善這種情況，筆者提出利用動(dòng)作捕捉技術(shù)來輔助舞蹈的教學(xué)研究，將捕捉到的舞蹈表演者的三維運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字化的抽象運(yùn)動(dòng)，建立三維人體運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)庫，生成教學(xué)動(dòng)畫，對(duì)改變傳統(tǒng)舞蹈教學(xué)的弊端，提高教育教學(xué)質(zhì)量有著重要的意義。

三維動(dòng)作捕捉技術(shù)

1.動(dòng)作捕捉系統(tǒng)

動(dòng)作捕捉（Motion Capture）是實(shí)時(shí)地準(zhǔn)確測(cè)量、記錄物體在真實(shí)三維空間中的運(yùn)動(dòng)軌跡或姿態(tài)，并在虛擬三維空間中重建運(yùn)動(dòng)物體每一時(shí)刻運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的高新技術(shù)。技術(shù)涉及尺寸測(cè)量、物理空間里的物體的定位及方位測(cè)定等可以由計(jì)算機(jī)直接處理數(shù)據(jù)[6]，在運(yùn)動(dòng)物體關(guān)鍵部位設(shè)置追蹤器，用動(dòng)作捕捉系統(tǒng)記錄物體移動(dòng)的過程，再經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后得到三維空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)。動(dòng)作捕捉系統(tǒng)按原理可分為機(jī)械式、聲學(xué)式、電磁式、光學(xué)式。[7]其中，光學(xué)式動(dòng)作捕捉系統(tǒng)給予表演者充分的空間盡情表演，不受空間及機(jī)械設(shè)備的限制，并且能通過高精度攝像機(jī)捕捉到高速運(yùn)動(dòng)的動(dòng)作或物體。筆者利用光學(xué)式動(dòng)作捕捉系統(tǒng)來獲取運(yùn)動(dòng)三維數(shù)據(jù)，光學(xué)式動(dòng)作捕捉系統(tǒng)通過高精度的攝像機(jī)拍攝指定范圍內(nèi)的人體的運(yùn)動(dòng)，為了便于捕捉以及對(duì)三維數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理，要求表演者身穿單色服裝，并在人體的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)部位貼上高反射Marker標(biāo)記點(diǎn)（如圖1），將捕捉到的三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到計(jì)算機(jī)上，當(dāng)計(jì)算機(jī)識(shí)別三維數(shù)據(jù)后，可用于建立模型、骨架數(shù)據(jù)庫，全面實(shí)現(xiàn)高精度實(shí)時(shí)三維運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)捕捉[8]，動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)生成的主要流程如圖2所示。

2.動(dòng)作捕捉技術(shù)的應(yīng)用

動(dòng)作捕捉系統(tǒng)被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，利用動(dòng)作捕捉技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)我國非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的保護(hù)，有利于非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的永久保存[9]；利用動(dòng)作捕捉技術(shù)制作影視動(dòng)畫，使我們的視覺體驗(yàn)也變得更加直觀，如影片《阿凡達(dá)》《猩球崛起》以及近期上映的《尋龍?jiān)E》中充分利用動(dòng)作捕捉技術(shù)，高精度攝像機(jī)快速實(shí)時(shí)地捕捉人體的運(yùn)動(dòng)，并通過計(jì)算機(jī)將運(yùn)動(dòng)與模型綁定；醫(yī)療康復(fù)診斷領(lǐng)域利用動(dòng)作捕捉系統(tǒng)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，有助于醫(yī)學(xué)工作者對(duì)病癥進(jìn)行正確的診斷及采取有效的治療；在體育訓(xùn)練領(lǐng)域，利用動(dòng)作捕捉技術(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作進(jìn)行追蹤、檢測(cè)與分析，可以提高運(yùn)動(dòng)水平，減少和避免運(yùn)動(dòng)中的意外損傷等。[10]

基于動(dòng)作捕捉技術(shù)的數(shù)字化舞蹈教學(xué)方法研究

1.動(dòng)作捕捉技術(shù)應(yīng)用的必要性

傳統(tǒng)的舞蹈教學(xué)形式普遍為教師口述動(dòng)作要領(lǐng)以及親身示范舞蹈動(dòng)作演示給學(xué)生看，要學(xué)生當(dāng)堂領(lǐng)會(huì)動(dòng)作的要領(lǐng)。但傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)教學(xué)，因受各類因素的影響，常常使教師不得不反復(fù)演示講解，而教師的口傳身教教學(xué)形式又很單一；學(xué)生也只注重動(dòng)作練習(xí)，缺乏主動(dòng)思考的能力，這都影響了教學(xué)效率。

動(dòng)作捕捉技術(shù)輔助教學(xué)將彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)形式的不足，學(xué)生可根據(jù)自身情況，針對(duì)性地學(xué)習(xí)動(dòng)作技術(shù)，通過三維數(shù)據(jù)的反饋，在與標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作的不斷對(duì)照中學(xué)習(xí)，大大提高了學(xué)習(xí)效率。

2.基于動(dòng)作捕捉技術(shù)的數(shù)字化舞蹈教學(xué)方法

首先，應(yīng)設(shè)定表演者的舞蹈動(dòng)作及其運(yùn)動(dòng)范圍。其次，對(duì)表演者的舞蹈動(dòng)作進(jìn)行三維數(shù)據(jù)的捕捉并建立三維舞蹈教學(xué)模型數(shù)據(jù)庫。最后，將舞蹈動(dòng)作數(shù)據(jù)庫制成三維動(dòng)畫應(yīng)用到教學(xué)實(shí)踐中，教學(xué)設(shè)計(jì)的流程如圖3所示。

（1）建立教學(xué)模型數(shù)據(jù)庫

運(yùn)用動(dòng)作捕捉技術(shù)能夠?qū)ρ輪T的舞蹈動(dòng)作進(jìn)行分段的實(shí)時(shí)追蹤、檢測(cè)、記錄，將獲取的舞蹈三維數(shù)據(jù)用于構(gòu)建舞蹈教學(xué)數(shù)據(jù)庫，對(duì)舞蹈的教學(xué)演示提供了有利的幫助，同時(shí)避免了因?qū)W生的個(gè)體差異性導(dǎo)致的教學(xué)延誤等問題。

運(yùn)用動(dòng)作捕捉技術(shù)獲取的三維數(shù)據(jù)最終需要以具體的模型呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)上，生成動(dòng)畫用于教學(xué)時(shí)播放演示，學(xué)生通過動(dòng)作捕捉系統(tǒng)將學(xué)習(xí)的舞蹈動(dòng)作與教師的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作進(jìn)行分段比較，能夠快速查找出不足之處，便于局部矯正。筆者以基本舞蹈動(dòng)作為基礎(chǔ)，建立了具有教學(xué)意義的逼真的人物運(yùn)動(dòng)模型，所采用的是MotionBuilder建模軟件。首先，在數(shù)據(jù)編輯器中將運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)與Marker標(biāo)識(shí)點(diǎn)匹配，運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)骨架模型的運(yùn)動(dòng)。其次，導(dǎo)入MotionBuilder，使骨架模型與已有的人體模型Actor進(jìn)行匹配，使Actor與舞蹈演員的動(dòng)作保持一致，以此完成角色模型的建立（如下頁圖4），通過對(duì)教師與學(xué)生的舞蹈動(dòng)作進(jìn)行捕捉，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)舞蹈動(dòng)作的準(zhǔn)確性與規(guī)范性。

（2）動(dòng)作捕捉技術(shù)輔助舞蹈教學(xué)啟示

首先，通過動(dòng)作捕捉技術(shù)將教師的標(biāo)準(zhǔn)舞蹈動(dòng)作制成三維教學(xué)動(dòng)畫，課前學(xué)生自行學(xué)習(xí)教學(xué)動(dòng)畫中的舞蹈動(dòng)作，觀看動(dòng)畫的同時(shí)在頭腦中勾畫出姿態(tài)動(dòng)作，不懂或不明確的動(dòng)作，可以從多角度的分段進(jìn)行反復(fù)演示。其次，學(xué)生進(jìn)行實(shí)際演示，用高精度三維攝像機(jī)捕捉自身的動(dòng)作，并將其與教師的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作進(jìn)行對(duì)比。最后，教師可通過三維數(shù)據(jù)的對(duì)比給予學(xué)生針對(duì)性的指導(dǎo)，幫助學(xué)生掌握標(biāo)準(zhǔn)的舞蹈動(dòng)作要領(lǐng)。這樣的教學(xué)給了我們以下的啟示：

①從技術(shù)應(yīng)用上看，動(dòng)作捕捉技術(shù)建立教學(xué)模型數(shù)據(jù)庫，并生成教學(xué)動(dòng)畫視頻，使多媒體輔助舞蹈教學(xué)更加具有直觀性、形象性、生動(dòng)性等特點(diǎn)，充分發(fā)揮了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的作用，分析學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，為學(xué)生的舞蹈動(dòng)作學(xué)習(xí)提供學(xué)習(xí)導(dǎo)航與建議。學(xué)生實(shí)現(xiàn)了自主學(xué)習(xí)、探究性學(xué)習(xí)，教師可從旁輔助學(xué)生的學(xué)習(xí)，使學(xué)生的“學(xué)”與教師的“教”更符合數(shù)字化教學(xué)理念，在技術(shù)層面也更具可行性。

②從教學(xué)形式上看，教學(xué)方法的創(chuàng)新使教師充分意識(shí)到動(dòng)作捕捉技術(shù)的教學(xué)優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而擺脫了傳統(tǒng)教學(xué)方法的束縛，創(chuàng)造了室內(nèi)訓(xùn)練教學(xué)，可針對(duì)不同的舞蹈形式，利用動(dòng)作捕捉技術(shù)通過細(xì)節(jié)的演示和實(shí)時(shí)的效果反饋，快速有效地幫助學(xué)生觀察自身動(dòng)作的完成情況，彌補(bǔ)動(dòng)作的不規(guī)范之處。

③基于動(dòng)作捕捉技術(shù)的數(shù)字化舞蹈教學(xué)形式是計(jì)算機(jī)科學(xué)、教育技術(shù)學(xué)和教育心理學(xué)等學(xué)科的交叉，通過吸取、借鑒其他領(lǐng)域的新理論、新技術(shù)和新方法，化解傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端，從而大幅度提高教學(xué)質(zhì)量，改善教學(xué)效率，使動(dòng)作捕捉技術(shù)在計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)領(lǐng)域有創(chuàng)造性的進(jìn)步與發(fā)展。

結(jié)束語

本文提出了利用動(dòng)作捕捉技術(shù)輔助舞蹈的數(shù)字化教學(xué)方法，充分實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)實(shí)與虛擬場景的實(shí)時(shí)交互，便于教師對(duì)學(xué)生舞蹈學(xué)習(xí)的量化分析，針對(duì)局部舞蹈動(dòng)作的不規(guī)范性進(jìn)行實(shí)時(shí)的糾正與改進(jìn)，使舞蹈教學(xué)模式從純理論的“口傳身教”變成生動(dòng)、直觀的三維動(dòng)畫教學(xué)模式，進(jìn)入數(shù)字化教學(xué)模式，從而真正使動(dòng)作捕捉技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用到教學(xué)當(dāng)中。

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